87

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ДИЗАЙНА И ТЕХНОЛОГИЙ

КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Лабораторный практикум

по дисциплине «Материаловедение»

МОСКВА

МГУДТ

2011

УДК 620.22

Куратор РИС Зайцев А.Н., доц., к.т.н.

Работа рассмотрена на заседании кафедры «Технология машиностроения» и рекомендована к печати

Зав. кафедрой Прокопенко А.К., проф., д.т.н.

Авторы Прокопенко А.К., проф., д.т.н.

Корнеев А.А., доц., к.т.н.

Лабораторный практикум по дисциплине «Материаловедение»

Введение

Дисциплина «Материаловедение» - наука, изучающая состав, строение и свойства материалов, а также их изменение при внешних физико-химических воздействиях.

Целями освоения учебной дисциплины « Материаловедение» являются:

- сформировать у студентов представления о типах и свойствах конструкционных материалов, применяемых в машиностроении, видах фазовых превращений в них, физических сущностях явлений, происходящих в конструкционных материалах в условиях производства и эксплуатации;

-обучить выбору материалов и получения заданных структур и свойств металлических и неметаллических материалов для конкретных условий эксплуатации

- сформировать навыки использования приборов для контроля качества материалов в конкретных условий эксплуатации, определения их пригодности к дальнейшей работе во время эксплуатации.

Настоящий лабораторный практикум необходим для расширения и закрепления теоретического материала, получаемого студентами на лекционных занятиях.

Практикум включает в себя 9 лабораторных работ, составленных по единому плану, с формой отчета и вопросами к зачету. Содержание лабораторных работ полностью соответствует рабочей программе курса «Материаловедение» и освящает основные разделы дисциплины.

Лабораторная работа №1 термический анализ металлов и сплавов

Цель работы: ознакомиться с методикой проведения термического анализа металлов и их сплавов.

Краткие теоретические сведения

Переход металлов и сплавов из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллов называется кристаллизацией. Процесс перехода из жидкого состояния в твердое характеризуется кривой охлаждения - графическим изображением изменения температуры металла или сплава от времени охлаждения. Кривая охлаждения получается экспериментальным путем в при помощи термического анализа.

Рисунок 1.1 - Установка для термоанализа

1 – печь; 2 – расплавленный сплав; 3 – тигель; 4 – горячий спай;

5 – термопара; 6 – колпачок; 7 – холодный спай;

8 – регистрирующий прибор.

Для проведения термического анализа испытуемый металл или сплав помещают в тигель и доводят до плавления (рисунок 1.1). После этого его медленно охлаждают с постоянной скоростью и через равные промежутки времени замеряют его температуру. Для измерения высоких значений температур обычно используют термоэлектрические пирометры. Термоэлектрические пирометры состоят из термопары и регистрирующего устройства (милливольтметра, потенциометра).

Термопара состоит из двух проволочек разных металлов или сплавов и об­ладает тем свойством, что если соединить (сварить) одни концы проволок, а другие присоединить к гальванометру, то при нагре­ве спая возникает электродвижущая сила, вызывающая отклонения стрелки гальванометра. Величина электродвижущей силы зависит от состава материала термопары и температуры замкну­тых концов цепи. Результирующая ЭДС тем больше, чем больше раз­ность температур горячего и холодного спая. При постоянной тем­пературе одного из концов, выведенных к измерительному прибору (называемого холодным спаем), результирующая ЭДС определяется температурой второго конца (горячего спая), который вводится в расплавленный металл.

В качестве термопары применяют следующие сочетания метал­лов: платинородий (10% Rh) - платина (ПП 1) ; платинородий (30% Rh ) - платинородий (6 % Rh ) (ДР30/6), хромельалюмель (ХА); хромель-копель(ХК) (таблица 1.1).

Таблица 1.1 - Химический состав сплавов для термопар

Хромель	Алюмель	Копель	Константан	Платинородий
Ni - 89,0 % Cr - 9,8 % Fe - 1,0 % Mn - 0,2 %	Ni - 94 % Al - 2 % Si - 1,0 % Fe - 0,5 % Mn - 2,5 %	Ni - 43% Fe - 2% Cu - 65%	Ni - 40 % Cu - 59 % Mn - 1 %	Pt - 90 % Rh - 10 %

Таблица 1.2 - Область применения термопар

Термопара	Температурный предел, 0С
Медь- константан Серебро-константан Железо-константан Хромель-алюмель Платина-платинородий	400 600 650 900 1600

Горячий спай термопары, защищенный огне­упорным колпачком от соприкосновения с жидким металлом, опуска­ется в металл с таким расчетом, чтобы спай находился в середине объема металла, что позволяет характеризовать его действитель­ную температуру. Холодный спай термопары выводят к измеритель­ным приборам. По показаниям этих приборов - по отдельным заме­рам температуры через определенные промежутки времени получают графики Т= () , в координатах « ЭДС – время».

На кривой охлаждения при кристаллизации появляется горизонтальная площадка (остановка в падении температуры), причиной которой является выделение скрытой теплоты кристаллизации при переходе из жидкого в твердое состояние.

Зависимость между ЭДС в мВ и температурой в ⁰С устанавливают по результатам построения градуировочной кривой, т.е. проводят градуировку термопар.

Градуированную кривую строят по известным температурам плавления (кристаллизации) чистых металлов и соответствующим им значениям ЭДС, определяемым по экспериментальным кривым охлаждения. При измерении температур 100…200 ⁰С для градуировки термопар можно использовать температуру кипения воды.