Лабораторні роботи з курсу «Матеріалознавство. Практичні з матеріалознавства.docx - Збірник практичних та лабораторних робіт з матеріалознавства

Пошук матеріалів:

Кількість ваших матеріалів: 0.

Додати 1 матеріал

Свідоцтво
про створення електронного портфоліо

Додайте 5 матеріалів

Секретний
подарунок

Додати 10 матеріалів

Грамота за
інформатизацію освіти

Додати 12 матеріалів

Рецензія
на будь-який матеріал безкоштовно

Додати 15 матеріалів

Відео уроки
з швидкого створення ефектних презентацій

Додати 17 матеріалів

ФЕДЕРАЛЬНА ДЕРЖАВНА БЮДЖЕТНА ОСВІТАЛЬНА
УСТАНОВА ВИЩОЇ ОСВІТИ
«ВОЛЖСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТУ»
ПЕРМСЬКА ФІЛІЯ
Є.А. Сазонова
МАТЕРІАЛОВЕДЕННЯ
ЗБІРКА ПРАКТИЧНИХ І ЛАБОРАТОРІВНИХ РОБОТ
методичні рекомендації щодо виконання лабораторних та практичних
робіт для студентів середньої професійної освіти спеціальності
26.02.06 «Експлуатація суднового електрообладнання та засобів автоматики»
23.02.01 «Організація перевезень та управління на транспорті» (за видами)

ПЕРМ
2016
Вступ
Методичні рекомендації щодо виконання лабораторних та практичних робіт
з навчальної дисципліни «Матеріалознавства» призначені для студентів середнього
професійної освіти за спеціальністю
26.02.06 «Експлуатація суднового
електрообладнання та засобів автоматики»
У даному методичному посібнику наведено вказівки щодо виконання
практичних та лабораторних робіт з тем дисципліни, зазначені теми та зміст
лабораторних та практичних робіт, форми контролю за кожною темою та рекомендована
Література.
Дані рекомендації сприяють розвитку загальних та професійних
компетенцій, поступового та цілеспрямованого розвитку пізнавальних здібностей.
В результаті освоєння даної навчальної дисципліни студент має вміти:
˗
виконувати механічні випробування зразків матеріалів;
˗
використати фізикохімічні методи дослідження металів;
˗
користуватися довідковими таблицями визначення властивостей матеріалів;
˗
вибирати матеріали для провадження професійної діяльності.
В результаті освоєння даної навчальної дисципліни студент має знати:
˗
основні властивості та класифікацію матеріалів, що використовуються в

професійної діяльності;
˗
найменування, маркування, властивості оброблюваного матеріалу;
˗
правила застосування змащувальних та охолоджуючих матеріалів;
˗
основні відомості про метали та сплави;
˗
основні відомості про неметалеві, прокладочні,
ущільнювальні та електротехнічні матеріали, сталі, їх класифікацію.
Лабораторні та практичні роботидозволять сформувати практичні навички
роботи, професійні компетенції. Вони входять у структуру вивчення навчальної
дисципліни «Матеріалознавства» після вивчення теми: 1.1. «Основні відомості про
металах та сплавах», 1.2 «Залізовуглецеві сплави», 1.3 «Кольорові метали та сплави».
Лабораторні та практичні роботи є елементом навчальної
дисципліни та оцінюються за критеріями, наведеними нижче:
Оцінка «5» виставляється студенту, якщо:
˗
тематика роботи відповідає заданій, студент показує системні та повні
знання та вміння з цього питання;
˗
робота оформлена відповідно до рекомендацій викладача;
˗
обсяг роботи відповідає заданому;
˗
робота виконана точно у строки, вказані викладачем.
Оцінка «4» виставляється студенту, якщо:
˗
тематика роботи відповідає заданій, студент допускає невеликі
неточності або деякі помилки щодо цього питання;
˗
робота оформлена з неточностями в оформленні;
˗
обсяг роботи відповідає заданому чи трохи менше;
˗
робота здана у строки, зазначені викладачем, або пізніше, але не більше ніж на 12
дня.
Оцінка «3» виставляється студенту, якщо:
2

тематика роботи відповідає заданій, але у роботі відсутні значні
елементи за змістом роботи чи тематика викладено нелогічно, не чітко представлено
основний зміст питання;
˗
робота оформлена з помилками в оформленні;
˗
обсяг роботи значно менший за заданий;
˗
роботу здано із запізненням у термінах на 56 днів.
Оцінка «2» виставляється студенту, якщо:
˗
не розкрито основну тему роботи;
˗
робота оформлена не відповідно до вимог викладача;
˗
обсяг роботи відповідає заданому;
˗
роботу здано із запізненням у термінах більше 7 днів.
Лабораторні та практичні роботи за своїм змістом мають певну
структуру, пропонуємо розглянути її: хід роботи наведено на початку кожної практичної
та лабораторної роботи; під час виконання практичних робіт студентами виконується
завдання, яке зазначено наприкінці роботи (пункт «Завдання для студентів»); при
виконанні лабораторних робіт складається звіт щодо її виконання, зміст звіту
зазначено наприкінці лабораторної роботи (пункт «Зміст звіту»).
˗
При виконанні лабораторних та практичних робіт студентами виконуються
певні правила, розгляньте їх нижче: лабораторні та практичні роботи
виконуються під час навчальних занять; допускається остаточне оформлення
лабораторних та практичних робіт у домашніх умовах; дозволяється використання
додаткової літератури під час виконання лабораторних та практичних робіт; перед
виконанням лабораторної та практичної роботи необхідно вивчити основні
теоретичні положення з питання, що розглядається.
3

Практична робота №1
«Фізичні властивості металів та методи їх вивчення»
Мета роботи: вивчити фізичні властивості металів, методи визначення.
Хід роботи:



Теоретична частина
До фізичних властивостей відносяться: щільність, плавлення (температура плавлення),
теплопровідність, теплове розширення.
Щільність - кількість речовини, що міститься в одиниці об'єму. Це одна з
найважливіших характеристик металів та сплавів. За щільністю метали поділяються на
наступні групи: легкі (щільність трохи більше 5 г/см3) магній, алюміній, титан та інших;
важкі (щільність від 5 до 10 г/см3) залізо, нікель, мідь, цинк, олово та ін. (це
найбільша група); дуже важкі (щільність понад 10 г/см3) молібден,
вольфрам, золото, свинець та ін. У таблиці 1 наведено значення щільності металів.
Таблиця 1
метал
Магній
Алюміній
Титан
Цинк
Олово
щільність г/см3
Щільність металів
метал
1,74
2,70
4,50
7,14
7,29
Залізо
Мідь
Срібло
Свинець
Золото
щільність г/см3
7,87
8,94
10,50
11,34
19,32
Температура плавлення це температура, за якої метал переходить з
кристалічного (твердого) стану в рідкий з поглинанням теплоти.
Температура плавлення металів лежить у діапазоні від −39 °C (ртуть) до 3410 °C
(вольфрам). Температура плавлення більшості металів (за винятком лужних)
висока, проте деякі «нормальні» метали, наприклад олово та свинець, можна
розплавити на звичайній електричній або газовій плиті.
Залежно від температури плавлення метал поділяють наступні
групи: легкоплавкі (температура плавлення не перевищує 600 oС) цинк, олово,
свинець, вісмут та ін; середньоплавкі (від 600 oС до 1600 oС) до них відносяться майже
4

половина металів, зокрема магній, алюміній, залізо, нікель, мідь, золото;
тугоплавкі (більше 1600 oС) вольфрам, молібден, титан, хром та ін.
метал добавок температура плавлення, як правило, знижується.
Таблиця 2
метал
Олово
Залізо
Мідь
Золото
Титан
Температура плавлення та кипіння металів
Температура oС
плавлення
кипіння
232
1539
1083
1063
1680
2600
2900
2580
2660
3300
метал
Срібло
Магній
Цинк
Свинець
Алюміній
Температура oС
плавлення
кипіння
960
650
420
327
660
2180
1100
907
1750
2400
Теплопровідність здатність металу з тією чи іншою швидкістю проводити
теплоту під час нагрівання.
нагрівання.
Електропровідність здатність металу проводити електричний струм.
Теплове розширення здатність металу збільшувати свій об'єм при
Гладка поверхня металів відбиває великий відсоток світла це явище
називається металевим блиском. Однак у порошкоподібному стані більшість
металів втрачають свій блиск; алюміній та магній, тим не менш, зберігають свій блиск
та у порошку. Найбільш добре відображають світло алюміній, срібло та паладій з цих
металів виготовляють дзеркала. Для виготовлення дзеркал іноді застосовується і родій,
незважаючи на його винятково високу ціну: завдяки значно більшій, ніж у
срібла або навіть паладію, твердості та хімічної стійкості, родієвий шар може
бути значно тоншим, ніж срібний.
Методи досліджень у матеріалознавстві
Основними методами дослідження у металознавстві та матеріалознавстві
мікроструктура, електронна мікроскопія,
є:
Рентгенівські методи дослідження. Розглянь їх особливості докладніше.
злам,
макроструктури,
1. Злам найпростіший і доступний спосібоцінки внутрішньої будови
металів. Метод оцінки зламів, незважаючи на власну грубість оцінки
якості матеріалу, застосовується досить широко в різних галузях виробництва та
наукових досліджень. Оцінка зламу у багатьох випадках може характеризувати якість
матеріалу.
Злам може бути кристалічним чи аморфним. Аморфний злам характерний
для матеріалів, що не мають кристалічної будови, таких як скло, каніфоль,
склоподібні шлаки.
Металеві сплави, у тому числі сталь, чавун, алюмінієві, магнієві
сплави, цинк та її сплави дають зернистий, кристалічний злам.
Кожна грань кристалічного зламу є площиною сколювання.
окремого зерна. Тож злам показує нам розміри зерна металу. Вивчаючи злам
сталі, можна бачити, що розмір зерна може коливатися в дуже широких межах: від
кількох сантиметрів у литій, повільно остиглій, стали до тисячних часток
міліметра у правильно відкованій та загартованій сталі. Залежно від розміру
зерна, злам може бути крупнокристалічний і дрібнокристалічний. Зазвичай
дрібнокристалічний злам відповідає вищій якості металевого
сплаву.
5

Якщо руйнування досліджуваного зразка відбувається з попередньою
пластичною деформацією, зерна в площині зламу деформуються, і злам уже не
відбиває внутрішньої кристалічної будови металу; у цьому випадку злам
називається волокнистим. Часто в одному зразку в залежності від рівня його
пластичності, в зламі можуть бути волокнисті та кристалічні ділянки. Часто по
співвідношенню площі зламу, зайнятого та кристалічними ділянками при даних
умовах випробування оцінюють якість металу
Крихкий кристалічний злам може виходити при руйнуванні по межах зерен
або по площинах ковзання, що перетинає зерна. У першому випадку злам називається
міжкристалітним, у другому транскристалітним. Іноді, особливо при дуже дрібному
зерна, важко визначити природу зламу. У цьому випадку злам вивчають за допомогою лупи або
бінокулярний мікроскоп.
Останнім часом розвивається галузь металознавства з фрактографічного
вивченню зламів на металографічних та електронних мікроскопах. При цьому
знаходять нові переваги старого методу досліджень у металознавстві
досліджень
до таких досліджень поняття фрактальних
розмірності.
застосовуючи
зламу,
2. Макроструктура є методом дослідження металів.
Макроструктурне дослідження полягає у вивченні площини перерізу виробу або
зразка в поздовжньому, поперечному або будь-яких інших напрямках після травлення, без
застосування збільшувальних приладів
Перевагою
макроструктурного дослідження є та обставина, що за допомогою цього
методу можна вивчити структуру безпосередньо цілого виливка або зливка, поковки,
штампування і т.д. За допомогою цього методу дослідження можна виявити внутрішні
пороки металу: бульбашки, порожнечі, тріщини, шлакові включення, досліджувати
кристалічна будова виливки, вивчати неоднорідність кристалізації зливка та його
хімічну неоднорідність (ліквацію).
допомоги
лупи.
при
або
За допомогою сірчаних відбитків макрошліфів на фотопапері за Бауманом визначається
нерівномірність розподілу сірки за перерізом злитків. Велике значення цей метод
дослідження має при дослідженні кованих або штампованих заготовок для
визначення правильності напряму волокон у металі.
3. Мікроструктура один з основних методів у металознавстві це
дослідження мікроструктури металу на металографічних та електронних
мікроскопи.
Цей метод дозволяє вивчати мікроструктуру металевих об'єктів з великими
збільшеннями: від 50 до 2000 разів на оптичному металографічному мікроскопі та від
2 до 200 тис. разів на електронному мікроскопі. Дослідження мікроструктури
виготовляється на полірованих шліфах. На нетравлених шліфах вивчається наявність
неметалевих включень, таких як оксиди, сульфіди, дрібні шлакові включення
та інші включення, що різко відрізняються від природи основного металу.
Мікроструктура металів та сплавів вивчається на травлених шліфах. Травлення
зазвичай проводиться слабкими кислотами, лугами або іншими розчинами, залежно
від природи металу шліфу. Дія травлення у тому, що він по-різному
розчиняє різні структурні складові, забарвлюючи їх у різні тони або
кольори. Межі зерен, що відрізняються від основного розчину, мають травимість зазвичай.
відрізняється від основи та виділяється на шліфі у вигляді темних або світлих ліній.
Побачені під мікроскопом поліедри зерен є перерізом зерен
поверхнею шліфу. Так як цей переріз є випадковим і може проходити на різних
відстанях від центру кожного окремого зерна, то різниця в розмірах поліедрів не
відповідає дійсним відмінностям у розмірах зерен. Найбільш близькою величиною до
6

дійсним розміром зерна є найбільші зерна.
При травленні зразка, що складається з однорідних кристалічних зерен,
наприклад чистого металу, однорідного твердого розчину та ін.
по-різному протруєні поверхні різних зерен.
Це пояснюється тим, що на поверхні шліфу виходять зерна, що мають
різні кристалографічне орієнтування, внаслідок чого ступінь впливу
кислоти на ці зерна виявляються різними. Одні зерна виглядають блискучими, інші
сильно протравлюються, темніють. Це потемніння пов'язане з утворенням різних
фігур травлення, що по-різному відображають світлові промені. У разі сплавів, окремі
структурні складові утворюють мікрорельєф на поверхні шліфу, що має
ділянки з різним нахилом окремих поверхонь.
Нормально розташовані ділянки відображають найбільшу кількість світла та
виявляються найсвітлішими. Інші ділянки темніші. Часто контраст у
зображенні зернистої структури пов'язаний не зі структурою поверхні зерен, а з
рельєфом біля меж зерен. Крім того, різні відтінки структурних складових
можуть бути результатом утворення плівок, утворених при взаємодії
травителя із структурними складовими.
За допомогою металографічного дослідження можна здійснювати якісне
виявлення структурних складових сплавів та кількісне вивчення мікроструктур
металів
вивченими
мікроскладовими структур та, по-друге, спеціальними методами кількісної
металографії.
по-перше, шляхом порівняння
з відомими
сплавів,
і
Розмір зерна визначається. Методом візуальної оцінки, яка полягає в тому, що
аналізована мікроструктура, приблизно оцінюється балами стандартних шкал
за ГОСТ 563968, ГОСТ 564068. За відповідними таблицями, для кожного балу
визначається площа одного зерна та кількість зерен на 1 мм2 та в 1 мм3.
Методом підрахунку кількості зерен на одиниці поверхні шліфу
відповідним формулам. Якщо S площа, на якій підраховується кількість
зерен n, а М збільшення мікроскопа, то середня величина зерна в перерізі поверхні
шліфу
Визначення фазового складу. Фазовий склад сплаву частіше оцінюють на око або
шляхом порівняння структури із стандартними шкалами.
Наближений метод кількісного визначення фазового складу може бути
проведено методом січної з підрахунком протяжності відрізків, зайнятих різними
структурними складовими. Співвідношення цих відрізків відповідає об'ємному
змісту окремих складових.
Точковий метод А.А. Глаголєва. Цей метод здійснюється шляхом оцінки
кількості точок (точок перетину окулярної сітки мікроскопа), що потрапляють на
поверхні кожної структурної складової. Крім того, методом кількісної
металографії виробляють: визначення величини поверхні поділу фаз та зерен;
визначення кількості частинок обсягом; визначення орієнтації зерен у полікристалічних
зразки.
4. Електронна
Мікроскопія. Велике
у металографічних
В дослідженнях знаходить останнім часом електронний мікроскоп. Безперечно, йому
належить велике майбутнє. Якщо роздільна здатність оптичного мікроскопа
досягає значень 0,00015 мм = 1500 А, то роздільна здатність електронних
мікроскопів сягає 510 А, тобто. у кілька сотень разів більше, ніж у оптичного.
значення
На електронному мікроскопі здійснюють дослідження тонких плівок (реплік),
знятих з поверхні шліфу або безпосереднє вивчення тонких металевих
плівок, отриманих потонанням масивного зразка.
7

Найбільшою мірою потребують застосування електронної мікроскопії
дослідження процесів, пов'язані з виділенням надлишкових фаз, наприклад, розпад
твердих розчинів при термічному або деформаційному старінні.
5. Рентгенівські методи дослідження. Одним з найважливіших методів
встановлення кристалографічної будови різних металів і сплавів є
рентгеноструктурний аналіз Цей метод дослідження дає можливість визначення
характеру взаємного розташування атомів у кристалічних тілах, тобто. вирішити задачу,
не доступний ні звичайному, ні електронному мікроскопу.
В основі рентгеноструктурного аналізу лежить взаємодія між
рентгенівськими променями і атомами досліджуваного тіла, що лежать на їхньому шляху, завдяки
якому останні стають хіба що новими джерелами рентгенівських променів,
будучи центрами їхнього розсіювання.
Розсіювання променів атомами можна уподібнити до відображення цих променів від атомних.
площин кристала за законами геометричної оптики
Рентгенівські промені відбиваються не тільки від площин, що лежать на
поверхні, а й від глибинних. Відбиваючись від кількох однаково орієнтованих
площин, відбитий промінь посилюється. Кожна площина кристалічних ґрат
дає свій пучок відбитих хвиль. Отримавши певне чергування відбитих
пучків рентгенівських променів під певними кутами, розраховують міжплощинне
відстань, кристалографічні індекси відбивають площин, зрештою,
форму та розміри кристалічних ґрат.
Практична частина
Зміст звіту.
1. У звіті необхідно вказати назву, мету роботи.
2. Перерахуйте основні фізичні властивості металів (з визначенням).
3. Зафіксуйте у зошиті таблиці 12. Зробіть висновки за таблицями.
4. Заповніть таблицю: «Основні методи дослідження у матеріалознавстві».
Назва методу
Що вивчається
Суть методу
Прилади,
для дослідження
необхідні
Злам
Макроструктура
Мікроструктура
Електронна
мікроскопія
Ренгенівські
методи дослідження
8

Практична робота №2
Тема: «Вивчення діаграм стану»
Мета роботи: ознайомлення студентів з основними видами діаграм стану,
їх основними лініями, точками, їх значенням.
Хід роботи:
1. Вивчіть теоретичну частину.

