Методические указания по выполнению лабораторно-практических работ по материаловедению
Содержание
Введение…………………………………………………………………3
1.ЛР01Изучение закономерности процессов кристаллизации……………………………………………………………………4
2. ЛР02Приготовление макрошлифов. Визуальное наблюдение макроструктуры металлов………………………………………………………7
3.ЛР03Методика исследования испытаний твердости по Бринеллю и Роквеллу………………………………………………………………………….13
4. ЛР04 Методика исследования на ударную вязкость……………..21
5.ЛР05Микроанализ структур железоуглеродистых сплавов……...25
6.ЛР06 Изучение под микроскопом микроструктуры сталей после термообработки и химикотермической обработки……………………………30
7.ЛР07 Изучение под микроскопом микроструктур серых, ковких и высокопрочных чугунов…...................................................................................35
8.ЛР08 Изучение под микроскопом микроструктур и свойств конструкционных сталей……………………………………………………….39
9.ЛР09 Изучение под микроскопом микроструктур и свойств инструментальных сталей………………………………………………………42
10. ЛР10 Изучение под микроскопом микроструктуры и свойств цветных металлов и сплавов………………………………………………………………46
11.ПР01 Анализ диаграммы «железо-цементит»……………………52
12.ПР02Выбор режима термической обработки…………………….61
13.ПР03Выбор марки конструкционной стали по ее назначению и условиям эксплуатации…………………………………………………………64
14.ПР04 Выбор марки инструментальной стали по ее назначению и условиям эксплуатации…………………………………………………………73
15.ПР05Выбор марки цветных сплавов по их назначению и условиям эксплуатации…………………………………………………………………….82
Основные источники…………………………………………………88
Рабочая тетрадь
Аннотация
Данные методические указания предназначены для выполнения лабораторных и практических работ по дисциплине «Материаловедение» для специальности: 150412 «Обработка металлов давлением».
Введение
Дисциплина «Материаловедение» относится к числу основополагающих дисциплин для машиностроительных специальностей. Это связано с тем, что получение, разработка новых материалов, способы их обработки являются основой современного производства и во многом определяют уровень развития научно-технический и экономический потенциал страны.
Выполнение практических и лабораторных работ способствует овладеванию профессиональных компетенций соответствующих основным видам профессиональной деятельности техника.
Представленный комплекс лабораторно – практических работ включает 2 работ по основам определения твердости и ударной вязкости материалов,8 лабораторных работ по изучению микроструктур сталей и сплавов . А так же практические работы по выбору материалов в зависимости от условий работы, по назначению В результате выполнения лабораторных и практических работ студенты закрепляют полученные на уроках знания, расширяют их. Приобретают навыки пользования измерительными приборами, учатся работать с учебной и справочной литературой. Решение задач позволяет студентам правильно выбрать материал, назначить рациональные режимы термообработки.
Методические указания включает порядок выполнения работ с указанием источника для определения искомого параметра, задания по вариантам, а так же необходимые справочные материалы, которые способствуют активизации работы студентов и исключают трату времени на поиски необходимых сведений при решении.
В методических указаниях по выполнению лабораторных работ включен краткий теоретический материал, порядок выполнения работы, контрольные вопросы.
В целом выполнение лабораторно – практических работ углубляет знания по дисциплине, и позволят будущему специалисту правильно организовать производственный процесс и способствовать получению качественных изделий.
Лабораторные и практические работы выполняются в специальных тетрадях, где заполняется тема практической работы ,цель, условие задачи и выполняются необходимые расчеты.
Лабораторная работа 01
Тема
Изучение закономерностей процессов кристаллизации.
1 Цель работы
1.1 Научить учащихся самостоятельно наблюдать с помощью биологического микроскопа за процессом кристаллизации из раствора соли.
1.2 В процессе выполнения учащийся должен изучить: оптическую систему и устройство биологического микроскопа, процесс работы на биологическом микроскопе при наблюдении за кристаллизацией из раствора соли, характер кристаллов, образующихся из раствора соли в различные периоды кристаллизации.
2 Оснащение: биологический микроскоп; соли Pb (NO3)2, K2Cr2O7, NH4Cl, NaCl; пробирки, спиртовку; пипетку; циркуль и линейку.
3 Задание к работе
3.1 Изучить устройство биологического микроскопа и работу на нем.
3.2 Начертить и описать оптическую схему биологического микроскопа.
3.3 Просмотреть на биологическом микроскопе процесс кристаллизации капли раствора соли.
3.4 Описать процесс кристаллизации соли.
3.5 Зарисовать строение затвердевающей капли раствора соли с соответствующими пояснениями.
3.6 Написать отчет по работе в соответствии с пунктами 2, 4 и 5 задания.
4 Общие сведения
4.1 Оптическая схема биологического микроскопа. Лучи 1 (рис1.1) от естественного или искусственного источника света, отразившись от зеркала 2, проходят через рассматриваемый объект 3 ( в данной работе каплю раствора соли), помещенный на плоское стекло 4, затем через объектив 5 и через окуляр 6 и попадают в глаз наблюдателя.
4.2 Конструкция биологического микроскопа. Плита 1 микроскопа (рис.1.2) соединена с колонкой 3 шарниром 2, что позволяет наклонять верхнюю часть микроскопа для более удобного наблюдения при работе сидя. Тубус 7, в верхнюю часть которого вставляют окуляр 6, а в нижнюю ввинчивают объектив 8, может передвигаться вверх и вниз вращением винта 5. Для точной наводки на фокус служит микроскопический винт 4. На предметный столик 9 помещают плоское стекло 10 с исследуемым объектом. В нижней части микроскопа установлено зеркало 11.
Рисунок 1.1 Оптическая схемаРисунок 1.2 Биологический
биологического микроскопа микроскоп
4.3 Приготовление раствора соли. Для получения пересыщенного раствора одну из солей Pb (NO3)2, K2Cr2O7, NH4Cl, NaCl растворяют в воде при температуре 70-800С. В работе используют горячий раствор соли.
4.4.Подготовка и наблюдение процесса кристаллизации из раствора соли на биологическом микроскопе.
1. В верхнюю часть тубуса7 (см.рис.1.2) установить окуляр 6, а в нижнюю объектив 8. Увеличение не должно быть более 100.
2. Зеркало 11 микроскопа направить в сторону естественного или искусственного света.
3. Вращением зеркала 11. смотря при этом одним глазом в окуляр 6. достичь нормального прохождения световых лучей (получение светового поля).
4. На плоское стекло при помощи пипетки нанести каплю горячего пересыщенного раствора соли и поместить его на предметный столик 9.
5. Поднимая (но не опуская) тубус 7, вращением винта 5 произвести грубую наводку на фокус.
6. Произвести точную наводку на фокус вращением микрометрического винта 4.
7. Наблюдать (в окуляр 6) за процессом кристаллизации раствора соли и зарисовывать образующиеся с течением времени кристаллы соли.
Рисунок 1.3 – Строение затвердевающей капли раствора соли NH4CI
4.5.Процесс кристаллизации соли. Так же как и при затвердевании металлического слитка, в процессе кристаллизации капли раствора соли наблюдаются три структурные зоны (рис.1.3). Зона 1 состоит из тонкого слоя мелких дендритов, образующихся у краев капли. Зона 2 характеризуется образованием крупных удлиненных дендритов. Зона 3 состоит из дендритов, имеющих различную ориентировку.
5. Составление отчета
Отчет о проведенной работе должен содержать следующее:
5.1.Задание.
5.2.Цель работы.
5.3.Схему оптической системы биологического микроскопа.
5.4.Рисунок строения затвердевшей капли раствора соли с соответствующими пояснениями.
5.5. Вывод.
6.Контрольные вопросы
6.1 Что такое кристаллизация?
6.2 Почему образуется три зоны?
6.3 Что такое ликвация?
6.4 В чем особенность дендритного строения?
Лабораторная работа 02
Тема Приготовление макрошлифов. Визуальное наблюдение макроструктуры металлов.
1 Цель работы
1.1 Научиться самостоятельно проводить макроскопический анализ.
1.2 Изучить методику приготовления макрошлифов, методы выявления макростроения и дефектов стали.
2 Оснащение: образцы с неравномерным распределением серы и фосфора, с дефектами, нарушающими сплошность металла, литой стали, с волокнистостью; Шлифовальную шкурку различных номеров зерности; деревянные бруски; вытяжной шкаф; водяную баню; фарфоровую ванну; резиновый валик; лупу; щипцы; вату; фильтровальную бумагу; глянцевую бромосеребряную фотографическую бумагу; спирт; реактивы для выявления макроструктуры.
3 Задание к работе
3.1 Приготовить макрошлифы
3.2 Выявить: неоднородность (ликвацию серы и фосфора, дефекты, нарушающие сплошность металла, строение литой стали, волокнистую структуру)
3.3 Зарисовать и дать характеристику выявленных макроструктур
3.4 Составить отчёт о работе.
4 Обшие сведения
Макроанализ применяют для выявления в металле дендритного строения, усадочной рыхлости, газовых пузырей, трещин, пустот, плен,шлаковых включений, расположения волокон в поковках и штамповках, ликвидации серы и фосфора, структурной неоднородности, качества сварного соединения. При макроанализе производится исследование макроструктуры. Макроструктура может быть исследована непосредственно на поверхности заготовки или детали; в изломе или, что делается чаще, на вырезанном образце (темплете) после его шлифования и травления специальным реактивом. Подготовленная для макроструктуры поверхность образца называется макрошлифом.
Порядок выполнения работы
5.1 Приготовление макрошлифов
5.1.1 Место и способ вырезки образца. 0бразец для макроанализа вырезают в определённом месте и в определённой плоскости в зависимости от того, что подвергают исследованию - отливку, поковку, штамповку, прокат, сварную или термически обработанную деталь, и что требуется выявить и изучить – первичную кристаллизацию, дефекты, нарушающие сплошность металла, неоднородность структуры. Поэтому образцы вырезают из одного или нескольких мест слитка, заготовки или детали как в продольном, так и поперечном направлениях.
5.1.2 Получение плоской поверхности образца. Поверхность образца для макроанализа обрабатывают на фрезерном или строгальном станке (если металл с невысокой твёрдостью) или на плоскошлифовальном станке (если металл твёрдый). Для получения более гладкой поверхности образец шлифуют вручную. При шлифовании на поверхности образца водят шлифовальной шкуркой, обёрнутой вокруг деревянного бруска. Шлифование начинают шкуркой с наиболее грубым абразивным зерном, затем постепенно переходят на шлифование шкуркой с более мелким зерном. При переходе с одного номера шкурки на другой направление шлифования меняют на 90 градусов. После шлифования образцы протирают ватой и подвергают травлению.
Рисунок 2.1
а) ликвация серы в стали б) ликвация фосфора в стали
5.2 Выявление неоднородности и распределения (ликвации) серы
Макрошлиф хорошо протереть ватой, смоченной спиртом и положить на стол шлифовальной поверхностью вверх.
5.2.2 Лист глянцевой бромосеребряной фотографической бумаги вымочить на свету в течении 5-10 минут в 5% водном растворе серной кислоты, слегка просушить между двумя листами фильтровальной бумаги для удаления избытка раствора, наложить эмульсионной стороной на макрошлиф и приглаживая сверху рукой или резиновым валиком, удалить образующиеся пузырьки газов, выдержав на макрошлифе в течение 2-3 минут и осторожно снять с макрошлифа.
5.2.3 Полученный отпечаток промыть в воде, зафиксировать в 25% водном растворе гипосульфита, снова промыть в воде и просушить. Полученные на фотобумаге участки коричневого цвета указывают на места, обогащенные серой (скопление сульфидов). Если же фотобумага имеет равномерную окраску, то, следовательно, сера распределена равномерно. Появление тёмных участков в местах обогащённых серой, объясняется тем, что сначала между серной кислотой, впитанной в фотобумагу, и включениями MnS и FeS в виде которых сера находится в стали, происходят следующие реакции:
MnS+H2 SO4 =MnSO4 +H2 S (1)
FeS+H2 SO4 =FeSO4 + H2 S (2)
Образующийся сероводород действует на бромистое серебро эмульсионного слоя, в результате образуется сернистое серебро, имеющее коричневый цвет:
2AgBr + H2 S = Ag2S + 2HBr (3)
5.2.4 Зарисовать полученный отпечаток и дать характеристику ликвации серы.
5.3 Выявление ликвации фосфора.
Ликвацию фосфора в стали выявляют травлением отшлифованного образца в реактиве состава:
85г хлорной меди, 53г хлористого аммония в 1000см3 воды. Для выявления ликвации необходимо:
5.3.1 Отшлифованную поверхность образца протереть ватой, смоченной спиртом.
5.3.2 Образец погрузить в указанный реактив и выдержать в нём 1-2 минуты. При выдержке образца в реактиве железо растворяется и вытесняет медь, которая осаждается на поверхности образца.
5.3.3 После выдержки образец вынуть из реактива. Вся поверхность образца должна быть покрыта медью.
5.3.4 Струёй воды смыть с поверхности слой меди и протереть микрошлиф мокрой ватой.
5.3.5Просушить образец. Более тёмные, т.е. глубоко протравленные участки – это места, обогащённые фосфором, так как чем больше в железе фосфора, тем быстрее оно растворяется, светлые участки – места с меньшим содержанием фосфора.
5.3.6.Зарисовать полученную макроструктуру и дать характеристику ликвации фосфора.
Рисунок 2.2 Дефекты, нарушающие сплошность металла
а) –поры б) -трещины
Выявление дефектов, нарушающих сплошность металла.
Для выявления в стали дефектов, нарушающих сплошность металла (трещин, пор, раковин) производится глубокое травление отшлифованного образца водным раствором соляной кислоты. Отшлифованную поверхность образца протереть ватой, смоченной спиртом.
5.4.2 В водяную баню, установленную в вытяжном шкафу (так как при травлении выделяются ядовитые газы), поместить фарфоровую ванну, налить в неё реактив и нагреть до температуры 60-70 градусов.
5.4.3 Образец при помощи щипцов погрузить в горячий реактив и выдержать в нём 10-45 минут.
5.4.4 После выдержки образец при помощи щипцов вынуть из реактива.
5.4.5 Образец промыть водой, затем 10-15%-водным раствором азотной кислоты и просушить.
5.4.6 Зарисовать полученную макроструктуру и дать характеристику выявленных дефектов. При глубоком травлении раствором кислоты высокой концентрации происходит растравление дефектов, нарушающих сплошность металла, они становятся видимыми невооружённым глазом.
Рисунок 2.3 Макроструктура литой стали
5.5 Выявление строения литой стали.
Строение литой стали (дендритной структуры) выявляют травлением отшлифованного образца в 15% водном растворе персульфата аммония. Для выявления дендритной структуры необходимо следующее:
5.5.1 Отшлифованную поверхность образца протереть ватой, смоченной спиртом.
5.5.2 В водяную баню поместить фарфоровую ванну, налить в неё реактив и нагреть до 80-90 градусов
5.5.3 Образец при помощи щипцов погрузить в горячий реактив и выдержать в нём в течение 5-10 минут.
5.5.4 После выдержки в реактиве образец при помощи щипцов вынуть из реактива.
5.5.5 Образец промыть водой и просушить .5.5.6 Зарисовать и дать характеристику выявленной макроструктуры.
Рисунок2.4 Макроструктура поковки полуоси автомашины
5.6 Выявление волокнистой стали.
Волокнистость стали выявляют травлением отшлифованного образца:
5.6.1 В реактиве состава: 85г хлорной меди, 53г хлористого аммония, 1000см3 воды по методике выявления неоднородности (ликвации) фосфора.
6 Составление отчёта
Отчёт о проделанной работе должен содержать следущее:
1 Задание
2 Цель работы
3 Определение твёрдости на приборах ТШ и ТК
4 Вывод.
7 Контрольные вопросы
7.1 Что называется макроскопическим анализом?
7.2 Что изучает макроскопический анализ?
7.3 С какой целью применяется макроскопический анализ?
7.4 Приготовление макрошлифа.
7.5 Что называется ликвацией?
Лабораторная работа 03
Тема Методика исследования испытаний твёрдости поРоквеллу и Бринеллю.
Цель работы
Приобрести навыки в определении твёрдости металлов на
твердомерах типа ТШ (приборе Бринелля) и типа ТК (приборе Роквелла).
Оснащение: твердомер шариковый ТШ (прибор Бринелля), твердомер ТК (прибор Роквелла), лупа для измерения отпечатков, два комплекта отожжённых образцов и два комплекта закалённых и отпущенных образцов.
3 Задание к работе
3.1 Произвести испытание на твёрдость по Бринеллю.
3.2 Определить твёрдость
3.3 Произвести испытание на твёрдость по Роквеллу
3.4 Определить твёрдость
3.5 Составить отчёт о работе
4 Общие сведения
4.1 Твёрдость является одним из основных механических свойств
любого конструкционного материала. Твёрдостью называется
сопротивление материала проникновению в него другого тела более
твёрдого. Существуют следующие методы испытания твёрдости: метод:
вдавливания и метод упругой отдачи.
При испытании твёрдости методом вдавливания применяются приборы Бринелля и Роквелла. Прибор Бринелля применяется для определения твёрдости отожжённых стальных изделий, а также изделий из цветных металлов и сплавов. Прибор Роквелла более универсальный, он применяется для определения твёрдости отожженных и закаленных стальных изделий.
4.2 Определение твёрдости металлов твердомером ТШ (прибор Бринелля).
Твёрдость по методу Бринелля определяют путём вдавливания стального закалённого шарика диаметром 10,5 и 2,5 мм в испытуемую поверхность под действием заданной нагрузки в течение определённого времени. Диаметр шарика, нагрузку и время выдержки под нагрузкой выбирают в зависимости от материала и толщины испытуемого изделия или образца. В таблице I приведены установленные ГОСТом нормы испытаний по Бринеллю. Число твёрдости по Бринеллю определяется как отношение давления Р к сферической поверхности отпечатка и обозначается буквами НВ.
НВ=РF=2PπD(D-D2-d2)кгс/мм2 I кгс/мм2 = 10н/мм2 или 10 МПа,
Где Д – диаметр шарика в мм
d - диаметр отпечатка в мм Р – нагрузка на шарик в кГ (I кГс = 10 Н)
F - площадь поверхности отпечатка в мм2.
Чем твёрже металл, тем меньше диаметр отпечатка и тем выше число твёрдости по Бринеллю. Диаметр отпечатка измеряется при помощи специальной лупы, имеющей шкалу с ценой деления 0,05 мм. Во избежание сложных вычислений числа твёрдости для каждого отпечатка на практике пользуются таблицами. См. таблицу
Рисунок 1Схема испытания на твердость по способу Бринелля
4.3 Испытание на твёрдость по Роквеллу производят вдавливанием в испытуемый образец алмазного конуса с углом 120 градусов или стального закалённого шарика диаметром 1,588 мм. При вдавливании стального шарика (шкала В) Р=1000 Н, а при вдавливании алмазного конуса (шкала А) Р=600Н. Число твёрдости по Роквеллу – число отвлечённое и выражается в условных единицах. За единицу твёрдости принята величина, соответствующая осевому перемещению наконечника на 0,002 мм. В зависимости от того, применяют ли шарик или алмазный конус, и от нагрузки, при которой проводят испытание (т.е. по какой шкале: В,С,А) число твёрдости обозначают HRB, HRC, HRA. Определение твёрдости на приборе типа Роквелла имеет широкое применение, так как этот прибор даёт возможность испытывать мягкие, твёрдые, а также тонкие материалы. Отпечатки от конуса или шарика очень малы, и поэтому можно испытывать готовые детали без их порчи. Значения твёрдости по Роквеллу могут быть переведены в значения твёрдости по Бринеллю.
Рисунок 2. Схема испытания на твердость по способу РоквеллаПротокол испытания на твёрдость твердомером ТК
Таблица 1.
Характеристика образцов Прибор на котором определ.
твёрдость Значение твёрдости Твёрдость по Бринеллю (перевод)
Материал
образца сод
углервид терм
обработкHRC HRCэ 5 Составление отчёта.
Отчёт о проделанной работе должен содержать следующее:
1 Задание
2 Цель работы
3 Определение твёрдости на приборах ТШ и ТК
Вывод
6 Контрольные вопросы
6.1 Что называется твёрдостью металлов?
6.2 Методы определения твёрдости.
6.3 Как определяется твёрдость по Роквеллу
6.4 Какие наконечники вдавливаются в металл при испытании на Бринелля и Роквелла.
6.5.Для каких материалов применяются методы Бринелля и Роквелла.
6.6.Какие шкалы на приборе Роквелла и для чего применяются.
Выбор диаметра шарика и нагрузки в зависимости от твёрдости и толщины испытываемого образца(ГОСТ 9012-59)
Таблица 2
Материал
Интервал твёрдости в числах БринеляМинимальная толщина испытываемого образца в ммСоотношение между нагрузкой Р и диаметром шарика D Диаметр шарика D в ммНагрузка РДлительность выдержки под нагрузкой в сек.
