Рыбинская государственная авиационная технологическая академия

имени П. А. Соловьева

Кафедра «Материаловедение, литье и сварка»

Методические указания к лабораторной работе

«Количественная металлография титановых сплавов»

Для дисциплины

«Материаловедение»

специальности 151001 «Технология машиностроения»

направления 150900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств»

Рассмотрены и утверждены на заседании кафедры МЛС

Протокол № 8 от 25.05.2010 г.

Разработал:

к. т. н., ассистент Воздвиженский И. Н.

Рыбинск, 2010

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ МЕТАЛЛОГРАФИЯ

ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Цель работы. Целью работы является ознакомление с методами определения размера структурных составляющих титановых сплавов с помощью системы фотоэталонных микроструктур. Для исследования представлены микрошлифы и фотографии микроструктур.

1 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.1 Титановые ‑сплавы

В большинстве случаев ‑сплавы имеют пластическую структуру. Пластическая структура ‑фазы часто образует «корзинку» – сложные переплетения. Производится контроль D_, d_, b_.

Шкала 1 – для D_ (6 баллов) 60…200;

Шкала 2 – для d_ (4 балла) 100…500;

Шкала 3 – для b_ (6 баллов) 200…800.

По таблице для соответствующего увеличения и балла определяется размер структурной составляющей в мкм.

Одновременно можно использовать фотоэталоны микроструктур, которые объединяют шкалы для d_ и b_.

Основной является шкала «Внутреннее строение -зерна», которая состоит из 3‑х вертикальных рядов (1‑2‑3) с различным размером d_ и 4‑х горизонтальных рядов (а‑б‑в‑г) с различным размером b_. Оценка d_ производится сравнением микроструктуры с фотоэталонами вертикальных рядов при увеличении 500.

Если:

d_  1 балла, то d_  20 мкм;

d_ = (1-2 балла), то d_ = 20…50 мкм;

d_ = (2-3 балла), то d_ = 50…100 мкм;

d_  3 баллов, то d_  100 мкм.

При использовании увеличения, отличающегося от 500 необходимо вводить соответствующие поправки. Например, балл 2 при увеличении 400 будет соответствовать более крупным d_. Поправка определяется соот­ношением 500/400 = 1,25, что дает d_ = 75…125 мкм.

Оценка b_ производится сравнением микроструктуры с фотоэталонами горизонтальных рядов при увеличении 500 (не следует принимать во внимание отдельные крупные пластины).

Если:

b_  а-балла, то b_  1 мкм;

b_ = (а-б) балл, то b_ = 1…2 мкм;

b_ = (б-в) балл, то b_ = 2…4 мкм;

b_ = (в-г) балл, то b_ = 4…8 мкм;

b_  г-балла, то b_  8 мкм.

Псевдо‑‑сплавы анализируются аналогичным образом, т. к. прослойка ‑фазы не превышает 5% общего объема фаз.

2.2 Титановые + сплавы

В двухфазных сплавах контролируется соотношение фаз  и , а также форма и размеры структурных составляющих. Образующаяся при высокой температуре ‑фаза называется первичной; она плохо травится и на шлифах выглядит как светлые пластинки или иголки. ‑фаза частично сохраняется до комнатной температуры, а частично распадается в процессе охлаждения. Поэтому между пластинками (иглами) ‑фазы образуют смесь ‑фазы, более дисперсной чем первичная ‑фаза. Смесь + сильно растравливается и на шлифах выглядит темной. Она образует матрицу, в которой располагаются пластины (иглы) первичной -фазы. Для анализа + сплавов используются несколько шкал фотоэталонов.

Оценка количества пластинчатой ‑фазы () производится сравнением микроструктуры с фотоэталонами шкалы «Количественное соотношение фаз»; левый (1) вертикальный ряд – для игольчатой ‑фазы, правый (2) вертикальный ряд – для пластинчатой ‑фазы. Увеличение подбирается таким образом, чтобы толщина пластин соответствовала изображенным на фотоэталонах.

Если:

_I  а балла, то   70 %, (+)  3 %;

_I = (а-б) балл, то  = 50…70 %;

_I = (б-в) балл, то  = 30…50 %;

_I = (в-г) балл, то  = 15…30 %;

_I  г балла, то   15%.

Для оценки толщины ‑пластин в этом случае можно использовать шкалу 3, предназначенную для ‑сплавов.

Если анализируется структура с изогнутыми пластинами -фазы (переходная структура), то удобнее использовать специальную шкалу, которая по своему строению и методике использования не отличается от описанной выше.

В структурах глобулярного типа частицы первичной -фазы имеют форму, близкую к равноосной и располагаются на фоне -фазы. На такой микроструктуре оценивают размеры -фазы и количество -фазы.

Оценка размера глобулярных выделений ‑фазы производится сравнением микроструктуры с фотоэталонами шкалы «Количество и размер глобулярной ‑фазы» при увеличениях 200 и 500 в вертикальных рядах. Устанавливается балл (1‑2‑3‑4) и по нему определяется размер ‑частицы b_ в мкм.

Балл	1	2	3	4
размер частиц при увеличении 200	5	10	20	30
размер частиц при увеличении 500	2	4	8	12

Для промежуточных значений баллов (с точностью до 0,5 балла) и увеличений выполняется интерполяция.

Оценка количества глобулярной ‑фазы производится сравнением с горизонтальными рядами фотоэталонов при оптимальном увеличении, когда в поле зрения имеется достаточно большое количество частиц, а их размер совпадает с размером частиц на одном из фотоэталонов. Устанавливается балл и по нему количество ‑фазы.

Балл	а-1 а-2	б-1 б-2	в-1 в-2	г-1 г-2
количество -фазы, %	85	60	40	10

2  ПРАВИЛА ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

"Инструкция по ТБ № 181".

3  КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Классификация титановых сплавов.

2. Особенности структуры титановых -сплавов.

3. Особенности структуры титановых +-сплавов.

4. Основные параметры микроструктуры титановых сплавов.

5. Каковы принципы построения шкалы для измерения ‑зерна?

6. Каковы принципы построения шкалы для определения размера ‑пластин, ‑колоний и ‑зерна?

7. Как определить количество -фазы в двухфазном сплаве?

4  ПРИЛОЖЕНИЕ А. Таблица размеров структурных составляющих

Визуальная оценка размеров элементов микроструктуры в титановых сплавах

Увеличение микроскопа	Балл шкалы
	1			2	3			4			5			6
	Величина β-зерна,мкм
100 200 500 1000	50 25 10 5			100 50 20 10	150 75 30 15			200 100 40 20			300 150 60 30			500 250 100 50
	Размах α-колоний,мкм
100 200 500 1000	50 25 10 5		100 50 20 10			200 100 40 20			300 150 60 30
	Толщина α-пластин,мкм
200 500 1000	2,5 1,0 0,5	5,0 2,0 1,0					7,5 3,0 1,5			10 4 2		15 6 3				20 8 4

5  ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Шкалы для определения размера структурных составляющих

6  ПРИЛОЖЕНИЕ В. Шкала для определения количества второй фазы в сплаве

	1	2
а			а
б			б
в			в
г			г