WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 17 |
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Восточно-Сибирский государственный технологический университет» (ГОУ ВПО ВСГТУ) МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ПОСОБИЕ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ Улан-Удэ Издательство ВСГТУ 2006 Введение УДК 669.017(075.8) ББК 34.2Я73 Рецензенты:

Металловедение - наука о металлах и сплавах. Она Председатель УМС по специальности 121200 устанавливает связь между свойствами, структурой, составом «Технология художественной обработки и обработкой металлов и сплавов.

материалов» д.т.н., профессор В.И.Куманин Свойства металлов и сплавов (механические, Зав. кафедрой АлтГТУ, д.т.н., физические, химические, технологические) зависят от их профессор А.М. Гурьев структуры, а структура, в свою очередь, зависит от обработки М54 (термической, химико-термической, холодной и горячей МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА пластической деформации, сварки и т.д.).

МЕТАЛЛОВ: Пособие к лабораторным работам / И.Г. Сизов, Металловедение знакомит с теми законами, по которым Б.Д. Лыгденов, Д.М. Махаров, Аганаев Ю.П., И.Б. Обунеев.

структура металлов и сплавов изменяется в зависимости от Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2006. 238 с.

их обработки и состава, и с теми внутренними превращениями, которые протекают в сплавах при Цель пособия — оказание помощи студентам при изучении дисциплины - изменении температуры или химическом и механическом металловедение, а также развитие у них навыков самостоятельной работы и научного исследования.

воздействии на них.

Приведены 12 лабораторных работ, вопросы для контроля и самопроверки, Вместе с этим металловедение даёт нам знания о задачи.

применении металлов и сплавов, указывает на пути Теоретические сведения по работам расширены, что важно для студентов заочников, не всегда имеющих возможность пользоваться дополнительной рационального выбора их для определенного назначения.

литературой. Работы состоят из нескольких разделов: цель работы, краткие В развитие металловедения большой вклад внесли сведения из теории, задания и методические указания, порядок оформления русские, советские ученые, среди которых Н.С. Курнаков, отчета, разделы программы, которые нужно знать при выполнении и сдаче лабораторной работы. Для студентов технических специальностей вузов.

И.Н. Байков, С.С. Штейберг, М.Е. Блантер, Я.Б. Фридман, В издании отражен многолетний опыт преподавателей кафедры Ю.М. Лахтин, А.А. Бочвар, И.А. Одинг, И.В. Кудрявцев, И.Н.

«Металловедение и технологии обработки материалов» Восточно-Сибирского Богачёв, Ю.А. Геллер, И.И. Сидорин и др., но государственного технологического университета и Алтайского государственного технического университета.

основоположниками научного металловедения по праву Ключевые слова: аустенит, термическая обработка, закалка, сталь, являются русские инженеры Павел Петрович Аносов и чугун, цветные металлы.

Дмитрий Константинович Чернов.

ББК 34.2Я© Сизов И.Г. с соавт., 2006 г.

© ВСГТУ, 2006 г.

Лабораторная работа 1 отделенных от другого объема поверхностью раздела - границей зерна.

МАКРОСКОПИЧЕСКИЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ Существует внутренняя связь между наблюдаемой на МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ. изломе величиной зерна и свойствами металла. Особенно резко величина зерна влияет на сопротивление металла I. Цель работы. динамическим нагрузкам, на его вязкость. Чем крупнее Целью работы является изучение методов зерно, тем сплав становится более хрупким. Хрупкость макроскопического исследования строения и качества металла может явиться причиной разрушения деталей машин сплавов по шлифам и изломам. и конструкций в процессе их эксплуатации.

Величина зерна зависит от многих факторов:

II. Сведения из теории. химического состава сплава, условий его кристаллизации в Макроскопический анализ заключается в определении период перехода из жидкого состояния в твердое, условий строения металлов и сплавов невооруженным глазом или при последующей пластической деформации (в горячем или в помощи лупы или бинокулярного микроскопа при холодном виде), термической обработки.