Чёрные металлы >140 6-3
4-2
менее 2 Р=30D2 10
5
2.5 3000
750
187,5 10
То же <140 Более 6
6-3
менее 3 Р=10D2 10
5
2,5 1000
200
62,5 10
Цветные метал-
лы>130 6-3
4-2
менее 2 Р=30 D2 10
5
2,5 3000
750
187,5 30
То же 35-130 9-3
6-3
менее 3
Р=10D2 10
5
2,5 1000
200
62,5 30
Цветные металлы 8-35 Более 6
4-3
менее 3
Р=2,5D2 10
5
2.5 250
62.5
15.6 60
Соответствие между числами твёрдости, определяемыми различными методами и пределом прочности при растяжении.
Таблица 3
Твёрдость по Бринеллю Твёрдость по
Роквеллу
Твёрдость определяе мая вдавливанием алмазной пирамиды
HV
Предел прочности стали при растяжении, кгс
Диаметр отпечатка в ммЧисло твёрдости Ш к а л ы С А В Углеродистый ХромистыйНикеле-вой и
хром-
никелевой
1 2 3 4 5 6 7 8 9
2,2 780 72 89 - 1224 - - -
2,25 745 70 87 - 1116 - - -
2,3 712 68 86 - 1022 - - -
2,35 682 66 85 - 941 - - -
2,4 653 64 84 - 868 - - -
2,45 627 62 83 - 804 - - -
2,5 601 60 82 - 746 - - -
2,55 578 58 81 - 694 - - -
2,6 555 56 79 - 649 - - -
2,65 534 54 78 - 606 - - -
2,7 514 52 77 - 587 - - -
2,75 495 50 76 - 551 178 173 168
2,8 477 49 76 - 534 172 167 161
2,85 461 48 75 - 502 165 - -
2,9 444 46 74 - 473 100 156 -
2,95 429 45 73 - 400 155 150 146
3 415 44 72 - 435 149 145 141
3,02 409 43 72 - 423 147 143 139
3,05 401 42 71 - 412 144 139,5 136,5
3,1 388 41 71 - 401 139,5 136 132
3,15 375 40 70 - 390 135 131,5 127,5
3,2 363 39 70 - 380 130,5 127 123,5
3,25 352 38 69 - 361 126,5 123 119,5
3,3 341 37 68 - 344 122,5 119 116
3,35 331 36 68 - 335 119,5 116,5 113
3,4 321 35 67 - 320 115,5 112 109
3,45 311 34 67 - 312 111,5 108,5 105,5
3,5 302 33 67 - 305 108,5 105,5 102,5
3,55 293 31 66 - 291 105,5 102,5 100
3,6 286 30 66 - 285 103,5 100 97,5
3,65 277 29 65 - 278 99,5 97 94
3,7 269 28 65 - 272 97 94 91,5
3,75 262 27 64 - 261 94,5 92 89,5
3,8 255 26 64 - 255 92 89 86,5
3,85 248 25 63 - 250 89,5 87 84,5
3,9 241 24 63 100 240 87 84,5 82
3,95 235 23 62 99 235 84,5 82,5 80,5
1 2 3 4 5 6 7 8 9
3,95 235 23 62 99 235 84,5 82,5 80,5
4 228 22 62 98 226 82,5 80 77,5
4,05 223 21 61 97 221 80 77,5 76,5
4,1 217 20 61 97 217 78 76 74
4,15 212 19 60 96 213 76 74 72
4,2 207 18 60 95 209 74,5 72,5 70,5
4,25 202 16 59 94 201 72 71 68,5
4,3 196 15 58 93 197 70,5 68,5 66,5
4,35 192 15 58 92 190 69 67 65
4,4 1878 - 57 91 186 67,5 65,5 63,5
4,45 183 - 56 89 183 66 64 62,5
4,5 179 - 56 88 177 64 62,5 60,5
4,55 174 - 55 87 174 62,5 61 59
4,6 170 - - 86 171 61 59,5 58
4,65 166 - - 85 165 60 58,5 57
4,7 163 - - 84 162 58,5 57 55,5
4,75 159 - - 83 159 57,5 55,5 54,5
4,8 156 - - 82 154 56 54,5 53
4,85 153 - - 81 152 55 53,5 52
4,9 149 - - 80 149 53,5 52 50,5
4,95 146 - - 78 147 52,5 51 50
5 143 - - 76 144 51 49,5 48,5
5,05 140 - - 76 - 50 49 47,5
5,1 137 - - 75 - 49,5 48 46,5
5,15 134 - - 74 - 48,6 47 45,5
5,2 131 - - 72 - 47 45,5 44,5
5,25 128 - - 71 - 46,25 44,75 43,5
5,3 126 - - 69 - 45 43,5 42,5
5,35 124 - - 69 - 44 43 42
5,4 121 - - 67 - 43,5 42,5 41
5,45 118 - - 66 - 42,5 41,5 40
5,5 116 - - 65 - 41,75 40,75 39,25
5,55 114 - - 64 - 41,25 40,25 38,75
5,6 112 - - 62 - 40,5 39,5 38,5
5,65 109 - - 61 - 39 - -
5,7 107 - - 59 - 38,5 - -
5,75 105 - - 58 - 38 - -
5,8 103 - - 57 - 37 - -
5,85 101 - - 56 - 36,5 - -
5,9 99 - - 54 - 35,5 - -
5,95 97 - - 53 - 33 - -
6 96 - - 52 - 34,5 - -
Определение числа твёрдости НВ по ГОСТ (9012-59)
Таблица 4
Диаметр
отпечат-
ка
d10 или
2d5 или
4d2,5 Число твёрдости по Бринеллю
при нагрузке Р(кгс) равной:
Диаметр
Отпечатка
d 10 или
2d5 или
4d2,5 Число твёрдости по Бринеллю
при нагрузке Р (кгс) равной:
30D2 10 D2 2,5 D2 30 D2 10 D2 2,5 D2
2,9 444 - - 4,45 183 60,9 15,2
2,95 429 - - 4,5 179 59,5 14,9
3 415 - 34,6 4,55 174 58,1 14,5
3,05 401 - 33,4 4,6 170 56,8 14,2
3,1 388 129 32,3 4,65 167 55,5 13,9
3,13 380 127 31,7 4,7 163 54,3 13,6
3,15 375 125 31,3 4,75 159 53 13,3
3,2 363 121 30,3 4,8 156 51,9 13
3,25 352 117 29,3 4,85 152 50,7 12,7
3,3 341 114 28,4 4,9 149 49,6 12,4
3,35 331 110 27,6 4,95 146 48,6 12,2
3,4 321 107 26,7 5 143 47,5 11,9
3,45 311 104 25,9 5,05 140 46,5 11,6
3,5 302 101 25,2 5,1 137 45,5 11,4
3,55 293 97,7 24,5 5,15 134 44,6 11,2
3,6 285 95 23,7 5,2 131 43,7 10,9
3,65 277 92,3 23,1 5,25 128 42,8 10,7
3,7 269 89,7 22,4 5,3 126 41,9 10,5
3,75 262 87,2 21,6 5,35 123 41 10,3
3,8 255 84,9 21,2 5,4 121 40,2 10,1
3,85 248 82,6 20,7 5,45 118 39,4 9,86
3,9 241 80,4 20,1 5,5 116 38,6 9,66
3,95 235 78,3 19,6 5,55 114 37,9 9,46
4 229 76,3 19,1 5,6 111 37,1 9,27
4,05 223 74,3 18,6 5,65 109 36,4 9,1
4,1 217 72,4 18,1 5,7 107 35,7 8,93
4,15 212 76 17,6 5,75 105 35 8,76
4,2 207 68,8 17,2 5,8 103 34,3 8,59
4,25 201 67,1 16,8 5,85 101 33,7 8,43
4,3 197 65,5 16,4 5,9 99,2 33,1 8,26
4,35 192 63,9 16 5,95 97,3 32,4 8,11
4,4 187 62,4 15,6 6 96,5 31,8 7,96
Примечание: Обозначение 2d5 и 4d2,5 указывают, что для отыскания по таблице числа твёрдости, при испытании шариком диаметром 5 мм, диаметр отпечатка надо умножить на два, а при испытании шариком диаметром 2,5 мм – умножить на четыре.
Лабораторная работа № 04
Тема
Методика исследования испытаний на ударную вязкость
1 Цель работы
Ознакомиться с методикой определения ударной вязкости металлов
2 Оснащение: маятниковый копер; образцы для испытания на ударную вязкость; штангенциркуль; шаблоны.
3 Задание
3.1 Провести испытание на ударную вязкость образцов стали после различной термической обработки.
3.2 Определить твердость.
3.3 Изучить:
а) определение ударной вязкости ( с зарисовкой схемы испытания);
б) устройство маятникового копра;
в) подготовку образца для испытания ( с зарисовкой образца);
г) подготовку копра и проведение испытания;
д) определение ударной вязкости.
3.4 Результаты испытания оформить в виде протокола.
3.5 Написать отчет по работе в соответствии с пунктами 3а, 3в, 3г, 3д и 4 задания.
4 Общие сведения
Определение ударной вязкости
4.1 Испытание на ударную вязкость основано на разрушении образца с надрезом посередине одним ударом маятника массой Р, падающего с определенной высоты Н (рис.4.1). При падении он разрушает образец и поднимается на высоту h. Работа Ан, Дж (кгс.м), затраченная на разрушение образца, определяется по формуле
гдедлина маятника, т.е. расстояние от его оси до центра тяжести, м;
и - углы подъема маятника соответственно до и после излома образца в градусах.
Ударная вязкость dн Дж/м2 (кгс м/см2), т.е. работа, затраченная на разрушение образца Ан, отнесенная к площади поперечного сечения образца в месте надреза F, определяется по формуле
.
Устройство маятникового копра
4.2 На станине 1 копра (рис. 4.1,а) на горизонтальной оси 2 подвешен маятник 3, представляющий собой стержень с прикрепленным к нему тяжелым плоским диском с ножом 4.
Рисунок 4.1Маятниковый копер:
а – общий вид; б – положение образца при испытании
Маятник, свободно качающийся вокруг оси 2, может быть поднят на определенную высоту и задержан там специальной защелкой 5. На станине имеются две опоры 10, предназначенные для установки на них испытываемого образца 11. Стрелка 6 служит для указания на шкале 7 угла подъема маятника после разрушения им образца. При помощи рукоятки 8 натягивают ремень 9 и останавливают раскачивающийся маятник.
Подготовка образца для испытания
4.3 Для испытания на ударную вязкость основным является образец, показанный на рис.14.3. Материал образца записывают в графу 2 протокола испытания. Сечение образца, в месте надреза измеряют с точностью до 0,1мм; данные измерения записывают в графу протокола.
Рисунок 4.2 Образец для испытания на ударную вязкость.
По данным измерения вычисляют площадь поперечного сечения образца и записывают в графу 4 протокола испытания.
Протокол испытания на ударную вязкость образцов стали
на копре МК мощностью…
№ п/п Материал образца Размеры поперечного сечения образца м(см) Площадь поперечного сечения образца,м2(см2) Угол подъема маятника,
градусы Работа удара Ан, да Дж*
(кгс.м) Ударная вязкость ан, МДж/м2(кгс. м/см2) Характеристика излома
До излома
образца После излома образ
ца 1 2 3 4 5 6 7 8 9
*Декаджоуль: 1 даДж1кгс.м; 1МДж/м2 10 кгс.м/см2.
и) Найти работу Ан, затраченную на разрушение образца. Чтобы не вычислять величину Ан по формуле, пользуются специальной таблицей, в которой для каждого угла и указана величина работы Ан.
к) Записать величину работы Ан в графу 7 протокола испытания.
л) Определить ударную вязкость образца по формуле
ан=
и записать в графу 8 протокола испытания.
м) Характеристику излома (хрупкий, вязкий) записать в графу 9 протокола испытания.
5 Составление отчета
Отчет о проведенной работе должен содержать следующее
5.1 Задание.
5.2 Цель работы.
5.3 Схему маятникового копра и краткое описание его устройства.
5.4 Заполненный протокол испытания на удар.
6 Контрольные вопросы
6.1 Что называется ударной вязкостью ?6.2 Факторы влияющие на вязкость материала ?6.3 Как определяется Аn по таблице ?6.4 Образец для испытания ?
Лабораторная работа 05
Тема Микроанализ структур железоуглеродистых сплавов
(сталей и белых чугунов) в равновесном состоянии.
1 Цель работы Научиться самостоятельно производить микроанализ углеродистых сталей и белых чугунов в равновесном состоянии.
2 Оснащение: металлографический микроскоп, набор микрошлифов углеродистых сталей и белых чугунов в равновесном состоянии, циркуль и линейка.
Задание к работе
3.1 Изучить микроструктуры углеродистых сталей и белых чугунов в равновесном состоянии.
3.2 Схематически зарисовать и описать изучаемые микроструктуры.
3.3 Разобрать микроструктуры по диаграмме состояния железо-цементит.
Составить отчёт о работе.
4. Общие сведения
4.1 Микроструктура углеродистых сталей в равновесном состоянии характеризуется нижней левой частью диаграммы состояния железо-цементит. Сплавы с содержанием углерода от 0,03 до 0,8% называется доэвтектоидными сталями и от 0,8 до 2,14%С называется заэвтектоидной сталью.
4.2 Микроструктура доэвтектоидной и эвтектоидной стали
Рисунок 5.1 Доэвтектоидная сталь с 0,3%С- феррит+перлит:
а) –микроструктура б)- схема микроструктуры
Рисунок 5.2Эвтектоидная сталь с 0,8%С-перлит
а)- микроструктура б) схема микроструктуры
Микроструктура доэвтектоидной стали (до 0,8%С) сосит из феррита и перлита. Микроструктура эвтектодной стали (0,8%С) состои из одного перлита. Перлит – это эвтектоид механическая смесь феррита и цементита, получающаяся в результате распада аустенита с 0,*% С. При травлении шлифа стали с 0,8% С, т.е. эвтектоидной стали, поверхность имеет перламутровый отлив, в связи с чем такую структуру и назвали перлитом. После травления 4%-ой азотной кислотой в спирте на шлифе получается микрорельеф. Это объясняется тем, что феррит с меньшим электрохимическим потенциалом, чем цементит, более интенсивно растворяется в кислоте, а цементит слабее. Кроме того, интенсивно растравливаются границы между цементитом и ферритом. Поэтому падающий в микроскопе на микрошлиф свет будет давать тени от выступов (цементитных пластин) на углубленные места (феррит). На микроструктуре перлита общий светлый фон – феррит, выступающие пластины- цементит, тёмные места-тени. В зависимости от скорости охлаждения пластины цементита в перлите могут быть длиннее или короче и толще или тоньше. В доэвтектоидной стали после травления феррит выявляется в виде светлых полей, а перлит – в виде полей полосчатого строения, более тёмных, чем феррит. Чем больше увеличение при рассмотрении структуры в микроском, тем более отчетливо видно полосчатое строение перлита. При малых увеличениях перлит выявляется в виде тёмных зёрен, и полосчатого строения не видно.
Количество перлита и феррита в доэвтектоидной стали зависит от содержания углерода. С увеличением содержания углерода количества феррита уменьшается, а количество перлита увеличивается.
Рисунок 5.3 Микроструктура заэвтектоидной стали с 1,3%С-перлит+ цементит
а) микроструктура б) схема микроструктуры
4.3 Микроструктура заэвтектоидной стали
Сталь с содержанием углерода от 0,8% до 2,14% называется заэвтектоидной и имеет структуру, состоящую из перлита и вторичного цементита. Вторичный цементит выделяется из аустенита при охлаждении от температуры Аст до температуры Ас1 вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените. При медленном охлаждении вторичный цементит выделяется в виде сетки по границам зёрен аустенита. При достижении температуры Ас1 аустенит превращается в перлит. В результате медленного охлаждения заэвтектоидная сталь имеет структуру перлита и сетку цементита. Белая сетка – вторичный цементит, а внутри сетки зёрна пластинчатого строения – перлит. Вторичный цементит достаточно отчётливо выявляется при обычном травлении в 4-ном спиртовом растворе азотной кислоты. В сталях, содержащих несколько меньше 0,8%С, феррит также может выделиться в виде сетки по границам зёрен перлита: эта сетка при травлении этим реактивом также получается светлой. Если вызывает сомнение, является ли сталь доэвтектоидной или заэвтектоидной, т.е. является ли светлая сетка ферритной или цементитной прибегают к контрольному травлению пикратом натрия. Для этого шлиф снова полируют и затем травят пикратом натрия. Пикрат натрия окрашивает цементит в тёмно-коричневый цвет. Поэтому, если сетка после травления пикратом натрия осталась светлой, значит это феррит и сталь доэвтектоидная, если сетка стала тёмной, значит это цементит и сталь заэвтектоидная.
4.4 Микроструктура белых чугунов
В белых чугунах весь углерод находится в связанном состоянии, т.е. в виде цементита. Белый чугун в зависимости от содержания углерода разделятся на доэвтектический (от 2,14% до 4,3%С), эвтектический (4,3%С) и заэвтектический (от 4,3 до 6,67%С). Во всех белых чугунах имеется цементитная эвтектика (ледебурит). Эвтектический белый чугун состоит только из одного ледебурита, поэтому рассмотрение структуры белого чугуна целесообразно начинать со структуры эвтектического белого чугуна.
Рисунок5.4. Эвтектический белый чугун с 4,3% С- ледебурит
а) микроструктура б) схема микроструктуры
4.5 Микроструктура эвтектического белого чугуна
Микроструктура эвтектического белого чугуна состоит только из одного ледебурита (цементитной эвтектики), образующегося при температуре 11470 при эвтектической кристаллизации жидкого сплава с содержанием 4,3%С и состоящего при температуре 11470С из эвтектического цементита и аустенита, содержащего 2,14%С. При последующем охлпждении вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените из аустенита выделяется вторичный цементит. Вторичный цементит сливается с цементитом эвтектическим, поэтому в структуре эвтектики невозможно указать, где находится в отдельности эвтектический цементит и вторичный цементит.
При 7270С эвтектика состоит из цеметита и аустенита с содержанием 0,8%С. При этой температуре аустенит превращается в перлит. Таким образом, после полного охлаждения ледебурит состоит из цементита и перлита.
Рисунок 5.5 Доэвтектический белый чугун с 3% С-перлит+ледебурита) микроструктура б) схема микроструктуры
4.6 Микроструктура доэвтектического белого чугуна
Доэвтектический белый чугун после полного охлаждения имеет следующую структуру: ледебурит + перлит + вторичный цементит. Вторичный цементит выделяется из аустенита, содержащего при 11470 2,14%С, а при 7270С – 0,8%С. В белых чугунах с низким содержанием углерода вторичный цементит выделяется достаточно отчётливо, так как в таких чугунах мало ледебурита. С увеличением содержания углерода, когда ледебурита становится относительно много, вторичный цементит в структуре сливается с цементитом ледебурита. Можно считать, что структура таких доэвтектических белых чугунов состоит из ледебурита и перлита.
Рисунок 5.6 Заэвтектический белый чугун с 5%С- цементит( первичный)+ ледебурит
а) микроструктура б) схема микроструктуры
Микроструктура заэвтектического белого чугуна
Микроструктура заэвтектического белого чугуна состоит из ледебурита (цементитной эвтектики) и первичного цементита.
5 Составление отчёта
Отчёт о работе должен содержать следующее:
1 Задание
2 Цель работы
3 Зарисовать микроструктуры углеродистых сталей и белых
чугунов в равновесном состоянии.
4Указать структуру состояния и написать их наименование.
5.Зарисовать диаграмму состояния железо-цементит и указать на ней рассматриваемые сплавы.
6. Вывод
6 Контрольные вопросы
Что такое сталь ? Сколько содержится углерода в доэвтектоидной , эвтектоидной и заэвтектоидной стали?
Что такое чугун? Сколько содержится углерода в доэвтектическим, эвтектическим и заэвтектическим чугуне?
Дать определение – перлит, ледебурит,феррит, аустенит, цементит
Лабораторная работа 06
Тема: Изучение под микроскопом микроструктур сталей
после термической и химико-термической обработки.
1 Цель работы Научиться самостоятельно производить микроанализ термически обработанных углеродистых и легированных сталей.
2 Оснащение: металлографический микроскоп, набор микрошлифов термически и химико-термически обработанных углеродитых сталей, циркуль и линейку.
3 Задание к работе
3.1 Изучить микроструктуры: отожённой, закалённой и
отпущенной углеродистой стали: продуктов изотермического превращения аустенита, химико-термически обработанной углеродистой стали.
3.2 Схематически зарисовать изучаемые микроструктуры и дать объяснения их получения по диаграммам железо-цементит и диаграмме изотермического превращения аустенита.
Составить отчёт о работе.
4 Общие сведения
Микроструктура отожёной стали.