Теоретична частина
Діаграма стану є графічне зображеннястану
будь-якого сплаву досліджуваної системи залежно від концентрації та температури (див. рис.
1)
9

Рис.1 Діаграма стану
Діаграми стану демонструють стійкі стани, тобто. стану, які
за цих умов мають мінімум вільної енергії, і тому її також
називають діаграмою рівноваги, оскільки вона показує, які за цих умов
існують рівноважні фази.
Побудова діаграм стану найчастіше здійснюється за допомогою
термічного аналізу В результаті отримують серію кривих охолодження, на яких при
температурах фазових перетворень спостерігаються точки перегину та температурні
зупинки.
Температури, що відповідають фазовим перетворенням, називають критичними
точками. Деякі критичні точки мають назви, наприклад, точки, що відповідають
початку кристалізації називають точками ліквідус, а кінцю кристалізації точками
солідус.
По кривим охолодження будують діаграму складу в координатах: по осі абсцис
концентрація компонентів по осі ординат температура. Шкала концентрацій показує
зміст компонента В. Основними лініями є лінії ліквідус (1) та солідус
(2), а також лінії, що відповідають фазовим перетворенням у твердому стані (3, 4).
За діаграмою стану можна визначити температури фазових перетворень,
зміна фазового складу, приблизно, властивості сплаву, види обробки, які
можна використовувати для металу.
Нижче представлені різні типи діаграм стану:
10

Рис.2. Діаграма стану сплавів із необмеженою розчинністю
компонентів у твердому стані (а); криві охолодження типових
сплавів (б)
Аналіз одержаної діаграми (рис.2).
1. Кількість компонентів: К = 2 (компоненти А та В).
2. Число фаз: f = 2 (рідка фаза L, кристали твердого розчину
3. Основні лінії діаграми:


acb - лінія ліквідус, вище за цю лінію сплави знаходяться в рідкому стані;
adb - лінія солідус, нижче за цю лінію сплави знаходяться в твердому стані.
Рис.3. Діаграма стану сплавів з відсутністю розчинності компонентів
твердому стані (а) та криві охолодження сплавів (б)
Аналіз діаграми стану (рис. 3).

2. Число фаз: f = 3 (кристали компонента А, кристали компонента, рідка фаза).
3. Основні лінії діаграми:


11


лінія солідус ecf, паралельна осі концентрацій прагне до осей компонентів, але
не досягає їх;
Рис. 4. Діаграма стану сплавів з обмеженою розчинністю компонентів
твердому стані (а) та криві охолодження типових сплавів (б)
Аналіз діаграми стану (рис. 4).
1. Кількість компонентів: К = 2 (компоненти А та В);
2. Число фаз: f = 3 (рідка фаза та кристали твердих розчинів
У компоненті А) і
(Розчин компонента А в компоненті В));
(розчин компонента
3. Основні лінії діаграми:




лінія ліквідус acb, складається з двох гілок, що сходяться в одній точці;
лінія солідус аdcfb складається з трьох ділянок;
dm – лінія граничної концентрації компонента У компоненті А;
fn - лінія граничної концентрації компонента А в компоненті.
Практична частина
Завдання для студентів:
1. Запишіть назву роботи та її мету.
2. Запишіть, що таке діаграма стану.
Дайте відповідь на питання:
1. Як будується діаграма стану?
2. Що можна визначити за діаграмою стану?
3. Які назви мають основні точки діаграми?
4. Що вказується на діаграмі по осі абсцис? Осі ординат?
5. Як називаються основні лінії діаграми?
Завдання за варіантами:
Студенти відповідають на одні й ті ж питання, різними є малюнки.
яким потрібно відповідати. 1 варіант дає відповіді на малюнку 2, 2 варіант дає відповіді по
малюнку 3, варіант 3 дає відповіді на малюнку 4. Малюнок необхідно зафіксувати в зошит.
1. Як називається діаграма?
2. Назвіть скільки компонентів беруть участь у освіті металу?
12

3. Якими літерами є основні лінії діаграми?
Практична робота №3
Тема: «Вивчення чавунів»

чавунів; формування вміння розшифровки марок чавунів
Хід роботи:


Теоретична частина
Чавун відрізняється від сталі: за складом більш високий вміст вуглецю та
домішок; за технологічними властивостями вищі ливарні властивості, мала
здатність до пластичної деформації майже не використовується в зварних конструкціях.
Залежно стану вуглецю в чавуні розрізняють: білий чавун –
вуглець у зв'язаному стані у вигляді цементиту, в зламі має білий колір і
металевий блиск; сірий чавун - весь вуглець або більша частина знаходиться в
вільному стані як графіту, а зв'язаному стані перебуває трохи більше 0,8
% вуглецю. Через велику кількість графіту його злам має сірий колір;
половинчастий - частина вуглецю знаходиться у вільному стані у формі графіту, але
не менше 2% вуглецю знаходиться у формі цементиту. Мало використовується у техніці.
Залежно від форми графіту та умов його утворення розрізняють такі
групи чавунів: сірий із пластинчастим графітом; високоміцний з кулястим
графітом; ковкий з пластівцевим графітом.
Графітові включення можна як відповідної форми порожнечі
у структурі чавуну. У таких дефектів при навантаженні концентруються напруги,
значення яких більше, ніж гостріше дефект. Звідси випливає, що графітові
включення пластинчастої форми максимально розуміцнюють метал. Більше
сприятлива пластівеподібна форма, а оптимальною є куляста форма графіту.
Пластичність залежить від форми так само. Наявність графіту найбільш різка
знижує опір при жорстких способах навантаження: удар; розрив. Опір
стиску знижується мало.
Сірі чавуни
Сірий чавун широко застосовується в машинобудуванні, тому що легко
обробляється і має гарні властивості. Залежно від міцності сірий
чавун поділяють на 10 марок (ГОСТ 1412).
Сірі чавуни при малому опорі розтягу мають досить високу
опір стиску. Структура металевої основи залежить від кількості вуглецю та
кремнію.
Враховуючи мале опір виливків із сірого чавуну розтягуючим і
ударним навантаженням, слід використовувати цей матеріал для деталей, які
зазнають стискаючих або згинальних навантажень. У верстатобудуванні це базові,
корпусні деталі, кронштейни, зубчасті колеса, що направляють; в автобудуванні блоки
циліндрів, поршневі кільця, розподільні вали, диски зчеплення. Виливки з
сірого чавуну також використовуються в електромашинобудуванні, для виготовлення товарів.
народного вжитку.
Маркування сірих чавунів: позначаються індексом СЧ (сірий чавун) та числом,
яке показує значення межі міцності, помножене на 101.
13

Наприклад: СЧ 10 – сірий чавун, межа міцності при розтягуванні 100 МПа.
Ковкий чавун
Хороші властивості у виливків забезпечуються, якщо в процесі кристалізації та
охолодження виливків у формі не відбувається процес графітизації. Щоб
запобігти графітизації, чавуни повинні мати знижений вміст вуглецю і
кремнію.
Розрізняють 7 марок ковкого чавуну: три з феритною (КЧ 30 6) та чотири з
перлітної (КЧ 653) основою (ГОСТ 1215).
За механічними та технологічними властивостями ковкий чавун займає
проміжне положення між сірим чавуном та сталлю. Недоліком ковкого чавуну
в порівнянні з високоміцним є обмеження товщини стінок для виливки та
необхідність відпалу.
Виливки з ковкого чавуну застосовують для деталей, що працюють при ударних і
вібраційних навантаженнях.
З феритних чавунів виготовляють картери редукторів, маточини, гаки, скоби,
хомутики, муфти, фланці.
З перлітних чавунів, що характеризуються високою міцністю, достатньою
пластичністю, виготовляють вилки карданних валів, ланки та ролики ланцюгів конвеєра,
гальмівні колодки.
Маркування ковкого чавуну: позначаються індексом КЧ (ковкий чавун) та
числами. Перше число відповідає межі міцності на розтяг, помножене на
101 друге число - відносне подовження.
Наприклад: КЧ 306 - ковкий чавун, межа міцності при розтягуванні 300Мпа,
відносне подовження 6%.
Високоміцний чавун
Одержують ці чавуни із сірих, в результаті модифікування магнієм або
церієм. Порівняно із сірими чавунами, механічні властивості підвищуються, це
викликано відсутністю нерівномірності у розподілі напруг через кулясту
форми графіту.
Ці чавуни мають високу рідину, лінійна усадка близько 1%.
Ливарні напруги у виливках трохи вищі, ніж для сірого чавуну. ізза
високого модуля пружності досить висока оброблюваність різанням. Мають
задовільною зварюваністю.
З високоміцного чавуну виготовляють тонкостінні виливки (поршневі кільця),
шаботи кувальних молотів, станини та рами пресів та прокатних станів, виливниці,
різцетримачі, планшайби.
Виливки колінчастих валів масою до 2..3 т, натомість кованих валів зі сталі,
мають більш високу циклічну в'язкість, малочутливі до
зовнішнім
концентраторам напруги, володіють кращими антифрикційними властивостями і
значно дешевші.
Маркування високоміцного чавуну: позначаються індексом ВЧ (високоміцний)
чавун) та числом, яке показує значення межі міцності, помножене на 101.
Наприклад: ВЧ 50 - високоміцний чавун з межею міцності на розтягування
500 МПа.
Завдання для студентів:
1.Запишіть назву роботи, її мету.
Практична частина
14

2. Опишіть виробництво чавуну.
3. Заповніть таблицю:
Властивості чавуну
Маркування чавуну
Застосування чавуну
Назва чавуну
1.Сірі чавуни
2.Ковкі чавуни
3. Високоміцні
чавуни
Тема: «Вивчення вуглецевих та легованих конструкційних сталей»
Практична робота №4
Мета роботи: ознайомлення студентів з маркуванням та областю застосування
розшифрування маркування
формування
вміння
сталей;
конструкційних
конструкційних сталей.
Хід роботи:
1.Ознайомтеся з теоретичною частиною.
2.Виконайте завдання практичної частини.
Теоретична частина
Сталь – це сплав заліза з вуглецем, у якому вуглецю міститься у кількості 0
2,14%. Сталі є найпоширенішими матеріалами. Мають гарні

різанням.

склад та вид обробки.



поділяють на сталі:
˗
Звичайної якості, вміст до 0.06% сірки та до 0,07% фосфору.
˗
Якісні до 0,035% сірки та фосфору кожного окремо.
˗
Високоякісні до 0.025% сірки та фосфору.
˗
Особливо високоякісні, до 0,025% фосфору та до 0,015% сірки.
Розкислення - це процес видалення кисню зі сталі, тобто за рівнем її
розкислення, існують: спокійні сталі, тобто повністю розкислені; такі сталі
позначаються літерами "сп" наприкінці марки (іноді літери опускаються); киплячі сталі –
слабо розкислені; маркуються літерами "кп"; напівспокійні сталі, що займають
проміжне положення між двома попередніми; позначаються літерами "пс".
Сталь звичайної якості підрозділяється ще й на постачання на 3 групи: сталь
групи А поставляється споживачам за механічними властивостями (така сталь може
мати підвищений вміст сірки чи фосфору); сталь групи Б – по хімічному
складу; сталь групи В – з гарантованими механічними властивостями та хімічним
складом.
Конструкційні сталі призначені для виготовлення конструкцій, деталей.
та приладів.




Так у Росії та країнах СНД (Україна, Казахстан, Білорусь та ін.) прийнято
розроблена раніше в СРСР буквенноцифрова система позначення марок сталей і
15

˗
номер.
˗
сталі.
˗
сталі не ставиться.
˗
˗
˗
˗
˗
˗
˗
сплавів, де згідно з ГОСТом, буквами умовно позначаються назви елементів та способів
виплавки сталі, а цифрами
- Зміст елементів. До теперішнього часу
міжнародні організації зі стандартизації не виробили єдиної системи маркування
сталей.
Маркування конструкційних вуглецевих сталей
звичайної якості
Позначають за ГОСТ 38094 літерами "Ст" та умовним номером марки (від 0 до 6)
залежно від хімічного складута механічних властивостей.
Чим вище вміст вуглецю та міцнісні властивості сталі, тим більше її
Літера "Г" після номера марки вказує на підвищений вміст марганцю
Перед маркою вказують групу сталі, причому група "А" у позначенні марки
Для вказівки категорії сталі до позначення марки додають номер наприкінці
відповідний категорії, першу категорію зазвичай не вказують.
Наприклад:
˗
Ст1кп2 вуглецева сталь звичайної якості, кипляча, № марки 1,
другої категорії, що поставляється споживачам за механічними властивостями (група А);
ВСт5Г вуглецева сталь звичайної якості з підвищеним
змістом марганцю, спокійна, № марки 5, першої категорії з гарантованими
механічними властивостями та хімічним складом (група В);
ВСт0 вуглецева сталь звичайної якості, номер марки 0, групи Б,
першої категорії (сталі марок Ст0 та Бст0 за ступенем розкислення не поділяють).
Маркування конструкційних вуглецевих якісних сталей
Відповідно до ГОСТ 105088 ці сталі маркуються двозначними числами,
що показують середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка: 05; 08; 10; 25;
40, 45 тощо.
˗
Для спокійних сталей літери наприкінці їх найменувань не додаються.
Наприклад, 08кп, 10пс, 15, 18кп, 20 і т.д.
˗
Літера Г у марці сталі вказує на підвищений вміст марганцю.
Наприклад: 14Г, 18Г тощо.
˗
Найпоширеніша група для виготовлення деталей машин (вали, осі,
втулки, зубчасті колеса тощо)
Наприклад:
˗
10 - конструкційна вуглецева якісна сталь, з вмістом вуглецю
близько 0,1%, спокійна
близько 0,45%, спокійна
45 - конструкційна вуглецева якісна сталь, з вмістом вуглецю
18 кп – конструкційна вуглецева якісна сталь із вмістом
вуглецю близько 0.18%, кипляча
˗
14Г – конструкційна вуглецева якісна сталь із вмістом вуглецю
близько 0,14%, спокійна, з підвищеним вмістом марганцю.
Маркування легованих конструкційних сталей
˗
Відповідно до ГОСТ 454371 найменування таких сталей складаються з цифр та букв.
˗
Перші цифри марки позначають середній вміст вуглецю в сталі сотих
частках відсотка.
˗
Літери вказують на основні елементи, що легують, включені в сталь.
˗
Цифри після кожної літери позначають зразковий процентний зміст
відповідного елемента, округлене до цілого числа, при утриманні легуючого
16

