Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







МАКРОСКОПИЧЕСКИЙ И МИКРОСКОПИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ





МАКРОСКОПИЧЕСКИЙ И МИКРОСКОПИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

МЕТАЛЛОВ

 

Цель работы – изучить методы макроскопического и микроскопического исследования металлов.

 

Краткие теоретические сведения

 

Макроскопическое исследование (макроанализ) – это изучение строения металлов и сплавов невооруженным глазом или с помощью лупы
при увеличении в тридцать раз. Строение металлов, изучаемое при помощи макроанализа, называется макроструктурой. Макроанализ может производиться как по виду излома металла, так и на специально подготовленной поверхности металлического образца. Подготовка образцов заключается в шлифовании поверхности с последующим её травлением специальными реактивами. Шлифованный и протравленный для макроанализа образец называется макрошлифом

Метод позволяет обнаружить в металлах:

- химическую неоднородность, вызываемую условиями кристаллизации ;

- сплошность металла и нарушения ее, вызываемые присутствием рыхлости, пузырей, трещин;

- неоднородность строения, вызванную последующей обработкой давлением;

- структурную или химическую неоднородность в детали, созданную термической, химико-термической или другой обработкой;

- вид излома: вязкий или хрупкий.

Микроскопический анализ (микроанализ) заключается в исследовании структуры металлов с помощью микроскопа. Наблюдаемая структура называется микроструктурой.



С помощью микроанализа можно определить:

- фазовый состав и структуру;

- размеры и форму зерен;

- наличие микроскопических дефектов и неметаллических включений.

Микроструктура изучается с помощью металлографического микроскопа, основной системой которого являются оптическая, включающая объектив, окуляр и ряд вспомогательных оптических элементов (зеркала, призмы и т. д.).

Объективы дают увеличение от 9 до 95 раз, а окуляры – от 2 до 25 раз. Общее увеличение, которое дает микроскоп с помощью объектива и окуляра, можно принять равным произведению увеличения окуляра
на увеличение объектива.

Увеличение, с которым выявляются детали рассматриваемого предмета, называется максимальным полезным и для микроскопа оно составляет 1000.

Изучение в микроскопе металла возможно лишь при отражении световых лучей от исследуемой поверхности. Образец, поверхность которого подготовлена для микроанализа, называется микрошлифом. Его приготовление состоит из многократного шлифования и полирования с последующим воздействием определенных реактивов (травление).

Изучение микроструктуры целесообразно начинать с рассмотрения микрошлифа в «нетравленом виде», т. е. непосредственно после полирования, промывки и просушки. Под микроскопом такой шлиф имеет вид светлого круга, на котором обнаруживаются темные участки, а иногда желтые или другого цвета, представляющие собой неметаллические включения. При рассмотрении нетравленого шлифа также обнаруживается микропористость.

Травление заключается во взаимодействии металла поверхности микрошлифа с химически активными растворами щелочей, солей, кислот
в спирте. При травлении реактив взаимодействует с различными участками поверхности микрошлифа неодинаково, что приводит к разной степени их травимости. Световой поток, направленный через объектив на микрошлиф, отразится различно от разных зерен; на участках стыков зерен возникает значительное рассеяние и отраженные лучи не попадут в поле зрения, поэтому по границам зерен возникнут темные линии, которые воспроизводят картину действительных стыков между зернами (рис. 1).

 

 

 

 

Рисунок 1 – Схема выявления границ зерна

 

 

Материалы, оборудование и принадлежности

 

Для выполнения работы необходимы: образцы углеродистой стали, наждачная бумага различной зернистости, 5%-й раствор серной кислоты, 20%-й раствор гипосульфита Na2S2O3 (фиксаж), фотобумага, полированные шлифы образцов стали, реактивы для травления (4%-й раствор азотной кислоты в спирте), вата, фильтровальная бумага.

 

 

Ход работы

Проведение микроанализа

Ознакомиться с устройством микроскопа.

Выбрать окуляр и объектив, обеспечивающие увеличение в пределах 100-200 раз, установить и рассмотреть структуру нетравленого шлифа. Зарисовать наблюдаемую структуру.

Протравить этот же шлиф, для чего опустить его полированной поверхностью в реактив и выдержать 5-8 с, вытереть спиртом и высушить
с помощью фильтровальной бумаги.

Изучить выявленную структуру под микроскопом, зарисовать и охарактеризовать ее.

Изучить шлифы из коллекции (по указанию преподавателя), зарисовать и охарактеризовать структуру.