Рисунок 6.1. Доэвтектоидная сталь после отжига -Перлит+феррита) микроструктура б) схема микроструктуры
4.1.1Феррит и перлит. В доэвтектоидной стали после полного отжига, т.е. нагрева до температуры Ас3 + (200-300С) и последующего медленного охлаждения вместе с печью, образуется мелкая, равномерная структура состоящая из феррита и перлита.
4.1.2 Цементит и перлит. В заэвтектоидной стали после неполного отжига, т.е. нагрева до температуры Ас1 + (200 – 300С) и последующего медленного охлаждения вместе с печью, образуется структура, состоящая из цементита и перлита, если цементит перлита и вторичный цементит находится в виде зёрен, такая структура называется зернистым перлитом. Если отжиг не доведён до конца, то образуется смешанная структура зернистого и пластинчатого перлита.
4.1.3 Видманштоттова структура. Если доэвтектоидная сталь была нагрета до температуры значительно выше кр.точки Ас3, например до 10000 – 11000 С, т.е. перегрета, то происходит значительный рост зёрен, и последующем медленном охлаждении образуется так называемая видманштеттова структура характерная выделением феррита в виде крупных игл (пластин), расположенных внутри перлита под углом друг к другу с образованием треугольников. Механические свойства стали с такой структурой низкие.
4.2 Микроструктура закалённой стали.
Рисунок 6.2. Сталь 45 нормальная закалка (в воде) – мартенсит
а) микроструктура б) схема микроструктуры
Основной структурой закалённой стали является структура мартенсита. Мартенсит перенасыщенный твёрдый раствор углерода в железе. Мартенсит имеет характерное игольчатое строение. Размер игл мартенсита зависит от размера зёрен аустенита. Чем мельче зёрна аустенита, тем мельче получаются иглы мартенсита, а размер зёрен аустенита зависит от температуры нагрева стали, увеличиваясь с её повышением. Поэтому, чем выше температура нагрева, т.е. чем больше перегрев стали, тем более крупноигольчатым получается мартенсит. В доэвтектоидной стали после нормальной закалки, т.е. нагрева до температуры Ас3 + (200 – 300С) последующего быстрого охлаждения в воде, образуется структура мелкоигольчатого мартенсита или так называемого скрытокристаллического мартенсита.
4.2.1 Мартенсит и вторичный цементит. В заэвтектоидной стали после закалки, т.е. нагрева до температуры Ас1 + (200 – 300 С) и последующего быстрого охлаждения в воде, образуется структура мартенсита и вторичного цементита. Вторичный цементит оставляют в закалённой стали умышленно, так как в связи с его высокой твёрдостью он увеличивает износостойкость стали. Чтобы в заэвтектоидной углеродистой стали получить структуру мартенсита без вторичного цементита, её надо нагревать до температуры выше линии Асм. Но какая закалка не улучшит, а наоборот ухудшит структуру стали, так как при нагреве до температуры выше линии Асм значительно вырастет зерно аустенита, и связи с этим после закалки получится крупноигольчатый мартенсит. Поэтому неполная закалка заэвтектоидной стали является нормальной.
4.2.2 Мартенсит и феррит. Если доэвтектоидная сталь была нагрета до температуры между кр. Точками Ас1 и Ас3, то при таком нагреве часть феррита не превратится в аустенит. После охлаждения аустенит превратится в мартенсит, а феррит останется в закалённой стали. В результате после закалки в воде получится структура мартенсит + феррит с пониженной твёрдостью. Такая закалка будет неполной.
4.2.3 Мартенсит и тростит. Если углеродистая сталь была нагрета до нормальной температуры закалки, но закалена не в воде, а в масле, т.е. охлаждена с меньшей скоростью, то образуется смешанная структура мартенсита и тростита. Образование такой структуры происходит следующим образом. При охлаждении в масле со скоростью с начала из аустенита образуется тростит, выделяющийся по границам зёрен аустенита, а затем из оставшегося аустенита образуется мартенсит.
4.3 Микроструктура закалённой и отпущенной стали.
Рисунок 6.3 Сталь У10 Закалка и низкий отпуск –мартенсит+ цементит
а) микроструктура б) схема микроструктуры
Мартенсит отпуска. Микроструктура мартенсита отпуска образуется после низкоструктурного отпуска закалённой стали на мартенсит. Отпущенный мартенсит похож на мартенсит закалки. Характерным является только то, что если в мартенсите после закалки иглы светлые, то в мартенсите отпуска они тёмные. Изменение цвета игл мартенсита связано с изменениями, происходящими в мартенсите при низкотемпературном отпуске. При нагреве стали со структурой мартенсита до 2000С происходит выделение из перенасыщенного твёрдого раствора углерода в железе мельчайших частичек цементита, но еще связанных с исходной фазой. При этом уменьшается степень тетрагональности мартенсита.
4.3.1 Тростит отпуска.
Микроструктура тростита отпуска образуется после отпуска при 3500-4500 С стали, закалённой на мартенсит. Таким образом, тростит отпуска является продуктом распада мартенсита. Он представляет собой высокодисперсную смесь частиц феррита, мельчайших округлых зёрен и коротких пластинок цементита.
4.3.2 Сорбит отпуска.
Микроструктура сорбита отпуска образуется после отпуска при 500-6000 С стали, закалённой на мартенсит. Таким образом, сорбит отпуска является продуктом распада мартенсита. Он представялет механическую смесь феррита и округлых зёрен цементита, но более грубого строения, чем тростит. Иногда сорбит сохраняет форму игл мартенсита, из которого он был получен в результате отпуска закалённой стали. В этом случае при обычных увеличениях сорбит отпуска трудно отличить от мартенсита.
4.4 Микроструктура продуктов изотермического превращения
аустенита.
Если переохлаждать аустенит до температуры ниже точки Ас1 и выдержать в течение времени, необходимого для распада аустенита, то в зависимости от температуры изотермической выдержки будут образовываться различные структуры. При изотермической выдержке при 7000 образуется пластинчатый перлит, при 6500С – сорбит, при 5500 – тростит так же как и перлит, имеют пластичное строение, наиболее мелкодисперстная.
При изотермической выдержки стали в интервале температур от изгиба С-кривой (5500С) до начала мартенситного превращения (Мн) образуется структура бейнита (игольчатого тростита) представляющего собой очень мелкие частицы цементита, рассеянные в железе с искажённой решёткой. Бейнит, образующийся при температурах изотермической выдержки немного выше температуры мартенситного превращения (Мн) называется нижним бейнитом и имеет характерное игольчатое строение.
4.5 Микроструктура химико-термической обработанной стали.
Рисунок 6.5. Сталь 20 после цементации без термической обработки
а) микроструктура б) схема микроструктуры
Микроструктура цементованной стали. В цементованной стали содержание углерода уменьшается от поверхности к сердцевине. В соответствии с таким изменением химического состава получается и распределение структурных составляющих. От поверхности образуется структура перлита и цементита (заэвтектоидная зона), далее располагается перлит (эвтектоидная зона) и затем при переходе к сердцевине – перлит и феррит (переходная, доэвтектоидная зона). В переходной зоне чем ближе к сердцевине, тем меньше становится перлита и больше феррита. После закалки цементованной стали в цементованном слое образуется структура мартенсита вместо аустенита. Структура сердцевины после закалки получается различной в зависимости от цементуемой стали. В углеродистых цементуемых сталях в сердцевине сохраняется феррито-перлитная структура. В сердцевине цементуемых легированных сталей, несмотря на большое количество углерода, но значительное количество легирующих примесей, задерживающих распад твёрдого раствора, после закалки получается малоуглеродистый мартенсит.
4.6 Микроструктура цианированной стали. При высокотемпературном цианировании с последующей закалкой низкоуглеродистой стали от поверхности образуется мартенсит, далее располагается мартенсито-троститная структура. При высокотемпературном цианировании с последующей закалкой легированной стали от поверхности образуется аустенито-мартенситная структура, далее располагается мартенсиная и затем мартенсито-троститная структура.
5 Порядок выполнения работы
5.1 Просмотреть и изучить, при увеличениях от 100 до 500 раз,
микроструктуры термически и химико-термически обработанных углеродистых сталей.
5.2 Каждую микроструктуру зарисовать в квадратах 30 х 30мм.
5.3 Под каждой зарисованной микроструктурой дать подпись с указанием наименования стали, её химического состава, режима обработки, наименования структуры и увеличения.
5.4 На каждой зарисованной микроструктуре указать стрелками различные фазы и структурные составляющие и около стрелок, на полях написать их наименование.
5.5 Изобразить нижнюю левую часть диаграммы состояний железо-цементит и диаграмму изотермического превращения аустенита эвтектоидной стали и рассмотреть происходящие процессы превращения в заданных сталях.
6 Материал для лабораторной работы
6.1 Доэвтектоидная сталь после отжига.
6.2 Доэвтектоидная сталь после закалки.
6.3 Доэвтектоидная сталь после закалки и среднего отпуска.
6.4 Сталь 20 после цементации без Т.О.
6.5 Написать вывод:
7 Контрольный вопросы
7.1 Что называется Х.Т.О.
7.2 Что такое цементация, цианирование, азотирование.
7.3 Назначение нитроцементации, цементации, азотирования.
7.4 Что называется нитроцементацией.
7.5 Термообработка стали после цементации.
7.6 Структура стали после цементации
7.7 Что такое мартенсит, тростит, сорбит.
Лабораторная работа 07
Тема
Изучение под микроскопом микроструктур серых, ковких и высокопрочных чугунов.
1 Цель работы Научиться самостоятельно производить микроанализ серых, ковких и высокопрочных чугунов. В процессе выполнения работы изучить: структурные составляющие серых, ковких и высокопрочных чугунов.
2 Оснащение: металлографический микроскоп; наборы шлифов серых, ковких и высокопрочных чугунов; карандаш и линейка.
Задание к работе
Ознакомиться с методическими указаниями.
3.2 Изучить микроструктуру ковких и высокопрочных чугунов, серых чугунов в нетравленном и травленном виде.
3.3 Составить отчёт о работе.
Общие сведения
Серым называется чугун, в котором весь углерод в виде
пластинчатой формы.
Микроструктура серых чугунов в нетравленном виде.
Рисунок 7.1 Серый чугун Шлиф не травленный
При рассмотрении в микроскоп нетравленного шлифа серого чугуна хорошо видны включения пластинчатого графита. На величину и расположения включения графита влияют скорость охлаждения, температура и время выдержки расплавленного чугуна перед отливкой, химический состав чугуна.
4.1.2 Микроструктура серых чугунов в травленном виде.
Рисунок7.2 Перлитный серый чугун – перлит + пластинчатый графит
а) микроструктура б) схема микроструктуры
После травления в 2-4%-ном спиртовом растворе азотной кислоты металлическая основа в серых чугунах сходна с микроструктурой стали в зависимости от количества связанного углерода может быть ферритной, ферритно-перлитной и перлитной. Таким образом, возможны следующие типы структур серых чугунов:
Ф + Г пластинчатый
Ф + П + Г пластинчатый
П + Г пластинчатый
Количество связанного углерода, т.е. соотношение количества Ф и П в структуре, может быть различным в зависимости от химического состава и условий охлаждения.
4.2 Высокопрочные чугуны. Высокопрочными называются чугуны в которых весь углерод в виде шаровидной формы. Шаровидный графит получается в результате модифицирования чугуна магнием.
4.2.1 Микроструктура высокопрочного чугуна в нетравленном виде.
Рисунок 7.3 Высокопрочный чугун –шлиф не травленный
При рассмотрении в микроскоп нетравленного шлифа высокопрочного чугуна (в нетравленном виде) хорошо видны включения шаровидного графита на фоне металлической основы.
4.2.2 Микроструктура высокопрочного чугуна в травленном виде.
Рисунок7.4 Высокопрочный чугун – перлит + феррит + шаровидный графит
а) микроструктура б) схема микроструктуры
Та же микроструктура, что и у серого чугуна, только форма графита шаровидная.
Ф + Г шаровидный
Ф + П + Г шаровидный
П + Г шаровидный
Ковкий чугун
Ковким называется чугун, в котором весь углерод в виде графита хлопьевидной формы. Такая форма графита получается в результате длительного отжига белого чугуна.
4.3.1 Микроструктура ковких чугунов в травленном виде.
Рисунок7.5 Ковкий чугун-перлит + хлопьевидный графит
а) микроструктура б) схема микроструктуры
Та же микроструктура, что и у серого чугуна, только форма графита хлопьевидная.
Ф + Г хлопьевидный
Ф + П + Г хлопьевидный
П + Г хлопьевидный
4.3.2 Микроструктура ковких чугунов в нетравленном виде.
Рисунок 7.6 Ковкий чугун- включения хлопьевидного графита . Шлиф не травленный
При рассмотрении в микроскоп нетравленного шлифа ковкого чугуна хорошо видны включения хлопьевидного графита на фоне металлической основы.
Порядок выполнения работы
5.1 Просмотреть в микроскоп и изучить нетравленные и травленные шлифы.
5.2 Схематически зарисовать микроструктуры в квадратах 30 х 30 (мм).
5.3 Справа от каждой зарисованной структуры дать надпись с указанием наименования чугуна, нетравленный или травленный шлиф, увеличение.
5.4 На каждой зарисованной микроструктуре указать стрелками различные фазы и структурные составляющие и около стрелок, на полях, написать их наименование.
Составление отчёта
Отчёт о проделанной работе должен составлять следующее:
Задание
Цель работы
Рисунки включений графита и микроструктур
с соответствующими пояснениями.
Вывод
Контрольные вопросы
Что называется чугуном?
Какой чугун называется серым, ковким, высокопрочным?
Отчего зависит структура металлической основы чугунов?
Как зависят механические свойства чугуна от структуры металлической основы чугуна?
Лабораторная работа № 08
Тема
Изучение под микроскопом микроструктур и свойств конструкционных сталей
1 Цель работы
Изучить микроструктуры конструкционных сталей и установить связь между структурами и термической обработкой.
2 Оснащение: металлографический микроскоп; коллекцию микрошлифов конструкционных сталей; циркуль и линейку.
3 Задание к работе
3.1 Изучить микроструктуры конструкционных сталей.
3.2 Схематически зарисовать и описать изучаемый микроанализ.
4. Общие сведения
Микроструктура конструкционных сталей
Микроструктура низкоуглеродистых (цементуемых) сталей.
Рисунок 8.1 Сталь 10-феррит+перлит
а) микроструктура б) схема микроструктуры
К низкоуглеродистым сталям относят стали с содержанием углерода до 0,25 %-стали 10, 15, 20, а также легированные, например 15Г, 20Х, 18ХГТ, 20Х2Н4А и др. Низкоуглеродистые стали в отожженном состоянии имеют структуру феррит+перлит (рис.8.1).
Микроструктура среднеуглеродистых (улучшаемых) сталей.
К среднеуглеродистым сталям относят стали с содержанием углерода от 0,25 до 0,6 %-стали 35, 40, 45, 50, а также легированные, например 40Х, 40ХГ, 40ХГР, 30ХГСА, 45ХН, 40ХНМА и др.
Рисунок 8.2 Сталь 45 Прокат- феррит+ перлит
а) микроструктура б) схема микроструктуры
Рисунок 8.3 Сталь 45 Нормальный отжиг- феррит+ перлит
а) микроструктура б) схема микроструктуры
Рисунок 8.4 Сталь 30ХГСА Отжиг- феррит+ перлит
а) микроструктура б) схема микроструктуры
Рисунок 8.5 Сталь 30ХГСА Закалка и высокий отпуск- сорбит
а) микроструктура б) схема микроструктуры
Наиболее распространенной среднеуглеродистой сталью является сталь 45 (0,42-0,50 %С). На рис.8.4 - 8.11 приведены микроструктуры стали 45 после различной термической обработки. Микроструктура легированной среднеуглеродистой стали 30ХГСА (0,28-0,34 С; 0,8-1,1% Мn; 0,8-1,1 %Cr; 0,9-1,2 % Si) после отжига феррит + перлит (рис.8.12) и после улучшения (закалки и высокого отпуска) – сорбит (рис.8.13).
Микроструктура рессорно-пружинных сталей.
Для пружин и рессор применяют углеродистые стали 65,75, 85 с повышенным содержанием марганца (0,5-0,8%) а чаще легированные стали, например 65Г, 60С2, 50ХГ,50ХФА, 60С2ХФА, 60С2Н2А и др. Для получения наиболее высокого значения предела упругости пружины и рессоры подвергают закалке с 800-850ºС в масле или воде с последующим отпуском при 350-500ºС (в зависимости от марки стали) с целью образования структуры троостита.
Сталь 60С2 в состоянии поставки (рис.8.14) имеет структуру феррит + перлит, после закалки и отпуска (рисунок 8.15) – тростит.
Рисунок 8.6 Сталь 60С2 Состояние поставки- перлит+феррита) микроструктура б) схема микроструктуры
Рисунок 8.13 Сталь 30ХГСА. Закалка и высокий отпуск – сорбит:
а – микроструктура (×500); б – схема микроструктуры
5 Составление отчета
Отчет о проведенной работе должен содержать следующее:
5.1 Задание.
5.2 Цель работы.
5.3 Рисунки.
5.4 Вывод.
6 Контрольные вопросы
6.1 Расшифровать: Сталь10; : 65Г; 18ХГТ; 60С2ХФА; 30ХГСА.
6.2 Какие требования предъявляют к сталям для цементации
6.3 Требования предъявляемые к пружинным сталям
6.4 Где применяются низколегированные стали
Лабораторная работа №09
Тема
Изучение под микроскопом микроструктур и свойств инструментальных сталей
1 Цель работы
Изучить микроструктуры инструментальных сталей и установить связь между структурами и термической обработкой.
2 Оснащение: для проведения работы необходимо иметь металлографический микроскоп; набор микрошлифов инструментальных сталей; циркуль и линейку.
3 Задание:
3.1 Изучить микроструктуры инструментальных сталей после различных видов термической обработки.
3.2 Результаты микроанализа оформить в виде протокола.
3.3 Написать отчет по работе в соответствии с пунктом 2 задания.
4 Общие сведения
4.1 Микроструктура инструментальных сталей.
Микроструктура заэвтектоидных инструментальных сталей.
Заэвтектоидные углеродистые стали от У9 до У13 и легированные, например Х, ХВГ, 9ХС и др., в отожженном состоянии имеют структуру зернистого перлита (рис. 9.1), а после закалки в воде (углеродистых сталей) и в масле (легированных сталей)- мартенсит + карбиды (см. рис. 9.2).
Рисунок9.1 Сталь У10. Отжиг- зернистый перлит: а- микроструктура (Х500); б- схема микроструктуры
4.2 Микроструктура быстрорежущей стали. Наиболее характерными и распространенными легированными инструментальными сталями являются быстрорежущие стали, например Р18, Р6М5 и др.
Рисунок 9.2 Сталь У10. Закалка и низкий отпуск- мартенсит + цементит: а- микроструктура (Х500); б- схема микроструктуры
В литом состоянии структура быстрорежущей стали состоит из ледебуритной эвтектики, имеющей «скелетообразный» вид, и продуктов распада аустенита (рис. 9.3). Наличие в литой быстрорежущей стали ледебуритной эвтектики придает стали хрупкость. Для разрушения ледебуритной эвтектики литую быстрорежущую сталь подвергают обработке давлением (прокатке, ковке) и отжигу. Ковка изменяет строение быстрорежущей стали, так как эвтектика разбивается на отдельные обособленные карбиды.
Микроструктура кованной и отожженной быстрорежущей стали состоит из крупных первичных карбидов, более мелких вторичных карбидов и сорбитообразного перлита, представляющего собой феррит и мелкие эвтектоидные карбиды и занимающего основное поле шлифа (рис. 9.4).
Рисунок 9.3 Быстрорежущая сталь Р18. Литье: микроструктура (Х500); б- схема микроструктуры
В прокатанной или плохо прокованной быстрорежущей стали карбиды располагаются неравномерно в виде скоплений и полос (карбидная неоднородность: рис. 9.5).
Рисунок 9.4 Сталь Р18. Карбидная неоднородность (Х100); б- схема микроструктуры
Микроструктура быстрорежущей стали, закаленной с оптимальной температуры, состоит из мартенсита, карбидов и остаточного аустенита. Однако травлением выявляются главным образом границы бывших зерен аустенита и очень плохо обнаруживается основная структура составляющая – мартенсит. Поэтому по внешнему виду структура закаленной быстрорежущей стали кажется состоящей только из аустенита и карбидов (рис.9.6).
Рисунок 9.5 Сталь Р18. Закалка (нормальный нагрев): а- микроструктура (Х500); б- - схема микроструктуры
Микроструктура быстрорежущей стали, закаленной от температуры ниже оптимальной (недогрев), характеризуется более мелкими зернами аустенита, но большим количеством не растворившихся карбидов (рис. 9.7).
