4. Порядок выполнения работы

• во время самоподготовки к выполнению работы заполнить пп. 1 и 2.2.1 – 2.2.3 протокола лабораторной работы;

• на занятии, перед выполнением работы ответить на вопросы билета контроля;

• получить у преподавателя задание, у лаборанта – образцы исследуемого материала и инструмент;

• уточнить характеристики используемых в эксперименте оборудования, приборов и инструментов, заполнить данные п. 3.2 протокола лабораторной работы;

• с учетом предварительной информации о предполагаемой твердости (термообработке) материала образцов и их размеров оценить возможность использования различных методов определения твердости;

• провести определение твердости образцов, записать данные измерений и расчетов в таблицу 3.3;

• определить возможные области использования исследованных материалов в судостроении и судоремонте;

• закончить оформление отчета и представить его преподавателю для защиты и окончательной оценки.

4. Микроанализ металлических материалов, используемых при постройке и ремонте судов

1. Цель работы

1.1. Ознакомиться с методикой и приборами для проведения микроанализа.

1.2. Изучить микроструктуру основных конструкционных и специальных материалов СТС.

2. Основные теоретические положения и методические указания

Все материалы, применяемые при изготовлении и ремонте судовых технических средств, можно разделить на конструкционные и специальные. Конструкционные материалыпредназначены для изготовления тех деталей, которые воспринимают во время работы значительные внешние силовые нагрузки — коленчатые валы, шатуны, шестерни, плунжеры топливных насосов, поршни компрессоров и т.п.Специальные материалыобеспечивают выполнение тех функций, без которых невозможно реализовать заложенные в устройства принципы — антифрикционные покрытия в подшипниках скольжения, трубки теплообменных аппаратов, элементы электропроводки и др.

Определить принадлежность материала к той или иной группе можно путем изучения строения предварительно протравленного химически активным веществом образца или детали из этого материала:

• невооруженным глазом или при незначительных увеличениях (до 30 раз) — макроанализа;

• при увеличениях свыше 70 раз с помощью оптических и электронных микроскопов — микроанализа (обычно проводится после макроанализа). Наиболее часто для этих исследований применяют оптические микроскопы, имеющие сравнительно простое устройство и дающие увеличение до 2000 раз (рис. 4.1).

Получаемое при этом изображение называют соответственно макро- илимикроструктурой. Анализ микроструктуры основан на визуальной идентификациимикроструктурных составляющих — участков изображения, имеющих под микроскопом одинаковый вид (однородные участки, участки с полосами, участки с зернами и пр.).

Каждый материал имеет свое, отличное от других строение. В его микроструктуре можно всегда выделить одну или несколько микроструктурных составляющих. Среди них важно найти характерную, которая и позволяет идентифицировать исследуемый материал (табл. 4.1).

Таблица 4.1

Микроструктурные составляющие наиболее распространенных материалов

в судостроении и судоремонте

Название	Микроструктурные составляющие	Влияние на свойства материала
Сталь углеродистая конструкционная (до 0,7 % С)	Феррит (Ф) – светлые зерна неправильной формы Перлит (П) – темные зерна неправильной формы; при больших увеличениях становятся светлее	Увеличение площади, занимаемой П, приводит к повышению прочностных характеристик и снижению показателей пластичности. Влияние Ф — противоположно.
Чугун со структурно свободным углеродом (графитом)	Феррит (Ф) – основа Перлит (П) – основа Графит (Г) – темные (практически черные) включения различной формы. Возможные сочетания: Ф+Г; П+Г; Ф+П+Г	Основная функция графита — твердая смазка в трибосопряжениях. Г пластинчатой формы – серый чугун; Г хлопьевидной формы – ковкий чугун; Г глобулярной (шаровидной) формы - высокопрочный чугун. Роль Ф и П описана выше.
Свинцовистая бронза Бр.С30	Сu – основа, зерна красного цвета Pb – темные включения небольших размеров	Образует одну из трибоповерхностей подшипника Являясь мягкой составляющей, вырабатывается и образует "карманы" для смазки

Продолжение табл. 4.1

Баббит Б83	Темное поле – основа (твердый раствор сурьмы и меди в олове) SnSb – светлые крупные кристаллы прямоугольной или треугольной формы Cu3Sn – светлые мелкие кристаллы в виде звездочек или удлиненных игл	Являясь самой мягкой составляющей, она вырабатывается в первую очередь и образует каналы, улучшающие смазку подшипника Самая твердая из составляющих, на включения этого химсоединения опирается шейка вала Образуя "скелет", препятствуют зональной ликвации кристаллов SnSb
Медь	Сu – основа, зерна от розового до красного цвета Двойники - параллельные линии в пределах отдельных зерен	В зависимости от назначения, выполняет одну из специальных функций Представляют собой результат скольжения частей зерна при пластической деформации – чем их больше, тем большей деформации подвергся материал
Примечание: характерные микроструктурные составляющие выделены жирным шрифтом

Конструкционные материалы занимают до 95 % массы судна — с учетом размеров его и отдельных деталей это составляет десятки и сотни тонн. Поэтому для их изготовления могут быть использованные лишь материалы на основе химических элементов, наиболее распространенных в земной коре: железа, алюминия, магния, титана. Безусловным приоритетом среди них обладают сплавы на основе железа: стали— содержат до 2,14 % С;чугуны— 2,14…6,67 %С (рис.4.2).

На современных морских судах применяются разнообразные специальные материалы — это обуславливает существенно бόльшие различия в строении. Однако наиболее распространены антифрикционные, предназначенные для образования поверхностей трения в подшипниках скольжения и имеющие низкий коэффициент трения.

Баббитом называется гетерофазный сплав на основе олова или свинца, в мягкой основе которого равномерно распределены более твердые включения. Во время работы мягкая составляющая вырабатывается, в результате чего возникают каналы, которые улучшают доставку смазки в зону трения (рис. 4.2).

Свинцовая бронза также имеет высокие антифрикционные свойства — в ней роль мягкой составляющей играют включения свинца в медную матрицу.

Чугуны тоже довольно часто применяют в парах трения (например, "втулка цилиндра – поршневое кольцо" СДВС), поскольку содержащиеся в нем включения графита выполняют функцию твердой смазки.