Задание

1. Плоскость в кубическом кристалле отсекает на координатных осях отрезки, равные а; 2в; с. Определить кристаллографические индексы плоскости (hkl)?

2. Постройте пространственное изображение плоскостей (на примере куба), имеющих кристаллографические индексы (110); (111); (112); (321); (1͞10); (͞111); (͞1͞1͞1).

3. Определите символ направления, проходящего через точки (0, в/3, с/3).

4. Постройте пространственное изображение следующих направлений в кубе [100]; [010]; [001]; [͞100]; [0͞10]; [00͞1]; [110]; [101]; [011]; [111]; [͞111]; [1͞11]; [11͞1]; [͞1͞11]; [͞111]; [1͞1͞1]; [͞1͞1͞1]; [211]; [311].

5. Подсчитайте число атомов в ячейки и координационное число для ОЦК и ГЦК и ГПУ решеток.

Контрольные вопросы

1. Сколько типов элементарных ячеек Бравэ известны сегодня? Какие из них наиболее характерны для металлов?

2. Что такое кристаллографические символы? Опишите схему определения символа атомной плоскости в кристалле.

3. Какие виды точечных дефектов существуют в кристаллах? На какие расстояния распространяется искажение, вызванное точечным дефектом?

4. Как изменяется концентрация вакансий при повышении температуры?

5. Почему дислокации называются линейными дефектами?

6. По какому признаку дислокации подразделяют на краевые и винтовые?

7. Что такое вектор Бюргерса? Что такое мощность вектора Бюргерса?

8. Как направлен вектор Бюргерса по отношению к линии краевой и винтовой дислокации?

9. Что такое поверхностные дефекты?

10. На какие физические свойства кристаллических твердых тел влияют дефекты кристаллической структуры?

Лабораторная работа 2

Исследование строения металлических материалов методом макроскопического анализа (макроанализа)

Цель работы:

1. Ознакомиться с методом макроанализа. Изучить характерные макродефекты и виды макроструктур на образцах металлов и сплавов.

2. Выявить и исследовать макродефекты в изделиях. Сделать заключение о влиянии их на прочность исследуемых изделий.

Приборы, материалы и инструмент

1. Образцы материалов и изделий с макродефектами.

2. Бинокулярный микроскоп или лупа.

3. Шлифовальная шкурка различной зернистости, дере­вянные бруски.

3. Фарфоровая ванна, резиновый валик, лупа, вата, фильтровальная бумага, глянцевая бромосеребряная фотобумага.

4. Спирт, реактивы для выявления макроструктуры.

Краткие теоретические сведения

При макроанализе проводят исследование макрострук­туры, т. е. строения металла, видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении (до 10...30 раз) с помощью лупы.

Макроанализ применяют для выявления в металле трещин, несплошностей: газовых пузырей, усадочной рыхлости, раковин и т. д., тлен, шлаковых включений, дендритного строения, структурной не­однородности, расположения волокон в поковках и штамповках, лик­вации серы и фосфора, качества сварного соединения.

Макроструктура может быть исследована непосредственно на по­верхности заготовки или детали, в изломе или на вырезанном образце (темплете) после его шлифования и травления специальным реактивом. Образец для макроанализа вырезают из определенного места в отливке, поковке или детали в зависимости от задачи ис­следования. Образец (темплет) металла, поверхность которого подготовлена для макроанализа, называется макрошлифом.

Приготовление макрошлифа. Поверхность образца, предназначенную для макроанализа, обра­батывают на фрезерном, строгальном или плоскошлифовальном станке. Для получения более гладкой поверхности образец шлифуют с по­мощью шлифовальной шкурки на вращающемся круге или вручную. В по­следнем случае по поверхности образца водят шлифовальной шкур­кой, обернутой вокруг деревянного бруска. Шлифование начинают шкуркой с наиболее грубым абразивным зерном, затем постепенно переходят на шлифование шкуркой с более мелким зерном. При переходе с одного номера шкурки на другой направление шлифования меняют на 90°. После шлифования образец протирают ватой и под­вергают травлению.