Рисунок 9.6 Сталь Р18. Закалка (недогрев): микроструктура (Х500); б- схема микроструктуры
Микроструктура быстрорежущей стали, закаленной с температуры выше оптимальной (перегрев), характеризуется значительным ростом зерна, образованием сетки карбидов (рис. 9.8), а иногда даже и оплавлением и появлением ледебуритной эвтектики (рис.9.9).
Микроструктур закаленной быстрорежущей стали после трехкратного отпуска при 550-5700С состоит из мартенсита и карбидов
Примечание. Микроструктуры зарисовать в кругах диаметром 50 мм или в квадратах размером 50х50 мм. Основное при зарисовке микроструктур- уловить характерные особенности микроструктуры и передать их на рисунке. Нет надобности передавать на рисунке фотографически точное изображение. Фазы и структурные составляющие указывать стрелками и около стрелок, на полях писать их наименование.
5. Составить отчет по проведению работы.
Отчет о проведенной работе должен содержать следующее:
5.1 Задание.
5.2 Цель работы
5.3 Рисунки микроструктур с соответствующими пояснениями.
6. Контрольные вопросы.
6.1 Расшифровать: У10; Р18; ВК6; ХВГ; 9ХС; Р6М5.
6.2 Термообработка быстрорежущих сталей
6.3. Условия применения углеродистых инструментальных сталей
6.4 Требования, предъявляемые к штамповым сталям
6.5. Область применения твердых сплавов
Лабораторная работа 010
Тема
Изучение под микроскопом микроструктур и свойств цветных металлов и сплавов.
1 Цель работы. Научиться самостоятельно проводить микроанализ меди, латуни, бронз, алюминиевых, магниевых и титановых сплавов. В процессе выполнения работы изучить микроструктуры цветных металлов и сплавов.
2 Оснащение: металлографический микроскоп, микрошлифы цветных металлов и сплавов, альбом с фото. структур.
Задание к работе
3.1 Изучить микроструктуры меди, латуни и бронз, алюминиевых, магниевых и титановых сплавов.
3.2 Схематически зарисовать и описать изучаемые микроструктуры.
3.3 Составить отчёт о работе.
4. Общие сведения.
4.1 Микроструктура меди. Кислород с медью образует соединение Си2О (закись меди). При содержании кислорода 0,39% (3,4% Си2О) образуется эвтектика Си – Си2О. В меди, недостаточно раскисленной при выплавке, сохраняются включения закиси меди.
Рисунок 10.1 Литая медь с содержанием 0,15% кислорода ,По границам зерен меди видны значительные участки эвтектики Cu-Cu2Oа)микроструктура б) схема микроструктуры
4.2 Микроструктура латуней. Практическое применение находят однофазные латуни с содержанием цинка до 39% (- латуни) – двухфазные латуни с содержанием цинка до от 39% до 45% (+ латуни). Микроструктура литой латуни имеет дендритное строение. Светлые участки – дендриты, богатые медью, затвердевшие первыми из жидкого состояния, тёмные участки – междендритные пространства обогащенные цинком. Микроструктура деформированной и отожённой латуни имеет зернистое строение и характерные полоски двойников. Вследствие различной ориентировки зёрен они травятся с разной интенсивностью, поэтому получают различную окраску.
4.2.1 Микроструктура + латуней . Границей между однофазной - латунью и двухфазной + латунью является 39% цинка. Структура похожа на видманштеттову структуру литой стали.
Рисунок 10.2 Литая α+β латунь с 40% цинка (типа Л63)
а)микроструктура б) схема микроструктуры
4.2.2 Микроструктура специальных латуней. Микроструктура некоторых специальных латуней кроме + могут иметь другие включения. Структура ЛЖМц 59-1-1 состоит из светлых участков -, темных и в виде отдельных точек на светлых участках включения Fe.
4.3 Микроструктура бронз. Микроструктура оловяной бронзы при содержании до 6-7% олова состоит из неоднородного твёрдого -раствора, а светлые места более богаты оловом. Микроструктура этой бронзы после отжига представляет однородные по составу зёрна твёрдого -раствора. При содержании больше 6-7% олова, но меньше 14, например при содержании 10% олова, для равновесных условий должна быть структура твёрдого -раствора, а для обычных условий отливки такая бронза будет иметь уже двухфазную структуру – неоднородного твёрдого -раствора и эвтектоида + Си31Sn8. Тёмные участки -твёрдый раствор, светлые участки - эвтектоид + Си31Sn8. На светлом фоне химического соединения Си31Sn8 видны тёмные точечные включения твёрдого -раствора. В плохо раскисленной оловянной бронзе содержатся очень хрупкие включения оловянной кислоты, которые видны на нетравленном микрошлифе.
Рисунок10.3 Литая оловянная бронза с 10% Snа)микроструктура б) схема микроструктуры
Рисунок10.4 Свинцовая бронза БрС30
а)микроструктура б) схема микроструктуры
4.3.1 Микроструктура свинцовой бронзы Бр.С30. Свинец практически не растворяется в меди в жидком состоянии, поэтому при затвердевании такой механической смеси жидких фаз получается также
механическая смесь твёрдых фаз меди и свинца. Основной белый фон -–медь, тёмные включения – свинец. Травления для выявления включений свинца не требуется.
4.4 Микроструктура алюминиевых сплавов. Микроструктура силумина АЛ2. Силуминами называют сплавы алюминия с кремнием с содержанием 6-13% кремния. При содержании 11,6% кремния образуется эвтектика из кристаллов твёрдого раствора кремния в алюминии ( ) и кристаллов кремния ( + Si). Если в жидкий сплав перед его кристаллизацией ввести небольшое количество (0,01-0,1%) натрия, это приводит к измельчению включений кремния и значительному улучшению механических свойств силумина. Этот процесс искусственного регулирования размеров и формы называется модифицированием. Структура состоит из первичных дендритов твёрдого раствора кремния в алюминии (Si) белые и эвтектики ( + кремний) тонкого строения.
Рисунок10.5 Алюминиевый сплав АЛ2 литье модифицированный
а)микроструктура б) схема микроструктуры
4.5 Микроструктура дюралюминия. Дюралюминий характеризуется следующим средним составом: 4% Си, примерно по 0,5% железа, кремния, марганца, магния, остальное – алюминий. Такой дюралюмин называется нормальным (марка Д1). Наличие этих элементов приводит к образованию ряда фаз, растворимых при нагреве, например Cu A2, MqSi и нерастворимых, например Fe A3, Cu2 FeA.
Микроструктура дюралюминия после отжига при 360 градусов состоит из твёрдого -раствора и включений различных перечисленных выше фаз. Микроструктура дюралюминия после закалки в воде от 510 градусов состоит из зёрен перенасыщенного твёрдого - раствора (белые) и включений (тёмные), не растворимых в алюминии при нагреве фаз.
4.6 Микроструктура магниевых сплавов. Магниевые сплавы содержат кроме магния также алюминий, цинк и марганец. Все эти элементы обладают ограничеснной растворимостью в магнии, поэтому при определённом химическом составе магниевые сплавы способны подвергаться термической обработке. Структура состоит из твёрдого раствора - сложного состава (светлое поле) и включений Mg4 A3.
Рисунок 10.6Магниевый сплав МА5 а) после отжига б) после закалки
4.7 Микроструктура титана и титановых сплавов. Современные титановые сплавы делят на три основные группы -сплавы, + -сплавы и -сплавы. Микроструктура -сплавов. К сплавам относятся технический титан ВТI и сплавы на основе системы титан-алюминий (например, сплав ВТ5, содержащий 5% алюминия). -сплавы не упрочняются закалкой и старением и поэтому их обычно подвергают отжигу. Микроструктура сплава после отжига зерна -фазы.
Микроструктура + сплавов. Сплавы данной группы имеют наибольшее промышленное применение. Для получения в титановых сплавах структуры их легируют в определённом количестве -стабилизаторами (алюминием) и -стабилизаторами (хромом, марганцем, железом) К этой группе
сплавов относится большинство промышленных сплавов – ВТ3-1, ВТ8, ВТ14 др. В отожжёном состоянии микроструктура сплавов этой группы состоит из и фаз. , + -сплавы упрочняются термической обработкой. Закалка приводит к образованию игольчатой структуры мартенситного типа - фазы. При последующем старении образуется структура, состоящая из смеси ' и - фаз.
Рисунок 10.7Титановый сплав ВТ3-1после закалки и старения
а)микроструктура б) схема микроструктуры
Микроструктура -сплавов. Примером -сплавов является сплав ВТ15. Большое содержание стабилизаторов в этих сплавах обеспечивает высокую стабильность - фазы, которая фиксируется не только при закалке в воде, но и при охлаждении на воздухе. При последующем нагреве закалённого сплава структура меняется от -фазы до + фаз. При старении 5000 – 5500 количество - фазы максимально. 5 Порядок выполнения работы.
5.1 Просмотреть и изучить при увеличениях от 100 до 500 раз микроструктуры цветных металлов и сплавов.
Микроструктуры зарисовать в квадратах 30 х 30 мм.
Под каждой зарисованной микроструктурой дать подпись с указанием наименования сплава, марки, химического состава, увеличение.
На каждой зарисованной микроструктуре указать стрелками различные фазы и структурные составляющие и около стрелок на полях написать их наименование.
6 Материал для лабораторной работы
М3
ЛЖМц 59-1-1
АЛ2
МЛ5
ВТ1
Бр.С30
7 Контрольные вопросы
1 Что называется латунью?
Что называется бронзой?
Расшифровка цветных металлов и сплавов.
Практическая работа № 01
Тема
Анализ диаграммы состояния железо – цементит.
1. Цель работы
научиться проводить качественные и количественные анализы диаграммы состояния Fe – FeC.
2. Оснащение:
для работы необходимо иметь вычерченную в масштабе на 12 - ом формате диаграмму состояния Fe – FeC с кривыми охлаждений сплавов 1, 2, 3, 4 ,5, 6.
3. Задание к работе:
3.1. Провести качественный анализ заданного сплава с С ≠…. при комнатной температуре.
3.2. Провести количественный анализ заданного сплава.
3.3. В квадрате 30 × 30 изобразить структуры заданного сплава.
4. Общие сведения
4.1. Превращения в сталях.
4.1.1. Сплав 1 – 1. Доэвтектоидная сталь С до 0,8. До точки 1 – ж.с. В точке 1 начинается кристаллизация А. От точки 1 до точки 2 кристаллизация А и структура будет А + ж.с. От точки 2 до точки 3 охлаждение А. От точки 3 до точки 4 А → Ф. В точке 4 структура будет А0,8 + Ф. От точки 4 до 4' А0,8 → П. В точке 4' структура будет П + Ф, ниже точки 4 – охлаждение.
4.1.2. Сплав 2 – 2. Сталь эвтектоидная С = 0,8 %. До точки 1 – ж.с. От точки 1 до точки 2 - ж.с. → А. От точки 2 до точки 3 – охлаждение А. В точке 3 происходит распад А с образованием П. Ниже точки 3 – охлаждение П.
4.1.3. Сплав 3 – 3. Сталь заэвтектоидная С = 0,8 + 2,14 %. До точки 1-ж.с. От точки 1 до точки 2 ж.с. → А. От точки 3 до точки 4 структура будет А0,8 + Цп. Из А выделяется С в виде избыточной фазы Цп и здесь структура будет А + Цп. В точке 4 структура будет А0,8 + Цп. От точки 4 до 4' А0,8 → П. В точке 4' структура будет П + Цп.
4.2. Превращения в белых чугунах.
4.2.1. Сплав 4 – 4. Доэвтектический белый чугун. С = 2,14 + 4,3 %. До точки 1-ж.с. От точки 1 до точки 2-ж.с. → А. В точке чугун состоит из А с содержанием С = 2,14 % и ж.с. с содержанием С= 4,3 %. В этой точке происходит эвтектическая кристаллизация с образованием Л, состоящего из Ц1 + А (с содержанием С = 2,14 %).
От точки 2 до точки 3 из А2,14 выделяется С в виде избыточной фазы Цп и содержание С в А понижается до 0,8 % при охлаждении до 7270 и чугун имеет структуру А0,8 + Цп + Л. От точки 3 до точки 3' А0,8 → П в точке 3 структура будет П + Цп + Л.
4.2.2. Сплав 5-5. Эвтектический белый чугун, С = 4,3 %. До точки 1 – охлаждение ж.с. От точки 1 до точки 1' из ж.с.4,3 → Л, в точке 1' структура будет Л (А + Ц1), от точки 1' до точки - охлаждение Л. От точки 2 до точки 2' внутри ледебурита из А0,8 → П и в точке структура будет Л (П + Ц1) ниже охлаждение.
4.2.3. Сплав 6 – 6. Заэтектический белый чугун С = 4,3 + 6,67 %. До точки 1 охлаждение ж.с., от точки 1 до точки из ж.с. → Ц1, в точке 2 структура будет ж.с.4,3 + Ц1. От точки до точки 2' ж.с.4,3 → Л, в точке 2' структура будет Ц1 + Л (А0,8 + Ц1), от точки 3 до точки 3' внутри ледебурита А0,8 → П, в точке 3' структура будет Ц1 + Л (П + Ц1), ниже охлаждения структуры.
4.3. Качественный анализ.
Определить структуры для заданного сплава при заданной температуре.
Количественный анализ.
Для количественного определения структур применяется перлитный или ледебуритный треугольники.
Построение перлитного треугольника.
Рисунок 1.Построение перлитного треугольника
Сплав с С = 0,8 % имеет структуру 100 % П, в т. d и b содержание П = 0. Опустим из точки δ перпендикулярной δг произвольной длины и примем его за 100 % П, соединив точку Г с точками а и b получим перлитный треугольник, в котором каждая ордината будет показывать содержание П для соответствующего сплава.
Например: Сплаву с С = 0,1 % соответствует ордината, а она в свою очередь, соответствует количеству П в этом сплаве. Для определения количества П нужно составить из подобия треугольников пропорцию:
где ае = 0,1, ек = х %П, аб = 0,8, бг = 100 %
; ;
Ответ: П = Ф =
Перлитный треугольник используется для количественного анализа сталей. Для анализа чугунов используют ледебуритный треугольник.
4.4.2. Построение ледебуритного треугольника.
Сплав, с содержанием С = 4,3 % имеет структуру 100 %Л. Опустим из точки n перпендикулярной nx, примем его за 100 % Л. В точке m и Р Л = 0. соединив точку x с точками m и n, получим ледебуритный треугольник, каждая ордината которого будет показывать количество ледебурита для соответствующего сплава
Рисунок 2.Построение ледебуритного треугольника
Например: Сплаву с С = 5 % соответствует ордината αδ, а она в свою очередь, соответствует количеству П в этом сплаве. Для определения количества ледебурита нужно составить из подобия треугольников () пропорцию: ; .
ар = 6,67 – 5% = 1,67
np = 6,67 – 4,3 = 2,37
nx = 100 %
аб = Л % Л + Ц1 = 100 %
Ц1 = 100 – Л
Ответ: Л = ……. Ц1 = ……
Примечание: доэвтектический чугун имеет структуру П + Л + Цп1 поэтому после определения Л определяют (П + Цп).
Условное изображение структур.
Ф - П - Л - Ц –
Рисунок 3 Диаграмма железо-цементит
Рисунок 4 Кривые охлаждения
Таблица № 1. Исходные данные
Материалы
Стали Чугуны
1 Сталь 10 Сталь 80 У 9 С = 2,15 С = 4,3 С = 4,5
2 Сталь 30 Сталь 80 У 11 С = 2,17 С = 4,3 С = 4,7
3 Сталь 40 Сталь 80 У 12 С = 2,18 С = 4,3 С = 4,8
4 Сталь 45 Сталь 80 У 10 С = 3,2 С = 4,3 С = 5
5 Сталь 50 Сталь 85 У 13 С = 2,19 С = 4,3 С = 4,9
6 Сталь 30 Сталь 80 У 9 С = 4,2 С = 4,3 С = 5,5
7 Сталь 70 Сталь 80 У 9 С = 2,25 С = 4,3 С = 5,1
8 Сталь 10 Сталь 80 У11 С = 2,2 С = 4,3 С = 5,2
9 Сталь 20 Сталь 80 У 12 С = 2,3 С = 4,3 С = 5,3
10 Сталь 50 Сталь 80 У 12 С = 3 С = 4,3 С = 5
11 Сталь 55 Сталь 85 У 9 С = 3,1 С = 4,3 С = 5
12 Сталь 50 Сталь 80 У 10 С = 2,45 С = 4,3 С = 5,6
13 Сталь 35 Сталь 80 У 13 С = 4 С = 4,3 С = 6
14 Сталь 45 Сталь 85 У 9 С = 2,18 С = 4,3 С = 5
15 Сталь 10 Сталь 80 У 10 С = 3,2 С = 4,3 С = 4,5
16 Сталь 30 Сталь 80 У 11 С = 2,2 С = 4,3 С = 4,7
17 Сталь 40 Сталь 80 У 10 С = 2,15 С = 4,3 С = 4,8
18 Сталь 30 Сталь 80 У 11 С = 2,9 С = 4,3 С = 6,2
19 Сталь 50 Сталь 80 У 12 С = 3 С = 4,3 С = 6,3
20 Сталь 60 Сталь 80 У 13 С = 3,1 С = 4,3 С = 6,4
21 Сталь 70 Сталь 80 У 9 С = 3,2 С = 4,3 С = 6,5
22 Сталь 10 Сталь 80 У 10 С = 3,3 С = 4,3 С = 6,6
23 Сталь 20 Сталь 80 У 11 С = 3,4 С = 4,3 С = 4,4
24 Сталь 30 Сталь 80 У 12 С = 3,5 С = 4,3 С = 4,5
25 Сталь 40 Сталь 80 У 13 С = 3,6 С = 4,3 С = 4,6
26 Сталь 60 Сталь 80 У 9 С = 3,8 С = 4,3 С = 4,8
27 Сталь 60 Сталь 80 У 10 С = 3,8 С = 4,3 С = 5
28 Сталь 70 Сталь 80 У 11 С = 3,9 С = 4,3 С = 4,9
29 Сталь 10 Сталь 80 У 12 С = 4,0 С = 4,3 С = 5
30 Сталь 40 Сталь 80 У 10 С = 4,0 С = 4,3 С = 5,7
31 Сталь 10 Сталь 80 У 9 С = 2,15 С = 4,3 С = 4,5
32 Сталь 10 Сталь 80 У 9 С = 2,15 С = 4,3 С = 4,5
Практическая работа № 02
Тема Выбор режима термической обработки
1 Цель работы Приобрести навык в выборе вида и режима термической и химико-термической обработки металлов в зависимости от назначения изделий.
Задание к работе
Изучить условия работы заданной детали и требования,
предъявленные к ней.
Выбрать марку стали для изготовления заданной детали,
изучить её химический состав и механические свойства.
Разработать в зависимости от условий работы детали,
необходимый вид и режим термической или химико-термической обработки.
Дать обоснование выбранного вида и режима обработки
детали.
Составить отчёт о практическом занятии.
3 Оснащение: учебные пособия, ГОСТы, справочники.
4 Общие сведения
Практическое занятие предусматривает обосновать выбор металла для изготовления заданной детали и выбор вида и режима термической и химико-термической обработки, которая обеспечит надёжность и способность детали в условиях эксплуатации, указанных в каждой задаче.
Для решения задачи необходимо прежде всего определить материал, обладающий свойствами, близкими к требуемым. Для этой цели рекомендуется ознакомиться с классификацией, составом и назначением основных материалов, используемых в технике.
Если для улучшения свойств выбранного материала нужны термическая или химико-термическая обработка, то необходимо указать их режимы, получаемую структуру и свойства. При рекомендации режимов обработки необходимо также указать наиболее экономичные и производительные способы. Например для деталей, изготовляемых в больших количествах, - обработку с индукционным нагревом, газовую цементацию и др.; для деталей, работающих в условиях переменных нагрузок, например для валов, зубчатых колёс многих типов, необходимо рекомендовать обработку, повышающую предел выносливости (в зависимости от рекомендуемой стали к ним носятся цементация, цианирование, азотирование, закалка с индукционным нагревом, обработка дробью).
При решении задач рекомендуется использовать учебные пособия, ГОСТы, справочники и справочные материалы.
4.1 Примерные задачи по выбору сплавов и режимов термической обработки в зависимости от условий работы деталей и конструкций.
4.1.1 Завод изготовляет коленчатые валы диаметром 35 мм: сталь в готовом изделии должна иметь предел текучести не ниже 290 МПа и ударную вязкость не ниже 50 МПа. Кроме того, вал должен обладать повышенной износостойкостью не по всей поверхности, а только в шейках, т.е. в участках, сопряжённых с подшипниками и работающих на истирание.
Подберите марку стали, рекомендуйте режим термической обработки всего вала для получения заданных свойств и режим последующей термической обработки, повышающей твёрдость только в отдельных участках поверхности вала.