Содержание отчета

 

Отчет должен содержать: название работы и ее цель, краткие теоретические сведения с указанием назначения и задач макро- и микроанализа, методики приготовления и травления макрошлифов, отпечаток на серу
с заключением о качестве исследованных металлов, рисунки всех изученных микроструктур, описание структур.

Лабораторная работа 2

В РАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ

 

Цель работы – изучить микроструктуру углеродистых сталей в условиях равновесия в соответствии с диаграммой состояния системы «железо – карбид железа».

Однофазные структуры

Феррит – твердый раствор внедрения углерода в α-железе. Наибольшая растворимость углерода в феррите – 0,025%. Кристаллическая решетка – объемноцентрированный куб. Феррит – самая мягкая и пластичная составляющая в системе. Твердость феррита НВ 100. Феррит имеет зернистое (полиэдрическое) строение. После травления в 4%-м спиртовом растворе азотной кислоты зерна феррита окрашены в желтый цвет.

Аустенит – твердый раствор внедрения углерода в γ-железе. Наибольшая растворимость углерода в аустените – 2,14%. Кристаллическая решетка – гранецентрированный куб.

Цементит (карбид железа) – химическое соединение железа с углеродом, содержащее 6,67% С. Цементит является самой твердой фазой
в рассматриваемой системе и его твердость достигает НВ 1000, но при этом обладает высокой хрупкостью. Кристаллическая решетка цементита – октаэдрическая. Под микроскопом он имеет ярко-белый цвет после травления в 4%-м спиртовом растворе азотной кислоты.


 

Рисунок 2 – Диаграмма состояния Fe – Fe3C


Двухфазные структуры

Перлит – эвтектоидная механическая смесь феррита и цементита, содержит 0,80% С. Его твердость НВ 180-200. Перлит, как двухфазная структура, при воздействии реактива (4%-й спиртовой раствор азотной кислоты) на микрошлиф травится интенсивнее, чем феррит. При относительно небольших увеличениях (менее 300 раз) зерна перлита имеют коричневый цвет неодинаковой интенсивности (от зерна к зерну). При увеличениях более 300–400 раз различается отчетливое пластинчатое строение перлита в виде чередующихся светлых и темных (коричневых) пластин.

В доэвтектоидной стали перлит в большинстве случаев имеет пластинчатое строение, темные пластинки, видимые в перлите, представляют тени, отбрасываемые на участки феррита выступающими после травления пластинками цементита. В заэвтектоидной стали перлит чаще всего имеет зернистое строение. Структура эвтектоидной стали (0,80% С) состоит
из перлита.В зависимости от условий охлаждения перлит может быть пластинчатым или зернистым.

В заэвтектоидной стали наряду с перлитом присутствует вторичный цементит, выделяющийся из аустенита при охлаждении вследствие уменьшения растворимости углерода в железе. При правильном выполнении предшествующей обработки (ковки, отжига) вторичный цементит присутствует в виде мелких зерен, равномерно распределенных в основной массе перлита. Дефектом заэвтектоидной стали является выделение вторичного цементита в виде сетки по границе зерен.

Ход работы

 

На оптических изображениях микроструктуры стали перлит будет выглядеть в виде темных зерен, а феррит в виде белых (в действительности феррит имеет желтоватый цвет, перлит – коричневый).

Структура стали в равновесном состоянии определяется содержанием углерода и при содержании меньше 0,0025% С структура стали будет состоять только из феррита.

При увеличении содержания углерода до 0,025% С происходит образование третичного цементита, который выделяется из-за переменной растворимости углерода в феррите при снижении температуры, главным образом, по границам зерен феррита, понижая пластичность и вязкость стали.

Увеличение содержания углерода сверх 0,025% вызывает образование перлита. При этом в стали с содержанием углерода до 0,1–0,15% еще выявляются включения третичного цементита.

С увеличением содержания углерода количество феррита уменьшается, а количество перлита увеличивается. При содержании 0,80% С количество перлита равно 100%.

По структуре доэвтектоидных углеродистых сталей, находящихся
в равновесном состоянии, можно ориентировочно определить количество углерода с помощью формулы:

 

C= %,

 

где F – суммарная площадь, занимаемая в микроструктуре перлитом, %. Ее определяют планиметром или зрительно (ориентировочно)
при просмотре шлифа.

Следует иметь в виду, что в формуле не учитывается содержание углерода в феррите, принимается, что весь углерод находится в перлите.

Зарисовать и охарактеризовать наблюдаемые структуры, представленные преподавателем. Определить содержание углерода во всех изучаемых образцах доэвтектоидной стали по соотношению площадей, занимаемых ферритом и перлитом.