увеличении до 30 раз. При ускоренном охлаждении жидкого металла или при Строение металлов, изучаемое при помощи введении в жидкий металл специальных присадок– макроскопического анализа (макроанализа) называется модификаторов, структура получается мелкозернистой.

макроструктурой. При последующем высокотемпературном и длительном Макроанализ широко применяется в металлургической нагреве металла, зерна могут увеличиваться до значительных и машиностроительной промышленности. размеров. Причиной такого роста зерен является стремление Макроскопическим анализом выявляются: системы уменьшить запас свободной поверхностной энергии, 1. Характер излома (хрупкий или вязкий), излом при этом происходит слияние отдельных мелких зерен в усталости. более крупные.

2. Дефекты, нарушающие сплошность металла: Изменение величины зерна в зависимости от неметаллические включения, волосовины, пористость, температуры и времени нагрева можно наблюдать на рыхлость, раковины, расслоения, закаты, флокены, трещины. углеродистой стали 45 (рис.1). Чем выше температура 3. Химическая неоднородность (ликвация). нагрева и продолжительнее нагрев, тем больше укрупняется 4. Дендритная и волокнистая структура. зерно.

На величину зерна существенное влияние оказывает 1. Макроанализ по виду излома. химический состав стали. Многие легирующие элементы Излом дает возможность выявить качество металла (по (хром, никель, вольфрам, ванадий), вводимые в сталь, величине зерна и характеру его разрушения). уменьшают склонность стали к росту зерна.



Зерно - объем металла, состоящий из отдельных Пластическая деформация (прокатка, ковка, кристалликов, одинаково ориентированных в пространстве, штамповка), термическая обработка (отжиг, нормализация, 4 закалка) могут вернуть сплаву мелкозернистое строение, мгновенно, или процесс разрушения развивался постепенно, разрушить крупное зерно, не нарушая сплошности металла. во времени (часы, сутки, месяцы).

При постепенном развитии процесса разрушения образуется характерный излом, называемый усталостным.

Процесс разрушения в этом случае обычно начинается у поверхности детали и постепенно распространяется вглубь, давая сглаженную поверхность в местах зарождения трещин.

Сглаженная поверхность получается в результате длительного контакта (трения) двух поверхностей образовавшейся микротрещины.

Когда сечение детали значительно ослабевает, в результате увеличения количества микротрещин и роста их протяженности, происходит мгновенное, полное разрушение детали с кристаллическим строением второй части излома.

Усталостные разрушения встречаются в деталях, работающих с переменными нагрузками по величине и знаку с большой частотой.

Рис 1. Схема роста зерна в сталях (Сталь 45 - углеродистая Если деталь работала при нормальных нагрузках (без качественная конструкционная. Химический состав: С = 0,42-0,5%, Si = 17-0,37%, Мn - 0,5-0,8%, S 0,040%, Р 0,040) перегрузок), а металл обладал достаточно высокой пластичностью, то зона медленного разрушения значительно 2. Хрупкий и вязкий излом.

больше зоны мгновенного разрушения. И наоборот, если При анализе необходимо указать, произошло хрупкое работа детали сопровождалась временными перегрузками, или вязкое разрушение металла.

или металл имел высокую твердость и низкую вязкость, то Хрупкий излом характеризуется чётко выраженными зона медленного разрушения занимает малую площадь в границами зёрен, без видимых следов их пластической сечении излома, а зона мгновенного излома - большую деформации. Металл, склонный к хрупкому разрушению, площадь.

может разрушиться даже под действием небольших внешних Обычно разрушение деталей в результате их усталости сил. Вязкий излом характеризуется большей или меньшей наблюдается при несовершенстве их геометрической формы степенью деформации металла, предшествовавшей его (наличие резких переходов от одной поверхности к другой), разрушению. Границы отдельных зёрен в этом случае не наличии на поверхности задиров, рисок, царапин, просматриваются.