Привести структуру и твёрдость стали в поверхностном слое шейки вала и структуру и механические свойства в остальных участках.
4.1.2 Стаканы цилиндров мощных двигателей внутреннего сгорания должны обладать высоким сопротивлением износу на поверхности. Для повышения износостойкости применяют азотирование.
Подберите сталь, пригодную для азотирования, приведите химический состав, рекомендуйте режим термической обработки и режим азотирования. Укажите твёрдость поверхностного слоя и механические свойства низлежащих слоёв в готовом изделии.
4.1.3 Станкостроительный завод изготавливает шпиндели токарных станков. Шпиндели работают с большой скоростью в условиях повышенного износа: поэтому твёрдость в поверхностном слое должна быть НРС 58-62.
Подберите сталь для изготовления шпинделя, рекомендуйте режим термообработки, обеспечивающий получение заданной твёрдости в поверхностном слое. Укажите структуру стали в поверхностных слоях и в сердцевине шпинделя, механические свойства сердцевины после окончательной термической обработки.
4.1.4 Червяк редуктора диаметром 35 мм можно изготовить из цементуемой и нецементуемой стали. Предел прочности в сердцевине детали должен быть 580-686 МПа2.
Выберите марку цементуемой и нецементуемой углеродистой качественной стали. Обоснуйте, в каких условиях целесообразно применять цементуемую и в каких случаях – нецементуемую сталь.
Укажите химический состав, рекомендуемый режим химико-термической обработки и сопоставьте механические свойства стали обоих типов в готовом изделии.
4.1.5 Палец шарнира диаметром 30 мм работает на изгиб и срез и должен обладать высокой износостойкостью на поверхности и высокой вязкостью в сердцевине.
Подберите углеродистую сталь, укажите её состав и марку, рекомендуйте режим химико-термической и термической обработки, укажите структуру, механические свойства в сердцевине и твёрдость на поверхности после окончательной обработки. Укажите желаемую толщину твёрдого поверхностного слоя.
4.2 Задача.
Завод имеет сталь двух марок: 45 и 20ХНЗА, из которых можно изготовить вал диаметром 70 мм для работы с большими нагрузками.
Какую из сталей следует применить для изготовления вала, если сталь должна иметь предел текучести не ниже 740 МПа?
Решение задачи
Таблица 1
Химический состав стали, %
Сталь 45 ГОСТ С МnSiCrNiS P
Сталь 45 1050-60 0,42-0,50 0,50-0,80 0,17-0,37 0,25 0,25 0,045 0,040
20ХН3А 4543-71 0,17-0,23 0,3-0,6 0,17-0,37 0,6-0,9 2,75-3,15 0,025 0,025
Сталь 45 согласно ГОСТу в состоянии поставки (после прокатки и отжига) имеет твёрдость не более НВ 2-7. При твёрдости НВ 190-200 сталь имеет предел прочности не выше 588…608 МПа. Предел текучести стали 45 не превышает 265…314 МПа.
Сталь 20ХНЗА согласно ГОСТу в состоянии поставки (после прокатки и отжига) имеет твёрдость не более НВ 250. Предел прочности не превышает 735 МПа для плавок с более низкой твёрдостью. Предел текучести стали не превышает 343…392 МПа. Таким образом, для получения заданной величины предела текучести вал необходимо подвергнуть термической обработке.
Для такого ответственного изделия, как вал двигателя, поломки которого нарушают работу машин, необходимо применить сталь качественную.
Сталь 45 относится к классу качественной углеродистой, а сталь 20ХНЗА – к классу высококачественной легированной стали. Они содержат соответственно 0,42…0,50 и 0,17…0,23% С и принимают закалку. Для повышения прочности можно принимать нормализацию или закалку с высоким отпуском.
Так как вал двигателя воспринимает в работе динамические нагрузки, а также вибрацию, более целесообразно применить закалку и отпуск.
После закалки в воде углеродистая сталь 45 получает структуру мартенсита. Однако вследствие небольшой прокаливаемости углеродистой стали эта структура в изделиях диаметром более 20—25 мм образуется только в сравнительно тонком поверхностном слое толщиной 2-4 мм. Последующий отпуск вызовет превращение мартенсита и троостита в сорбит только в поверхностном слое, но не влияет на структуру и свойства перлита и феррита в основной массе изделия. Сорбит отпуска обладает более высокими механическими свойствами, чем феррит и перлит.
Наибольшие напряжения от изгиба, кручения и повторно-переменных нагрузок воспринимают наружные слои. Однако в сопротивлении динамическим нагрузкам, которые воспринимает вал, участвуют не только поверхностные, но и нижележащие слои металла.
Сталь 20ХНЗА легирована никелем и хромом для повышения прокаливаемости и закаливаемости. Она получает после закалки однородную структуру и механические свойства в сечении диаметром до 75 мм.
Таким образом, свойствами, которые обеспечат требования для изготовления вала диаметром 70 мм для работы с большими нагрузками, обладает сталь 20ХНЗА, которую необходимо применить для изготовления валов с соответствующей термодинамической обработкой (закалка с 820-8350С в масле и отпуск 520-5300С в масле)
Практическая работа № 03
Тема
Выбор и обоснование марок конструкционных сталей.
Цель работы
Приобрести навыки в работе со справочной литературой по выбору конструкционной стали.
2. Оснащение: методическое пособие.
3. Задание к работе:
Изучить условия работы заданной детали и требования, предъявляемые к ней.
Изучить химический состав и механические свойства выбранной стали.
Охарактеризовать и зарисовать микроструктуру стали.
Привести основные данные характеризующие сталь: ГОСТ, химический состав, свойства, область применения, требования, предъявляемые к этому виду изделия.
Составить отчет.
Общие сведения:
Углеродистые стали.
Низкоуглеродистые стали 05 кп, 08, 10, 10 пс обладают малой прочностью высокой пластичностью. Применяются без термической обработки для изготовления малонагруженных деталей – шайб, прокладок и т.п.
Среднеуглеродистые стали 35, 40, 45 применяются после нормализации, термического улучшения, поверхностной закалки.
В нормализованном состоянии по сравнению с низкоотпущенным обладают большей прочностью, но меньшей пластичностью. После термического улучшения наблюдается наилучшее сочетание механических свойств. После поверхностной закалки обладают высокой поверхностной твердостью и сопротивлением износу.
Высокоуглеродистые стали 60, 65, 70,75 используются как рессорно-пружинные после среднего отпуска. В нормализованном состоянии – для прокатных валков, шпинделей станков.
Достоинства углеродистых качественных сталей – дешевизна и технологичность. Но из-за малой прокаливаемости эти стали не обеспечивают требуемый комплекс механических свойств в деталях сечением более 20 мм.
Цементуемые стали.
Используются для изготовления деталей, работающих на износ и подвергающихся действию переменных и ударных нагрузок. Детали должны сочетать высокую поверхностную прочность и твердость и достаточную вязкость сердцевины.
Цементации подвергаются низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,25%, что позволяет получить вязкую сердцевину. Для деталей, работающих с большими нагрузками, применяются стали с повышенным содержанием углерода (до 0,35 %).
С повышением содержания углерода прочность сердцевины увеличивается, а вязкость снижается. Детали подвергаются цианированию и нитроцементации.
Цементуемые углеродистые стали 15,20,25 используются для изготовления деталей небольшого размера, работающих в условиях изнашивания при малых нагрузках (втулки, валики, оси, шпильки и др.). Твердость на поверхности составляет 60…64 HRC, сердцевина остается мягкой.
Цементуемые легированные стали применяют для более крупных и тяжелонагруженных деталей, в которых необходимо иметь, кроме высокой твердости поверхности, достаточно прочную сердцевину (кулачковые муфты, поршни, пальцы, втулки).
Хромистые стали 15Х, 20Х используются для изготовления небольших изделий простой формы, цементуемых на глубину h =1…1,5 мм. При закалке с охлаждением в масле, выполняемой после цементации, сердцевина имеет бейнитное строение. Вследствие этого хромистые стали обладают более высокими прочностными свойствами при несколько меньшей пластичности в сердцевине и большей прочностью в цементованном слое.
Дополнительное легирование хромистых сталей ванадием (сталь 15ХФ), способствует получению более мелкого зерна, что улучшает пластичность и вязкость.
Никель увеличивает глубину цементованного слоя, препятствует росту зерна и образованию грубой цементитной сетки, оказывает положительное влияние на свойства сердцевины. Хромоникелевые стали 20ХН, 12ХН3А применяют для изготовления деталей средних и больших размеров, работающих на износ при больших нагрузках (зубчатые колеса, шлицевые валы). Одновременное легирование хромом и никелем, который растворяется в феррите, увеличивает прочность, пластичность и вязкость сердцевины и цементованного слоя. Стали мало чувствительны к перегреву. Большая устойчивость переохлажденного аустенита в области перлитного и промежуточного превращений обеспечивает высокую прокаливаемость хромоникелевых сталей и позволяет проводить закалку крупных деталей с охлаждением в масле и на воздухе.
Стали, дополнительно легированные вольфрамом или молибденом (18Х2Н4ВА, 18Х2Н4МА), применяют для изготовления крупных тяжелонагруженных деталей. Эти стали являются лучшими конструкционными сталями, но дефицитность никеля ограничивает их применение.
Хромомарганцевые стали применяют вместо дорогих хромоникелевых, однако эти стали менее устойчивы к перегреву и имеют меньшую вязкость. Введение небольшого количества титана (0,06…0,12 %) уменьшает склонность стали к перегреву (стали 18ХГТ, 30ХГТ).
С целью повышения прочности применяют легирование бором (0,001…0,005 %) 20ХГР, но бор способствует росту зерна при нагреве.
Улучшаемые стали.
Стали, подвергаемые термическому улучшению, широко применяют для изготовления различных деталей, работающих в сложных напряженных условиях ( при действии разнообразных нагрузок, в том числе переменных и динамических). Стали приобретают структуру сорбита, хорошо воспринимающую ударные нагрузки. Важное значение имеет сопротивление хрупкому разрушению.
Улучшению подвергаются среднеуглеродистые стали с содержанием углерода 0,30…0,50 %.
Улучшаемые углеродистые стали 35, 40, 45 дешевы, из них изготавливают детали, испытывающие небольшие напряжения (сталь 35), и детали, требующие повышенной прочности (стали 40, 45). Но термическое улучшение этих сталей обеспечивает высокий комплекс механических свойств только в деталях небольшого сечения, так как стали обладают низкой прокаливаемостью. Стали этой группы можно использовать и в нормализованном состоянии.
Детали, требующие высокой поверхностной твердости при вязкой сердцевине (зубчатые колеса, валы, оси, втулки), подвергаются поверхностной закалке токами высокой частоты. Для снятия напряжений проводят низкий отпуск.
Улучшаемые легированные стали.
Улучшаемые легированные стали применяют для более крупных и более нагруженных ответственных деталей. Стали обладают лучшим комплексом механических свойств: выше прочность при сохранении достаточной вязкости и пластичности, ниже порог хладоломкости.
Хромистые стали 30Х, 40Х, 50Х используются для изготовления небольших средненагруженных деталей. Эти стали склонны к отпускной хрупкости, поэтому после высокого отпуска охлаждение должно быть быстрым.
Повышение прокаливаемости достигается микролегированием бором (35ХР). Введение в сталь ванадия значительно увеличивает вязкость (40ХФА).
Хромокремнистые (33ХС) и хромокремниймарганцевые (хромансил) (25ХГСА) стали обладают высокой прочностью и умеренной вязкостью. Стали хромансилы обладают высокой свариваемостью, из них изготавливают стыковочные сварные узлы, кронштейны, крепежные и другие детали. Широко применяются в автомобилестроении и авиации.
Хромоникелевые стали 45ХН, 30ХН3А отличаются хорошей прокаливаемостью, прочностью и вязкостью, но чувствительны к обратимой отпускной хрупкости. Для уменьшения чувствительности вводят молибден или вольфрам. Ванадий способствует измельчению зерна.
Стали 36Х2Н2МФА, 38ХН3ВА др. обладают лучшими свойствами, относятся к мартенситному классу, слабо разупрочняются при нагреве до 300…400 oС. из них изготавливаются валы и роторы турбин, тяжелонагруженные детали редукторов и компрессоров.
Высокопрочные, пружинные, шарикоподшипниковые, износостойкие и автоматные стали
Высокопрочные стали.
Высокопрочными называют стали, имеющие предел прочности более 1500 МПа, который достигается подбором химического состава и оптимальной термической обработки.
Такой уровень прочности можно получить в среднеуглеродистых легированных сталях, (30ХГСН2А,40ХН2МА), применяя закалку с низким отпуском (при температуре 200…250oС) или изотермическую закалку с получением структуры нижнего бейнита.
После изотермической закалки среднеуглеродистые легированные стали имеют несколько меньшую прочность, но большую пластичность и вязкость. Поэтому они более надежны в работе, чем закаленные и низкоотпущенные.
При высоком уровне прочности закаленные и низкоотпущенные среднеуглеродистые стали обладают повышенной чувствительностью к концентраторам напряжения, склонностью к хрупкому разрушению, поэтому их рекомендуется использовать для работы в условиях плавного нагружения.
Легирование вольфрамом, молибденом, ванадием затрудняет разупрочняющие процессы при температуре 200…300 oС, способствует получению мелкого зерна, понижает порог хладоломкости, повышает сопротивление хрупкому разрушению.
Высокая прочность может быть получена и за счет термомеханической обработки.
Стали 30ХГСА, 38ХН3МА после низкотемпературной термомеханической обработки имеют предел прочности 2800 МПа, относительное удлинение и ударная вязкость увеличиваются в два раза по сравнению с обычной термической обработкой. Это связано с тем, что частичное выделение углерода из аустенита при деформации облегчает подвижность дислокаций внутри кристаллов мартенсита, что способствует увеличению пластичности.
Мартенситно-стареющие стали (03Н18К9М5Т, 04Х11Н9М2Д2ТЮ) превосходят по конструкционной прочности и технологичности среднеуглеродистые легированные стали. Они обладают малой чувствительностью к надрезам, высоким сопротивлением хрупкому разрушению и низким порогом хладоломкости при прочности около 2000 МПа.
Мартенситно-стареющие стали представляют собой безуглеродистые сплавы железа с никелем (8..25 %), дополнительно легированные кобальтом, молибденом, титаном, алюминием, хромом и другими элементами. Благодаря высокому содержанию никеля, кобальта и малой концентрации углерода в результате закалки в воде или на воздухе фиксируется высокопластичный, но низкопрочный железоникелевый мартенсит, пересыщенный легирующими элементами. Основное упрочнение происходит в процессе старения при температуре 450…550 oС за счет выделения из мартенситной матрицы когерентно с ней связанных мелкодисперсных фаз. Мартенситно-стареющие стали обладают высокой конструкционной прочностью в интервале температур от криогенных до 500 oС и рекомендуются для изготовления корпусов ракетных двигателей, стволов артиллерийского и стрелкового оружия, корпусов подводных лодок, батискафов, высоконагруженных дисков турбомашин, зубчатых колес, шпинделей, червяков и т.д.
Пружинные стали.
Пружины, рессоры и другие упругие элементы являются важнейшими деталями различных машин и механизмов. В работе они испытывают многократные переменные нагрузки. Под действием нагрузки пружины и рессоры упруго деформируются, а после прекращения действия нагрузки восстанавливают свою первоначальную форму и размеры. Особенностью работы является то, что при значительных статических и ударных нагрузках они должны испытывать только упругую деформацию, остаточная деформация не допускается. Основные требования к пружинным сталям – обеспечение высоких значений пределов упругости, текучести, выносливости, а также необходимой пластичности и сопротивления хрупкому разрушению, стойкости к релаксации напряжений.
Пружины работают в области упругих деформаций, когда между действующим напряжением и деформацией наблюдается пропорциональность. При длительной работе пропорциональность нарушается из-за перехода части энергии упругой деформации в энергию пластической деформации. Напряжения при этом снижаются.
Самопроизвольное снижение напряжений при постоянной суммарной деформации называется релаксацией напряжений.
Релаксация приводит к снижению упругости и надежности работы пружин.
Пружины изготавливаются из углеродистых (65, 70) и легированных (60С2, 50ХГС, 60С2ХФА, 55ХГР) конструкционных сталей.
Для упрочнения пружинных углеродистых сталей применяют холодную пластическую деформацию посредством дробеструйной и гидроабразивной обработок, в процессе которых в поверхностном слое деталей наводятся остаточные напряжения сжатия.
Повышенные значения предела упругости получают после закалки со средним отпуском при температуре 400…480 oС.
Для сталей, используемых для пружин, необходимо обеспечить сквозную прокаливаемость, чтобы получить структуру троостита по всему сечению.
Упругие и прочностные свойства пружинных сталей достигаются при изотермической закалке.
Пружинные стали легируют элементами, которые повышают предел упругости – кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом, ванадием, бором.
В целях повышения усталостной прочности не допускается обезуглероживание при нагреве под закалку и требуется высокое качество поверхности.
Пружины и другие элементы специального назначения изготавливают из высокохромистых мартенситных (30Х13), мартенситно-стареющих (03Х12Н10Д2Т), аустенитных нержавеющих (12Х18Н10Т), аустенито-мартенситных (09Х15Н8Ю), быстрорежущих (Р18) и других сталей и сплавов.
Шарикоподшипниковые стали.
Подвергаются воздействию высоких нагрузок переменного характера. Основными требованиями являются высокая прочность и износостойкость, высокий предел выносливости, отсутствие концентраторов напряжений, неметаллических включений, полостей, ликваций.
Шарикоподшипниковые стали характеризуются высоким содержанием углерода (около 1 %) и наличием хрома (ШХ9, ШХ15).
Высокое содержание углерода и хрома после закалки обеспечивает структуру мартенсит плюс карбиды, высокой твердости, износостойкости, необходимой прокаливаемости.
Дальнейшее увеличение прокаливаемости достигается дополнительным легированием марганцем, кремнием (ШХ15СГ).
Повышены требования в отношении чистоты и равномерности распределения карбидов, в противном случае может произойти выкрашивание. Стали подвергаются строгому металлургическому контролю на наличие пористости, неметаллических включений, карбидной сетки, карбидной ликвации.
Термическая обработка включает отжиг, закалку и отпуск. Отжиг проводят после ковки для снижения твердости и подготовки структуры к закалке. Температура закалки составляет 790…880 oС в зависимости от массивности деталей. Охлаждение – в масле (кольца, ролики), в водном растворе соды или соли (шарики). Отпуск стали проводят при температуре 150…170oС в течение 1…2 часов. Обеспечивается твердость 62…66 НRC.
Из стали ШХ9 изготавливают шарики и ролики небольших размеров, из стали ШХ15 – более крупные.
Детали подшипников качения, испытывающие большие динамические нагрузки (подшипники прокатных станов), изготавливают из сталей 20Х2Н4А и 18ХГТ с последующей глубокой цементацией на глубину 5…10 мм. Для деталей подшипников, работающих в азотной кислоте и других агрессивных средах, используется сталь 95Х18.
Стали для изделий, работающих при низких температурах
Для изделий, работающих при низких температурах, необходимо применять стали с пониженным порогом хладоломкости. Особенно сильно понижены температурные пороги хладоломкости в никельсодержащих сталях. Эффективными материалами являются низколегированные малоуглеродистые стали, которые обладают хорошей свариваемостью.
В строительных металлоконструкциях наибольший эффект достигается при использовании термомеханически упрочненного проката.
Для обеспечения высокого комплекса механических свойств деталей машин используются малоуглеродистые стали, легированные элементами способствующими дисперсионному упрочнению и образованию мелкозернистой структуры после термической обработки, 10ХСНД, 15Г2СФ, 12ГН2МФАЮ.
Для работы при сверх низких температурах применяют криогенные стали и сплавы для изготовления емкостей для хранения и перевозки сжиженных газов, имеющих очень низкую температуру кипения (кислород – –183 oС, водород – –253 oС). Основными материалами для работы в подобных условиях являются аустенитные стали с повышенным содержанием никеля 10Х14Г14Н4Т, 10Х18Н10Т,03Х20Н16АГ6.
Износостойкие стали.
Для работы в условиях изнашивания, сопровождаемого большими удельными нагрузками используется высокомарганцевая сталь 110Г13Л, имеющая в своем составе 1…1,4% углерода, 12…14 % марганца. Сталь имеет аустенитную структуру и относительно низкую твердость (200…250 НВ). В процессе работы, когда на деталь действуют высокие нагрузки, которые вызывают в материале напряжения, превосходящие предел текучести, происходит интенсивное наклепывание стали и рост ее твердости и износостойкости. При этом сталь сохраняет высокую вязкость. Благодаря этим свойствам сталь широко используется для изготовления корпусов шаровых мельниц, щек камнедробилок, крестовин рельсов, гусеничных траков, козырьков землечерпалок и т.д.
Склонность к интенсивному наклепу является характерной особенностью сталей аустенитного класса.
Автоматные стали.