˗
˗
˗
˗
˗
˗
Маркування інших груп конструкційних сталей
Ресорнопружинні сталі.
˗
Основна відмінна ознака цих сталей - вміст вуглецю в них має
бути близько 0.8% (у разі у сталях виникають пружні характеристики)
Пружини та ресори виготовляють з вуглецевих (65,70,75,80) та легованих
(65С2, 50ХГС, 60С2ХФА, 55ХГР) конструкційних сталей
Ці сталі легують елементами, які підвищують межу пружності – кремнієм,
марганцем, хромом, вольфрамом, ванадієм, бором
Наприклад: 60С2 - сталь конструкційна вуглецева ресорнопружинна з
вмістом вуглецю близько 0,65%, кремнію близько 2%.
ГОСТ 80178 маркують літерами "ШХ", після яких вказують зміст
Шарикопідшипникові сталі
˗
хрому в десятих відсотках.
Для сталей, підданих електрошлаковому переплаву, буква Ш додається
також і наприкінці їх найменувань через тире.
Наприклад: ШХ15, ШХ20СГ, ШХ4Ш.
˗
З них виготовляють деталі для підшипників, також використовують для виготовлення
деталей, які працюють у умовах високих навантажень.
Наприклад: ШХ15 – сталь конструкційна шарикопідшипникова із вмістом
вуглецю 1%, хрому 1,5%
˗
ГОСТ 141475 починаються з літери А (автоматна).
˗
Якщо сталь у своїй легована свинцем, її найменування починається з букв
Автоматні сталі
АС.
елемент до 1.5% цифра за відповідною літерою не вказується.
Літера А наприкінці марки вказує на те, що сталь високоякісна (з
зниженим вмістом сірки та фосфору)
˗
Н – нікель, Х – хром, К – кобальт, М – молібден, В – вольфрам, Т – титан, Д
- Мідь, Г - марганець, С - кремній.
Наприклад:
˗
12Х2Н4А – конструкційна легована сталь, високоякісна, з
вмістом вуглецю близько 0,12%, хрому близько 2%, нікелю близько 4%
40ХН – конструкційна легована сталь, з вмістом вуглецю близько 0,4%,
хрому та нікелю до 1,5%
Для відображення вмісту в сталях інших елементів використовуються ті ж
правила, що для легованих конструкційних сталей. Наприклад: А20, А40Г, АС14,
АС38ХГМ
Наприклад: АС40 – сталь конструкційна автоматна, з вмістом вуглецю
0,4%, свинцю 0,150,3% (у марці не вказується)
Практична частина
Завдання для студентів:

2. Запишіть основні ознаки маркування всіх груп конструкційних сталей
(звичайної якості, якісних сталей, легованих конструкційних сталей,
ресорнопружинних
сталей, шарикопідшипникових сталей, автоматних сталей), з
прикладами.
Завдання за варіантами:
1.
Розшифруйте марки сталей та запишіть область застосування конкретної
марки (тобто виготовлення чого вона призначена)
17

№ Завдання для 1 варіанта
Ст0
1
БСт3Гпс
2
08
3
40
4
18Х2Н4МА
5
30ХГСА
6
70
7
55С2А
8
9
50ХФА
10 ШХ4Ш
11
А40
Завдання для 2 варіанти
Ст3
ВСт3пс
10
45
12ХН3А
38ХМЮА
85
60С2Х2
55С2
ШХ20
А11
Практична робота №5
Тема: «Вивчення вуглецевих та легованих інструментальних сталей»
Мета роботи: ознайомлення студентів з маркуванням та областю застосування
розшифрування маркування
формування
вміння
конструкційних
конструкційних сталей.
сталей;
Хід роботи:
1.Ознайомтеся з теоретичною частиною.
2.Виконайте завдання практичної частини.
Сталь – це сплав заліза з вуглецем, у якому вуглецю міститься у кількості 0
Теоретична частина
2,14%.
Сталі є найпоширенішими матеріалами. Мають гарні
технологічними властивостями. Вироби отримують в результаті обробки тиском та
різанням.
Перевагою є можливість, отримувати потрібний комплекс властивостей, змінюючи
склад та вид обробки.
Залежно від призначення сталі діляться на 3 групи: конструкційні,
інструментальні та сталі спеціального призначення.
Якість в залежності від вмісту шкідливих домішок: сірки та фосфору сталі
поділяють на: сталі звичайної якості, вміст до 0.06% сірки та до 0,07%
фосфору; якісні до 0,035% сірки та фосфору кожного окремо;
високоякісні до 0.025% сірки та фосфору; особливо високоякісні, до 0,025%
фосфору та до 0,015% сірки.
Інструментальні сталі призначені для виготовлення різноманітного інструменту,
як для ручної обробки, і для механічної.
Наявність широкого сортаменту сталей і сплавів, що виготовляються в
різних країнах, зумовило необхідність їх ідентифікації, проте до теперішнього часу
часу не існує єдиної системи маркування сталей та сплавів, що створює
певні проблеми для металоторгівлі.
Маркування вуглецевих інструментальних сталей
˗
Дані сталі відповідно до ГОСТ 143590 поділяються на якісні та
високоякісні.
18

Якісні сталі позначаються буквою У (вуглецева) та цифрою, що вказує
середній вміст вуглецю у сталі, у десятих частках відсотка.
Наприклад: У7, У8, У9, У10. У7 - вуглецева інструментальна сталь з
вмістом вуглецю близько 0.7%
У позначення високоякісних сталей додається літера А (У8А, У12А та
і т.д.). Крім того, в позначеннях як якісних, так і високоякісних
вуглецевих інструментальних сталей може бути літера Г, що вказує на
підвищений вміст сталі марганцю.
Наприклад: У8Г, У8ГА. У8А - вуглецева інструментальна сталь з
вмістом вуглецю близько 0,8%, високоякісна.
Виготовляють інструмент для ручної роботи (зубило, кернер, креслилка тощо),
механічної роботи на невисоких швидкостях (свердла).
Маркування легованих інструментальних сталей
Правила позначення інструментальних легованих сталей за ГОСТ 595073
здебільшого ті ж, що й для конструкційних легованих.
Відмінність полягає лише в цифрах, що вказують на масову частку вуглецю в
сталі.
˗
˗
˗
˗
˗
˗
Відсотковий вміст вуглецю також вказується на початку найменування
сталі, у десятих частках відсотка, а чи не в сотих, як конструкційних легованих
сталей.
˗
Якщо ж у інструментальній легованій сталі вміст вуглецю становить
близько 1.0%, то відповідну цифру на початку її найменування зазвичай не вказують.
Наведемо приклади: сталь 4Х2В5МФ, ХВГ, ХВЧ.
˗
9Х5ВФ – легована інструментальна сталь, з вмістом вуглецю близько
0,9%, хрому близько 5%, ванадію та вольфраму до 1%
Маркування високолегованих (швидкорізальних)
інструментальних сталей
Позначають буквою "Р", наступна за нею цифра вказує на процентне
вміст у ній вольфраму: На відміну від легованих сталей у найменуваннях
швидкорізальних сталей не вказується відсотковий вміст хрому, т.к. воно складає
близько 4% у всіх сталях і вуглецю (воно пропорційне вмісту ванадію).
˗
Літера Ф, що показує наявність ванадію, вказується лише в тому випадку, якщо
вміст ванадію становить понад 2.5%.
Наприклад: Р6М5, Р18, Р6 М5Ф3.
˗
Зазвичай з цих сталей виготовляють високопродуктивний інструмент:
фрези і т.д. (Для здешевлення тільки робочу частину)
Наприклад: Р6М5К2 - швидкорізальна сталь, з вмістом вуглецю близько 1%,
вольфраму близько 6%, хрому близько 4%, ванадію до 2,5%, молібдену близько 5%, кобальту
близько 2%.
Практична частина
Завдання для студентів:
1. Запишіть назву роботи, її мету.
2. Запишіть основні засади маркування всіх груп інструментальних сталей
(вуглецевих, легованих, високолегованих)
Завдання за варіантами:
1. Розшифруйте марки сталей та запишіть область застосування конкретної марки
(Тобто для виготовлення чого вона призначена).
19

№ Завдання для 1 варіанта
1
2
3
4
5
6
У8
У13А
Х
ХВСГ
Р18
Р6М5
Завдання для 2 варіанти
У9
У8А
9ХС
ХВГ
Р6
Р6М5Ф3
Практична робота №6
Тема: "Вивчення сплавів на основі міді: латуні, бронзи"
Мета роботи: ознайомлення студентів з маркуванням та областю застосування
кольорових металів – міді та сплавів на її основі: латунів та бронз; формування
вміння розшифровки маркування латунів та бронз.
Рекомендації для студентів: перш ніж приступити до виконання практичної
частини завдання, уважно ознайомтеся з теоретичними положеннями, а також лекціями
у вашій робочого зошитана цю тему.
Хід роботи:
1.Ознайомтеся з теоретичною частиною.
2.Виконайте завдання практичної частини.
Теоретична частина
Латуні
Латуні можуть мати до 45 % цинку. Підвищення змісту
цинку до 45% призводить до збільшення межі міцності до 450 МПа. Максимальна
пластичність має місце при вмісті цинку близько 37%.
За способом виготовлення виробів розрізняють латуні деформовані та ливарні.
Деформовані латуні маркуються літерою Л, за якою слідує число,
показує вміст міді у відсотках, наприклад, у латуні Л62 міститься 62 % міді
та 38% цинку. Якщо крім міді та цинку є інші елементи, то ставляться їх
початкові літери (О олово, С свинець, Залізо, Ф фосфор, Мц марганець, А
алюміній, Ц цинк).
Кількість цих елементів позначається відповідними цифрамипісля числа,
показує вміст міді, наприклад, сплав ЛАЖ6011 містить 60% міді, 1%
алюмінію, 1% заліза та 38% цинку.
Латуні мають гарну корозійну стійкість, яку можна підвищити
додатково присадкою олова. Латунь ЛО70 1 стійка проти корозії у морській воді
20

і називається "морською латунню". Добавка нікелю та заліза підвищує механічну
міцність до 550 МПа.
Ливарні латуні також маркуються літерою Л, після літерного позначення
основного легуючого елемента (цинк) та кожного наступного ставиться цифра,
вказує його усереднений вміст сплаві. Наприклад, латунь ЛЦ23А6Ж3Мц2
містить 23% цинку, 6% алюмінію, 3% заліза, 2% марганцю. Найкращою
рідкотіркістю володіє латунь марки ЛЦ16К4. До ливарних латунь відносяться латуні.
типу ЛЗ, ЛК, ЛА, ЛАЖ, ЛАЖМц. Ливарні латуні не схильні до ліквації, мають
зосереджену усадку, виливки виходять із високою щільністю.
Латуні є хорошим матеріалом для конструкцій, що працюють при
негативних температур.
Сплави міді коїться з іншими елементами крім цинку називаються бронзами. Бронзи
Бронзи
поділяються на деформовані та ливарні.
При маркуванні бронз, що деформуються, на першому місці ставляться літери Бр, потім
літери, що вказують, які елементи, крім міді, входять до складу металу. Після літер йдуть
цифри, що показують вміст компонентів у сплаві. Наприклад, марка БрОФ101
означає, що у бронзу входить 10% олова, 1% фосфору, решта мідь.
Маркування ливарних бронз також починається з букв Бр, потім вказуються
літерні позначення легуючих елементів та ставиться цифра, що вказує його
усереднений вміст у металі. Наприклад, бронза БрО3Ц12С5 містить 3% олова, 12
% цинку, 5% свинцю, інше мідь.
Олов'яні бронзи При сплавленні міді з оловом утворюються тверді розчини. Ці
сплави дуже схильні до ліквації через великий температурний інтервал
кристалізації. Завдяки ліквації сплави із вмістом олова вище 5 % є
сприятливим для деталей типу підшипників ковзання: м'яка фаза забезпечує
хорошу оброблюваність, тверді частинки створюють зносостійкість. Тому
Олов'яні бронзи є добрими антифрикційними матеріалами.
Олов'яні бронзи мають низьку об'ємну усадку (близько 0,8%), тому
використовуються у художньому лиття. Наявність фосфору забезпечує хорошу
рідкотіркість. Олов'яні бронзи поділяються на деформовані та ливарні.
У деформованих бронзах вміст олова не повинен перевищувати 6% для
забезпечення необхідної пластичності, БрОФ6,50,15. Залежно від складу
бронзи, що деформуються, відрізняються високими механічними, антикорозійними,
антифрикційними та пружними властивостями, та використовуються в різних галузях
промисловості. З цих сплавів виготовляють прутки, труби, стрічку, дріт.
Практична частина
Завдання для студентів:
1.Запишіть назву та мету роботи.
2. Заповніть таблицю:
Назва
сплаву, його
визначення
Основні
властивості
сплаву
Приклад
маркування
Розшифровка
марки
Область
застосування
21

Практична робота № 7
Тема: "Вивчення алюмінієвих сплавів"
Мета роботи: ознайомлення студентів з маркуванням та областю застосування
кольорових металів – алюмінію та сплавів на його основі; вивчення особливостей застосування
алюмінієвих сплавів залежно від їхнього складу.
Рекомендації для студентів:
перш ніж приступити до виконання
практичної частини завдання, уважно ознайомтеся з теоретичними положеннями, а
також лекціями у вашому робочому зошиті на цю тему.
Хід роботи:
1.Ознайомтеся з теоретичною частиною.
2.Виконайте завдання практичної частини.
Теоретична частина
Принцип маркування алюмінієвих металів. На початку вказується тип металу: Д
сплави типу дюралюмінів; А технічний алюміній; АК ковкі алюмінієві
сплави; високоміцні сплави; АЛ ливарні метали.
Далі вказується умовний номер металу. За умовним номером слідує
позначення, що характеризує стан металу: М м'який (відпалений); Т
термічно оброблений (загартування плюс старіння); Н нагартований; П –
напівнагартований.
За технологічними властивостями сплави поділяються на три групи: деформовані
сплави, що не зміцнюються термічною обробкою; деформовані сплави, що зміцнюються
термічною обробкою; ливарні метали. Методами порошкової металургії
виготовляють спечені алюмінієві сплави (САС) та спечені алюмінієві порошкові
сплави (САП).
Деформовані ливарні сплави, що не зміцнюються термічною обробкою.
Міцність алюмінію можна підвищити легуванням. У сплави, що не зміцнюються
термічною обробкою, вводять марганець чи магній. Атоми цих елементів суттєво
підвищують його міцність, знижуючи пластичність. Позначаються метали: з марганцем АМц,
з магнієм АМг; після позначення елемента вказується його зміст (АМг3).
Магній діє тільки як зміцнювач, марганець зміцнює та підвищує
корозійну стійкість. Міцність сплавів підвищується лише внаслідок деформації
у холодному стані. Чим більший рівень деформації, тим значніше зростає
22

міцність та знижується пластичність. Залежно від ступеня зміцнення розрізняють
сплави нагартовані та напівнагартовані (АМг3П).
Ці сплави застосовують для виготовлення різних зварних ємностей для пального,
азотної та інших кислот, мало та середньонавантажених конструкцій. Деформовані
сплави, що зміцнюються термічною обробкою.
До таких сплавів відносяться дюралюміни (складні сплави систем алюміній.
мідь магній або алюміній (мідь магній цинк). Вони мають знижену
корозійну стійкість, підвищення якої вводиться марганець. Дюралюміни
зазвичай піддаються загартування з температури 500оС і природного старіння, якому
передує двох, тригодинний інкубаційний період. Максимальна міцність
досягається через 4.5 діб. Широке застосування дюралюміни знаходять в авіабудуванні,
автомобілебудування, будівництво.
Високоміцними старіючими металами є метали, які крім міді і
магнію містять цинк. Сплави В95 В96 мають межу міцності близько 650 МПа.
Основний споживач авіабудування (обшивка, стрінгери, лонжерони).
при
Ковочні алюмінієві сплави АК, АК8 застосовують для виготовлення поковок.
температурі 380450оС, піддаються загартування від
Поковки
температури 500560оС та старінню при 150165оС протягом 6 годин.
виготовляються
До складу алюмінієвих сплавів додатково вводять нікель, залізо, титан, які
підвищують температуру рекристалізації та жароміцність до 300оС.
Виготовляють поршні, лопатки та диски осьових компресорів, турбореактивних.
двигунів.
Ливарні метали
До ливарних металів відносяться метали системи алюміній кремній (силуміни),
що містять 1013% кремнію. Присадка до силумінів магнію, міді сприяє ефекту
зміцнення ливарних металів при старінні. Титан та цирконій подрібнюють зерно.
Марганець підвищує антикорозійні властивості. Нікель та залізо підвищують
жароміцність.
Ливарні метали маркуються від АЛ2 до АЛ20. Силуміни широко застосовують
для виготовлення литих деталей приладів та інших середньо та малонавантажених
деталей, у тому числі тонкостінних виливків складної форми.
Практична частина
Завдання для студентів:
1. Запишіть назву та мету роботи.
2. Заповніть таблицю:
Назва
сплаву, його
визначення
Основні
властивості
сплаву
Приклад
маркування
Розшифровка
марки
Область
застосування
23