 

Содержание отчета

 

Отчет должен содержать: название работы, ее цель и краткие теоретические сведения, рисунки микроструктур просмотренных шлифов с заключениями, которые сопровождаются расчетами по определению содержания углерода (для доэвтектоидных сталей), выводы о влиянии углерода на структуру и свойства стали.

 

Лабораторная работа 3

МИКРОСТРУКТУРА ЧУГУНОВ

Цель работы – изучить микроструктуру белых, серых, ковких и модифицированных чугунов. Установить связь между структурами белых чугунов и диаграммой состояния системы «железо – цементит».

 

Ход работы

 

Изучение структуры чугунов начинают с нетравленых образцов
для оценки формы и размеров графитных включений. Металлическая основа – ярко-белая, графит выглядит в виде включений темного цвета.

Далее изучают микроструктуру шлифов после травления в 4%-м спиртовом растворе азотной кислоты Следует иметь в виду, что на черно-белых изображениях перлит будет выглядеть в виде темных (серых) зерен, а феррит и цементит – белых. В действительности зерна перлита имеют коричневый цвет, феррита – желтый, цементита – ярко-белый.

Зарисовать и охарактеризовать наблюдаемые структуры в порядке, указанном преподавателем, сопровождая зарисовки заключениями. В заключениях необходимо указать форму графитных включений, структуру металлической основы, название чугуна и увеличение, при котором рассматривалась микроструктура.

 

Содержание отчета

 

Отчет должен содержать: название работы, ее цель и краткие теоретические сведения с указанием всех видов чугунов, зарисовки микроструктур просмотренных шлифов с заключениями.

 

Лабораторная работа 4

Ход работы

Содержание отчета

 

Отчет должен содержать: название работы и ее цель, краткие теоретические сведения, ход работы, а также следующие результаты экспериментов:

- расчеты по определению режимов нагрева для отжига, нормализации и закалки;

- фактические режимы термообработки в виде графиков, в координатах «температура – время»;

- данные по таблицам 4.1 – 4.4;

- диаграмму влияния скорости охлаждения на твердость стали;

- график влияния температуры нагрева закаленной стали на ее твердость;

- рисунки микроструктур образцов после всех исследованных видов термической обработки (в кругах диаметром 35–40 мм).

 

Таблица 4.4

Марка стали Содержание элементов, % Вид термообработки Наименование полученной структуры
C Mn Si Cr Ni
            Отжиг  
            Нормализация  
            Закалка в воде  
            Закалка в масле  
            Закалка + отпуск при t = 200°С  
            Закалка+отпуск при t = 400°С  
            Закалка + отпуск при t = 650°С  

 

Лабораторная работа 5

Ход работы

 

Замерить твердость образцов, которые поддавались и не поддавались цементации. Результаты измерения занести в таблицу 5.1.

Образцы загрузить в печь, предварительно нагретую до температуры 800–8500С.

После совпадения цвета образцов и стенок рабочего пространства печи назначить выдержку 5 минут.

После окончания выдержки все образцы закалить в воде.

Зачистить поверхности образцов (торцовую и образующую) до металлического блеска и снова замерить твердость по Роквеллу. Результаты занести в таблицу 5.1.

Изучить микроструктуру образцов, подвергнутых цементации. Зарисовать и охарактеризовать микроструктуру поверхностных, переходных и центральных зон. Определить общую толщину цементированного слоя и протяженность заэвтектоидной, эвтектоидной и доэвтектоидной зон.

Сделать выводы о влиянии термической обработки на свойства поверхностных слоев цементированных изделий и особенности микроструктуры.

 

Содержание отчета

 

Отчет должен содержать название работы, цель, теоретические сведения, ход работы, а также:

- марку исследованной стали и её химический состав;

- результаты опытов по таблице 5.1;

- рисунки микроструктур образцов, подвергнутых цементации
(в кругах диаметром 35–40 мм);

- выводы о микроструктуре цементируемой стали и влиянии послецементационной термической обработки на твердость поверхностных и центральных слоев.

Таблица 5.1

Твердость поверхности образцов, HRC
До закалки образцов После закалки образцов
Нецементиро-ванные Цементиро-ванные Нецементиро-ванные Цементиро-ванные
На поверхности В центре На поверхности В центре На поверхности В центре На поверхности В центре
               

Лабораторная работа 6

ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ

Цель работы – изучить структуру легированных сталей различных классов, экспериментально установить влияние легирующих элементов
на некоторые свойства стали.