Автоматными называют стали, обладающие повышенной обрабатываемостью резанием.
Эффективным металлургическим приемом повышения обрабатываемости резанием является введение в сталь серы, селена, теллура, кальция, которые изменяют состав неметаллических включений, а также свинца, который образует собственные включения.
Автоматные стали А12, А20 с повышенным содержанием серы и фосфора используются для изготовления малонагруженных деталей на станках автоматах (болты, винты, гайки, мелкие детали швейных, текстильных, счетных и других машин). Эти стали обладают улучшенной обрабатываемостью резанием, поверхность деталей получается чистой и ровной. Износостойкость может быть повышена цементацией и закалкой.
Стали А30 и А40Г предназначены для деталей, испытывающих более высокие нагрузки.
У автоматных сталей, содержащих свинец, (АС11, АС40), повышается стойкость инструмента в 1…3 раза и скорость резания на 25…50 %.
Легированные хромистые и хромоникелевые стали с присадкой свинца и кальция (АЦ45Г2, АСЦ30ХМ, АС20ХГНМ) используются для изготовления нагруженных деталей в автомобильной и тракторной промышленности.
Автоматные стали подвергают диффузионному отжигу при температуре 1100…1150oС, для устранения ликвации серы.
Примерные задачи:
Требуется изготовить вал диаметром 50 мм, работающий с большой нагрузкой.
Выберите наиболее рациональную марку стали для изготовления автомобильных рессор средней прочности.
Выберите сталь для изготовления пружин тяжело нагруженных механизмов машин.
Из предлагаемых сталей различного состава (30, 30Х, 30ХГСА) требуется выбрать наиболее рациональную для изготовления слабо нагруженных деталей, типа штифтов.
Выберите сталь для изготовления крупногабаритных зубчатых колес автомобиля работающих в условиях износа при высоких удельных нагрузках.
Выберите сталь для изготовления щеки и шара машин для дробления руды и камней работающих в условиях повышенного износа, сопровождаемого ударами.
Выберите сталь для лопатки реактивных двигателей работающих в окислительной среде при высоких температурах (800 – 900 0С).
Выберите качественную легированную сталь для рессоры грузового автомобиля толщиной до 10 мм.
Выберите сталь для деталей приборов и оборудования, которое устанавливают на морских судах. Сталь должна быть устойчивой не только против действия воды, водяных паров и атмосферой воздуха, но и против морской воды.
Выберите сталь, применяемую для паронагревателей котлов высокого давления имеющую повышенные механические своиства при длительных нагрузках при температуре 5000С.
Выберите сталь для изготовления пружин модуль упругости которой не изменяется при температурах ниже 900С.
Выберите сплав для станины токарного станка.
Выберите сталь для подшипника качения работающих а условиях коррозии.
Выберите марку стали для постоянного магнита небольшой мощности.
Выберите сталь для хирургического скальпеля.
Выберите сталь для мощного постоянного магнита.
Пример выполнения:
Задача: Выбрать сталь для изготовления упругих деталей, от которых требуется высокий предел текучести при достаточной вязкости.
Решение: Для изготовления упругих элементов общего назначения применяют легированные рессорно – пружинные стали. Особенность работы деталей типа упругих элементов состоит в том, что в них используются в основном упругие свойства стали и не допускаются при нагрузке возникновение пластической деформации. В связи с этим стали должны иметь высокое сопротивление малым пластическим деформациям. Важные характеристики сталей данного типа – релаксационная стойкость и прокаливаемость. К группе рессорно – пружинных сталей общего назначения относятся стали перлитного класса с содержанием углерода 0,5…0,7 %, которые для улучшения свойств (прокаливаемость, предел выносливости, релаксационная стойкость, мелкозернистая структура) дополнительно легируют кремнием (1,5…2,8%), марганцем (0,6…1,2 %), хромом (0,2…1,2 %), ванадием (0,1…0,25 %), вольфрамом (0,8…1,2 %), никелем (1,4…1,7).
Эксплуатационные свойства стали приобретают после термической обработки, состоящей в закалке и среднем отпуске (350..5200С) на тростит отпуска.
В соответствии с заданием необходимо подобрать марку кремнистой стали. В настоящее время применение находят следующие стали: 50С, 55С, 60С2А,70С3А. Выбираем сталь 60С2А, которая относится к широко используемым дешевым сталям для изготовления упругих элементов сечением до 18 мм (размер торсионного вала в задании не указан). Сталь обладает стойкостью к росту зерна. Имеет высокие механические свойства для устранения склонности к обезуглероживанию нагрев под закалку необходимо проводить в контролируемой атмосфере.
Сталь 60С2А. Основные данные:
ГОСТ 14959 – 79 Рессорно – пружинная.
Химический состав
С Si MnCr Ni P S
0,57…0,65 1,2…2,0 0,6…0,9 0,3 0,3…0,4 0,03…0,04 0,03…0,04
Применение. Рессоры, пружины, торсионные валы, пневматические зубила.
Прокаливаемость достигает 18 мм.
Недостатки стали 60С2А: 1) склонность к обезуглероживанию; 2) склонность к графитообразованию; 3) склонность к образованию поверхностных дефектов при горячей обработки стали, что вызывает снижение предела выносливости.
5. Свойства кремнистой стали могут улучшены путем дополнительного легирования. Применяются кроме стали 60С2 стали марок: 60С2ХА, 60С2ХФА, 60С2Н2А
Практическая работа № 04
Тема
Выбор и обоснование марок инструментальных сталей.
1.Цель работы
Приобрести навыки в работе со справочной литературой по выбору инструментальной стали.
2. Оснащение: методическое пособие.
3. Задание к работе:
3.1 Изучить условия работы заданной детали и требования, предъявляемые к ней.
3.2 Изучить химический состав и механические свойства выбранной стали.
Охарактеризовать и зарисовать микроструктуру стали.
3.3 Привести основные данные, характеризующие сталь: ГОСТ, химический состав, свойства, область применения, требования, предъявляемые к этому виду изделия.
Составить отчет.
4Общие сведения:
Стали для режущего инструмента
Инструментальная сталь должна обладать высокой твердостью, износостойкостью, достаточной прочностью и вязкостью (для инструментов ударного действия).
Режущие кромки могут нагреваться до температуры 500…900oС, поэтому важным свойством является теплостойкость, т. е., cпособность сохранять высокую твердость и режущую способность при продолжительном нагреве (красностойкость).
Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435).
Содержат 0,65…1,35% углерода.
Стали У7…У13А – обладают высокой твердостью, хорошо шлифуются, дешевы и недефицитны.
Из сталей марок У7, У8А изготавливают инструмент для работы по дереву и инструмент ударного действия, когда требуется повышенная вязкость – пуансоны, зубила, штампы, молотки.
Стали марок У9…У12 обладают более высокой твердостью и износостойкостью – используются для изготовления сверл, метчиков, фрез.
Сталь У13 обладает максимальной твердостью, используется для изготовления напильников, граверного инструмента.
Для снижения твердости и создания благоприятной структуры, все инструментальные стали до изготовления инструмента подвергают отжигу.
Для заэвтектоидных сталей проводят сфероидизирующий отжиг, в результате которого цементит вторичный приобретает зернистую форму. Регулируя скорость охлаждения можно получить любой размер зерен.
Окончательная термическая обработка – закалка с последующим отпуском.
Закалку для доэвтектоидных сталей проводят полную, а для заэвтектоидных – неполную. Структура закаленных сталей или мартенсит, или мартенсит и карбиды.
Температура отпуска выбирается в зависимости от твердости, необходимой для инструмента.
Для инструментов ударного действия, требующих повышенной вязкости, из сталей У7, У8 отпуск проводят при температуре 280…300oС, что обеспечивает твердость HRC 56…58.
Для напильников, метчиков, плашек отпуск проводят при температуре 150…200oС, при этом обеспечивается получение максимальной твердости — НRC 62…64.
Основными недостатками углеродистых инструментальных сталей является их невысокая прокаливаемость (5…10 мм), низкая теплостойкость (до 200oС), то есть инструменты могут работать только при невысоких скоростях резания.
Легированные инструментальные стали
Содержат 0,9…1,4 % углерода. В качестве легирующих элементов содержат хром, вольфрам, ванадий, марганец, кремний и другие. Общее содержание легирующих элементов до 5%.
Высокая твердость и износостойкость в основном определяются высоким содержанием углерода. Легирование используется для повышения закаливаемости и прокаливаемости, сохранения мелкого зерна, повыщения прочности и вязкости.
Термическая обработка включает закалку и отпуск.
Проводят закалку с температуры 800…850oС в масло или ступенчатую закалку, что уменьшает возможность коробления и образования закалочных трещин.
Отпуск проводят низкотемпературный, при температуре 150…200oС, что обеспечивает твердость HRC 61…66. Иногда, для увеличения вязкости, температуру отпуска увеличивают до 300oС, но при этом наблюдается снижение твердости HRC 55…60.
Для деревообрабатывающего инструмента из сталей 6ХС и 9ХФ рекомендуется изотермическая закалка, значительно улучшающая вязкость.
Повышенное содержание кремния (сталь 9ХС) способствует увеличению прокаливаемости до 40 мм и повышению устойчивости мартенсита при отпуске. Недостатками сталей, содержащих кремний, являются чувствительность их к обезуглероживанию при термообработке, плохая обрабатываемость резанием и деформированием из-за упрочнения феррита кремнием.
Повышенное содержание марганца (стали ХВГ, 9ХВСГ) способствует увеличению количества остаточного аустенита, что уменьшает деформацию инструмента при закалке. Это особенно важно для инструмента, имеющего большую длину при малом диаметре, например, протяжек.
Хром увеличивает прокаливаемость и твердость после закалки.
Стали используются для изготовления инструмента и ударного, и режущего.
“Алмазная ” сталь ХВ5 содержит 5% вольфрама. Благодаря присутствию вольфрама, в термически обработанном состоянии имеет избыточную мелкодисперсную карбидную фазу. Твердость составляет HRC 65…67. Cталь используется для изготовления инструмента, сохраняющего длительное время острую режущую кромку и высокую размерную точность (развертки, фасонные резцы, граверный инструмент).
Быстрорежущие стали
Стали получили свое название за свойства. В следствии высокой теплостойкости (550…650oС), изготовленные из них инструменты могут работать с достаточно высокими скоростями резания.
Стали содержат 0,7…1,5 % углерода, до 18 % основного легирующего элемента – вольфрама, до 5 % хрома и молибдена, до 10 % кобальта
Добавление ванадия повышает износостойкость инструмента, но ухудшает щлифуемость. Кобальт повышает теплостойкость до 650oС и вторичную твердость HRC 67…70.
Микроструктура быстрорежущей стали в литом состоянии имеет эвтектическую структурную составляющую. Для получения оптимальных свойств инструментов из быстрорежущей стали необходимо по возможности устранить структурную неоднородность стали – карбидную ликвацию. Для этого слитки из быстрорежущей стали подвергаются интенсивной пластической деформации (ковке). При этом происходит дробление карбидов эвтектики и достигается более однородное распределение карбидов по сечению заготовки.
Затем проводят отхиг стали при температуре 860…900oС. Структура отожженной быстрорежущей стали – мелкозернистый (сорбитообразный) перлит и карбиды, мелкие эвтектоидные и более крупные первичные. Количество карбидов около 25 %. Сталь с такой структурой хорошо обрабатывается резанием. Подавляющее количество легирующих элементов находятся в карбидной фазе. Для получения оптимальных свойств стали в готовом инструменте необходимо при термической обработке обеспечить максимальное насыщение мартенсита легирующими элементами. При закалке быстрорежущие стали требуют нагрева до очень высоких температур, около 1280oС. Нагрев осуществляют в хорошо раскисленных соляных ваннах BaCl2/, что улучшает равномерность прогрева и снижает возможность обезуглероживания поверхности. Для снижения термических фазовых напряжений нагрев осуществляют ступенчато: замедляют нагрев при температурах 600…650oС и при 850…900oС. График режима термической обработки быстрорежущей стали представлен на рис. 19.1.
Рисунок 4.1. График режима термической обработки быстрорежущей стали
Охлаждение от закалочной температуры производится в масле. Структура стали после закалки состоит из легированного, очень тонкодисперсного мартенсита, значительного количества (30…40 %) остаточного аустенита и карбидов вольфрама. Твердость составляет 60…62 HRC. Наличие аустенита остаточного в структуре закаленной стали ухудшает режущие свойства.
Для максимального удаления аустенита остаточного проводят трехкратный отпуск при температуре 560oС. При нагреве под отпуск выше 400oС наблюдается увеличение твердости. Это объясняется тем, что из легированного остаточного аустенита выделяются легированные карбиды. Аустенит при охлаждении от температуры отпуска превращается в мартенсит отпуска, что вызывает прирост твердости. Увеличению твердости содействуют и выделившиеся при температуре отпуска мелкодисперсные карбиды легирующих элементов. Максимальная твердость достигается при температуре отпуска 560oС.
После однократного отпуска количество аустенита остаточного снижается до 10%. Чтобы уменьшить его количество до минимума, необходим трехкратный отпуск.
Твердость стали после отпуска составляет 64…65 HRC. Структура стали после термообработки состоит из мартенсита отпуска и карбидов.
При термической обработке быстрорежущих сталей применяют обработку холодом. После закалки сталь охлаждают до температуры — 80 … — 100oС, после этого проводят однократный отпуск при температуре 560oС для снятия напряжений.
Иногда для повышения износостойкости быстрорежущих сталей применяют низкотемпературное цианирование.
Основными видами рехущих инструментов из быстрорежущей стали являются резцы, сверла, долбяки, протяжки, метчики машинные, ножи для резки бумаги. Часто из быстрорежущей стали изготавливают только рабочую часть инструмента.
Стали для измерительных инструментов
Основными требованиями, предъявляемыми к сталям, из которых изготавливаются измерительные инструменты, являются высокая твердость и износоустойчивость, стабильность в размерах в течение длительного времени. Последнее требование обеспечивается минимальным температурным коэффициентом линейного расширения и сведением к минимуму структурных превращений во времени.
Для изготовления измерительных инструментов применяются:
высокоуглеродистые инструментальные стали, легированные и углеродистые (стали У12, Х, Х9, ХГ), после закалки и стабилизирующего низкотемпературного (120…170 oС ) отпуска в течение 10…30 ч. До отпуска желательно провести обработку холодом. Получают твердость 62…67 HRC;
малоуглеродистые стали (сталь 15, 20) после цементации изакалки с низким отпуском;
нитралои (сталь 38ХМЮА) после азотирования на высокую твердость
Штамповые стали
Инструмент, применяемый для обработки металлов давлением (штампы, пуансоны, матрицы) изготавливают из штамповых сталей.
Различают стали для штампов холодного и горячего деформирования.
Стали для штампов холодного деформирования.
Стали должны обладать высокой твердостью, износостойкостью, прочностью, вязкостью (чтобы воспринимать ударные нагрузки), сопротивлением пластическим деформациям.
Для штампов небольших размеров (до 25 мм) используют углеродистые инструментальные стали У10, У11, У12 после закалки и низкого отпуска на твердость 57…59 HRC. Это позволяет получить хорошую износостойкость и ударную вязкость.
Для более крупных изделий применяют легированные стали Х, Х9, Х6ВФ. Для повышения износостойкости инструмента после термической обработки проводят цианирование или хромирование рабочих поверхностей.
Для уменьшения брака при закалке необходимо медленное охлаждение в области температур мартенситного превращения (например, закалка из воды в масло для углеродистых сталей, ступенчатая закалка для легированных сталей).
Если штамповый инструмент испытывает ударные нагрузки, то используют стали, обладающие большей вязкостью (стали 4ХС4, 5ХНМ). Это достигается снижением содержания углерода, введением легирующих элементов и соответствующей термической обработкой. После закалки проводят высокий отпуск при температуре 480…580oС, что обеспечивает твердость 38…45 HRC.
Стали для штампов горячего деформирования
Дополнительно к общим требованиям, от сталей этой группы требуется устойчивость против образования трещин при многократном нагреве и охлаждении, окалиностойкость, высокая теплопроводность для отвода теплоты от рабочих поверхностей штампа, высокая прокаливаемость для обеспечения высокой прочности по всему сечению инструмента.
Для изготовления молотовых штампов применяют хромоникелевые среднеуглеродистые стали 5ХНМ, 5ХНВ, 4ХСМФ. Вольфрам и молибден добавляют для снижения склонности к отпускной хрупкости. После термической обработки, включающей закалку с температуры 760…820oС и отпуск при 460…540oС, сталь имеет структуру – сорбит или троостит и сорбит отпуска. Твердость 40…45 HRC.
Штампы горячего прессования работают в более тяжелых условиях. Для их изготовления применяются стали повышенной теплостойкости. Сталь 3Х2В8Ф сохраняет теплостойкость до 650oС, но наличие карбидов вольфрама снижает вязкость. Сталь 4Х5В2ФС имеет высокую вязкость. Повышенное содержание хрома и кремния значительно увеличивает окалиностойкость стали.
Твердые сплавы
В качестве материалов для инструментов используются твердые сплавы, которые состоят из твердых карбидов и связующей фазы. Они изготавливаются методами порошковой металлургии.
Характерной особенностью твердых сплавов является очень высокая твердость 87…92 HRC при достаточно высокой прочности. Твердость и прочность зависят от количества связующей фазы (кобальта) и величины зерен карбидов. Чем крупнее зерна карбидов, тем выше прочность. Твердые сплавы отличаются большой износостойкостью и теплостойкостью. Основными твердыми сплавами являются группы ВК (WC + Co), TK (WC + TiC + Co), TTK (WC + TiC + TaC + Co). Наиболее распространенными сплавами группы ВК являются сплавы марок ВК3, ВК6, ВК8, ВК20, где число показывает содержание кобальта в процентах, остальное – карбиды вольфрама WC. Сплавы группы ТК марок Т30К6, Т14К8 – первое число показывает содержание карбидов титана в процентах, второе – содержание кобальта в процентах. Сплаы этой группы лучше противостоят изнашиванию, обладают большей твердостью, тепло- и жаростойкостью, стойкостью к коррозии, но меньшей теплопроводностью и большей хрупкостью. Используются на средних и высоких скоростях резания.
Сплавы с малым количеством кобальта обладают повышенной твердостью и износостойкостью, но минимальной прочностью, Поэтому их используют для чистового точения (ВК3, Т30К4).
Сплавы с повышенным содержанием кобальтаиспользуют для чернового точения (ВК8, Т14К8).
Сплав ВК20 начинают использовать для армирования штампов, что повышает их износостойкость.
Износостойкость инструментов из твердых сплавов превышает износостойкость инструментов из быстрорежущих стале в 10…20 раз и сохраняется до температур 800…1000oС.
5. Примерные задачи:
Крупные пневматические долота, применяемые при разработке горных пород, обладают относительно высокой твердостью и износостойкостью, но вместе с тем должны иметь достаточную вязкость, так как они испытывают в работе ударные нагрузки.
Завод выполняет токарную обработку чугунных и стальных деталей с большой скоростью резания. Выберите сплавы для резцов, обеспечивающие высокую производительность обработки стали и чугуна. Приведите химический состав, структуру, твердость, прочность и теплостойкость и способ изготовления этих сплавов и сравните их с аналогичными характеристиками быстрорежущей стали.
Подберите сталь для червячных фрез, обрабатывающих конструкционные стали твердость. НВ – 230. Объясните причины, по которым для этого назначения нецелесообразно использовать углеродистую инструментальную сталь У12 с высокой твердостью (HRC 63 - 64). Укажите режимы термической обработки фрез из выбранной легированной стали.
Получение заготовок горячей деформацией является производительным способом обработки. Выберите марку стали для изготовления крупного молотового штампа; рекомендуйте режим термической обработки штампа, укажите микроструктуру и механические свойства после отпуска. Объясните, почему подобные штампы не следует изготовлять из углеродистой стали.
Выберите и обоснуйте марки сплавов для: а) болта; б) измерительного инструмента (калибра – скобы).
Выберите и обоснуйте марки сплавов для сверла, работающего на больших скоростях.
Выберите и обоснуйте марки сплавов для штампа для горячей штамповки.
Выберите и обоснуйте марки сплавов для плашки для нарезания резьбы.
Выберите и обоснуйте марки сплавов для кронциркуля.
Выберите и обоснуйте марки сплавов для штампа для холодной штамповки.
Выберите наиболее рациональную марку стали для изготовления автомобильных рессор средней прочности.
Требуется изготовить сверла диаметром: 10,20 и 40 мм. Выберите наиболее рациональную марку стали для каждой группы сверл.
Выберите из них сталь для изготовления фрез, предназначенных для обработки сплавов повышенной прочности. Объясните причину выбора именно данной стали.
Плашки в процессе обработки твердых материалов разогреваются до температур 600…620 0С. Выберите сталь для изготовления плашек, работающих в таких условиях.
Выберите сталь для изготовления протяжки сечением до 100 мм.