Лабораторна робота №1
Тема: «Механічні властивості металів та методи їх вивчення (твердість)»

Хід роботи:
1.Ознайомтеся з теоретичними положеннями.
2.Виконайте завдання викладача.
3.Складіть звіт відповідно до завдання.
Теоретична частина
називають
матеріалу
Твердістю
здатність
чинити опір
проникненню в нього іншого тіла. При випробуваннях на твердість тіло, що впроваджується в
матеріал і зване індентором, має бути твердішим, мати певні
розміри та форму, що не має отримувати залишкової деформації. Випробування на твердість
можуть бути статичними та динамічними. До першого виду відносяться випробування
методом вдавлювання, до другого методом ударного вдавлювання. Крім того,
існує метод визначення твердості дряпанням склерометрію.
За значенням твердості металу можна скласти уявлення про рівень його
властивостей. Наприклад, що вища твердість, визначена тиском наконечника, то
менше пластичність металу, і навпаки.
Випробування на твердість за методом вдавлювання полягають у тому, що зразок під
дією навантаження вдавлюють індентор (алмазний, із загартованої сталі, твердого
сплаву), що має форму кульки, конуса або піраміди. Після зняття навантаження на
зразком залишається відбиток, вимірявши величину якого (діаметр, глибину або
діагональ) і зіставивши її з розмірами індентора та величиною навантаження, можна судити
про твердість металу.
Твердість визначається спеціальних приладах твердомірах. Найбільш часто
твердість визначають методами Брінелля (ГОСТ 901259) та Роквелла (ГОСТ 901359).
Існують загальні вимоги до підготовки зразків та проведення випробувань
цими методами:
1. Поверхня зразка має бути чистою, без дефектів.
2. Зразки повинні мати певну товщину. Після отримання відбитка на
На звороті не повинно бути слідів деформації.
3. Зразок повинен лежати на столику жорстко та стійко.
4. Навантаження має діяти перпендикулярно поверхні зразка.
Визначення твердості за Брінеллем
Твердість металу за Брінеллем визначають вдавлюванням у зразок загартованого.
24

сталевої кульки (рис. 1) діаметром 10; 5 або 2,5 мм і виражають числом твердості
НВ, отриманим розподілом прикладеного навантаження Р Н або кгс (1Н = 0,1 кгс) на
площа поверхні відбитка F, що утворився на зразку, в мм
Число твердості за Брінеллем HB виражається ставленням прикладеного навантаження F
до площі S сферичної поверхні відбитка (лунки) на поверхні, що вимірюється.
HB =
, (Мпа),
D−√D2−d2
πD¿
F
S=2F
¿
де
F – навантаження, Н;
S – площа сферичної поверхні відбитка, мм2 (виражена через D та d);
D – діаметр кульки, мм;
d – діаметр відбитка, мм;
Величину навантаження F , діаметр кульки D і тривалість витримки під
навантаженням
τ
, Вибирають по таблиці 1.
Рисунок 1. Схема вимірювання твердості методом Брінелля.
а) Схема вдавлювання кульки в випробуваний метал
F навантаження, D – діаметр кульки, dотп – діаметр відбитка;
б) Вимірювання лупою діаметра відбитка (на малюнку d=4,2 мм).
Таблиця 1.
Вибір діаметра кульки, навантаження та витримки під навантаженням залежно
від твердості та товщини зразка
Діаметр
кульки D,
мм
Товщина
випробуваного
зразка, мм
Матеріал
Чорні метали
Інтервал
твердості в
одиницях
Брінелля,
МПа
14004500
більше 6
6…3
менше 3
більше 6
6…3
10
5
2,5
10
5
Менш 1400
Витримка
під
навантаженням
з
, τ
10
Навантаження
F, Н (кгс)
29430
(3000)
7355 (750)
1840
(187,5)
9800
(1000)
25

Кольорові метали
та сплави (мідь,
латунь, бронза,
магнієві сплави
та ін.)
3501300
Кольорові метали
(алюміній,
підшипникові
сплави та ін.)
80350
менше 3
більше 6
6…3
менше 3
більше 6
6…3
менше 3
2,5
10
5
2,5
10
5
2,5
2450 (750)
613 (62,5)
9800
(1000)
2450 (750)
613 (62,5)
2450 (250)
613 (62,5)
153,2
(15,6)
30
60
На малюнку 2 наведено схему важільного приладу. Зразок встановлюють на
предметний столик 4. Обертаючи маховик 3, гвинтом 2 піднімають зразок до дотику
його з кулькою 5 і далі до повного стиснення пружини 7, одягненої на шпиндель 6. Пружина
створює попереднє навантаження на кульку, що дорівнює 1 кН (100 кгс), що забезпечує
стійке становище зразка під час навантаження. Після цього включають
електродвигун 13 через черв'ячну передачу редуктора 12, шатун 11 і систему важелів
8,9, розташованих у корпусі 1 твердоміра з вантажами 10 створює задане повне навантаження
на кульку. На випробуваному зразку виходить кульовий відбиток. Після розвантаження приладу
зразок знімають та визначають діаметр відбитка спеціальною лупою. За розрахунковий діаметр
відбитка приймають середнє арифметичне значення вимірювань у двох взаємно
перпендикулярних напрямках.
Рисунок 2. Схема приладу Брінелля
За наведеною вище формулою, використовуючи вимірюваний діаметр відбитка,
обчислюється кількість твердості HB. Число твердості в залежності від отриманого діаметра
Відбитка можна знайти за таблицями (див. таблицю чисел твердості).
При вимірі твердості кулькою діаметром D = 10,0 мм під навантаженням F = 29430 Н
HB 2335 МПа або
= 10 с – число твердості записується так:
τ
(3000 кгс), з витримкою
старому позначенню НВ 238 (кгс/мм2)
При вимірі твердості за Брінеллем необхідно пам'ятати наступне:
1.
Можна випробовувати матеріали з твердістю трохи більше НВ 4500 Мпа, оскільки при
більшої твердості зразка відбувається неприпустима деформація самої кульки;
2.
Щоб уникнути продавлювання, мінімальна товщина зразка повинна бути не
менше десятикратної глибини відбитка;
26

3.
4.
чотирьох діаметрів відбитка;
не менше ніж 2,5 d.
Відстань між центрами двох сусідніх відбитків має бути не меншою
Відстань від центру відбитка до бічної поверхні зразка має бути
Визначення твердості за Роквеллом
За методом Роквелла твердість металів визначають вдавлюванням у випробуваний
зразок кульки із загартованої сталі діаметром 1,588 мм або алмазного конуса з кутом при
вершині
навантажень:
попередньої Р0 = 10 кгс і загальної Р, що дорівнює сумі попередньої Р0 і
основний Р1навантажень (рис. 3).
двох послідовно
доданих
дією
120о під
Число твердості за Роквеллом HR вимірюється в умовних безрозмірних одиницях і
HRc = 100−
визначається за формулами:
h−h0
0,002 – при вдавлюванні алмазного конуса
h−h0
0,002 – при вдавлюванні сталевої кульки,
HRв = 130−
де 100 – число поділів чорної шкали, 130 – число поділів червоної шкали В
циферблату індикатора, що вимірює глибину вдавлювання;
h0 – глибина вдавлювання алмазного конуса або кульки під дією
попереднього навантаження. Мм
h – глибина вдавлювання алмазного конуса або кульки під дією загального навантаження,
мм
0,002 – ціна розподілу шкали циферблату індикатора (переміщення алмазного конуса
при вимірі твердості на 0,002 мм відповідає переміщенню стрілки індикатора на
один поділ), мм
Вид наконечника та величина навантаження вибирається за таблицею 2, залежно від
твердості та товщини випробуваного зразка. .
Число твердості за Роквеллом (HR) є мірою глибини вдавлювання індентора і
виявляється у умовних одиницях. За одиницю твердості прийнято безрозмірну величину,
відповідна осьовому переміщенню на 0,002 мм. Число твердості за Роквеллом
вказується безпосередньо стрілкою на шкалі С або В індикатора після автоматичного
зняття основного навантаження. Твердість того самого металу, визначена різними
методами виражається різними одиницями твердості.
Наприклад, HB 2070, HRc 18 або HR 95.
Рисунок 3. Схема вимірювання твердості за Роквеллом
27

Вид
накінець
іка
Загальна
навантаження F,
Н (кгс)
Мінімальна
товщина
зразка
Позначення
твердості за
Роквеллу
шкала
Число
твердо
сти
В
З
А
HRВ
Сталевий
кулька
981 (100)
HRС
Алмази
й конус
1471 (150)
HRА
Алмази
й конус
588 (60)
0,7
0,7
0,4
Таблиця 2
Межі
вимірювання
в одиницях
Роквелла
25…100
за шкалою В
20…67
за шкалою С
70…85
за шкалою В
Межі
вимірювання
твердості
зразка в
одиницях
Брінелля, НВ
Від 500 до 2300
(Незагартовані
сталі, кольорові
метали та їх
сплави
від 2000 до 7000
(загартовані
сталі)
Від 4000 до
9000 (деталі
що зазнали
цементації або
азотування,
тверді метали
та ін.)
Метод Роквелла відрізняється простотою та високою продуктивністю, забезпечує
збереження якісної поверхні після випробування, дозволяє випробовувати метали та
сплави як низької, так і високої твердості. Цей метод не рекомендується застосовувати для
сплавів з неоднорідною структурою (чавуни сірі, ковкі та високоміцні,
антифрикційні підшипникові сплави та ін.).
Практична частина
Зміст звіту.

Дайте відповідь на питання:
1. Що називається твердістю?
2. У чому є сутність визначення твердості?
3. Які 2 способи визначення твердості ви знаєте? У чому їхня відмінність?
4. Як потрібно підготувати зразок до випробування?
5. Чим пояснити відсутність універсального способу визначення твердості?
6. Чому з багатьох механічних характеристик матеріалів найчастіше
визначають твердість?
7. Зафіксуйте в зошиті схему визначення твердість за Брінель і Роквеллом.
28

Лабораторна робота №2
Тема: «Механічні властивості металів та методи їх вивчення (міцність, пружність)»
Мета роботи: вивчити механічні властивості металів, методи вивчення.
Хід роботи:
1.Ознайомтеся з теоретичними положеннями.
2.Виконайте завдання викладача.
3.Складіть звіт відповідно до завдання.
Теоретична частина
Основними механічними властивостями є міцність, пружність, в'язкість,
конструктор обґрунтовано вибирає
твердість.
відповідний матеріал, що забезпечує надійність і довговічність конструкцій при
їхню мінімальну масу.
Знаючи механічні властивості,
Механічні властивості визначають поведінку матеріалу при деформації та
руйнування від впливу зовнішніх навантажень. Залежно від умов навантаження
механічні властивості можуть визначатися при:
1. Статичному навантаженні навантаження на зразок зростає повільно та плавно.
29

2. Динамічне навантаження навантаження зростає з великою швидкістю, має
ударний характер.
3. Повторно змінному або циклічному навантаженні навантаження у процесі
випробування багаторазово змінюється за величиною або за величиною та напрямком.
Для отримання порівняних результатів зразки та методика проведення
механічні випробування регламентовані ГОСТами. При статичному випробуванні на
розтяг: ГОСТ 1497 отримують характеристики міцності та пластичності.
Міцність – здатність матеріалу чинити опір деформаціям та руйнуванню.
Пластичність – це здатність матеріалу змінювати свої розміри та форму під
впливом зовнішніх сил; міра пластичності – величина залишкової деформації.
Пристрій, що визначає міцність та пластичність – це розривна машина,
яка записує діаграму розтягування (див. рис. 4), що виражає залежність між
подовженням зразка та діючим навантаженням.
Рис. 4. Діаграма розтягування: а - абсолютна, б - відносна.
Ділянка оа на діаграмі відповідає пружній деформації матеріалу, коли
дотримується закону Гука. Напруга, що відповідає пружній граничній деформації
у точці а називається межею пропорційності.
Межа пропорційності - це найбільша напруга, до досягнення
якого справедливий закон Гука.
При напругах вище межі пропорційності відбувається рівномірна
пластична деформація (подовження або звуження перерізу).
Точка b – межа пружності – найбільша напруга, до досягнення якої
Зразок не виникає залишкової деформації.
Майданчик сd – майданчик текучості, він відповідає межі плинності – це
напруга, при якій у зразку відбувається збільшення деформації без збільшення
навантаження (матеріал "тече").
Багато марок сталі, кольорових металів не мають яскраво вираженого майданчика.
плинності, тому їм встановлюють умовний межа плинності. Умовний
межа плинності – це напруга, яка відповідає залишковій деформації
рівної 0,2% від початкової довжини зразка (сталь легована, бронза, дюралюміній та
ін матеріали).
Точка відповідає межі міцність (на зразку з'являється місцеве
Утончення – шийка, утворення утончення характерне для пластичних матеріалів).
30

Межа міцності – це максимальна напруга, яка витримує зразок
до дозволу (тимчасовий опір розриву).
За точкою В навантаження падає (внаслідок подовження шийки) та руйнування
відбувається у точці До.
Практична частина.
Зміст звіту.
1. Вкажіть назву роботи, її мету.
2. Які механічні властивості ви знаєте? Якими методами визначаються
механічні властивості матеріалів?
3. Запишіть визначення понять міцність та пластичність. Якими методами
вони визначаються? Як називається пристрій, який визначає ці властивості? З
за допомогою чого визначаються властивості?
4. Зафіксуйте абсолютну діаграму розтягування пластичного матеріалу.
5. Після діаграми вкажіть назви всіх точок та ділянок діаграми.
6. Яка межа є основною характеристикою при виборі матеріалу для
виготовлення якогось виробу? Відповідь обґрунтуйте.
7. Які матеріали більш надійні у роботі крихкі чи пластичні? Відповідь
обґрунтуйте.
Список літератури
Основна:
1.
Адаскін А.М., Зуєв В.М. Матеріалознавство (металообробка). - М: ОІЦ
"Академія", 2009 - 240 с.
ФОРУМ, 2010 – 336 с.
2.
3.
Адаскін А.М., Зуєв В.М. Матеріалознавство та технологія матеріалів. - М.:
Чумаченко Ю.Т. Матеріалознавство та слюсарна справа (НУО та СПО). -
Ростов н/Д.: Фенікс, 2013 - 395 с.

Додаткова:
1.
Жуковець І.І. Механічні випробування металів. - М.: Вищ.шк., 1986. -
199 с.
2.
3.
Лахтін Ю.М. Основи матеріалознавства. - М.: Металургія, 1988.
Лахтін Ю.М., Леонтьєва В.П. Матеріалознавство. - М: Машинобудування, 1990.
31

Електронні ресурси:
1. Журнал "Матеріалознавство". (Електронний ресурс) – форма доступу
http://www.nait.ru/journals/index.php?p_journal_id=2.
2. Матеріалознавство: освітній ресурс, форма доступу http://
сталей.
(Електронний
ресурс)
–
форма
доступу
www.supermetalloved/narod.ru.
3.
Марочник
www.splav.kharkov.com.
4. Федеральний центр інформаційно-освітніх ресурсів. (Електронний
ресурс) - форма доступу www.fcior.ru.
32

1-й семестр

1. «Аналіз кристалічної будови металів та сплавів» (№1, практикум 2). 2 з.

2. «Випробування матеріалів на твердість» (№10, практикум 2). 1 з.

3. «Випробування зразків на розтяг» (№11, практикум 2; або «Механічні властивості конструкційних матеріалів», окремий файл). 2 з.

4. "Визначення ударної в'язкості матеріалу" (№12, практикум 2). 1 з.

5. "Фрактографічний аналіз руйнування металевих матеріалів" (№9, практикум 2). 1 з.

6. «Вплив холодної пластичної деформації та температури рекристалізації на структуру та властивості металів» (№4, практикум 1). 2 з.

7. "Термічний аналіз сплавів" (№1, практикум 1). Частина 1 – побудова діаграми стану системи цинк-олово термічним методом. Частина 2 – аналіз діаграм стану подвійних сплавів: виконують індивідуальне завдання за пунктом 5 «Зміст звіту». 2 з.

8. "Макроскопічний аналіз (макроаналіз) структури металевих матеріалів" (№2, практикум 2). 1 з.

9. "Мікроскопічний аналіз (мікроаналіз) структури металевих матеріалів" (№3, практикум 2). 1 з.

