Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Бердичівський коледж промисловості, економіки та права

Затверджено

Методичною радою

Голова методичної ради

________ Т.С.Капралюк

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

для вивчення тем з дисципліни

“Основи металознавства”

Розділ 2

для студентів спеціальності 5.05040201

“Ливарне виробництво чорних і кольорових металів і сплавів”

Автор-укладач Шенгелая С.В.

Розглянуто та схвалено на засіданні циклової комісії

5.05040201 “Ливарне виробництво чорних і

кольорових металів і сплавів”

Протокол № 1 від 31.08.2012 р.

Голова комісії _______________ Р.В.Єрмоленко

2012

Зміст

Розділ 2 Методи дослідження та випробування металів

1. Тема: 2.1 Металографічні методи дослідження структури 3

Властивості металів 3

Макроскопічний аналіз 4

Мікроскопічний аналіз 5

Типи металографічних мікроскопів 6

2. Тема: 2.2 Фізичні методи дослідження металів 10

Рентгенівська дефектоскопія 10

Термічний та дилатометричний методи визначення температур фазових перетворень 12

Фізичні методи контролю якості виливок 15

3. Тема: 2.3.Механічні властивості металів 20

Пружна і пластична деформація 20

Класифікація механічних випробувань 22

Випробування на розтяг (стиск) 22

Випробування на твердість 23

Крихке та в’язке руйнування металів 26

Випробування на втому 27

Розділ 2 Методи досліджень та випробувань металів

Тема: 2.1 Металографічні методи дослідження структури.

План

1. Властивості металів

2. Макроскопічний аналіз

3. Мікроскопічний аналіз

4. Типи металографічних мікроскопів

4.1. Металографічний мікроскоп горизонтального типу

4.2. Електронний мікроскоп

4.3. Метод радіоактивних ізотопів

4.4. Рентгеноструктурний аналіз

Рекомендована література:

1. Кузьмин Б.А., Самохоцкий А.И., Кузнецова Т.Н. „Металлургия, металловедение и конструкционные материалы”, изд. „Высшая школа”, 1977 г., М.

2. Богомолова Н.А. „Практическая металлография”, изд. „Высшая школа”, 1982 г., М.

Студенти повинні знати:

Основні поняття про методи дослідження структури металів, типи металографічний мікроскопів.

Студенти повинні вміти:

Досліджувати структуру металів та сплавів за допомогою мікроскопів та іншими методами.

1. Властивості металів

Властивості металів поділяють на фізичні, механічні, хімічні та технологічні.

До фізичних властивостей належать: колір, густина, температура плавлення, електропровідність, магнітні властивості, теплопровідність, теплоємність, відносне видовження і зменшення по довжині при дії різних факторів.

До механічних - міцність, твердість, пружність, пластичність, в’язкість, крихкість.

До хімічних - кислотостійкість, розчинність, корозійна стійкість, лугостійкість, здатність до окислення, жаростійкість.

До технологічних - рідинотекучість, ковкість, зварюваність, оброблюваність різанням, прогартовуваність.

Всі ці властивості мають важливе значення при виборі металів для виготовлення того чи іншого виробу.

Кожну властивість металу необхідно технічно грамотно сформулювати. Наприклад, міцність - це властивість металу чинити опір руйнуванню і появі залишкових деформацій під дією зовнішніх сил.

Для рішення основної задачі металознавства — визначення зв'язку між структурою металевих матеріалів і їхніх властивостей використовують різні методи, які можна розділити на дві групи: структурні і фізичні. Для оцінки поводження деталей при виготовленні й експлуатації використовують різноманітні технологічні проби і стендові іспити.

До структурних методів відносяться такі, котрі засновані на безпосереднім спостереженні структури, металу чи сплаву (макроскопічний аналіз, мікроскопічний аналіз, просвічуюча електронна мікроскопія, растрова електронна мікроскопія й ін.).

Фізичні методи дослідження засновані на вимірі різних фізичних властивостей металів: теплових, електричних, магнітних і ін. Фізичні властивості можуть бути важливі для визначення способу подальшої експлуатації матеріалу. Фізичні методи застосовують для контролю якості металів (просвічування рентгенівськими α-променями, магнітний, люмінесцентний, ультразвуковий методи й ін.).