 

Ход работы

 

На прокаливаемость стали

Этот раздел работы выполняется путем исследования микроструктуры образцов, вырезанных из четырех зон по сечению валов диаметром 600 мм, изготовленных: один – из стали 40, другой – из стали 40ХНМА. Валы подвергали закалке с последующим высокотемпературным отпуском. Если в результате закалки образуется мартенситная структура, то после высокотемпературного отпуска структура в этой зоне превращается
в сорбит отпуска. При недостаточной прокаливаемости стали, когда в данной зоне не образуется мартенсит, то после высокотемпературного отпуска структура останется состоящей из пластинчатого перлита и феррита. Такой подход позволяет путем изучения микроструктуры образцов, вырезанных из разных зон крупной детали, судить о прокаливаемости стали, из которой изготовлена деталь.

Для изучения микроструктуры установить образцы на микроскоп, сфокусировать изображение структуры, регулируя макро- и микровинтами, добиться отчетливого (резкого) изображения структуры. Последовательно изучить микроструктуру образцов коллекции. Результаты записать в таблицу 6.2. Выполнить зарисовки микроструктур.

 

Содержание отчета

 

Отчет должен содержать: название работы, ее цель и краткие теоретические сведения, ход работы, зарисовки всех исследованных микро- структур с заключениями, данные по таблицам 6.1 и 6.2, выводы о влиянии легирующих элементов на величину зерна, содержание углерода в перлите, прокаливаемость.

 

Таблица 6.2

Места вырезки образцов из диаметров 600 мм Название микроструктуры образцов, вырезанных из вала, изготовленного из стали
40ХНМА
Поверхностная зона    
На расстоянии 100 мм от поверхности вала вглубь    
На расстояние 200 мм от поверхности вала вглубь    
Центр вала    

Лабораторная работа 7

Ход работы

На основании сведений, полученных от преподавателя, записать
в таблицу 7.1 химический состав исследуемых образцов инструментальной стали.

Таблица 7.1

№ пп Марка стали Содержание элементов, % Состояние образцов до термообработки
C Mn Si Cr W V Mo Другие
У8                  
90Хф                  
Р18                  

 

На одном-двух образцах каждой марки стали измерить твердость по Роквеллу (шкала С). Найти среднее арифметическое значение твердости и записать данные (для каждой марки стали) в таблицу 7.2.

 

Таблица 7.2

№ пп Марка стали Твердость до нагрева, HRC (непосредственно после закалки) Средняя твердость HRC после нагрева в течение 1часа при температуре, °С
У8            
90ХФ            
Р18            

 

Образцы каждой марки стали (в количестве, указанном преподавателем) загрузить в водяную баню (температура 100°С) и в печи с температурами 200, 400, 600 и 700°С. Время выдержки 1 ч. После выдержки образцы охладить на воздухе.

Остывшие образцы зачистить на наждачном круге и наждачной бумагой до появления металлического блеска и измерить твердость по Роквеллу (шкала С). Результаты измерения, как среднее из двух-трех замеров твердости образцов, нагретых до данной температуры, записать в таблицу 7.2.

По результатам измерения твердости построить график: по оси ординат – твердость НRС, по оси абсцисс – температура нагрева, °С.

На один график нанести кривые всех трех изученных марок стали.

 

Содержание отчета

 

Отчет должен содержать: название работы и ее цель, краткие теоретические сведения, ход работы, результаты экспериментов по таблицам 7.1 и 7.2, график с нанесенными тремя кривыми зависимости твердости углеродистой, легированной и быстрорежущей сталей от температуры нагрева, выводы о влиянии нагрева на свойства закаленных инструментальных сталей с объяснением наблюдаемых явлений.

 

 

Лабораторная работа 8

Алюминий и его сплавы

 

Алюминий и его сплавы обладают малой плотностью, высокой тепло- и электропроводностью. Благодаря сравнительно высоким механическим свойствам алюминиевые сплавы делятся на применяемые в деформированном виде и в литом. Границей между этими двумя видами сплавов является предел насыщения твердого раствора вторым компонентом
при эвтектической температуре.

Деформируемые сплавы. Наиболее распространены сплавы алюминия с медью, получившие название дуралюминов. Они содержат 3,5–5,5% Сu с небольшими добавками магния и марганца Структура дуралюмина после отжига состоит из зерен α-твердого раствора, содержащего около 0,5% Сu (светлый фон шлифа) и мелких вторичных кристаллов СuАl2, расположенных по границам и внутри зерен твердого раствора в виде темных точек.