2-й семестр

1 (10). «Мікроскопічний аналіз металів та сплавів. Структура вуглецевої сталі» (№2, практикум 1) або аналогічна робота №7 «Дослідження структури вуглецевих сталей у рівноважному стані методом мікроаналізу», практикуму 2). Практична частина: студенти дивляться на мікроскопі МІМ-7 структури чотирьох сплавів залізо-вуглець: технічне залізо, доевтектоїдний, евтектоїдний та заевтектоїдний сплави. Роблять схематичні замальовки, підписують структурні складові, наводять приклад марки сталі, для доевтектоїдного сплаву розраховують за формулою вміст вуглецю. 1 з. + Т. 2 (11). «Діаграма стану залізо-вуглецю. Структура, властивості та застосування чавунів» №3 із практикуму 1) або аналогічна робота №8 «Дослідження структури вуглецевих чавунів методом мікроаналізу» з практикуму 2). Практична частина: студенти дивляться на мікроскопі МІМ-7 структури трьох чавунів: сірий чавун із дрібнопластинчастим графітом на перлітній основі, високоміцний чавун на ферито-перлітній основі та доевтектичний білий чавун. На жаль, більше нема. Також роблять замальовки, пишуть назви чавунів та структурних складових. 1 з. + Т. 3 (12). «Вплив швидкості охолодження на твердість вуглецевої сталі» №20 із практикуму 2). Практична частина: чотири зразки із сталі У8. Один піддається відпалу, другий – нормалізації, третій – загартуванні в маслі, четвертий – загартуванні у воді. Вимірюється твердість, будується графік залежності твердості від швидкості охолодження. Значення швидкості охолодження беруться з таблиці у роботі. 2 з.

4 (13). «Гарт углеродистых сталей» №5 з практикуму 1). Практична частина: три зразки зі сталей 20, 45, У9 загартують у воді, один зразок із сталі 45 загартують у маслі. Вимірюють твердість до (HRB) та після (HRC) загартування. За переказною таблицею визначають твердість в одиницях HB. За результатами будують два графіки: HB = f (% C) і HRC = f (Vохл.). 2 з. + Т.

5 (14). "Відпустка сталі" №6 з практикуму 1) або аналогічна робота №18 "Відпустка вуглецевої сталі" з практикуму 2). Практична частина: по практикуму 1) проводять низьку (200ºС), середню (400ºС) та високу (600ºС) відпустку загартованих зразків зі сталі 45 та низьку відпустку (200ºС) загартованого зразка зі сталі У9. Вимірюють твердість. Будують графік HRC = f (Tотп.). По практикуму 2) проводять низьку, середню та високу відпустку загартованих зразків зі сталі У8. 2 з. + Т.

6 (15). «Відпал і нормалізація стали» №7 із практикуму 1). Практична частина: два зразки із сталі 45. З одним проводять ізотермічний відпал, з другим – нормалізацію. 2 з. + Т.

7 (16). "Хіміко-термічна обробка сталі" №8 з практикуму 1. 1 з.

8 (17). «Вплив легуючих елементів на прожарювання сталі, визначену методом торцевого гарту» №21 з практикуму 2. 2 з.

9 (18). «Класифікація, маркування та застосування конструкційних матеріалів». Практична частина: студенти отримують картку, де п'ять марок, докладно розписують кожну. 1 з.

Лабораторна робота №1

Запитання до іспиту для 2 курсу факультету ІМ
Питання до іспиту для магістрантів 1 курсу ІМ

Лабораторні роботи

Лабораторні журнали з курсу «Матеріалознавство»

(На лабораторних роботах студентам необхідно мати при собі роздруковану версію лабораторних журналів)

Лабораторні роботи з курсу «Матеріалознавство»

Laboratory work on the course «Materials Science»

Основна навчальна та навчально-методична література з дисциплін, що читаються на кафедрі

Цикл Матеріалознавство

1. Богодухів С.І., Козік О.С. Матеріалознавство. Підручник для вишів. - М.: Машинобудування, 2015. - 504 с.
2. Соннцев Ю.П., Пряхін Є.І. Матеріалознавство. Підручник для вишів. - СПб.: ХІМІЗДАТ, 2007. - 784 с.
3. Арзамасов В.Б., Черепахін А.А. Матеріалознавство. Підручник - М.: Іспит, 2009. - 352 с.: іл.
4. Оськін В.А., Байкалова В.М., Карпенков В.Ф. Практикум з матеріалознавства та технології конструкційних матеріалів: Навчальний посібник для вузів (за ред. Оськіна В.А., Байкалової В.М.). - М.: Колос, 2007. - 318 с.: іл.
5. Матеріалознавство та технологія металів: підручник для вузів / Г.П. Фетісов та ін. – 6-те вид., дод. - М.: вища школа, 2008. - 878 с.
6. Матеріалознавство та технологія металів: підручник для вузів з машинобудівних спеціальностей/Г.П. Фетісов, М.Г. Карпман та ін - М.: Вища школа, 2009. - 637 с.
7. Медведєва М.Л., Прыгаєв А.К. Зошит з матеріалознавства. Методичний посібник - М.: Видавничий центр РГУ нафти та газу ім. І.М. Губкіна, 2010, 90 с.
8. Єфименко Л.А., Єлагіна О.Ю., Пригаєв А.К., Вишемирський Є.М., Капустін О.Є., Мурадов А.В. Перспективні та традиційні трубні сталі для будівництва газонафтопроводів. Монографія. - М.: Логос, 2011, 336 с.
9. Прыгаєв А.К., Куракін І.Б., Васильєв А.А., Кривошеєв Ю.В. Обґрунтування вибору конструкційних матеріалів та розробка режимів їх термічної обробки для виготовлення деталей машин та обладнання нафтогазової галузі. Методичний посібник курсової роботиз дисципліни "Матеріалознавство" - М.: РГУ нафти та газу імені І.М. Губкіна, 2015
10. Фектист Г.П., Карпман М.Г., Міатюхін В.М. та ін. Матеріалознавство та технологія матеріалів. - М.: Вища школа, 2000 р.
11. Гуляєв А.П. Матеріалознавство. - М.: Металургія, 1986 р.
12. Єфименко Л.А., Прыгаєв А.К., Єлагіна О.Ю. Металознавство та термічна обробка зварних з'єднань. Навчальний посібник. - М.: Логос, 2007. - 455 с.: Іл.
13. Методичні посібники до лабораторних робіт з курсу «Матеріалознавство» ч. 1 та ч. 2, - М.: РГУ нафти та газу, 2000 р.
14. Трофімова Г.А. Методичні посібники до лабораторних робіт «Побудова та аналіз термомеханічної кривої для аморфних полімерів» та «Визначення механічних властивостей пластмас та гум». - М.: РГУ нафти та газу імені І.М. Губкіна, 1999

Цикл Корозія та захист обладнання НГП

1. Семенова І.В., Флоріанович Г.М., Хорошілов А.В. Корозія та захист від корозії. - М: Фізматліт, 2010. - 416 с.
2. Медведєва М.Л. Корозія та захист обладнання при переробці нафти та газу. Навчальний посібник. М.: ФГУП вид-во «Нафта та газ» РГУ нафти та газу ім. І.М.Губкіна, 2005. - 312 с.: Іл.
3. Медведєва М.Л., Мурадов А.В., Пригаєв А.К. Корозія та захист магістральних трубопроводів та резервуарів: Навчальний посібник для вузів нафтогазового профілю. - М.: Видавничий центр РГУ нафти та газу імені І.М. Губкіна, 2013. - 250 с.
4. Сорокін Г.М., Єфремов А.П., Саакіян Л.С. Корозійно-механічне зношування сталей та сплавів. -М.: Нафта та газ, 2002 р.

Цикл Трибологія

1. Сорокін Г.М., Малишев В.М., Куракін І.Б. Трибологія сталей та сплавів: Навчальний посібник для вузів. - М.: Російський державний університет нафти та газу імені І.М. Губкіна, 2013. - 383 с.: іл.
2. Сорокін Г.М., Куракіним І.Б. Системний аналіз та комплексні критерії міцності сталей. - М.: ТОВ «Видавничий дім Надра», 2011. - 101 с.
3. Сорокін Г.М. Трибологія сталей та сплавів. М: Надра, 2000 р.
4. Виноградов В.М., Сорокін Г.М. Механічне зношування сталей та сплавів: Навчальний посібник для вузів. - М.: Надра, 1996. - 364 с.: Іл.
5. Виноградов В.М., Сорокін Г.М. Зносостійкість сталей та сплавів: Навчальний посібник для вузів. - М.: Нафта і газ, 1994. - 417 с.: Іл. 246.

Транскрипт

1 Міністерство освіти і науки Російської Федерації Державна освітня установа Вищої професійної освіти Нижегородський державний технічний університет ім. Р.Є. Алексєєва В.К. Сорокін, Г.М. Гаврилов, С.В. Костромін ЛАБОРАТОРНІ ТА ПРАКТИЧНІ РОБОТИ З МАТЕРІАЛОВЕДЕННЯ

2 УДК (075.8) ББК Сорокін В.К., Гаврилов Г.М., Костромін С.В. Лабораторні та практичні роботи з матеріалознавства: навч. допомога; за редакцією В.К. Сорокіна. НДТУ ім. Р.Є. Алексєєва. Нижній Новгород, с. JSBN Наведено лабораторні роботи з вивчення будови матеріалів, питань термічної обробки та властивостей матеріалів. Дано практичні роботи з аналізу фазових перетворень у двокомпонентних сплавах, вибору сталей та термічної обробки деталей машин, композиційні матеріали. Нижегородський державний технічний університет ім. Р.Є. Алексєєва Сорокін В.К., Гаврилов Г.М., Костромін С.В., 2011

3 ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 3 ВПЛИВ УМОВ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ НА ВЛАСТИВОСТІ СТАЛИ Мета роботи: Вивчити вплив температурно-часових умов нагріву та режимів охолодження при термічній обробці на властивості сталі. 1. КОРОТКІ ВІДОМОСТІ З ТЕОРІЇ Металопродукція з металургійних підприємств надходить на машинобудівні заводи зазвичай як різного прокату, поковок, у стані. З них виготовляють заготівлі деталей машин, які піддають попередньої термічної обробки. Наступною механічною обробкою різанням. отримують деталі заданої геометричної формита розмірів. Ці деталі далі проходять зміцнюючу термічну обробку і, у разі складних машин, прямують на складання окремих частин машини, а зі складальних одиниць збирається сама машина. Схема обробки та виготовлення на машинобудівних заводах об'ємних деталей машин (важелі, колінчасті вали та шатуни двигунів внутрішнього згоряння, зубчасті колеса та ін.) з металевих матеріалів, що деформуються, представлена ​​на рис. 8. Як бачимо, у процесі виготовлення деталей машин двічі проводиться термічна обробка. Термічна обробка - процес обробки виробів з технічних матеріалів шляхом теплового впливу (нагріву та охолодження) з метою зміни їх структури та властивостей у заданому напрямку. Термічну обробку застосовують як остаточну для отримання заданих механічних, фізичних, експлуатаційних властивостей деталей машин, а також проміжну (попередню) з метою покращення технологічних властивостей (оброблюваності різальними інструментами, оброблюваності тиском та ін.). Основними видами попередньої термічної обробки заготовок із конструкційних сталей у машинобудуванні є нормалізаційний або повний відпал. Для проведення заготівлі нагрівають у разі використання конструкційних доевтектоїдних сталей вище температури фазового перетворення t АСз на З і отримують структуру аустеніту. Після деякої витримки при температурі нагрівання проводять охолодження на повітрі (нормалізаційний відпал) або разом із піччю (повний відпал), отримуючи структуру з фериту та перліту. Попередня термічна обробка знижує твердість сталі та покращує оброблюваність різанням. За показник оброблюваності при різанні приймається зазвичай чисельне значення швидкості різанням при точенні різцями з швидкорізальної сталі на токарному верстаті, якій відповідає стійкість різців 60 хвилин (час між двома переточками ріжучої кромки інструменту).

4 МЕТАЛУРГІЙНИЙ ЗАВОД Сортовий прокат МАШИНОБУДІВНИЙ ЗАВОД Виготовлення заготовок деталей машин обробкою тиском (гарячим штампуванням та ін.) Заготівля деталі Попередня термічна обробка заготовок Механічна обробка різанням на металорізальних верстатах ) Рис. 8. Типова укрупнена схема обробки та виготовлення об'ємних деталей машин на машинобудівному заводі При вмісті вуглецю в конструкційних вуглецевих та низьколегованих сталях менше 0,5 % проводять зазвичай для заготівель нормалізаційний відпал, а для сталей, що мають більше 0,5 % вуглецю, повний відпал. Типова остаточна термічна обробка деталей машин та інструментів складається з двох операцій: 1 - загартування з отриманням на етапі охолодження з великою швидкістю (для вуглецевих сталей у воді та інших середовищах) з аустеніту структури мартенситу (АМ); 2 - відпустки загартованої сталі з нагріванням до температури не вище за температуру фазового перетворення Ас 1. Застосування термічної обробки значно змінює механічні властивості сталі. Схеми основних видів термічної обробки для конструкційних доевтектоїдних сталей представлені на рис. 9. Дані про механічні властивості конструкційних середньовуглецевих (поліпшуються) сталей різного хімічного складу після гарту і високої відпустки наведені в табл. 9.

5 Марка стали Мал. 9. Схеми термічної обробки конструкційних сталей Таблиця 9. Механічні властивості деяких типових конструкційних середньовуглецевих сталей після гарту та високої відпустки Оптова ціна х) Критичний діаметр, мм хх) Для деталей з поперечним розміром, мм ххх) Механічні властивості 0,2, В, МПа МПа 45 1, Х 1, ХН 1, ХН2МА 2, ХНЗМФА 2, Примітки: х) Відносні одиниці: за 1.0 прийнято оптову ціну вуглецевої якісної сталі. хх) Діаметр зразка, що гартується наскрізь з отриманням у центрі мікроструктури з 95% мартенситу та 5% трооститу. ххх) Сталі можуть бути використані для виготовлення деталей із ще більшим поперечним розміром. Слід мати на увазі, що в цьому випадку вироби одержують знижені в порівнянні з табличними значеннями механічних властивостей у зв'язку з недостатньою прокалювання по перерізу деталей великого поперечного діаметра. 2. МАТЕРІАЛЬНО ТЕХНІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ РОБОТИ У роботі використовуються лабораторні електричні печі, автоматичні потенціометри для регулювання температури нагрівання в печі, бачки з водою та маслом для охолодження, заточний верстат (точило) для зачистки зразків пекти

6 та вивантаження, зразки сталей різних марок, лінійка для вимірювання розмірів зразків або штангенциркуль. Робота виконується у лабораторії термічної обробки. Для нагрівання зразків застосовують електричні лабораторні камерні або муфельні печі. Прикладом камерної печі є піч СНОЛ I/II-М1 (Х) потужністю 3 квт. Робоча камера, в якій проводиться нагрівання, виконана із жаростійкої кераміки. Нагрівальні елементи у вигляді спіралей розташовані в поглибленнях з бокових стінок, на поду і в печі. Для захисту спіралей від пошкоджень і розташування зразків, що нагріваються, є на поду печі плоска керамічна плитка. З метою вимірювання температури у робочу зону печі вставляється термопара. Робоча камера печі попереду закривається кришкою. Максимальна температура в робочій зоні становить 1100 С. Піч забезпечена мілівольтметром типу МП Для точного вимірювання та автоматичної підтримки заданої температури застосовано спеціальний прилад - автоматичний електромеханічний потенціометр типу КСП4, до якого за допомогою електричних проводів приєднана термопара. Прилад може автоматично записувати дані про температуру печі на стрічкову паперову діаграму в прямокутних координатах. Рис. 10. Схема установки для термічної обробки: 1 піч; 2 шафи з потенціометрами; 3 бачки з охолодними рідинами. Поруч із печами розташовуються на підставці бачки з водою та мінеральною олією. Бачки мають "кошики" з отворами, за допомогою яких зразки після завершення охолодження виймаються з середовища, що охолоджує. Схема установки термічної обробки показано на рис. 10. Оцінка механічних властивостей зразків проводиться у цій роботі за чисельним значенням твердості. Твердість - властивість матеріалу надавати