Найбільш повну інформацію про будівлю і властивості металів одержують, застосовуючи комплекс методів: структурного, фізичних, визначення механічних властивостей і ін.

2. Макроскопічний аналіз

Макроструктурою називають будову металу, яку можна бачити неозброєним оком або при невеликому збільшенні (до 10-30 раз) за допомогою лупи. Будову, що спостерігають при цьому, називають макроструктурою (макрос – від грецького великий), досліджують на поверхні металу (виливків, поковок), на зламі або макрошліфі.

Найпростішим методом виявлення будови металу є вивчення зламу. На відміну від аморфного тіла метали мають зернистий (кристалічний) злам (мал. 2 .1, а). В більшості випадків чим дрібніше зерно в зламі, тим вище механічні властивості металу. По зламу можна судити про розмір зерна, особливостях литва і термічної обробки, а також виявити окремі дефекти.

У заводських умовах аналіз зламів дозволяє оперативно виявити й установити природу дефектів макроструктури металургійного й іншого походжень. За допомогою цього методу можна знайти жужільні включення, грубі розкатані пори і газові міхури; флокени в сталі — тонкі внутрішні тріщини овальної форми, утворення яких зв'язано з наявністю в сталі водню (флокени виявляються в зламі у виді своєрідних білих плям; (мал. 2.2.); сліди перегріву при куванні і термічній обробці (камнеподібний злам, нафталінистий злам) і інші дефекти.

При оцінці виду зламу необхідно враховувати характер прикладеного навантаження, тому що той самий матеріал у тому самому структурному стані може мати волокнистий злам при статичному навантаженні і кристалічний злам — при ударному навантаженні.

Макрошліфом називають поверхню зразка (деталі), підготовлену для дослідження макроструктури. Зразки - темплети, вирізають з крупних заготівок (злитків, прокату), а дрібні і середніх розмірів деталі розрізають у визначеному місці і в певній площині. Поверхню зразка (деталі) шліфують і протравлюють кислотами або спеціальними реактивами, що дозволяє виявити, наприклад, дефекти, що порушують суцільність металу (пори, тріщини, раковини і ін.), неоднорідність будови, створену обробкою тиском (полосчатость), будова литого металу, зварного з'єднання (мал. 2.1, б) та ін.

Метод відбитків заснований на тім, що зображення структури виявляється не на самому шліфі, а на папері, чи тканині, плівці, на якій нанесений відповідний реактив. Матеріал з нанесеним на нього реактивом притискають до поверхні шліфа. У результаті взаємодії реактиву з окремими структурними складовими на чи папері іншому матеріалі утворяться характерні пофарбовані продукти Таким способом, наприклад, виявляють нерівномірний розподіл (ліквацію) сірки в сталі.

Сірка знаходиться в сталі у виді сірчистих з'єднань— сульфідів марганцю Mn і заліза Fe. Для виявлення скупчень цих включень використовують метод сірчаного відбитка (метод Баумана). Лист фотопапера, що відповідає по розмірі підготовленої поверхні зразка, витримують на світлі протягом 5 - 8 хв у 2 - 5% водяному розчині сірчаної кислоти, потім злегка просушують між аркушами фільтрувального папера для видалення зайвого розчину і щільно притискають емульсійною стороною до добре відшліфованій і очищеній від забруднень поверхні зразка. Зверху папір погладжують чи рукою гумовим валиком для видалення пухирців повітря, що залишилися.

Між сірчистими включеннями і сірчаною кислотою відбувається реакція:

Fe + H₂SO₄  FeSO₄ + H₂S

сірководень, що утвориться безпосередньо в місці виділення взаємодіє з бромистим сріблом фотоемульсії:

2AgBr + Н₂S  2HBr + Ag ₂S

Сірчисте срібло має темний колір, появу темних ділянок на фотопапері характеризує розподіл сірчистих включень у сталі.

Після витримки протягом 2 – 3 хв. фотопапір зі зразка знімають, промивають її у воді, фіксують у розчині персульфату, як звичайну фотографію, потім знову промивають у воді і висушують.