Литейные сплавы. Структура этих сплавов по сравнению с деформируемыми сплавами крупнозернистая, грубая. Наиболее распространенными литейными сплавами являются силумины – сплавы алюминия с 8 – 14% кремния.Для измельчения зерна и улучшения механических свойств силумины модифицируют. Благодаря модифицированию измельчается зерно и строение эвтектики.

Структура немодифицированного сплава состоит из алюминиевого α-твердого раствора (основной светлый фон шлифа) и эвтектики α + Si (темные участки), в которой кремний находится в виде крупных игл, структура грубая. После модифицирования структура измельчается: она состоит из первичных дендритов α-твердого раствора (светлый фон) и мелкой (дисперсной) эвтектики (темный фон).

 

Медь и ее сплавы

 

Медь и ее сплавы относятся к группе тяжелых металлов. Наибольшее применение имеют сплавы меди с цинком (латуни) и сплавы меди
с оловом, алюминием, марганцем, свинцом и т. п. (бронзы).

Латуни. При содержании цинка до 39% латуни однофазные. Структура их состоит из зерен твердого раствора α с наличием двойниковых образований. Зерна имеют различную окрашиваемость вследствие анизотропии. При содержании цинка более 30% латуни двухфазные. Структура их состоит из твердого раствора α (светлый фон) и твердого раствора β (темный фон). Прочность двухфазных латуней выше однофазных.

Бронзы. Оловянистые бронзы содержат более 6% Sn в литом состоянии вследствие сильной ликвации имеют двухфазную cтруктуру:
α- твердый раствор и эвтектоид α + Cu + Sn8.

Сплавы, содержащие менее 6% олова, в литом виде состоят из дендритов неоднородного твердого раствора. Такие сплавы обладают высокими антифрикционными свойствами. Отжиг, выравнивая химический состав, устраняет ликвацию. Бронзы после отжига имеют однофазную структуру и теряют антифрикционные свойства.

Алюминиевые бронзы обладают или однофазной структурой (при 4–6% Аl), или двухфазной (при 10–12% Аl ), состоящей из кристаллов
α-твердого раствора и эвтектоида α + δ.

 

Ход работы

 

Подготовить к работе микроскоп, установить микрошлифы в порядке, указанном преподавателем. Регулируя макро- и микровинтами, добиться четкого (резкого) изображения микроструктуры. Изучить микроструктуру, зарисовать ее в кругах диаметром 35–40 мм.

 

Содержание отчета

 

Отчет должен содержать: название работы, ее цель и краткие теоретические сведения, рисунки микроструктур в кругах диаметром 40 мм всех исследованных сплавов с заключениями, описание области применения изученных сплавов.


СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Материаловедение: Учебник для вузов / Б. Н. Арзамасов, В. И. Макарова, Г. Г. Мухин и др.; Под общ. ред. Б. Н. Арзамасова, Г. Г. Мухина. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. - 648 с.

2 Металознавство: Підручник / О. М. Бялік, В. С. Черненко, В. М. Писаренко, Ю. Н. Москаленко. – К.: ІВЦ «Видавництво «Полі-техніка», 2002. – 384 с

3 Кузін О. А. Металознавство та термічна обробка металів: Підручник / О. А. Кузін, Р. А. Яцюк. – Львів: Афіша, 2002. – 304 с.

4 Лахтин Ю. М. Материаловедение: Учебник для высших технических заведений / Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтьева. – М.: Машиностроение, 1990. – 528 с.

5 Гуляев А. П. Металловедение: Учебник для вузов. – М.: Металлургия, 1978. – 647 с.


 

Навчальне видання

 

 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

 

до лабораторних робіт

з дисципліни

 

«ТЕХНОЛОГІЯ КОНСТРУКЦІЙНИХ

МАТЕРІАЛІВ І МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО»

 

Часть 2. «Матеріалознавство»

 

(для студентов механических специальностей

 

Укладач МІНКОВ Олександр Миколайович

 

 

Редактор О. М. Болкова

Комп’ютерна верстка О. П. Ордіна

 

 

198/2006. Підп. до друку . Формат 60 х 84/16.

Папір офсетний. Ум. друк. арк. 1,75. Обл.-вид. арк. 1,27.

Тираж прим. Зам. №

 

Видавець і виготівник

«Донбаська державна машинобудівна академія»

84313, м. Краматорськ, вул. Шкадінова, 72.

Свідоцтво про внесення суб’єкта видавничої справи

до Державного реєстру

серія ДК №1633 від 24.12.03.

МАКРОСКОПИЧЕСКИЙ И МИКРОСКОПИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

МЕТАЛЛОВ

 

Цель работы – изучить методы макроскопического и микроскопического исследования металлов.

 







Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2022 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.