- •Сибирский государственный
- •Предисловие
- •Введение
- •Советы студентам
- •Правила техники безопасности при работе в термической и металлографической лабораториях.
- •Лабораторная работа № I макроскопический метод исследования металлов и сплавов
- •Теоретические сведения Характеристика макроанализа и области его применения
- •Макроанализ изломов
- •Макроанализ шлифов
- •Выявление ликвации серы
- •Выявление ликвации фосфора
- •Выявление макроструктуры
- •Выявление дефектов, нарушающих сплошность металла
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Варианты заданий
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №2 микроскопический анализ машиностроительных материалов
- •Теоретические сведения Принцип действия светового микроскопа
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Лабораторная работа №3 механические свойства сплавов
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Лабораторная работа №4 построение диаграммы состояния сплавов «олово - цинк» термическим методом
- •Теоретические сведения Назначение и сущность термического анализа
- •Экспериментальная часть работы
- •Методика построения диаграммы состояния сплавов «олово цинк»
- •Изучение процессов кристаллизации и микроструктур сплавов «олово - цинк»
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №5 изучение диаграмм состояния двойных систем
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Приложение I
- •Лабораторная работа № 6 изучение диаграммы состояния сплавов железа с углеродом
- •Теоретические сведения Основные свойства железа
- •Диаграмма фазового равновесия «железо - углерод»
- •Основные фазы, области, линии и точки диаграммы
- •Построение кривых охлаждения сплавов заданной концентрации с использованием диаграммы состояния
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №7 изучение микроструктуры углеродистых сталей и чугунов в равновесном состоянии
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Изучение микроструктуры легированных сталей в равновесном состоянии
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Лабораторная работа №9 термическая обработка углеродистых сталей
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Лабораторная работа № 10 изучение микроструктур сплавов на основе алюминия
- •Теоретические сведения
- •Принципы термического упрочнения алюминиевых сплавов
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Лабораторная работа №11 изучение микроструктуры сплавов на основе меди
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 12 изучение микроструктуры сплавов на основе титана
- •Теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Структура композитов с полимерной матрицей
- •Композиты с металлической матрицей
- •Определение объемной доли волокон в композите методом количественной металлографии
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 14 изучение структуры металла после пластической деформации и рекристаллизации
- •Теоретические сведения Влияние пластической деформации на структуру и механические свойства металлов и сплавов
- •Превращения в наклепанном металле при нагреве. Изменения его структуры и свойств
- •Порядок выполнения работы и содержание отчета
- •Контрольные задания
- •Контрольные вопросы
Порядок выполнения работы и содержание отчета
1. Изучить и законспектировать основные сведения о титане и его сплавах.
2. Изучить и зарисовать микроструктуры следующих сплавов»:
технический титан ВТ1-0 в отожженном состоянии;! технический титан ВТ1-0 в закаленном состоянии;
α- сплав ВТ5 в отожженом состоянии;
α+β- сплав ВТ14 в отожженом состоянии;
сплав ВТ14 в закаленном и состаренном состоянии.
3. Составить отчет о работе.
Содержание отчета
1. Наименование и цель работы.
2. Основные сведения о титане и его сплавах.
3. Микроструктуры изученных сплавов с указанием фаз и структурных составляющих.
Контрольные вопросы
1. Какие свойства характеризуют титан как конструкционный материал?
2. Как влияют легирующие элементы на аллотропические формы титана?
3. По каким признакам и как классифицируются сплавы титана?
4. Каким видам термообработки подвергают сплавы титана?
5. Как происходит термическое упрочнение титановых сплавов?
6. Чем отличается мартенсит стали от мартенсита титана?
7. Где применяют сплавы титана?
Лабораторная работа №13
ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ВОЛОКНИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Цель работы: изучить принципы структурного строения волокнистых композиционных материалов, роль каждого из компонентов структуры в формировании свойств композита. Ознакомиться;' со структурой и основными свойствами представителей классов композиционных материалов на полимерной и металлической матрицах.
Теоретические сведения
Композиционными называют материалы, синтезированые из двух или более исходных материалов, одни из которых являются матрицей, а остальные - армирующими наполнителями, связанными друг с другом силами межатомного взаимодействия, но не образующие в процессе создания или эксплуатации продуктов химического взаимодействия.
Компонент, непрерывный в объеме композиционного материала, называется матрицей или связующим, другой компонент - армирующий наполнитель - равномерно распределен в матрице и связан с матрицей прочными межатомными связями.
Композиты - это современный класс машиностроительных материалов, который отличается от применяемых традиционных конструкционных материалов (сталь, сплавы алюминия, магния, титана, никеля и др.) необычно высокими свойствами: удельной прочностью, удельной жесткостью, удельной жаропрочностью, вибропрочностью, коррозионной стойкостью, абляционной стойкостью и др. К настоящему времени создана обширная номенклатура композиционных материалов, различающихся между собой по разным признакам. Среди них важнейшее значение. для изделий авиационной и космической техники имеют композиционные материалы, армированные волокнами (ВКМ).
Волокнистые композиты могут различаться по материалу матрицы, материалу и ориентации волокон. Матрица может быть полимерной, металлической, керамической. Волокна могут быть стеклянными, углеродными, борными, металлическими, полимерными, поликристаллическими или монокристаллическими из химических элементов и соединений (оксидов, нитридов, боридов и др.). Ориентация волокон может быть заданной относительно оси детали или хаотичной. Длина волокон может быть непрерывной или дискретной.
Свойства композита определяются свойствами каждого из составляющих его элементов. Матрица обеспечивает сохранение геометрической формы и размеров изделия, она воспринимает внешнюю нагрузку и распределяет ее на все содержащиеся в ней волокна, защищает их от внешних механических и химических воздействий. Матрица определяет коррозионную стойкость композита и температурные границы его эксплуатации. Волокна являются несущим компонентом композита. От их свойств зависят прочность, жестокость, жаропрочность, вибропрочность и другие свойства ВКМ. Ориентация волокон может быть однонаправленной, раз но направленной плоской и раз но направленной объемной (трехосной, четырехосной и т. д).
Таким образом, композит образуется сочетанием волокон и матрицы. Объемная доля волокон, содержащихся в матрице, может колебаться в широких пределах (от 15 до 70% и более) и зависит от физических и технологических свойств материалов обоих компонентов, схемы армирования, т. е направлений волокон в объеме детали, технологии изготовления. Обычно композиты на полимерной матрице наполнены волокнами до верхних предельных значений, а уровень армирования металлокомпозитов не превышает 40 - 50%. Прочность однонаправленного композита σК вдоль волокон может быть приближенно определена из уравнения аддитивности:
где - прочность волокон и их объемная доля, соответственно;
- напряжения в матрице в момент разрушения образца.
С помощью аналогичных зависимостей могут быть определены модуль Юнга, коэффициент Пуассона, плотность, некоторые физические характеристики.