7 опір пластичної деформації при вдавлюванні під постійним навантаженням у плоску поверхню матеріалу кульки із загартованої твердої сталі, алмазного конуса або піраміди. Є різні методи вимірювання твердості: метод Бріннеля, Роквелла, Віккерса та ін. 3. НАСЛІДНІСТЬ ВИКОНАННЯ І ОБРОБКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДАНИХ. Практична частина роботи виконується в наступному порядку: 1. Групі студентів до 3-4 осіб викладач вказує номер завдання, що виконується. Текст завдання кожен студент записує у звіт. 2. Відповідно до завдання викладач призначає марку сталі, визначається її структурний клас. 3. Визначається за завданням вид термічної обробки: загартування, відпал, загартування з відпусткою. 4. Далі переходять до призначення режимів термічної обробки: температури нагріву, часу нагрівання та витримки охолоджуючого середовища. Деякі показники в залежності від конкретного завдання вказуються викладачем. Температура нагрівання підраховується за формулами, наведеними у табл. 10. Чисельні значення температур фазових перетворень A1 і A3 приймаються за даними табл. 11. При цьому обчислюють два чисельні значення температури: мінімальне t min та максимальне t max. Ці значення температури характеризують оптимальний інтервал температури нагріву. Фактична величина температури печі повинна бути у цьому інтервалі (не нижче t min). приклад. Загартування сталі У12 (Aс 1 = 730 С): t min = = 800 С; t max = = 830 С. Таблиця 10. Температури нагрівання та охолоджуючі середовища при термічній обробці сталі ) Нормалізаційний t н. = t Ас3 + відпал + (50 80 С) Загартування t зак = t Ас3 + + (30 50 С) Відпустка загартованої сталі Стали евтектоїдні та заевтектоїдні (від 0,7 0,8 до 2,14%) t відж = t Ас1 + + (30 70 С) t н. = t Асm + +(30 50 С) t зак = t Ас1 + +(С) Нижче Ас 1 (залежно від заданих властивостей при С) Типове охолоджувальне середовище З піччю На спокійному повітрі Вуглецеві сталі у воді, леговані в маслі Для більшості сталей на повітрі

8 Таблиця 11. Температури критичних точок Ас 1, Ас 3, Ас деяких сталей Марка Х 45Г2 35ХГСА 60С2 стали Ас 1, 0 С Ас 3, 0 С Марка У7 У8 У10 У12 ШХ15 9ХС ХВГ Х12М стали Ас 1, 0 Час нагріву зразків до заданої температури обчислюють за наступною емпіричною залежності: н = 1,5 Д, хв, де Д - діаметр або товщина зразка мм. Час витримки при заданій температурі = 0,2 н, хв. Загальний час від завантаження зразків у робочу камеру печі до їх вивантаження з печі становить суму часу нагріву та витримки: = н + Приклад. Діаметр зразка дорівнює 12 мм: н = 1,5 12 = 18 хв; в = 0,218 = 3,6 хв; = 18,0 + 3,6 = 21,6 хв. Охолодне середовище при термічній обробці сталі призначається за табл.10. Студенти отримують у лаборанта зразки сталі заданої марки та зачищають їх від задирок на заточувальному верстаті (точилі). Далі лаборант вимірює жорсткість зразків до термообробки методом Роквелла за шкалою НRВ. Отримане число твердості перекладається таблицею в шкалу НВ. Величину твердості записують до таблиці. Після цього зразки за допомогою щипців завантажуються у піч під керівництвом лаборанта. Попередньо піч вимикається від електричної мережі. Після завантаження зразків у піч дверцята закривається, і піч вмикається в електричну мережу. Після закінчення часу нагріву та витримки піч відключається від електричної мережі, зразки за допомогою щипців швидко вивантажуються з печі та поміщаються у задане охолодне середовище. Після завершення охолодження зразки зачищаються на верстаті (точилі) і лаборант вимірює твердість в залежності від виду термічної обробки за шкалою НRС або HRB. Отримані числа твердості переводяться по таблиці шкалою НВ. Величини твердості записують до таблиці. Форма таблиці для запису результатів термічної обробки по всьому завданню наведена нижче: Вплив термічної обробки на твердість сталі Марка Режим Твердість сталі. термообробки Вид термообробки мін охолодж- НRB НВ НRB НRС НВ t, 0 С, Середа до т.ч. після т.ч. (т.о.) дії

9 У роботі кілька студентів виконують одне з практичних завдань з термічної обробки сталей із заданим вмістом вуглецю. На невеликих зразках сталей у лабораторних умовах імітується реальна термічна обробка заготовок, деталей машин та інструментів. Практичні завдання наведено нижче. ЗАВДАННЯ 1. Вивчення впливу охолодного середовища (швидкості охолодження) на твердість сталі. Чотири зразки вуглецевої сталі заданої марки нагріти, витримати і охолодити: перший зразок у воді (повне загартування), другий - у мінеральному маслі (часткове загартування), третій - на повітрі (нормалізаційний відпал), четвертий - у печі (повний відпал). Виміряти твердість зразків до та після термічної обробки. Таблиця 12. Швидкість охолодження в різних середовищах Охолоджувальне середовище вода масло повітря з піччю Приблизна швидкість охолодження, градусів, 05/с За отриманими даними будується графік залежності твердості сталі від швидкості охолодження. Зробити висновки: після яких видів термічної обробки досягається максимальна та мінімальна твердість сталі; - Про вплив швидкості охолодження на твердість сталі. ЗАВДАННЯ 2. Вивчення впливу загартування на твердість сталі з різним вмістом вуглецю. Для декількох зразків вуглецевих сталей різних марок проводиться загартування. Вимірюється твердість зразків до та після загартування. За отриманими даними будуються два графіки залежності твердості від вмісту вуглецю (до гарту для сталей марок У7, У8, У10 і після гарту всім вивчених сталей). Зробити висновки: -про вплив загартування однієї марки сталі на твердість і вплив вмісту вуглецю на твердість загартованої сталі. ЗАВДАННЯ 3. Вивчення впливу температури відпустки на твердість загартованої сталі. Три зразки стали однієї марки загартувати. Виміряти твердість кожного зразка до та після загартування. Провести відпустку загартованих зразків за нормальної температури: першого 200 З, другого З, третього З. Час нагрівання і витримки 30 хв. Виміряти твердість після відпустки. За отриманими даними, побудувати графік залежності твердості від температури відпустки. Зробити висновки: -про вплив температури відпустки загартованої сталі на твердість; -після відпустки за якої температури досягається найбільш висока і найменша твердість досліджуваної сталі. За отриманими даними на дошці проводять побудову графіків залежностей твердості НВ від факторів, що змінюються: вмісту вуглецю в сталі; швидкості охолодження під час термічної обробки; температури відпустки

10 загартованих зразків. Для цього кожен студент зазначає у відповідних координатах експериментальні точки. Далі студенти за завданнями формулюють висновки, що записуються до звіту. Висновки у звіті кожного студента наводяться по всіх трьох завданнях. 4. ЗМІСТ ЗВІТУ Підсумки проведеної роботи оформлюють у звіті, який має містити такі розділи: 1. Мета роботи. 2. Обладнання, прилади та матеріали, використані при виконанні роботи. 3. Теоретичні положення: поняття термічної обробки, типові види попередньої та остаточної термічної обробки конструкційних сталей, графіки термічної обробки. 4. Методика проведення роботи та отримані результати. Завдання термічної обробки, марка сталі, вид термічної обробки, вибір режиму термічної обробки, таблиця результатів по всьому завданню. Три графіки залежності твердості від факторів, що вивчаються, по всіх завданнях. 5. Висновки щодо роботи. Наприкінці заняття викладач шляхом усного опитування перевіряє засвоєння знань із питань для самоперевірки. Оформлені звіти перевіряються та підписуються викладачем. 5. ПИТАННЯ ДЛЯ ПІДГОТОВКИ ДО РОБОТИ І САМОПРОВІРКИ 1. Поняття термічної обробки. 2. Які основні види термічної обробки застосовують у машинобудуванні? 3. Який вплив мають повний відпал і повне загартування з відпусткою на механічні властивості конструкційної сталі? 4. Які печі використовуються для термічної обробки в лабораторії матеріалознавства? 5. З якою метою застосовуються потенціометри? 6. Поняття твердості матеріалів. 7. Як визначається температура нагріву при загартуванні та відпалі? 8. Яке охолоджувальне середовище застосовується у разі нормалізаційного відпалу? РЕКОМЕНДУЄМА ЛІТЕРАТУРА Основна: Фетісов, Г.П. Матеріалознавство та технологія металів: навч. для студентів машинобудування. спец. вузів/Г.П. Фетісов, М.Г. Карпман, В.М. Матюшин; за ред. Г.П. Фетісова. 3-тє вид., Випр. та дод. М: Вища. шк., с. Додаткова: Арзамасов, Б.М. Матеріалознавство: навч. для вузів/Б.М. Арзамасов та ін.; за заг. ред. Б.М. Арзамасова, Г.Г. Мухіна. 7-е вид., стереотип. М.: Вид-во МДТУ ім. н.е. Баумана, с.

Федеральне агентство з освіти Томський державний архітектурно-будівельний університет Лісотехнічний інститут Вплив температури нагріву при загартуванні та відпустці на механічні властивості сталі

Федеральне агентство з освіти Архангельський державний технічний університет Термічна обробка вуглецевих сталей. Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з матеріалознавства

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ федеральна державна бюджетна освітня установа вищої професійної освіти «Курганський державний університет» Кафедра

Тестові завданняНапруги, що виникають у процесі швидкого нагрівання, внаслідок неоднорідного розширення поверхневих та внутрішніх шарів називаються 1) внутрішні залишкові 2) структурні 3) теплові

Лекція 19 http://www.supermetalloved.narod.ru Інструментальні сталі 1. Сталі для ріжучого інструменту 2. Вуглецеві інструментальні сталі (ГОСТ 1435). 3. Леговані інструментальні сталі 4. Швидкорізальні

Федеральне агентство з освіти Уральський державний технічний університет УПІ М.А. Філіппов, В.Р. Бараз КОНСТРУКЦІЙНІ ТА ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ СТАЛІ Навчальне електронне текстове видання Підготовлено

МІНІСТЕРСТВО УТВОРЕННЯ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ Таганрозький Державний Радіотехнічний Університет Кафедра Механіки РЕФЕРАТ Однією з найбільш поширених характеристик, що визначають якість

http://cryoteh.ru/process/ Кріогенна обробка металів Кріогенна обробка металів - це процес обробки металевих заготовок і готових металевих виробів при наднизьких температурах (нижче

МІНІСТЕРСТВО ЗАГАЛЬНОЇ ТА ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ РФ МОСКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. Н. Е. БАУМАНА Г. Г. МУХІН, А. А. ЗЯБРЄВ, М. С. ПАВЛОВ, Р. С. ФАХУРТДІНОВ НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК з

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 2 ВИБІР ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМУ НАГРІВУ СТАЛЬНИХ ЗАГОТОВОК ПЕРЕД ОБРОБКОВИЙ ТИСК Мета роботи: ознайомлення з основними методами вибору режимів нагрівання заготовок для гарячої обробки

Міністерство освіти Російської Федерації Тверський державний технічний університет Кафедра технології металів та матеріалознавства МАТЕРІАЛОВЕДЕННЯ Контрольні завдання для студентів заочного

Міністерство загальної та професійної освіти Російської Федерації Іванівська державна текстильна академія Кафедра технології металів та машинобудування МАТЕРІАЛОВЕДЕННЯ І ТЕРМІЧНА ОБРОБКА

МІНІСТЕРСТВО УТВОРЕННЯ РЯЗАНСЬКОЇ ОБЛАСТІ ОДБПОУ «РЯЗАНСЬКИЙ ЗАЛІЗНИЧНИЙ КОЛЕЖД» ТВОРЧИЙ ПРОЕКТ «Я це знаю, а тепер можеш дізнатися і ти» Самостійні роботи учнів з матеріалознавства

МАТЕРІАЛОВЕДЕННЯ УДК 620.178.3 КОНТАКТНЕ ЗНОШЕННЯ ІНСТРУМЕНТАЛЬНИХ СТАЛЕЙ Х12М, 9ХС І У8А І. М. СТЕПАНКІН, Є. П. ПОЗДНЯКОВ Установа освіти «Гомельський

ФЕДЕРАЛЬНА ДЕРЖАВНА БЮДЖЕТНА ОСВІТАЛЬНА УСТАНОВА ВИЩОЇ ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ «ОРЕНБУРГСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ» КАМЕРА

334 Праці Нижегородського державного технічного університету ім. Р.Є. Алексєєва 5(107) УДК 621.9 В.В. Беспалов ТЕХНОЛОГІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЯКОСТІ МАШИН Нижегородський державний технічний

МІНІСТЕРСТВО СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ Федеральна державна бюджетна освітня установа вищої професійної освіти «Саратовський державний аграрний університет

Міністерство освіти і науки Російської Федерації Сиктивкарський лісовий інститут (філія) федеральної державної бюджетної освітньої установи вищої професійної освіти «Санкт-Петербурзький

УДК 669.14.08 Дослідження матеріалів подрібнювальних комплексів харчового обладнання Д-р. техн. наук Вологжаніна С.А. канд. техн. наук Іголкін А.Ф. Жучков Д.В. [email protected]Санкт-Петербурзький національний

Сучасні конструкційні матеріали Лекція 2. Сталі Введення В даний час сталь, завдяки таким якостям, як твердість, міцність та ін., є найважливішим матеріалом, що широко використовується в машинобудуванні,

УДК 669.187.56.002.2 ЛЕГУВАННЯ ТИТАНУ КИСНЕРОДОМ ПРИ КАМЕРНОМУ ЕЛЕКТРОШЛАКОВОМУ ПЕРЕПЛАВІ ТИТАНОВОЇ ГУБКИ С. Н. Ратієв, О. А. Рябцева, Ф. Л. Лео Донецьк

Рубіжний контроль 3 як тестування з дисципліни ТКМ (РК3) 1. Яким видом обробки тиску найбільш раціонально отримувати заготівлю, зображену на рисунку? Матеріал: 10 сталь Програма: 10 штук

Міністерство освіти і науки Російської Федерації Федеральна державна бюджетна освітня установа вищої професійної освіти «Комсомольський-на-Амурі державний технічний

Федеральне агентство з освіти Сиктивкарський лісовий інститут філія державної освітньої установи вищої професійної освіти «Санкт-Петербурзька державна лісотехнічна

МІНОБРНАУКИ РОСІЇ ФЕДЕРАЛЬНА ДЕРЖАВНА БЮДЖЕТНА ОСВІТАЛЬНА УСТАНОВА ВИЩОЇ ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ «ВОЛГОГРАДСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЙ

18/12/4/2 год. 18/-/4/2 год. 44 год. ФЕДЕРАЛЬНА АГЕНЦІЯ З ОСВІТИ ДЕРЖАВНА ОСВІТАЛЬНА УСТАНОВА ВИЩОЇ ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ «ТЮМЕНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ НАФТОГАЗОВИЙ

ПОКУВАННЯ З ВУГЛЕРОДИСТОЇ ТА ЛЕГОВАНОЇ СТАЛІ, ЩО ВИГОТОВЛЯЮТЬСЯ КОВКОЮ НА ПРЕСАХ ПРИПУСКИ ТА ДОПУСКИ ДЕРЖСТАНДАРТ 7062-90 ДЕРЖАВНИЙ КОМІТЕТ СРСР З УПРАВЛІННЯ ЯКІСТ ПРО6

3 Міністерство освіти і науки Російської Федерації ФДБОУ ВО "Уральський державний гірничий університет" В.С. Балін, М.Л. Хазин МАТЕРІАЛОВЕДЕННЯ Навчально-методичний посібник з самостійної роботи

Федеральна державна бюджетна освітня установа вищої професійної освіти

УДК 621.78; 621.179.2 А. Л. Лісовський, канд. техн. наук, доц., І. В. Плетенєв ЛАЗЕРНЕ Зміцнення Штампового інструменту Наведено відомості про можливість застосування лазерного загартування для зменшення механічного

Департамент освіти та науки Кемеровської області Державна бюджетна освітня установа середньої професійної освіти «Анжеро-Судженський політехнічний коледж» В.В. Бобровський

УДК 621.002.3-419; 620.22-419 МЕХАНІЧНІ ТА АНТИФРИКЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ СПЛАВІВ Fe-Cu-Pb-Sn-Zn, ОТРИМАНИХ МЕТОДОМ КОНТАКТНОГО ЛЕГУВАННЯ * Ю. С. Авраамов, А. Н., .

