Міністерство освіти і науки України

Донбасівська державна машинобудівна академія

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до лабораторних робіт по дисципліні

«ТЕХНОЛОГІЯ КОНСТРУКЦІЙНИХ

МАТЕРІАЛІВ І МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО»

Частина 2. «Матеріалознавство»

(для студентів механічних спеціальностей)

Затверджено

на засіданні

методичної ради

Протокол № від 2007

Краматорськ 2008

УДК 621.7

Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни «Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство». Частина 2. «Матеріалознавство» (для студентів механічних спеціальностей) /Уклад. О.  М. Мінков. – Краматорськ: ДДМА, 2008. – 28 с.

Приведені короткі теоретичні відомості, порядок виконання роботи, перелік необхідного устаткування, приладів і матеріалів. Дані рекомендації по обробці результатів експерименту і складанню звіту.

Укладач О.  М. Мінков, доц., к.т.н.

В ідп. за випуск О.  М. Лаптєв, проф., д.т.н.

ЗМІСТ

Введення ..................................................................................................		4
Лабораторна робота 1. Макроскопічний і мікроскопічний аналіз металів ………………………………………………………….	5
Лабораторна робота 2. Мікроструктура вуглецевих сталей у рівноважному стані ………………………………………………...	8
Лабораторна робота 3. Мікроструктура чавунів ……………………	11
Лабораторна робота 4. Термічна обробка конструкційних сталей ……………………………………………………………………	13
Лабораторна робота 5. Структура і властивості поверхневих шарів деталей, підданих цементації …………………………………….	17
Лабораторна робота 6. Вивчення мікроструктури і властивостей легованої сталі ………………………………………………………	19
Лабораторна робота 7. Вивчення структури і властивостей інструментальних сталей і твердих сплавів …………………………	22
Лабораторна робота 8. Мікроструктура кольорових металів …….…	25
Список рекомендованої літератури……………………………………	27

Введення

Метою проведення лабораторних робіт по матеріалознавству є:

- ознайомлення студентів з основними видами приладів і устаткування для проведення структурного аналізу і термічної обробки конструкційних матеріалів;

- придбання студентами навиків проведення найбільш поширених методів дослідження структури металів і видів термічної обробки;

- навчання студентів аналізу одержаних експериментальних даних, представленню їх у вигляді таблиць, графіків і діаграм, складанню звітів по виконаних роботах.

Лабораторні роботи виконуються в аудиторіях кафедри «Металознавство, технологія і термічна обробка металів» підгрупами студентів в кількості не більш 12 чоловік під безпосереднім керівництвом викладача. До виконання лабораторних робіт допускаються студенти, що мають необхідну теоретичну підготовку і короткий конспект методики виконання роботи. Готовність студента до виконання лабораторної роботи встановлюється викладачем шляхом усного опиту і програмованого контролю знання відповідного розділу теоретичного курсу.

При виконанні лабораторних робіт необхідно дотримувати наступні основні правила техніки безпеки:

- дотримуватися обережності при підготовці зразків для структурного аналізу (шліфуванні і травленні) і не допускати попадання розчинів на одяг, відкриті частини тіла;

- завантажувати зразки в термічні печі, а також вивантажувати з них зразки слід тільки при відключених від електричної мережі печах;

- в період безпосереднього виконання термічних операцій у печі дозволяється працювати тільки двом студентам: один з них виконує операцію термічної обробки, а другий відкриває і закриває кришку печі;

- забороняється самовільно включати і вимикати термічні печі, мікроскопи, прилади і інше устаткування лабораторії, а також торкатися прилади і устаткування, що не відноситься до даної лабораторної роботи.

Лабораторна робота 1

МАКРОСКОПІЧНИЙ І МІКРОСКОПІЧНИЙ АНАЛІЗ

МЕТАЛІВ

Мета роботи – вивчити методи макроскопічного і мікроскопічного дослідження металів.

1.1 Короткі теоретичні відомості

Макроскопічне дослідження (макроаналіз) – це вивчення будови металів і сплавів неозброєним оком або за допомогою лупи при збільшенні в тридцять разів. Будова металів, що вивчається за допомогою макроаналізу, називається макроструктурою. Макроаналіз може відбуватися як по вигляду зламу металу, так і на спеціально підготовленій поверхні металевого зразка. Підготовка зразків полягає в шліфуванні поверхні з тим, що подальшим її травленням спеціальними реактивами. Шліфований і протравлений для макроаналізу зразок називається макрошліфом.

Метод дозволяє знайти в металах:

- хімічну неоднорідність, що викликається умовами кристалізації ;

- сплошність металу і порушення її, що викликаються присутністю рихлості, міхурів, тріщин;

- неоднорідність будови, викликану подальшою обробкою тиском;

- структурну або хімічну неоднорідність в деталі, створену термічною, хіміко-термічною або іншою обробкою;

- вид зламу: в'язкий або крихкий.

Мікроскопічний аналіз (мікроаналіз) полягає в дослідженні структури металів за допомогою мікроскопа. Спостережувана структура називається мікроструктурою.

За допомогою мікроаналізу можна визначити:

- фазовий склад і структуру;

- розміри і форму зерен;

- наявність мікроскопічних дефектів і неметалічних включень.

Мікроструктура вивчається за допомогою металографічного мікроскопу, основною системою якого є оптична. Вона. включає об'єктив, окуляр і ряд допоміжних оптичних елементів (дзеркала, призми та ін.).

Об'єктиви дають збільшення від 9 до 95 разів, а окуляри – від 2 до 25 разів. Загальне збільшення, яке дає мікроскоп за допомогою об'єктиву і окуляра, можна прийняти рівним твору збільшення окуляра на збільшення об'єктиву.

Збільшення, з яким виявляються деталі даного предмету, називається максимально корисним і для мікроскопа воно складає 1000.

Вивчення в мікроскопі металу можливе лише при віддзеркаленні світлового проміння від досліджуваної поверхні. Зразок, поверхня якого підготовлена для мікроаналізу, називається мікрошліфом. Його приготування складається з багатократного шліфування і полірування з подальшою дією певних реактивів (травлення).

Вивчення мікроструктури доцільно починати з розгляду мікрошліфа в «нетравленому вигляді», тобто безпосередньо після полірування, промивки і просушування. Під мікроскопом такий шліф має вид світлого круга, на якому виявляються темні ділянки, а іноді жовті або іншого кольору, що є неметалічними включеннями. При розгляді не травленого шліфа також виявляється мікропористість.

При травленні відбувається взаємодія металу поверхні мікрошліфу з хімічно активними розчинами лугів, солей, кислот в спирті. Реактив взаємодіє з різними ділянками поверхні мікрошліфу неоднаково, що приводить до різного ступеню їх травимості. Світловий потік, направлений через об'єктив на мікрошліф, відобразиться від поверхні; при цьому на ділянках стиків зерен виникає значне розсіяння і відображене проміння не потраплять в поле зору, тому по межах зерен виникнуть темні лінії, які відтворюють картину дійсних стиків між зернами (рис. 1).

Рисунок 1 – Схема виявлення меж зерна