загрязнённости металла неметаллическими включениями. На рисунке 2 приведена схема усталостного излома.

3. Усталостный излом.

Характер излома, полученного в результате разрушения деталей машин, может указать, произошло ли их разрушение 6 В результате разной скорости растворения в кислотном растворе здоровых и дефектных участков металла, а также участков металла, имеющих разную структуру и химический состав, на плоскости разреза отчётливо выявляются все дефекты металла и особенности его макроструктуры.

5. Дефекты, нарушающие сплошность металла.

Из многочисленных дефектов, нарушающих сплошность металла могут быть отмечены следующие:

неметаллические включения; пористость; волосовины, флокены.

Неметаллические включения.

К неметаллическим включениям относятся примеси, Рис 2. Схема излома усталости, прошедшего по шейке попадающие в металл в процессе его выплавки. К таким коленчатого вала примесям относятся MgS, FeS, SiO2, Аl2Оз и другие.

Неметаллические включения могут быть пластичными и при 4. Оценка качества металла методом глубокого деформации металла принимать нитевидную форму, как, травления.

например MgS (сульфид марганца) (рис.3), или хрупкими, Для выявления в металле различных металлургических которые при деформации металла разрушаются, не дефектов, нарушающих сплошность металла, а также для деформируясь, и располагаются в виде цепочек, как, выявления строения металла (дендритное или волокнистое) например А12О3 (окись алюминия) (рис.3).

применяется метод глубокого травления. Сущность метода Неметаллические включения нарушают сплошность заключается в том, что металл (прокат, отливка, поковка или металла. Чем острее форма включения, тем большая готовая деталь) разрезается в долевом или поперечном опасность возникновения в этих местах высоких напряжений.

направлениях, шлифуется по плоскости разреза (вначале на При значительных переменных нагрузках эти места могут шлифовальном станке, а затем тонкими наждачными явиться началом возникновения трещин усталости.

шкурками) и травится в водном растворе соляной (в Неметаллические включения часто могут быть отношении 1:1) или серной (в отношении 1:5) кислоты, при выявлены на магнитных дефектоскопах лишь после температуре 60-70° С. Продолжительность травления окончательной обработки деталей.

колеблется от 30 минут до 1-2 часов, в зависимости от Пористость. Пористость, уменьшая плотность химического состава и структурного состояния металла.

металла, понижает характеристики его механических свойств Посла травления микрошлиф промывается в проточной воде (твёрдость HВ, HRC, предел прочности в МПа, предел и сушится фильтровальной бумагой или сжатым воздухом.

8 текучести т, относительное удлинение %, относительное извилистых волосных трещин протяжённостью от долей сужение %, ударную вязкость КС МДж/м2. миллиметра до нескольких десятков миллиметров. Флокены Пористость обнаруживается в виде точечных пустот, могут также выявляться в долевом (вдоль проката) изломе как результат наличия в стали газовых пузырей или стали, неметаллических включений.





Газовые пузыри образовываются в процессе кристаллизации металла, насыщенного различными газами (кислородом, азотом, водородом). Газы могут равномерно распределяться по всему объёму металла, заполняя различные несплошности (так называемая рассеянная пористость), или концентрироваться в подкорковой зоне металла (рис.3).

Волосовины. Волосные трещины могут встречаться на поверхности прокатанного металла и по его сечению.

Опасность их заключается в том, что они могут служить очагом разрушения деталей машин, особенно при работе деталей с переменными нагрузками.

Главными причинами образования таких волосовинтрещин являются газовые пузыри и неметаллические включения. При деформации металла они вытягиваются в тонкие, волосные капилляры (рис.4).

Если газовые пузыри располагаются под поверхностным слоем металла (подкорковые газовые пузыри), то волосовины могут выйти на поверхность металла и обнаруживаются невооруженным глазом. Также поверхностные волосовины удаляются, как правило, на металлургических заводах путём шлифовки поверхности наждачными кругами, вырубкой пневматическими зубилами или другими способами. Внутренние волосовины, Рис 3. Металлургические дефекты в сталях расположенные на различной глубине по сечению металла, являются причиной забракования деталей после больших в виде серебристых пятен, по цвету резко отличных от затрат на их механическую обработку.