Контрольні питання з дисципліни «Матеріалознавство» Питання 1 Матеріалознавство - це наука про... 1. будову, властивості, методи випробування та поліпшення матеріалів 2. всі будівельні та конструкційні матеріали

ХОЛОДНОШТАМПОВІ СТАЛІ ХОЛОДНОШТАМПОВА ІНСТРУМЕНТАЛЬНА СТАЛЬ ХОЛОДНОШТАМПОВА ІНСТРУМЕНТАЛЬНА СТАЛЬ Незамінна витривала сталь К353 - це універсальна інструментальна сталь для холодноштампових

УДК 669:621.03.539.(031) к.т.н. Єршов В.М. (ДонДТУ, м. Алчевськ, Україна) ФАЗОВИЙ СКЛАД СТАЛЬНОЇ ПОВЕРХНІ ПІСЛЯ ЕЛЕКТРОШУКОВОГО ЛЕГУВАННЯ В РІДКОМУ СЕРЕДОВИЩІ Наведені результати рентгенівського фазового

УДК 621.9 ББК 34.5 Ч-77 Металообробні верстати, різальний та вимірювальний інструменти: робоча програмаз навчальної практики/Чіхранов А.В. Димитровград: Технологічний інститут філія ФГОУ ВПО «Ульянівська

ВІАМ/1980-198248 Кінетика фазових перетворень у сталі та сірому чавуні стосовно індукційної пайки С.В. Лашко, доктор технічних наук Б.П. Перегудін Грудень 1980 Всеросійський інститут авіаційних

При включенні установки оброблювана деталь, затиснута у передньому та задньому патронах, приводиться у обертання. Одночасно деталі задається зусилля Р, що розтягує, і вона обробляється різцем, закріпленим

НАЧЕРТАЛЬНА ГЕОМЕТРІЯ ІНЖЕНЕРНА ГРАФІКА НАВЧАЛЬНА ЛІТЕРАТУРА Основна Винокурова Г.Ф., Степанов Б.Л. Інженерна графіка: Навчальний посібник (частина 2). Томськ: Вид. ТПУ, 2000. 124 с.: іл. Чекмарьов А.А. Інженерна

Федеральне агентство з освіти Державний освітній заклад вищої професійної освіти Іванівський державний хіміко-технологічний університет М А Т Е Р І А Л О В Е

МІНІСТЕРСТВО КУЛЬТУРИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ ФЕДЕРАЛЬНА ДЕРЖАВНА ОСВІТА ЗАСТОСУВАННЯ ВИЩОЇ ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ

Лекція 18 http://www.supermetalloved.narod.ru Конструкційні сталі. Класифікація конструкційних сталей. 1. Класифікація конструкційних сталей 2. Вуглецеві сталі. 3. Цементовані та покращувані сталі

ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ СТАЛІ BÖHLER ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА ФОРМ ДЛЯ ЛИТТЯ ПІД ТИСКОМ 2 ДЛЯ НАЙВИСОКИХ СТАНДАРТІВ Будучи найважливішим світовим виробником інструментальних сталей, BÖHLER приділяє особливу увагу

Російський хіміко-технологічний університет ім. Д. І. Менделєєва ОСНОВИ МАТЕРІАЛОВЕДЕННЯ Кристалічна структура, діаграми стану, маркування матеріалів.

Обласна державна бюджетна освітня установа середньої професійної освіти «Іркутський авіаційний технікум» СТВЕРДЖУЮ Директор ВДБОУ СПО «ІАТ» В.Г. Семенів Комплект методичних

Федеральне агентство з освіти Томський державний архітектурно-будівельний університет ВИЗНАЧЕННЯ РОЗМІРУ ЗЕРНА ПОЛІКРИСТАЛІВ Методичні вказівки до лабораторної роботи Упорядники Д.В.

МАТЕРІАЛОВЕДЕННЯ Методичні вказівки та контрольні завдання для студентів-заочників ВСТУП Удосконалення виробництва, випуск сучасних різноманітних машинобудівних конструкцій, спеціальних

Технологія виготовлення кованих поршнів с.н.с., к.т.н. Басюк Т.С., Бузінов В.Г., доц. к.т.н. Посідко В.М., проф., к.т.н. Федоренко І.М., доцент Шибаєв О.В. Московський державний технічний університет

М Е Ж Г О С У Д А Р С Т В Е Н Ы Й С Т А Н Д А Р Т ПРОФІЛІ СТАЛЕВІ ГНУТІ ЗАМКНУТІ ЗВАРНІ КВАДРАТНІ І ПРЯМОКУТНІ ДЛЯ БУДІВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ 1 Область застосування

Об'єкт контролю. Ультразвукове дослідження ділянки трубопроводу Об'єктом дослідження є ділянка трубопроводу з товщиною стінки 16 мм та діаметром 219 мм (Малюнок 1). Матеріал труби сталь 09Г2С.

Міністерство освіти і науки Російської Федерації Калузька філія федеральної державної бюджетної освітньої установи вищої освіти «Московський державний технічний університет

Міністерство освіти Російської Федерації НИЖЕГОРОДСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ Кафедра "Металознавство, термічна та пластична обробка металів" Методи дослідження фазових перетворень

МІНІСТЕРСТВО СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА ТА ПРОДОВОЛЕННЯ РЕСПУБЛІКИ БІЛОРУСЬ ГОЛОВНЕ УПРАВЛІННЯ ОСВІТИ, НАУКИ І КАДРІВ УСТАНОВЛЕННЯ ОСВІТИ "БІЛОРУСЬКА ДЕРЖАВНА ДЕРЖАВНА ДЕРЖАВНА

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РФ КЕМЕРІВСЬКИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ ХАРЧОВОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ «ЗАТВЕРДЖУЮ» голова методичної комісії механічного факультету К.І. Савинова 2002 р. ПРОГРАМА І МЕТОДИЧНІ

УДК 521.74.94:669.35:539.24 Нові литі матеріали В. В. Христенко, Л. Г. Омелько, М. О. Руденко Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, Київ ОПТИМІЗАЦІЯ СКЛАДУ КОНДУКТИВНИХ МОНОТЕКТИЧ

УДК 536.75 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ТВЕРДИХ ХОЛОДАГЕНТІВ В.В. Кирилов, А.Г. Рябухін Отримані експериментальні дані щодо швидкості розкладання деяких твердих реактивів при різних температурах,

Система нормативних документів Державної протипожежної служби МВС України НОРМИ ПОЖЕЖНОЇ БЕЗПЕКИ АРМАТУРА ЕЛЕКТРОМОНТАЖНА Вимоги пожежної безпеки Методи випробувань НПБ 246-97 ВИДАННЯ

ДІАГРАМА СТАНУ «ЗАЛІЗ ЦЕМЕНТИТ». СТУКТУРИ ВУГЛЕРОДИСТИХ СТАЛЕЙ І чавунів Методичні вказівки до лабораторної роботи з дисципліни «Матеріалознавство» 1 Міністерство освіти і науки РФ ГОУ ВПО

МАТЕРІАЛОВЕДЕННЯ, Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт. Б.А.Потєхін, А.В.Шустов, Н.С. Т

Металознавство та термічна обробка металів. 1965. – 6. С. 22-25. ВОДО-ПОВІТРЯНЕ ОХОЛОДЖЕННЯ ПІЗ ЗАГАРУВАННЯ Д. В. БУДРІН, В. М. КОНДРАТОВ Уральський політехнічний інститут Охолоджувальна здатність водо-повітряної

ВІАМ/2002-203528 Високоміцні корозійностійкі сталі аустенітно-мартенситного класу Н.М. Вознесенська О.М. Каблов А.Ф. Петраков А.Б. Шалькевич Лютий 2002 Всеросійський інститут авіаційних матеріалів

Конструювання валів 8. КОНСТРУЮВАННЯ ВАЛІВ 8.1. Конструктивні елементи Отримані розміри валу на етапі ескізного проекту слід уточнити, узгодивши їх із деталями, встановленими на валу (зубчасті)

1. Токарно-гвинторізний верстат 16К20. обертання шпинделя. Намалювати структурну схему верстата під час використання ходового гвинта. 2. Проведіть аналіз конструкції по кресленню, що додається. 3. Які методи формоутворення

Федеральне агентство з освіти Державна освітня установа вищої професійної освіти "Омський державний технічний університет" В. С. Кушнер, А. С. Верещака, А. Г.

Група В62 МІЖ Г О С У Д А Р С Т В Е Н Ы Й С Т А Н Д А Р Т ТРУБИ ПІДШИПНИКОВІ Технічні умови ГОСТ 800 78 Bearing tubes. Technical requirements ОКП 13 1400, 13 4200 Дата запровадження 01.01.81 Справжній

УДК 53.084.823 До питання оптимізації хімічного складу алюмінієвих заготовок (ронделів) для жорсткої упаковки Румянцева І.А. Студентка, 2 курс, кафедра «Технології та обладнання обробки

Міністерство освіти та науки Російської Федерації Північний (Арктичний) федеральний університет імені М.В. Ломоносова Інститут енергетики та транспорту Мікроструктура сталей та чавунів у рівноважному

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 3 РУЧНЕ ДУГОВЕ ЗВАРЮВАННЯ Мета роботи: ознайомлення з сутністю процесу, обладнанням, особливостями формування зварного з'єднання при різних режимах зварювання. Коротка теоретична

Лабораторні роботи з курсу «Матеріалознавство»

Й семестр

1. «Аналіз кристалічної будови металів та сплавів» (№1, практикум 2). 2 з.

2. «Випробування матеріалів на твердість» (№10, практикум 2). 1 з.

3. «Випробування зразків на розтяг» (№11, практикум 2; або «Механічні властивості конструкційних матеріалів», окремий файл). 2 з.

4. "Визначення ударної в'язкості матеріалу" (№12, практикум 2). 1 з.

5. "Фрактографічний аналіз руйнування металевих матеріалів" (№9, практикум 2). 1 з.

6. «Вплив холодної пластичної деформації та температури рекристалізації на структуру та властивості металів» (№4, практикум 1). 2 з.

7. "Термічний аналіз сплавів" (№1, практикум 1). Частина 1 – побудова діаграми стану системи цинк-олово термічним методом. Частина 2 – аналіз діаграм стану подвійних сплавів: виконують індивідуальне завдання за пунктом 5 «Зміст звіту». 2 з.

8. "Макроскопічний аналіз (макроаналіз) структури металевих матеріалів" (№2, практикум 2). 1 з.

9. "Мікроскопічний аналіз (мікроаналіз) структури металевих матеріалів" (№3, практикум 2). 1 з.

Й семестр

1 (10). «Мікроскопічний аналіз металів та сплавів. Структура вуглецевої сталі» (№2, практикум 1) або аналогічна робота №7 «Дослідження структури вуглецевих сталей у рівноважному стані методом мікроаналізу», практикуму 2). Практична частина: студенти дивляться на мікроскопі МІМ-7 структури чотирьох сплавів залізо-вуглець: технічне залізо, доевтектоїдний, евтектоїдний та заевтектоїдний сплави. Роблять схематичні замальовки, підписують структурні складові, наводять приклад марки сталі, для доевтектоїдного сплаву розраховують за формулою вміст вуглецю. 1 з. + Т.

2 (11). «Діаграма стану залізо-вуглецю. Структура, властивості та застосування чавунів» №3 із практикуму 1) або аналогічна робота №8 «Дослідження структури вуглецевих чавунів методом мікроаналізу» з практикуму 2). Практична частина: студенти дивляться на мікроскопі МІМ-7 структури трьох чавунів: сірий чавун із дрібнопластинчастим графітом на перлітній основі, високоміцний чавун на ферито-перлітній основі та доевтектичний білий чавун. На жаль, більше нема. Також роблять замальовки, пишуть назви чавунів та структурних складових. 1 з. + Т.

3 (12). «Вплив швидкості охолодження на твердість вуглецевої сталі» №20 із практикуму 2). Практична частина: чотири зразки із сталі У8. Один піддається відпалу, другий – нормалізації, третій – загартуванні в маслі, четвертий – загартуванні у воді. Вимірюється твердість, будується графік залежності твердості від швидкості охолодження. Значення швидкості охолодження беруться з таблиці у роботі. 2 з.

4 (13). «Гарт углеродистых сталей» №5 з практикуму 1). Практична частина: три зразки зі сталей 20, 45, У9 загартують у воді, один зразок із сталі 45 загартують у маслі. Вимірюють твердість до (HRB) та після (HRC) загартування. За переказною таблицею визначають твердість в одиницях HB. За результатами будують два графіки: HB = f (% C) і HRC = f (Vохл.). 2 з. + Т.

5 (14). "Відпустка сталі" №6 з практикуму 1) або аналогічна робота №18 "Відпустка вуглецевої сталі" з практикуму 2). Практична частина: по практикуму 1) проводять низьку (200ºС), середню (400ºС) та високу (600ºС) відпустку загартованих зразків зі сталі 45 та низьку відпустку (200ºС) загартованого зразка зі сталі У9. Вимірюють твердість. Будують графік HRC = f (Tотп.). По практикуму 2) проводять низьку, середню та високу відпустку загартованих зразків зі сталі У8. 2 з. + Т.

6 (15). «Відпал і нормалізація стали» №7 із практикуму 1). Практична частина: два зразки із сталі 45. З одним проводять ізотермічний відпал, з другим – нормалізацію. 2 з. + Т.

7 (16). "Хіміко-термічна обробка сталі" №8 з практикуму 1. 1 з.

8 (17). «Вплив легуючих елементів на прожарювання сталі, визначену методом торцевого гарту» №21 з практикуму 2. 2 з.

9 (18). «Класифікація, маркування та застосування конструкційних матеріалів». Практична частина: студенти отримують картку, де п'ять марок, докладно розписують кожну. 1 з.

Лабораторна робота №1

АНАЛІЗ КРИСТАЛІЧНОГО БУДУВАННЯ

МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ

Мета роботи:

Ознайомитися з типами кристалічних ґрат металів та сплавів, дефектами кристалічної будови та видами твердих розчинів.

Прилади, матеріали та інструмент

Моделі основних типів кристалічних ґрат металів та твердих розчинів.

Короткі теоретичні відомості

Атомно-кристалічна структура металів.Метали за нормальних умов мають кристалічну структуру, відмінною особливістю якої є певне взаємне періодичне розташування атомів, що поширюється на скільки завгодно великі відстані. Таке розташування атомів прийнято називати далеким порядком. Таким чином, під атомно-кристалічної структурою розуміють взаємне розташування атомів (іонів), що існує в реальному кристалі. Для опису атомно-кристалічної структури використовують поняття просторових або кристалічних ґрат. Кристалічна решітка металу є уявною просторовою сіткою, у вузлах якої розташовуються атоми (іони), між якими рухаються вільні електрони. Електростатичні сили тяжіння між іонами та електронами врівноважують сили відштовхування між іонами. Отже, положення атомів такі, що забезпечується мінімальна енергія взаємодії з-поміж них, отже, стійкість всього агрегату.

Мінімальний обсяг кристала, що дає уявлення про атомну структуру металу у всьому обсязі, називають елементарним кристалічним осередком.Чисті метали мають одну з нижчевказаних видів кристалічних ґрат: об'ємноцентровану (ОЦК), гранецентровану (ГЦК) та гексагональну щільноупаковану (ГПУ) (рис. 1).

ОЦК грати мають, наприклад, a-залізо, літій, ванадій, вольфрам, молібден, хром, тантал; ГЦК грати – алюміній, g-залізо, мідь, золото, нікель, платина, свинець, срібло. ГПУ грати мають магній, цинк, берилій, кадмій, кобальт, a-титан.

Координатні напрямки (кристалографічні осі).У системі кристалографічних осей форма елементарного осередку просторової решітки може бути описана за допомогою трьох координатних кутів a, b і g між кристалографічними осями та трьох параметрів решітки а, b, с.

Для елементарних осередків кубічних ґрат ОЦК (рис. 1а) та ГЦК (рис. 1б) характерна рівність кутів a = b = g = 90° та рівність параметрів решітки а = b = с.Для ГПУ решітки (рис. 1в) характерні значення кутів a = b = 90° та g = 120° та рівність двох параметрів решітки а = b с.

Для опису атомних площин та напрямків у кристалі використовують кристалографічні символи. Для визначення символів площин користуються методом індикування площини відрізками. Для цього вибирають систему координат таким чином, щоб координатні осі I, II, III були паралельні трьом ребрам кристала, що перетинаються (рис. 2). Як правило, перша кристалографічна вісь спрямована до спостерігача, друга – горизонтально, третя орієнтується нагору. Площина А 1 В 1 З 1 відсікає на координатних осях відрізки, рівні за величиною параметрами решітки ОА 1 = а, ОВ 1 = в ОС 1 = с. Площина А 1 1 З 1 називають одиничною. Параметри грат а, в, с приймають за осьові одиниці.

Щоб визначити кристалографічні індекси площини А 2 В 2 З 2 необхідно:

Знайти параметри заданої площини, тобто відрізки в осьових одиницях, що відсікаються цією площиною на координатних осях;

Записати відношення трьох дробів, чисельниками яких є параметри одиничної площини А 1 В 1 З 1, а знаменниками - параметри заданої площини А 2 В 2 З 2, тобто. 1/ОА 2: 1/ОВ 2: 1/ОС 2;

Привести отримане співвідношення до трьох цілих взаємно простих чисел, тобто привести дроби до спільному знаменнику, Зменшити, якщо можна, на загальний множник, і знаменник відкинути.

Отримані три цілих і взаємно прості числа, що позначаються h, k, l, називаються індексами атомної площини. Сукупність індексів називається символом атомної площини, який прийнято укладати у круглі дужки та записувати (hkl). Якщо площина перетинає координатні осі негативної чверті, то над індексом зверху ставиться знак «-». Якщо площина, що розглядається, паралельна одній з кристалографічних осей, то індекс, відповідний цій осі, дорівнює нулю. На малюнку 3 наведено приклади індикування площин у кубічному елементарному осередку Браве.

