Министерство образования и науки Украины
Донбасская государственная машиностроительная академия
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторным работам по дисциплине
«ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ»
Часть 2. «Материаловедение»
(для студентов механических специальностей)
Утверждено
на заседании
методического совета
Протокол № от 2006
Краматорск 2007
УДК 621.7
Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Технология конструкционных материалов и материаловедение». Часть 2. «Материаловедение» (для студентов механических специальностей) /Сост. А. Н. Минков. – Краматорск: ДГМА, 2007. – 28 с.
Приведены краткие теоретические сведения, порядок выполнения работы, перечень оборудования, приборов, принадлежностей и материалов. Даны рекомендации по обработке результатов эксперимента и составлению отчета.
Составитель А. Н. Минков, доц., к.т.н.
О
тв.
за выпуск А. М.
Лаптев, проф., д.т.н.
Содержание
Введение .................................................................................................. |
4 |
Лабораторная работа 1. Макроскопический и микроскопический анализ металлов …………………………………………………………. |
5 |
Лабораторная работа 2. Микроструктура углеродистых сталей в равновесном состоянии ………………………………………………... |
8 |
Лабораторная работа 3. Микроструктура чугунов …………………… |
11 |
Лабораторная работа 4. Термическая обработка конструкционных сталей …………………………………………………………………… |
13 |
Лабораторная работа 5. Структура и свойства поверхностных слоев деталей, подвергнутых цементации ……………………………………. |
17 |
Лабораторная работа 6. Изучение микроструктуры и свойств легированной стали ……………………………………………………… |
19 |
Лабораторная работа 7. Изучение структуры и свойств инструментальных сталей и твердых сплавов ………………………… |
22 |
Лабораторная работа 8. Микроструктура цветных металлов …….… |
25 |
Список рекомендуемой литературы…………………………………… |
27 |
Введение
Целью проведения лабораторных работ по материаловедению является:
- ознакомление студентов с основными видами приборов и оборудования для проведения структурного анализа и термической обработки конструкционных материалов;
- приобретение студентами навыков проведения наиболее широко применяемых исследований структуры металлов и видов термической обработки;
- обучение студентов анализу полученных экспериментальных данных, представлению их в виде таблиц, графиков и диаграмм, составлению отчетов по выполненным работам.
Лабораторные работы выполняются в аудиториях кафедры «Металловедение, технология и термическая обработка металлов» подгруппами студентов в количестве не более 12 человек под непосредственным руководством преподавателя. К выполнению лабораторных работ допускаются студенты, имеющие необходимую теоретическую подготовку и краткий конспект методики выполнения работы. Готовность студента к выполнению лабораторной работы устанавливается преподавателем путем устного опроса и программированного контроля знания соответствующего раздела теоретического курса.
При выполнении лабораторных работ необходимо соблюдать следующие основные правила техники безопасности:
- соблюдать осторожность при подготовке образцов для структурного анализа (шлифовании и травлении) и не допускать попадания растворов на одежду, открытые части тела;
- загружать образцы в термические печи, а также выгружать из них образцы следует только при отключенных от электрической сети печах;
- в период непосредственного выполнения термических операций у печи разрешается работать только двум студентам: один из них выполняет операцию термической обработки, а второй открывает и закрывает крышку печи;
- запрещается самовольно включать и выключать термические печи, микроскопы, приборы и другое оборудование лаборатории, а также трогать приборы и оборудование, не относящиеся к данной лабораторной работе.
Лабораторная работа 1
МАКРОСКОПИЧЕСКИЙ И МИКРОСКОПИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
МЕТАЛЛОВ
Цель работы – изучить методы макроскопического и микроскопического исследования металлов.
1.1 Краткие теоретические сведения
Макроскопическое исследование (макроанализ) – это изучение строения металлов и сплавов невооруженным глазом или с помощью лупы при увеличении в тридцать раз. Строение металлов, изучаемое при помощи макроанализа, называется макроструктурой. Макроанализ может производиться как по виду излома металла, так и на специально подготовленной поверхности металлического образца. Подготовка образцов заключается в шлифовании поверхности с последующим её травлением специальными реактивами. Шлифованный и протравленный для макроанализа образец называется макрошлифом
Метод позволяет обнаружить в металлах:
- химическую неоднородность, вызываемую условиями кристаллизации ;
- сплошность металла и нарушения ее, вызываемые присутствием рыхлости, пузырей, трещин;
- неоднородность строения, вызванную последующей обработкой давлением;
- структурную или химическую неоднородность в детали, созданную термической, химико-термической или другой обработкой;
- вид излома: вязкий или хрупкий.
Микроскопический анализ (микроанализ) заключается в исследовании структуры металлов с помощью микроскопа. Наблюдаемая структура называется микроструктурой.
С помощью микроанализа можно определить:
- фазовый состав и структуру;
- размеры и форму зерен;
- наличие микроскопических дефектов и неметаллических включений.
Микроструктура изучается с помощью металлографического микроскопа, основной системой которого являются оптическая, включающая объектив, окуляр и ряд вспомогательных оптических элементов (зеркала, призмы и т. д.).
Объективы дают увеличение от 9 до 95 раз, а окуляры – от 2 до 25 раз. Общее увеличение, которое дает микроскоп с помощью объектива и окуляра, можно принять равным произведению увеличения окуляра на увеличение объектива.
Увеличение, с которым выявляются детали рассматриваемого предмета, называется максимальным полезным и для микроскопа оно составляет 1000.
Изучение в микроскопе металла возможно лишь при отражении световых лучей от исследуемой поверхности. Образец, поверхность которого подготовлена для микроанализа, называется микрошлифом. Его приготовление состоит из многократного шлифования и полирования с последующим воздействием определенных реактивов (травление).
Изучение микроструктуры целесообразно начинать с рассмотрения микрошлифа в «нетравленом виде», т. е. непосредственно после полирования, промывки и просушки. Под микроскопом такой шлиф имеет вид светлого круга, на котором обнаруживаются темные участки, а иногда желтые или другого цвета, представляющие собой неметаллические включения. При рассмотрении нетравленого шлифа также обнаруживается микропористость.
Травление заключается во взаимодействии металла поверхности микрошлифа с химически активными растворами щелочей, солей, кислот в спирте. При травлении реактив взаимодействует с различными участками поверхности микрошлифа неодинаково, что приводит к разной степени их травимости. Световой поток, направленный через объектив на микрошлиф, отразится различно от разных зерен; на участках стыков зерен возникает значительное рассеяние и отраженные лучи не попадут в поле зрения, поэтому по границам зерен возникнут темные линии, которые воспроизводят картину действительных стыков между зернами (рис. 1).
Рисунок 1 – Схема выявления границ зерна