излома здоровой части металла (рис.4).

Флокены. Флокены обнаруживаются в поперечном Причиной возникновения флокенов являются сечении проката (после глубокого травления) в виде выделения из стали водорода, растворившегося в ней в 10 процессе выплавки (водород попадает в сталь из шихта, из печных газов). Зональная ликвация является следствием неравномерного распределения химических элементов по сечению слитка или проката. Склонны к ликвации сера, фосфор и углерод (рис.5).

Рис 4. Металлургические дефекты в сталях Растворимость водорода в стали уменьшается с понижением её температуры. Если охлаждение после прокатки или ковки происходит медленно, то водород успевает продиффундировать и удалиться в атмосферу.

5. Химическая неоднородность (ликвация).

Ликвация (химическая неоднородность) может быть Рис 5. Химическая неоднородность стали (ликвация).

зональной или дендритной.

12 Дендритная ликвация происходит в пределах отдельных Отпечатки промывают в воде и закрепляют в гипосульфите.

кристалликов как результат равной растворимости того или Такой метод даёт представление о качественном иного элемента в твёрдой фазе. Дендрит имеет древовидное распределении серы по сечению металла.

строение (в виде ёлочки), при котором отчетливо видны оси дендритов и междендритное пространство. При определении 8. Волокнистая структура. Волокнистая структура хим. состава и твёрдости "осей" дендритов и межосных обнаруживается в металле, подвергнутом пластической пространств может быть обнаружена значительная разница в деформации (прокатке, ковке, штамповке). В процессе их величинах. деформации, например прокатки, литой металл Химическая неоднородность - ликвация ухудшает деформируется в определённом направлении. Имеющаяся в механические свойства сплавов, делает их неоднородными. металле неоднородность также ориентируется в направлении 7. Выявление ликвации серы по методу Баумана. Сера деформации. Вытягивается вдоль прокатки дендриты и и фосфор опасны не только своим абсолютным количеством, междендритные области - зоны, обогащенные серой и но и склонностью к ликвации - неравномерному их фосфором, вытягиваются поры, образующие при этом распределению. тончайшие капилляры, деформируются неметаллические В ряде случаев, при общем небольшой количестве, сера включения.

и фосфор могут концентрироваться в отдельных зонах В результате такой деформации, металл приобретает сечения и достигать опасных пределов. Поэтому важно знать характерный, ориентированный вдоль вытяжки "рисунок" не только абсолютное количество этих элементов в стали, но структуры. Ориентированная в определенном направлении и характер их распределения, метод Баумана даёт макроструктура приводит к неоднородным механическим возможность решить эту задачу. Сущность метода свойствам металла в долевом и поперечном направлениях.

заключается в следующем: фотографическую Образцы металла, вырезанные для механических бромосеребряную бумагу, смоченную в 5% водном растворе испытаний в поперечном направлении, обычно ослаблены.

серной кислоты, эмульсионной стороной накладывают на Разность механических свойств в долевом и поперечном поверхность макрошлифа и выдерживают 1-2 минуты. При направлениях особенно резко проявляется при действии этом необходимо обеспечить плотный контакт между механических нагрузок. Различие в свойствах иногда бывает бумагой и металлом. Сера в стали находится в виде в 2-3 раза (рис 6.).

химических соединений с марганцем или железом. При При изготовлении деталей штамповкой стремятся наличии серы на поверхности макрошлифа будут осуществить такой процесс штамповки, при котором волокно происходить следующие реакции: следовало бы контуру детали так, как это показано на MnS(FeS) + H2SO4 = MnSO4(FeSO4) +H2S; рисунке 6а.

2AgBr + H2S = 2HBr + Ag2S.

Ag2S образует на фотобумаге тёмные пятна, которые III. Задание.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 17 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.