Выберите наиболее рациональную из них для изготовления напильников, используемых для обработки мягких материалов.
6. Пример выполнения:
Задача: Подберите легированную инструментальную сталь повышенной теплостойкости, пригодную для резания жаропрочных сталей, укажите ее марку и химический состав, термическую обработку и микроструктуру в готовом инструменте. Сопоставьте теплостойкость стали Р 12 и выбранной стали.
Решение задачи: При резании сталей и сплавов с аустенитной структурой (нержавеющих, жаропрочных и др.), получающих все более широкое применение в промышленности, стойкость инструментов и предельная скорость резания могут сильно снижаться по сравнению с получаемыми при резании обычных конструкционных сталей и чугунов с относительно невысокой твердостью (до НВ 220 - 250). Это связано главным образом с тем, что теплопроводность аустенитных сплавов пониженная. Вследствие этого тепло, выделяющееся при резании, лишь в небольшой степени поглощается сходящей стружкой и деталью и в основном воспринимается режущей кромкой. Кроме того, эти сплавы сильно упрочняются под режущей кромкой в процессе резания, из – за чего заметно возрастают усилия резания.
Для резания подобных материалов, называемых труднообрабатываемые, мало пригодны быстрорежущие стали умеренной теплостойкости типа Р12, сохраняющие высокую твердость (НRC 60) и мартенситную структуру после нагрева не выше 615 – 620 0С.
Для обработки аустенитных сплавов необходимо выбирать быстрорежущие стали повышенной теплостойкости, а именно кобальтовые. Кобальтовые стали сохраняют твердость НRC 60 после более высокого нагрева до 640 – 645 0С. Кроме того, кобальт заметно повышает теплостойкость быстрорежущей стали, а следовательно, снижает температуру режущей кромки из – за лучшего отвода тепла в тело инструмента. Стали с кобальтом имеют высокую твердость до HRC 68.
Для сверл и фрез, применяемых для резания аустенитных сплавов, рекомендуются кобальтовые сплавы марок Р12Ф4К5 или Р8М3К6С.
Химический состав сталей, %
Сталь ГОСТ С MnSi Cr W Mo V Co
Р12 19265-73 0,85 0,3 0,3 3,6 12,5 1 1,7 -
Р12Ф4К5 19265-73 1,3 0,3 0,3 3,8 12,5 1 3,5 5,5
Р8М3К6С 19265-73 1,1 0,9 0,3 3,8 8 3,6 1,7 6
Термическая обработка кобальтовых сталей принципиально не отличается от обработки других быстрорежущих сталей.
Закалка до 1240 – 1250 0С (Р8М3К6С), что необходимо для растворения большого количества кабридов и насыщения аустенита (мартенсита) легирующими элементами. Более высокий нагрев недопустим: он вызывает рост зерна, что снижает прочность и вязкость. Структура стали после закалки: мартенсит, остаточный аустенит (15 – 30 %) и избыточные карбиды, не растворяющиеся при нагреве и задерживающие рост зерна. Твердость HRC 60 – 62.
Затем инструменты отпускают при 550 – 560 0С (3 раза по 60 мин). Отпуска вызывают: а) выделение дисперсных карбидов из мартенсита, что повышает твердость до HRC 66 – 69; б) превращает мягкую составляющую – остаточный аустенит в мартенсит; в) снимает напряжения, вызываемые мартенситным превращением.
После отпуска инструмент шлифуют, а затем подвергают цианированию, чаще всего жидкому с выдержкой 15 – 30 мин (в зависимости от сечения инструмента).
Твердость цианированного слоя на глубину 0,02 – 0,03 мм достигает HRC 69 – 70. Цианирование повышает стойкость инструментов на 50 – 80 %. После цианирования возможен кратковременный нагрев при 450 – 500 0С с охлаждением в масле, поверхность инструмента приобретает тогда синий цвет и несколько лучшую стойкость против воздушной коррозии.
Практическая работа № 05
Тема
Выбор марки сплава цветных металлов для конкретных деталей в зависимости от условий их работы.
1. Цель работы
1.1. Приобрести навык в работе со справочной литературой по выбору сплава цветных металлов в зависимости от условий их работы.
2. Задание:
2.1. Изучить условия работы заданной детали и требования, предъявляемые к ней;
2.2 Выбрать сплав цветных металлов для изготовления заданной детали, изучить ее химический состав и механические свойства;
2.3. Дать обоснование выбора сплава для заданной детали;
2.4 Составить отчет о проделанной работе.
3. Методические указания:
При решении задач рекомендуется использовать учебные пособия, ГОСТы, справочники, Приложение.
Общие сведения
Цветные сплавы. Сплавы на основе цветных металлов (медь, алюминий, магний титан, никель и др.) обладают лучшими механическими и технологическими свойствами, чем чистые металлы, поэтому они нашли широкое применение в промышленности.
Медные сплавы – латуни и бронзы. Латунями называют сплавы меди с цинком, содержащие цинка не более 42 %. Чтобы придать латунным сплавам лучшие механические и технологические свойства, в них добавляют легирующие элементы – железо, никель, свинец, алюминий от до 8 %. Такие латуни называют специальными. Наибольшее применение имеют латуни следующих марок: Л-62, Л-68 – для получения листов, предназначенных для изготовления деталей методом глубокой штамповки; Л-59, ЛС59-1 – для получения катаных и прессованных прутков, из которых изготовляют втулки, гайки, кольца и т.д. Из специальных латуней, благодаря высокой коррозионной стойкости и хорошим механическим свойствам, получила широкое применение латунь марки Л070-1.
Латуни, содержащие цинка до 39 %, - Л-96, Л-90, Л-80, Л-68 имеют структуру однородного раствора замещения цинка в меди, имеющего пространственную решетку куба с центрированными гранями. Такие латуни при изменениях температуры никаких фазовых превращений не имеют. Латуни, содержащие цинка от 39 до 45 %, имеют структуру однородного раствора на базе электронного соединения и пространственная решетка у них – центрированный куб (Л-59, Л-62). Латуни подвергают рекристаллизационному отжигу при температурах 600 – 700 0С для снятия наклепа, полученного в процессе холодной деформации.
Бронзами называют сплавы меди с любыми элементами, кроме цинка. В зависимости от химического состава бронзы разделяют на простые оловянистые и специальные – безоловянистые. Для улучшения качества оловянистых бронз в них вводят свинец (повышает антифрикционные свойства и способствует лучшей обрабатываемости), цинк (улучшает литейные свойства), фосфор (повышает литейные, механические и антифрикционные свойства оловянистых бронз).
Бронзы, содержащие 22 % олова, практически не применяют, так как они очень хрупки. Бронзы, обрабатываемые давлением, содержат не более 5 – 6 % олова. Деформируемые оловянистые бронзы БрОФ-6,5 – 0,15, БрОЦ4-3, БрОЦС4 – 4 – 2,5 применяют для изготовления листов, проволоки, лент и прутков.
Литейные оловянистые бронзы БрОФ10-1, БрОЦ10-2, БрОЦСН3-7-5-1 идут на изготовление различных деталей машин, работающих в условиях морской воды, в условиях пара с давлением до 25 атм, а также вкладышей подшипников.
Алюминивые бронзы БрА5, БрА7, БрПМц9 – применяют для изготовления лент, полос, трубок. Бронзы БрАЖН10-4-4Л, БрАЖ9 – 4Л применяют для фасонного литья. Добавки в бронзу никеля, железа, марганца повышают ее сопротивление коррозии и улучшают механические свойства; например, бронза БрАЖН10-4-4 в результате закалки в воде при температуре 920 0С и последующего отпуска при температуре 650 0С имеет σв = 686 МПа и НВ 200…250.
Марганцовистая бронза БрмЦ5 сохраняет свои механические свойства при повышенных температурах (400 – 4500С), применяют ее для изготовления направляющих втулок, седел клапанов и др.
Свинцовистая бронза БрС-30 обладает высокими антифрикционными свойствами и применяется для сильно нагруженных подшипников с большими удельными давлениями (например, коренные подшипники турбин).
Бериллиевая бронза БрБ- после закалки (Т = 820 0С) и старения (Т = 3000С) имеет НВ 400 и σв = 1176 – 1274 МПа; применяют ее для изготовления пружин, мембран, инструментов, не дающих искру.
Алюминиевые сплавы обладают высокими механическими свойствами, небольшим удельным весом и устойчивы против коррозии. Различают две группы алюминиевых сплавов: литейные и деформируемые. Литейные сплавы применяют для изготовления литых деталей путем отливки в земляные и металлические формы. Деформируемые сплавы применяют для изготовления листов, проволоки, фасонных профилей и производства различных деталей путем ковки, штамповки и прессования. Наиболее известные алюминиевые сплавы имеют марки: АЛ1, АЛ2, АЛ3, АЛ4, АЛ5, АЛ6, АЛ7, АЛ8, АЛ9, АЛ11, АЛ12. Большую группу литейных сплавов с основой алюминий – кремний составляют силумины (АЛ2, АЛ4), которые обладают высокой жидкотекучестью и малой усадкой. Для получения плотной мелкозернистой структуры, а следовательно, и повышенных механических свойств сплав АЛ подвергают модифицированию, т.е. обработке расплавленного силумина металлическим натрием или смесью фтористых солей натрия и калия в количестве около 2 % (по массе) от массы расплавленного сплава, а сплав АЛ4 упрочняют термической обработкой.
Существуют литейные сплавы с основой алюминий – магний (АЛ7, АЛ12). Сплав АЛ12 применяют без термической обработки, а детали из сплава АЛ7 подвергают термической обработке.
Силумин (АЛ2) – сплав алюминия с кремнием (10 – 13 %). Структура немодифицированного силумина АЛ2 состоит из α-твердого раствора кремния в алюминий (основной светлый тон) и эвтектики α + Si (темные участки) грубого строения, в которой кремний находится в виде крупных игл. Структура модифицированного силумина АЛ мелкозернистая и состоит из первичных дендритов α-твердого раствора (светлый тон) и мелкой (дисперсной) эвтектики α + Si (темный тон).
Деформируемые алюминиевые сплавы разделяют на три группы: сплавы, не упрочняемые термической обработкой; сплавы, упрочняемые термической обработкой; сплавы для ковки и штамповки. К первой группе относят сплавы алюминия с магнием и сплавы алюминия с марганцем (Амг, Амц). Они обладают высокой пластичностью, умеренной прочностью, повышенным сопротивлением коррозии и применяются для изготовления деталей методом высокой штамповки. Ко второй группе относят сплавы под названием дюралюминиевые (Д1, Д3, Д6, Д18 и т.д.). Основные компоненты этих сплавов – медь и магний, так как они при термической обработке увеличивают прочность сплава.
К третьей группе сплавов относят сплавы АК2, АК6, легированные кроме меди, магния дополнительно никелем, вводимым в небольшом количестве для увеличения вязкости и прочности. Эти сплавы применяют для изготовления поршней авиационных двигателей, лопастей винтов, картеров двигателей и др.
Магниевые сплавы представляют собой сплавы магния с алюминием, марганцем и цинком. Их широко применяют в промышленности – как литейные (МЛ2, МЛ3, МЛ4, МЛ5, МЛ6), так и деформируемые (МА1, МА2, МА3, МА4, МА5). Из указанных литейных сплавов наибольшее распространение получил сплав МЛ5, обладающий лучшей жидкотекучестью. Сплав МЛ5 для улучшения механических свойств закаливают (температура нагрева до 4150С с последующим охлаждением на воздухе). Структура сплава после отливки в земляную форму состоит из зерен тройного твердого раствора алюминия и цинка в магнии (светлый фон) и включений Mg4Al3 по границам зерен твердого раствора. После закалки структура сплава состоит из однородных зерен тройного твердого раствора алюминия и цинка в магнии. Деформируемые магниевые сплавы имеют большую вязкость, пластичность и прочность, чем литейные сплавы, и применяются для изготовления кованых и штампованных деталей. Для улучшения свойств магниевых сплавов в них вводят в небольших количествах бериллий, титан и другие элементы и подвергаются термической обработке.
Антифрикционные сплавы. Для уменьшения трения вращающихся частей вкладыши подшипников изготовляют из специальных материалов, к которым предъявляют особые требования, основные из них следующие: небольшой коэффициент трения с материалом вращающегося вала; микрокапиллярность, т.е. способность удерживать смазку; достаточная прочность, износостойкость и коррозионная стойкость. В качестве подшипниковых сплавов в зависимости от скорости вращения и удельного давления вала применяют:
баббиты (на оловянной или свинцовой основах) Б83, Б16, БК2 и др. Основные компоненты в оловянистых баббитах – сурьма, медь и олово, а в свинцовистых – свинец, сурьма, олово и медь;
бронзы (оловянистые БрОСЦ4-4-4, БрОФ6,5 – 1,5 и свинцовистые БрС-30) – в наиболее нагруженных подшипниках, испытывающие ударные нагрузки;
антифрикционные серые чугуны АС4-1, АВ4-1 – при больших удельных давлениях и скоростях (до 5 м/с). Пластичной основой в них является феррит, а твердые опорные включения – цементит и перлит; имеющиеся в чугуне графитовые включения образуют каналы, удерживающие смазку, и выполняют роль смазки.
Структура баббитов представляет собой совокупность двух фаз и более, одна из которых (основа) всегда пластичная, вязкая, а другие твердые. Пластичная структура способна поглощать твердые частицы, попавшие на поверхность, предотвращая тем самым задиры трущихся поверхностей. Структура баббита Б83 имеет фазу – твердый раствор сурьмы в олове (темный цвет) и две другие фазы, представляющие собой химические соединения SnSb (светлые кристаллы в виде кубиков или треугольников) и Cu3Sn (светлые мелкие кристаллы в виде звездочек, точек, игл).
5. Примерные задачи по выбору марки сплава цветных металлов для конкретных деталей в зависимости от условий их работы.
Детали арматуры турбин и котлов гидронасосов работают во влажной атмосфере и изготовляются массовыми партиями литьем, имеют сложную форму и высокую точность размеров. Подберите применяемый для этой цели цветной сплав и сталь для изготовления форм.
Трубки в паросиловых установках должны быть стойки против коррозии. Подберите марку сплава на медной основе, пригодную для изготовления трубок, не содержащего дорогих элементов. Укажите способ изготовления трубок и сравните механические свойства выбранного сплава с механическими свойствами стали, стойкость против коррозии в тех же условиях.
Необходимо изготовить зубчатые колеса из сплава, стойкого против действия воды и пара и обладающего небольшим коэффициентом трения. Предел прочности не ниже 340 МПа. Объясните, почему в таких случаях не применяют нержавеющую сталь, стойкую против коррозии в условиях воды и пара. Укажите цветной сплав, пригодный для изготовления подобных зубчатых колес.
Детали самолетов: педали, рычаги, стойки педалей и т.п. изготавливают из сплава с хорошими литейными свойствами, обладающего, кроме того, хорошей обрабатываемостью резанием. Предел прочности сплава должен быть не ниже 220 МПа.
Рекомендуйте состав сплава, укажите механические свойства его в готовом изделии и сопоставьте его свойства с аналогичными свойствами стали.
Вкладыши коренных и шатунных подшипников двигателей внутреннего сгорания изготавливают из сплавов, обладающих высокими антифрикционными свойствами. Подберите состав сплава, укажите причины хорошей их работы в условиях износа и назовите сплавы, применяемые для заливки подшипников.
Бесшовные трубы опреснительных установок, подающие морскую воду, нагретую до 80 – 1200С, целесообразно для повышения их долговечности изготовлять из сплава со значительно большей стойкостью против коррозии в этих условиях, чем у нержавеющей стали. Выберете марку сплава и сопоставьте его свойства со свойствами нержавеющей стали 1Х18Н9Т.
Сварные бензиновые и масляные баки, от материала которых не требуется высоких механических свойств, изготавливают в авиапромышленности из легких листов сплавов, обладающих повышенной стойкостью против коррозии, пластичностью и хорошей свариваемостью. Подберите сплав, пригодный для данного назначения, и для сравнения приведите марку стали, стойкой против коррозии в указанных средах.
Червяк редуктора для уменьшения коэффициента трения часто изготавливают из стали, а венец колес – из сплава на медной основе. Подберите марку и состав сплава для венца, колеса, обладающего высокими антифрикционными свойствами. Укажите для сравнения сталь для изготовления червяка редуктора диаметром 30 мм.
Выберите состав цветного сплава, обладающего высокой пластичностью, для изготовления деталей из листа способом глубокой вытяжки. Укажите назначение термической обработки, применяемой между отдельными операциями вытяжки для повышения пластичности, и приведите для сравнения сталь с аналогичными свойствами.
Выберите латунь для изготовления на станках – автоматах винтов, болтов и гаек, которая позволяет получить чистую поверхность и высокую производительность. Сравните механические свойства выбранного сплава с аналогичными характеристиками латуни высокой вязкости и пластичности.
Выберите и обоснуйте марки сплавов для нагруженной детали из алюминиевого сплава. Сравните механические свойства данного сплава с механическими свойствами стали.
Выберите и обоснуйте марки сплавов для подшипника скольжения.
Выберите и обоснуйте марки сплавов для штамповки из магниевого сплава. Укажите механические свойства сплава в готовом изделии и сопоставьте его свойства с аналогичными свойствами стали.
Выберите и обоснуйте марки сплавов для моторной рамы самолета.
Выберите и обоснуйте марки сплавов для отливки из алюминиевого сплава.
Выберите и обоснуйте марки сплавов для сварных деталей из алюминиевого сплава.
Основные источники:
1 Фетисов Г.П. Материаловедение и технология металлов: учебник/ Г.П. Фетисов,Ф.А. Гарифуллин.-СПб.: М. Оникс, 2007-624с.
2 Основы материаловедения (металлообработка): учебное пособие для нач. проф.образования /В.Н. Заплатин, Ю.ИМ. Сапожников, А.В. Дубов и др. под редакцией В.Н. Заплатина.- М.; издательский центр «Академия», 2007.-256 с.
3 Материаловедение и технология металлов:учебное пособие для студентов машиностроит. специальностей/ Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др.; под ред. Г.П. Фетисова – 6-е изд., доп.- М.: Высшая школа, 2008.-877с.
Дополнительные источники:
1 Стерин И.С. Материаловедение: Учеб. для ссузов / И.С. Стерин.- М. Дрофа, 2009.-352 с.
2 Сильман Г.И. Материаловедение. – М.: Издательский центр Академия», 2008. – 350 с.
ГПБОУ СПО «БМСК»
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
ЛАБОРАТОРНО - ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
ЛПР Матер 150412 22 АД
Студент:
__________ _______________
_________________
Преподаватель:
_________ О.Н. Ченцова
_________________
2014
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
2
ЛПР Матер150412 22 АД
Разраб.
Провер.
Ченцова О.Н
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
Комплекс лабораторно-практических работ по дисциплине Материаловедение
Лит.
ЛистовБМСК
Содержание
1 ЛР № 1 Изучение закономерности процессов кристаллизации………….3
2 ЛР № 2 Приготовление макрошлифов. Визуальное наблюдение макроструктуры металлов………………………………………………………………………..5
3 ЛР №3 Методика исследования испытаний твердости по Бринеллю и Роквеллу………………………………………………………………………..8
4 ЛР № 4 Методика исследования испытания на ударную вязкость……..12
5 ЛР № 5 Микроанализ структур железоуглеродистых сплавов …………15
6 ПР № 1Анализ диаграммы состояния «железо-цементит» ……………..18
7 ПР № 2 Выбор режима термической обработки …………………………23
8 ЛР № 6 Изучение под микроскопом микроструктуры сталей после термообработки и химико-термической обработки ……………………….25
9 ЛР № 7 Изучение под микроскопом микроструктур серых, ковких и высокопрочных чугунов …………………………………………………….28
10 ЛР №8 Изучение под микроскопом микроструктур и свойств конструкционных сталей …………………………………………………………………………31
11 ПР № 3 Выбор марки конструкционной стали по ее назначению и условиям эксплуатации ………………………………………………………………...33
12 ЛР №9 Изучение под микроскопом микроструктуры и свойств инструментальных сталей ……………………………………………….....35
13 ПР №4 Выбор марки инструментальной стали по ее назначению и условиям эксплуатации ………………………………………………….......................38
14 ЛР №10 Изучение под микроскопом микроструктуры и свойств
цветных металлов и сплавов…………………………………………..…40
15 ПР № 5 Выбор марки цветных сплавов по ее назначению и условиям эксплуатации ……………………………………………….…………….......43
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
3
ЛР Матер 150412 22
Лабораторная работа № 1
Тема
Изучение закономерности процессов кристаллизации.
1 Цель работы
1.1 Научиться самостоятельно наблюдать с помощью биологического микроскопа за процессом кристаллизации из раствора соли.
1.2 В процессе выполнения работы студент должен изучить:
Оптическую систему и устройство биологического микроскопа, процесс работы на биологическом микроскопе при наблюдении за кристаллизацией из раствора соли, характер кристаллов, образующихся из раствора соли в различные периоды кристаллизации.