Символи слід читати за цифрами, наприклад (100) як 1, 0, 0. Символи паралельних площин збігаються. Отже, символ площини описує нескінченно велике сімейство паралельних атомних площин, що є структурно еквівалентними. Атомні площини одного сімейства розташовуються одна від одної на рівній міжплощинній відстані d.

Атомні площини різних сімейств можуть бути непаралельними, але ідентичними за розташуванням атомів та міжплощинної відстані d. Такі площини поєднують у сукупність і позначають символом (hkl). Так, у кубічних кристалах в одну сукупність входять сімейства площин, індекси яких відрізняються лише знаками та місцезнаходженням у символі. Наприклад, у сукупність атомних площин (100) входять шість сімейств: (100), (100), (010), (010), (001), (001).

Символ кристалографічного напрямку визначають за допомогою трьох взаємно простих чисел (індексів) u, v, w, які пропорційні координатам радіусу-вектора R, що з'єднує початок координат (початковий вузол) з найближчим вузлом кристалічних ґрат у заданому напрямку. Індекси укладають у квадратні дужки та записують. Якщо напрямок не проходить через початок координат (початковий вузол), то його необхідно подумки перенести паралельно самому собі або перемістити початок координат і координатні осі так, щоб напрямок проходило через початок координат.

На малюнку 4 наведено приклади індикування кристалографічних напрямів у кубічному кристалі.

Помістимо початок координат у точці про. Тоді, наприклад, точка змає координати 0, 0, 1; символ напряму ос- . Читається окремо - "напрямок нуль - нуль - один". Точка, крапка емає координати?; ½; 1; символ напряму ое- . Щоб визначити символ напряму ав, подумки перенесемо його паралельно самому собі в крапку про; тоді координати точки в- ΡΞ1, 1, 0; символ напрямку – [Ξ110]. При зміні напряму на зворотне знаки індексів змінюються на протилежні, наприклад, та (див. малюнок 1.5). Паралельні напрямки мають однакові символи та об'єднуються у сімейства. Сімейства ідентичних, але непаралельних напрямів утворюють сукупність, яку позначають , наприклад, у сукупність напрямків<100>входять сімейства напрямків , [100], , , , .

У гексагональних кристалах для індикування площин використовують переважно чотиривісну систему координат. Приклади індикування площин у гексагональному кристалі показані малюнку 5.

Четверта координатна вісь ОU лежить у горизонтальній площині і розташовується по бісектрисі між негативними півосями (-ОХ) та (-ОY). Символ площини складається з чотирьох індексів та записується (hkil). Три з них (h, k і l) розраховуються за зворотними величинами відрізків, що відсікаються площиною, що розглядається, на трьох кристалографічних осях (OX), (OY), (OZ), а четвертий індекс iрозраховується за співвідношенням:

h + k + i =0 (1)

Наприклад, якщо h = 1; k =1, l = 0, то використовуючи співвідношення (1), можна знайти четвертий індекс: i = -(h + k) = -(1 +1) = -2. Символ площини записується як (11-20). Це найближча до нас площина на малюнку 6. Четвертий індекс i використовують, коли необхідно позначити ідентичні площини, і не використовують при розрахунку міжплощинних відстаней, кутів між площинами та напрямками. Тому замість повного запису символу площини, наприклад, (11-20), іноді використовують (11.0), тобто. замість індексу i ставлять крапку. Сімейства та сукупності ідентичних площин визначаються аналогічно сімействам та сукупностям у кубічних кристалах.

Для опису кристалографічних напрямів у гексагональних кристалах використовують як тривісні, і чотиривісні символи. Триосні символи визначають за координатами заданого радіусу-вектора (як і кубічних кристалах).

Між чотиривісними індексами напрямів існує співвідношення:

r 1 + r 2 + r 3 = 0 (2)

Для переходу від тривісних символів до чотиривісних використовують співвідношення:

r 1 = 2u -v; r 2 = 2v - u; r 3 = -u - v; r 4 = 3w (3)

Приклади індикування кристалографічних напрямів у гексагональному кристалі наведено малюнку 6.

Крім геометричних характеристик кристала, у фізичному матеріалознавстві використовують поняття: число атомів на комірку n я, координаційне число (КЧ) та коефіцієнт заповнення η.

Під числом атомів на осередок n я розуміють число атомних обсягів, що припадають на один елементарний осередок Браве. Приймемо об'єм одного атома за одиницю. Для прикладу розглянемо об'ємноцентрований осередок, який утворений 9 атомами, 8 з яких розташовані у вершинах куба, а 1 – у центрі куба. Кожен атом у вершині належить одночасно восьми сусіднім осередкам, отже, одному осередку належить 1/8 частина кожного з 8 атомів: 1/8 . 8 = 1; атом у центрі куба повністю належить осередку. Таким чином, об'ємноцентрований осередок утворений двома атомними обсягами, тобто на осередок припадає два атоми.

Під координаційним числом (КЧ) розуміють число атомів, що знаходяться на рівній та найменшій відстані від даного атома. Чим вище координаційне число, тим більша щільність упаковки атомів. Так, в об'ємноцентрованій кубічній решітці КЧ = 8; у гранецентрованих та гексагональних ґратах КЧ = 12.

Коефіцієнтом заповнення η називають виражене у відсотках відношення об'єму V a , зайнятого атомами в комірці, до об'єму всієї комірки V я:

η = (V a /V я) ∙ 100 % (4)

Координаційне число (КЧ) та коефіцієнт заповнення η характеризують щільність упаковки атомів в елементарному осередку металевого кристала. Найбільш щільна упаковка атомів реалізується в гранецентрованому та гексагональному осередках Браве.

Дефекти кристалічної будови . Реальний кристал відрізняється від ідеального наявністю дефектів кристалічної будови, які впливають, що часто вирішує, на макроскопічні властивості кристалічних тіл. За геометричними ознаками дефекти поділяють на три групи:

Точкові (нульмерні);

Лінійні (одномірні);

Поверхневі (двовимірні).

Точкові дефекти мають розміри у всіх напрямках від однієї до чотирьох атомних діаметрів. Поділяються на власні та домішкові.

До власних точкових дефектів відносяться: вакансії, що утворюються при видаленні атома (іона) з його нормального становища у вузлі кристалічної ґрати, та міжузельні атоми – атоми основного металу, розташовані у міжвузлях кристалічних ґрат. До домішних відносяться атоми іншого (або інших) елементів, розчинені в основній решітці за принципом заміщення або застосування.

На малюнку 7 представлені у двомірній моделі кристала вакансії, власний міжвузельний атом та домішкові атоми заміщення та впровадження.

Найпоширенішими є вакансії. Відомі два механізми виникнення вакансій: механізм Шоттки - при виході атома на зовнішню поверхню або поверхню пори або тріщини всередині кристала під дією теплових флуктуацій, і механізм Френкеля - при утворенні всередині кристалічної решітки пари «власний міжвузолний атом - вакансія» при деформації, опроміненні металів іони випромінюваннями: швидкими електронами, γ – променями. У реальних кристалах вакансії постійно утворюються та зникають під дією теплових флуктуацій. Енергія активації освіти вакансії становить приблизно 1 ев, міжузельного атома – від 3 до 10 ев.

З підвищенням температури рівноважна концентрація точкових дефектів у кристалі збільшується. При пластичній деформації, опроміненні, загартуванні кількість точкових дефектів різко зростає, що призводить до порушення їх рівноважної концентрації на кілька порядків.

Примесные атоми заміщення мігрують як і, як і основні атоми – по вакансійному механізму. Примесные атоми застосування мають мінімальні розміри і тому, на відміну великих власних межузельных атомів, можуть мігрувати по порожнечах між атомами кристалічної решітки.

Точкові дефекти дуже впливають на механізм і кінетику процесів повзучості, тривалого руйнування, утворення дифузійної пористості, знеуглерожування, графітизації та інших процесів, пов'язаних з перенесенням атомів в обсязі речовини, а також на фізичні властивості: електроопір, щільність.

Лінійні дефекти малі (кілька атомних діаметрів) у двох напрямках і мають велику довжину, порівнянну із довжиною кристала, у третьому. До лінійних дефектів відносяться дислокації, ланцюжки вакансій та міжузельних атомів.

Дислокації поділяються на два основні види: крайові та гвинтові.

Крайову дислокацію можна уявити, якщо подумки по вертикалі частково розщепити досконалий кристал, скажімо з кубічними примітивними ґратами, і вставити в нього зайвий короткий атомний шар, званий екстраплоскістю. Екстраплоскость можна отримати також зсувом однієї частини кристала щодо іншої. Екстраплоскость, діючи як клин, згинає ґрати навколо свого нижнього краю всередині кристала (рис. 8).

Область недосконалості навколо краю екстраплощини називається крайовою дислокацією. Сильні спотворення кристалічної решітки укладені як би всередині «труби» діаметром від двох до десяти атомних діаметрів, віссю якої є край екстраплощини. Уздовж лінії екстраплощини недосконалості мають макроскопічний характер, а двох інших напрямах (по діаметру «труби») дуже малі. Якщо екстраплощина розташована у верхній частині кристала, то пов'язану з нею дислокацію називають позитивною та позначають (┴); якщо екстраплощина розташована в нижній частині, то дислокацію називають негативною та позначають (┬).

Під дією зовнішнього прикладеного напруження крайова дислокація може переміщатися ковзанням по певних кристалографічних площинах та напрямках. Переважне ковзання відбувається по щільно запакованих площинах. Сукупність площини ковзання та напрямки ковзання називається системою ковзання. Для кожного типу кристалічних ґрат характерні свої системи ковзання. Так, у кристалах з гранецентрованими кубічними гратами це площини сукупності (111) та напрямки сукупності<110>(Cu, Al, Ni), з об'ємноцентрованими кубічними гратами – (110) (α-Fe, Mo, Nb), (211) (Ta,W, α-Fe), (321) (Cr, α-Fe) та<111>, з гексагональною щільноупакованою – (0001),<11͞20>(Zn, Mg, Be), (1?100), (10?11),<11͞20>(Ti), (11-22),<1͞213>(Ti). Напругу, необхідну для зсуву, називають критичним зсувним або сколює. Причому, у кожний момент часу у зміщенні з обох боків від площини ковзання бере участь лише невелика група атомів. На малюнку 9 показана схема ковзання крайової дислокації через кристал.

Заключним етапом ковзання є вихід крайової дислокації (екстраплоскості) на поверхню кристала. При цьому верхня частина кристала зсувається щодо нижньої на одну міжатомну відстань у напрямку зсуву. Таке переміщення є елементарним актом пластичної деформації. Ковзання - консервативний рух, не пов'язане з перенесенням маси речовини. Напрямок та величина зсуву при переміщенні крайової дислокації характеризуються вектором Бюргерса bта його потужністю відповідно. Напрямок переміщення крайової дислокації паралельно вектору Бюргерса.

Крім ковзання, крайова дислокація може переміщуватися переповзанням, яке здійснюється дифузійним шляхом і є процесом, що термічно активується. Позитивне переповзання здійснюється, коли ланцюжок атомів з краю екстраплощини переміщається до сусідніх вакансій або міжвузлів, тобто. екстраплощина вкорочується на одну міжатомну відстань і крайова дислокація переходить у верхню площину ковзання, паралельну першій. Негативне переповзання відбувається, коли край екстраплощини добудовується атомним рядом за рахунок приєднання міжузельних або сусідніх атомів, і крайова дислокація перетворюється на нижню площину ковзання. Переповзання – неконсервативний рух, тобто. відбувається із перенесенням маси. Швидкість переповзання залежить як від температури, і від концентрації точкових дефектів.

Гвинтову дислокацію, як і крайову, можна створити за допомогою зсуву. Подаємо кристал у вигляді стопки горизонтальних паралельних атомних площин. Уявно зробимо в кристалі ненаскрізний надріз (рис. 10а) і зрушимо, наприклад, праву частину вниз (вздовж площини АВСD) на одну міжплощинну відстань (рис. 10б).

Гвинтова дислокація поділяється на праву (рис. 10б), коли при русі від верхньої площини до нижньої лінії дислокації потрібно обходити за годинниковою стрілкою, і ліву, коли при русі від верхньої площини до нижньої лінії дислокації потрібно обходити проти годинникової стрілки (якщо щодо площини АВСD зрушити вниз ліву частину кристала). Лінія гвинтової дислокації завжди паралельна вектору Бюргерса (рис. 11).

Гвинтова дислокація, на відміну від крайової, не пов'язана з певною площиною зсуву, тому може переміщатися ковзанням у будь-якій кристалографічній площині, що містить лінію дислокації та вектор зсуву (рис. 12). Напрямок переміщення гвинтової дислокації завжди є перпендикулярним вектору Бюргерса. В результаті ковзання як крайової, так і гвинтової дислокації, на поверхні кристала утворюється сходинка висотою, що дорівнює за модулем вектора Бюргерса b(Рис. 12).

Дислокації присутні у всіх кристалах. Так, у недеформованих металах щільність дислокацій становить 10 6 -10 8 см -2; у гомеополярних кристалах - 10 4 см -2. При зовнішній напрузі, що дорівнює критичному сколюючому τ кр = 10 -5 G, де G – модуль пружності матеріалу, дислокації починають рухатися, тобто починається пластична деформація. У процесі пластичної деформації густина дислокацій збільшується. Наприклад, у деформованих металах щільність дислокацій становить 10 10 -10 12 см -2; у гомеополярних кристалах до 10 8 см -2. Перешкодами для дислокацій, що рухаються, служать різного роду бар'єри (частки другої фази, точкові дефекти, межі зерен та ін). Крім того, у міру зростання числа дислокацій, вони починають накопичуватися, заплутуються в клубки і заважають іншим дислокаціям, що рухаються. У міру збільшення ступеня деформації τ кр зростає, тобто для продовження процесу деформації потрібно збільшення зовнішньої напруги, що певною мірою визначає зміцнення матеріалу.

Поверхневі дефекти. До поверхневих дефектів відносяться межі зерен (субзерен) (рис. 13). Поверхневі дефекти двомірні, тобто мають макроскопічні розміри у двох напрямках та атомні у третьому напрямку. Межі називають малокутовими, якщо розорієнтація кристалічних ґрат сусідніх зерен не перевищує 10°, і висококутовими (більшовуговими) при більшій розорієнтації.

Малокутові межі можуть бути утворені системами як крайових, так і гвинтових дислокацій різної орієнтації та з різними векторами Бюргерса. Малокутові межі виникають при зростанні кристалів з розплаву, при пластичній деформації та ін. Дислокації малокутової межі притягають до себе точкові дефекти внаслідок пружної взаємодії з ними. Міграція малокутової межі здійснюється лише дифузійним шляхом. Тому точкові дефекти, сконцентровані у прикордонній зоні у кілька міжатомних відстаней, гальмують цей процес та стабілізують субструктуру.

Висококутові кордони виявлені набагато раніше малокутових і є найстарішим видом дефектів кристалічної будови. Вважають, що висококутова межа є шаром товщиною в 2-3 атомних діаметра, в якому атоми займають деякі проміжні положення по відношенню до правильних положень вузлів решіток сусідніх зерен. Таке положення атомів забезпечує мінімальну потенційну енергію у прикордонному шарі, тому є досить стабільним.

Природа і поведінка як малокутових, так і висококутових кордонів при силовому та температурному впливах впливають на механічні властивості матеріалу.

Завдання

1. Площина у кубічному кристалі відсікає на координатних осях відрізки, рівні а; 2в; с. Визначити кристалографічні індекси площини (hkl).

2. Побудуйте просторове зображення площин (на прикладі куба), що мають кристалографічні індекси (110); (111); (112); (321); (1?10); (111); (?1?1?1).

3. Визначте символ напрямку, що проходить через точки (0, в/3, с/3).

4. Побудуйте просторове зображення наступних напрямків у кубі; ; ; [Η100]; ; ; ; ; ; ; [Ξ111]; ; ; [?1?11]; [Ξ111]; ; [?1?11?1]; ; .

5. Підрахуйте число атомів в осередку та координаційне число для ОЦК та ГЦК та ГПУ ґрат.

Контрольні питання

1. Скільки типів елементарних осередків Браве відомо сьогодні? Які їх найбільш характерні для металів?

2. Що таке кристалографічні символи? Опишіть схему визначення символу атомної площини у кристалі.

3. Які види точкових дефектів існують у кристалах? На які відстані поширюється спотворення, спричинене точковим дефектом?

4. Як змінюється концентрація вакансій у разі підвищення температури?

5. Чому дислокації називають лінійними дефектами?

6. За якою ознакою дислокації поділяють на крайові та гвинтові?

7. Що таке вектор Бюргерса? Що таке потужність вектора Бюргерса?

8. Як спрямований вектор Бюргерса по відношенню до лінії крайової та гвинтової дислокації?

9. Що таке поверхневі дефекти?

10. Які фізичні властивості кристалічних твердих тіл впливають дефекти кристалічної структури?

Лабораторна робота №2