Выявление дефектов, нарушающих сплошность металла. Для выявления в стали трещин, пор, раковин и т. д. проводят глубокое травление отшлифованного образца водным раствором соля­ной кислоты (50 см³ НС1, 50 см³ воды).

Работу выполняют в следующей последовательности.

1. Отшлифованную поверхность образца протирают ватой, смоченной спиртом.

2. В водяную баню, установленную в вытяжном шкафу, помещают фарфоровую ванну, наливают в нее реактив и нагревают до темпера­туры 60- 70°С.

3. Образец при помощи щипцов погружают в горячий реактив, вы­держивают в нем 10-45 мин, затем вынимают из реактива.

4. Образец промывают водой, затем 10-15 %-ным водным раствором азотной кислоты и просушивают.

При глубоком травлении раствором кислоты высокой концентрации происходит растравливание дефектов, нарушающих сплошность металла. Дефекты становятся видимыми невооруженным глазом.

Выявление строения литой стали. Строение литой стали (дендритную структуру) выявляют травле­нием отшлифованного образца в 15 %-ном водном растворе персульфита аммония.

Работу выполняют в следующей последовательности.

1. Отшлифованную поверхность образца протирают ватой, смоченной спиртом.

2. В водяную баню помещают фарфоровую ванну, наливают в нее реактив и нагревают до 80-90 ⁰С.

3. Образец при помощи щипцов погружают в горячий реактив и выдерживают в нем 5-10 мин, затем вынимают из реактива.

4. Образец промывают водой и просушивают.

Выявление волокнистой структуры. Выявление волокнистости стали производят путем травления от­шлифованного образца в реактивах следующего состава:

а) 85 г хлорной меди, 53 г хлористого аммония в 1000 см³ воды.

б) 50 см³ НС1, 50 см³ воды. Травление производят по методике выявления дефектов, нарушающих сплошность металла.

Выявление неоднородности распределения (ликвации) серы. Для выявления в стали ликвации серы применяют метод Баумана, заключающийся в следующем.

1. Макрошлиф протирают ватой, смоченной спиртом, и кладут на стол шлифованной поверхностью вверх.

2. Лист глянцевой бромосеребряной фотобумаги вымачивают на свету в течение 5-10 мин в 5 %-ном водном растворе серной кислоты, слегка просушивают для удаления избытка раствора и накладывают эмульсионной стороной на макрошлиф. Приглаживают сверху резиновым валиком, чтобы удалить образовавшиеся пузырьки, и выдер­живают на макрошлифе в течение 2-3 мин, затем осторожно снимают.

3. Полученный отпечаток промывают в воде, фиксируют в 25%-ном водном растворе гипосульфита, снова промывают в воде и просушивают.

Полученные на фотобумаге участки коричневого цвета указы­вают на места, обогащенные серой (скопления сульфидов). Если фотобумага имеет равномерную окраску, следовательно, сера расп­ределена равномерно.

Появление темных участков в местах, обогащенных серой, объясняется тем, что сначала между серной кислотой, впитанной в фотобумагу, и включениями МnS, в виде которых сера находится в стали, происходит следующая реакция:

МnS + Н₂SO₄ = МnSO₄ + Н₂S.

Образующийся сероводород действует на бромистое серебро эмульсионного слоя, в результате получается сернистое серебро, имеющее темно-коричневый цвет:

2АgВг + Н₂S = Ag₂S + 2НВг.

Выявление неоднородности распределения (ликвации) фосфора. Ликвацию фосфора в стали выявляют травлением отшлифованного образца в реактиве: 85 г хлорной меди, 53 г хлористого аммония в 1000 см³ воды. С этой целью:

1. Отшлифованную поверхность образца протирают ватой, смоченной спиртом.

2. Образец погружают в указанный реактив и выдерживают в нем 1-2 мин. При выдержке образца в реактиве железо растворяется и вытесняет медь, которая осаждается на поверхности образца.

3. После выдержки образец вынимают из реактива: вся поверхность образца должна быть покрыта медью.

4. Струей воды смывают с поверхности слой меди, протирают макрошлиф мокрой ватой и просушивают.