2 Оснащение: биологический микроскоп, соли Pb (NO3)2, K2, Cr2, O7, NH4, Cl, NaCl, пробирки, спиртовка, пипетка, циркуль и линейка.
3 Задание к работе
3.1 Просмотреть на биологическом микроскопе процесс кристаллизации из раствора соли.
3.2 Составить отчёт о работе.
4 Выполнение работы
4.1 Схема оптической системы биологического микроскопа:
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
4
ЛР Матер 150412 22
4.2 Схема кристаллизации:
NaCl NaOH5 Контрольные вопросы
5.1 Что называется кристаллизацией?
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5.2 Почему образуется три зоны?
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5.3 Что называется ликвацией?
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
6 Вывод_________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________
«___» _______________201 г. Подпись студента___________
Оценка_____
«___» ________________201 г. Подпись преподавателя______________
Лабораторная работа № 2
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
5
ЛР Матер 150412 22
Тема
Приготовление макрошлифов. Визуальное наблюдение макроструктуры металлов.
1 Цель работы
1.1 Научиться самостоятельно проводить макроскопический анализ.
1.2 Изучить методику приготовления макрошлифов, методы выявления макростроения и дефектов стали.
2 Оснащение: образцы с неравномерным распределением серы и фосфора, с дефектами, нарушающими сплошность металла, литой стали, с волокнистостью; Шлифовальную шкурку различных номеров зерности; деревянные бруски; вытяжной шкаф; водяную баню; фарфоровую ванну; резиновый валик; лупу; щипцы; вату; фильтровальную бумагу; глянцевую бромосеребряную фотографическую бумагу; спирт; реактивы для выявления макроструктуры.3 Задание к работе
3.1 Приготовить макрошлифы.
3.2 Выявить: неоднородность (ликвацию серы и фосфора, дефекты, нарушающие сплошность метала, строение литой стали, волокнистую структуру).
3.3 Зарисовать и дать характеристику выявленных макроструктур.
3.4 Составить отчёт о работе.
4 Выполнение работы
4.1 Ликвация серы и фосфора:
4.2 Дефект, нарушающий сплошность металла:
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
6
ЛР Матер151024 26
4.3 Строение литой стали:
4.4 Дефект термообработки:
5 Контрольные вопросы
5.1 Что называется макроскопическим анализом?
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5.2 Что изучает макроскопический анализ?
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5.3 С какой целью применяется макроскопический анализ?
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
7
ЛР Матер 150412 22
5.4 Приготовление макрошлифа.
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5.5 Что называется ликвацией?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
6 Вывод________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
«___» _______________201 г. Подпись студента___________
Оценка_____
«___» _________________201 г. Подпись преподавателя____________
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
8
ЛР Матер 150412 22
Лабораторная работа № 3
Тема
Методика исследования испытаний твёрдости по Бринеллю и Роквеллу.
1 Цель работы
Приобрести навыки в определении твёрдости металлов на твердомерах типа ТШ (приборе Бринелля) и типа ТК (приборе Роквелла).
2 Оснащение: твердомер шариковый ТШ (прибор Бринелля), твердомер ТК (прибор Роквелла), лупа для измерения отпечатков, два комплекта отожженных образцов и два комплекта закалённых и отпущенных образцов.
3 Задание к работе
3.1 Произвести испытание на твёрдость по Бринеллю.
3.2 Определить твёрдость.
3.3 Произвести испытание на твёрдость по Роквеллу.
3.4 Определить твёрдость.
3.5 Составить отчёт о работе.
4 Выполнение работы
4.1 Схема испытаний твёрдости по Бринеллю.
Протокол №1
Испытание на твердость типа ТШ (прибор Бринелля)
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
9
ЛР Матер 150412 22
№ образца Материал образца (марка) Условия испытания Диаметр отпечатка Твердость
Нагрузка на образец кгДиаметр, ширина D, мм Время выдержки под нагрузкой, сек Первое измерение d1, мм Второе измерение d2, мм Третье измерение dср, мм кг/мм2 по формуле Взятая по ГОСТУ
Протокол №2
Испытание на твердость твердомером типа ТК (прибор Роквелла)
№ образца Материал образца Условия испытания Диаметр отпечатка Среднее значение
Нагрузка Р, кг Вид наконечника Обозначение шкалы Первое Второе Третье Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
10
ЛР Матер 150412 22
4.2 Схема испытаний твёрдости по Роквеллу.
4.3 Определение твёрдости по Бринеллю
где D – диаметр шарика в ммd – диаметр отпечатка в мм
P – нагрузка на шарик в кг (1 кгс = 10 Н)
F- площадь поверхности отпечатка в мм2
5 Контрольные вопросы
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
11
ЛР Матер 150412 22
5.1 Что называется твёрдостью металлов?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5.2 Методы определения твёрдости.
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5.3 Как определяется твёрдость по Роквеллу
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5.4 Какие наконечники вдавливаются в металл при испытании на Бринелля и Роквелла.
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5.5 Какие шкалы на приборе Роквелла и для чего применяются.
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
6 Вывод_________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
«___» _______________201 г. Подпись студента___________
Оценка_____
«___» ________________201 г. Подпись преподавателя______________
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
12
ЛР Матер 150412 22
Лабораторная работа № 4
Тема
Методика исследования испытания на ударную вязкость.
1 Цель работы
1.1 Научиться проводить испытание на удар.
1.2 Научиться пользоваться таблицами для определения марки стали в зависимости от механических свойств.
2 Оснащение: маятниковый копёр, испытуемые образцы стали.
3 Задание к работе
3.1 Изучить устройство и принцип работы маятникового копра.
3.2 Определить ударную вязкость испытуемых образцов.
3.3 Составить отчёт о работе.
4 Выполнение работы
4.1 Схему маятникового копра и образца:
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
13
ЛР Матер 150412 22
4.2 Протокол испытания на ударную вязкость
№ п/п Материал Марка по ГОСТу Размер образца по ГОСТу Сечение образца,F Работа Работа Ударная вязкость Ударная вязкость
На подьём АоНа разрушение Аи По расчёту По таблице
1 2 3 4.3 Определение ударной вязкости:
где Aн = работа, затраченная на разрушение образца, кгс м, или дж/м2 F = площадь поперечного сечения образца в месте надреза, см2 или м2
ан =ударная вязкость, кгс м/см2 или (дж/м2) 1кгс/см2 = 10 Дж/см2
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
14
ЛР Матер 150412 22
5 Контрольные вопросы
5.1 Что называется ударной вязкостью
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5.2 Факторы, влияющие на вязкость материала?
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5.3 Образец для испытаний?
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5.4 Как определяется Ан по таблице.
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
6 Вывод___________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
«___» _______________201 г. Подпись студента___________
Оценка_____
«___» ________________201 г. Подпись преподавателя______________
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
15
ЛР Матер 150412 22
Лабораторная работа № 5
Тема
Микроанализ структур железоуглеродистых сплавов.
1 Цель работы
Научиться самостоятельно, проводить микроанализ углеродистых сталей и белых чугунов в равновесном состоянии.
2 Оснащение: металлографический микроскоп, набор микрошлифов углеродистых сталей и белых чугунов в равновесном состоянии, циркуль и линейка.
3 Задание к работе
3.1 Изучить микроструктуры углеродистых сталей и белых чугунов в равновесном состоянии.
3.2 Схематически зарисовать и описать изучаемые микроструктуры.
3.3 Разработать микроструктуры по диаграмме состояния железо-цементит
3.4 Составить отчёт о работе.
4 Выполнение работы
_____________________________________________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________
__________________________________________________
___________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________________________________
___________________________________________________
______________________________________________________
_______________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
__________________________________________________Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
16
ЛР Матер 150412 22
_____________________________________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
Диаграмма железо – цементит
5 Контрольные вопросы
1Феррит __________________________________________________________
__________________________________________________________________
2Аустенит _________________________________________________________
__________________________________________________________________
3 Перлит __________________________________________________________
__________________________________________________________________
4Ледебурит ________________________________________________________
__________________________________________________________________
5Цементит ________________________________________________________
______________________________________________________________________
6Сталь ____________________________________________________________
__________________________________________________________________
7Чугун ____________________________________________________________
_________________________________________________________________
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
17
ЛР Матер 150412 22
6 Вывод_________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
«___» _______________201 г. Подпись студента___________
Оценка_____
«___» ________________201 г. Подпись преподавателя______________
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
18
ПР Матер 150412 22
Практическая работа № 1
Тема
Анализ диаграммы состояния «железо-цементит».
1 Цель работы
Научиться проводить качественные и количественные анализы диаграммы состояния Fe - FeC.
2 Оснащение: для работы необходимо иметь вычерченную в масштабе на 12-ом формате диаграмму состояния Fe - FeC.
3 Задание к работе
3.1 Провести качественный анализ заданного сплава с C… при комнатной температуре.
3.2 Провести количественный анализ заданного сплава.
3.3 В квадрате 30 x 30 изобразить структуры заданного сплава.
4 Выполнение работы
4.1 Превращение в сталях.
а)___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
б)___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
в)___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4.2 Превращение в белых чугунах.
а)____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
19
ПР Матер 150412 22
б)____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
в)___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4.3 Количественный анализ.
4.3.1 Построение перлитного треугольника
где
;
;
Ответ: П= Ф=
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
20
ПР Матер 150412 22
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
21
ПР Матер 150412 22
4.3.2 Построение ледебуритного треугольника.
;
ар = 6,67-5% = 1,67
пр = 6,67-4,3 = 2,37%
пх = 100%
аб = Л%
Л+Ц1=100%
Ц1=100-Л
Ответ: Л= Ц1=
4.4 Условное изображение структур.
ФПЛЦ
5 Контрольные вопросы
Солидус________________________________________________________________________________________________________________________________
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
22
ПР Матер 150412 22
Ликвидус____________________________________________________________________________________________________________________________
Эвтектика____________________________________________________________________________________________________________________________
Эвтектоид___________________________________________________________________________________________________________________________
Сталь_______________________________________________________________________________________________________________________________
Чугун_______________________________________________________________________________________________________________________________
6 Вывод_________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
«___» _______________201 г. Подпись студента___________
Оценка_____
«___» _______________201 г. Подпись преподавателя______________
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
23
ПР Матер 150412 22
Практическая работа № 2
Тема
Выбор режима термической обработки
1 Цель работы
Приобрести навык в выборе вида и режима термической и химико-термической обработки металлов в зависимости от назначения изделий
2 Оснащение: учебные пособия, ГОСТы, справочники.
3 Задание к работе
3.1 Изучить условия работы заданной детали и требования, предъявляемые к ней.
3.2 Выбрать марку стали для изготовления заданной детали, изучить её химический состав и механические свойства.
3.3 Разработать в зависимости от условий работы детали, необходимый вид и режим термической или химико-термической обработки.
3.4 Дать обоснование выбранного вида и режима обработки детали.
3.5 Составить отчет о практическом занятии.
4 Выполнение работы
Условие задачи:___________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
24
ПР Матер 150412 22
Решение:
5 Вывод_________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
«___» _______________201 г. Подпись студента___________
Оценка_____
«___» _______________201 г. Подпись преподавателя______________
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
25
ПР Матер 150412 22
Лабораторная работа № 6
Тема
Изучение под микроскопом микроструктур сталей после термической и химико-термической обработки.
1 Цель работы
Научиться самостоятельно, производить микроанализ термически обработанных углеродистых и легированных сталей.
2 Оснащение: металлографический микроскоп, набор микрошлифов термически и химико-термически обработанных углеродистых сталей, циркуль и линейка, альбом с фотографиями структур.
3 Задание к работе
3.1 Изучить микроструктуры: оттоженной, закаленной и отпущенной углеродистой стали: продуктов изотермического превращения аустенита, химико-термически обработанной углеродистой стали.
3.2 Схематически зарисовать микроструктуры и дать объяснение их получения по диаграммам железо-цементит и диаграмме изотермического превращения аустенита.
3.3 составить отчет о работе.
_______________________________________________________
_______________________________________________________
_______________________________________________________
_______________________________________________________
_______________________________________________________
_______________________________________________________
_______________________________________________________
_______________________________________________________
_______________________________________________________
_______________________________________________________
\_______________________________________________________
_______________________________________________________
_______________________________________________________
_______________________________________________________
_______________________________________________________
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
26
ПР Матер 150412 22
_______________________________________________________________________________________________________________________________________
5 Контрольные вопросы
5.1 Что называется ХТО?
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5.2 Что такое цементирование, цианирование, азотирование?
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5.3 Назначение нитроцементации, цементации, азотирования.
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5.4 Что называется нитроцементацией?
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5.5 Термообработка стали после цементации.
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
27
ПР Матер 150412 22
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5.6 Что такое мартенсит, троостит, сорбит?
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
6 Вывод _________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
«___» _______________201 г. Подпись студента___________
Оценка_____
«___» ________________201 г. Подпись преподавателя______________
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
28
ЛР Матер 150412 22
Лабораторная работа № 7
Тема
Изучение под микроскопом микроструктур серых, ковких и высокопрочных чугунов.
1 Цель работы
Научиться самостоятельно, производить микроанализ серых, ковких и высокопрочных чугунов. В процессе выполнения работы изучить: структурные составляющие серых, ковких и высокопрочных чугунов.
2 Оснащение: металлографический микроскоп; набор шлифов серых, ковких и высокопрочных чугунов; карандаш, линейка.
3 Задание к работе
3.1 Ознакомиться с методическими указаниями.
3.2 Изучить микроструктуру серых, ковких и высокопрочных чугунов в нетравленом и травленном виде.
3.3 Составить отчет о работе.
4 Выполнение работы
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
29
ЛР Матер 150412 22
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5 Вывод _________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
6 Контрольные вопросы
6.1 Что называется чугуном?
_______________________________________________________________________________________________________________________________________
6.2 Какой чугун называется серым, ковким и высокопрочным?
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
6.3 Отчего зависит структура металлической основы чугунов?
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
6.4 Как зависят механические свойства чугуна от структуры металлической основы чугуна?
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Расшифровка марок:
1 ________________________________________________________________
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
30
ЛР Матер 150412 22
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
2 ________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
3 ________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
«___» _______________201 г. Подпись студента___________
Оценка_____
«___» ________________201 г. Подпись преподавателя______________
Лабораторная работа № 8
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
31
ЛР Матер 150412 22
Тема
Изучение под микроскопом микроструктуры и свойств конструкционных сталей.
1 Цель работы
Изучить микроструктуры конструкционных сталей и установить связь между структурами и термической обработкой.
2 Оснащение: металлографический микроскоп; коллекция микрошлифов конструкционных сталей; циркуль и линейка.
3 Задание к работе
3.1 Изучить микроструктуры конструкционных сталей.
3.2 Схематически зарисовать и описать изучаемые микроструктуры.
4 Выполнение работы:
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
32
ЛР Матер 150412 22
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
5 Вывод_________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
6 Контрольные вопросы
Расшифровать:
Сталь 10 _________________________________________________________
______________________________________________________________________
65Г______________________________________________________________
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
18ХГТ_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
60С2_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
30ХГТСА_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
«___» _______________20 г. Подпись студента___________
Оценка_____
«___» ________________20 г. Подпись преподавателя______________
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
33
ПР Матер 150412 22
Практическая работа № 3
Тема
Выбор марки конструкционной стали по ее назначению и условиям эксплуатации.
1 Цель работы
Приобрести навыки в работе со справочной литературой по выбору конструкционной стали.
2 Оснащение: методическое пособие, приложение.
3 Задание к работе
3.1 Изучить условия работы заданной детали и требования, предъявляемые к ней.
3.2 Изучить химический состав и механические свойства выбранной стали.
3.3 Охарактеризовать и зарисовать микроструктуру стали.
3.4 Привести основные данные характеризующие сталь: ГОСТ; химический состав; свойства; область применения; требования, предъявляемые к этому изделию.
4 Порядок выполнения
Задача: __________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Решение:_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________________________________________________________________
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
34
ПР Матер 150412 22
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5 Вывод_________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
«___» _______________201 г. Подпись студента___________
Оценка_____
«___» ______________ 201 г. Подпись преподавателя
Лабораторная работа № 9
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
35
ЛР Матер 150412 22
Тема
Изучение под микроскопом микроструктуры и свойств инструментальных сталей.
1 Цель работы
Изучить микроструктуры инструментальных сталей и установить связь между структурами и термической обработкой.
2 Оснащение: металлографический микроскоп; коллекция микрошлифов инструментальных сталей; циркуль и линейка.
3 Задание к работе
3.1 Изучить микроструктуры инструментальных сталей после различных видов термической обработки.
3.2 Результаты микроанализа зарисовать в отчете.
4 Выполнение работы:
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
36
ЛР Матер 150412 22
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
___________________________________________________
5 Вывод_________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
6 Контрольные вопросы
6.1 Требования, предъявляемые к сталям для штампов холодного и горячего деформирования?
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
6.2 Приведите примеры инструментальных легированных, углеродистых и быстрорежущих сталей
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
37
ЛР Матер 150412 22
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________
6.3 Какая группа твердых сплавов применяется для черного точения. Примеры.
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
6.4 Схема термической обработки быстрорежущей стали.
«___» _______________201 г. Подпись студента___________
Оценка_____
«___» ________________201 г. Подпись преподавателя______________
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
38
ПР Матер 150412 22
Практическая работа № 4
Тема
Выбор марки инструментальных стали по её назначению и условиям эксплуатации.
1 Цель работы
Приобрести навыки в работе со справочной литературой по выбору инструментальных стали.
2 Оснащение: методическое пособие, приложение.
3 Задание к работе
3.1 Изучить условия работы заданной части детали и требования, предъявляемые к ней.
3.2 Изучить химический состав и механические свойства выбранной стали.
3.3 Охарактеризовать и зарисовать микроструктуру стали.
3.4 Привести основные данные характеризующие сталь: ГОСТ; химический состав; свойства; область применения; требования, предъявляемые к этому изделию.
4 Порядок выполнения
Задача __________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Решение:_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
39
ПР Матер 150412 22
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5 Вывод_________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
«___» _______________201 г. Подпись студента___________
Оценка_____
«___» ______________ 201 г. Подпись преподавателя______________
Лабораторная работа № 10
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
40
ЛР Матер 150412 22
Тема
Изучение под микроскопом микроструктуры сплавов цветных металлов и сплавов.
1 Цель работы
1.1 Научиться самостоятельно проводить микроанализ меди, латуни, бронз, алюминиевых, магниевых и титановых сплавов. В процессе выполнения работы изучить микроструктуры цветных металлов и сплавов.
2 Оснащение: металлографический микроскоп, микрошлифы цветных металлов и сплавов, альбом с фото. структур.
3 Задание к работе
3.1 Изучить микроструктуры меди, латуни и бронз, алюминиевых, магниевых и титановых сплавов.
3.2 Схематически зарисовать и описать изучаемые микроструктуры.
3.3 Составить отчёт о работе.
4 Выполнение работы
______________________________________________
______________________________________________
_______________________________________________
_______________________________________________
_______________________________________________
______________________________________________
______________________________________________
_______________________________________________
_______________________________________________
______________________________________________
______________________________________________
______________________________________________
______________________________________________
_______________________________________________
___________________________________________________
_______________________________________________
_______________________________________________
_______________________________________________
_______________________________________________
_______________________________________________
_______________________________________________
______________________________________________
_______________________________________________
_______________________________________________
_______________________________________________
________________________________________________
________________________________________________
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
41
ЛР Матер 150412 22
________________________________________________
________________________________________________
________________________________________________
6 Контрольные вопросы
6.1 Что называется латунью?
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
6.2 Что называется бронзой?
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
6.3 Расшифровка цветных металлов и сплавов.
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
42
ЛР Матер 150412 22
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5 Вывод_________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
«___» ______________201 г. Подпись студента___________
Оценка_____
«___» ________________201 г. Подпись преподавателя______________
Практическая работа № 5
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
43
ПР Матер 150412 22
Тема
Выбор марки цветных металлов по их назначению и условиям эксплуатации
1 Цель работы
Приобрести навыки в работе со справочной литературой по выбору сплава цветных металлов для конкретных деталей в зависимости от условий их работы.
2 Оснащение: методическое пособие, приложение.
3 Задание к работе
3.1 Изучить условия работы заданной детали и требования, предъявляемые к ней.
3.2 Выбрать сплав цветных металлов для изготовления заданной детали, изучить ее химический состав и механические свойства.
3.3 Дать обоснование выбора сплава для заданной детали.
3.4 Составить отчет о проделанной работе.
4 Порядок выполнения
Задача: _________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Решение:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Изм.
Лист
№ докум.
ПодписьДата
Лист
44
ПР Матер 150412 22
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5 Вывод________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________
«___» _______________201 г. Подпись студента___________
Оценка_____
«___» ______________ 201 г. Подпись преподавателя______________