Практичні по матеріалознавству.docx - Збірник практичних та лабораторних робіт з матеріалознавства. Методична розробка на тему: Практична робота «Вивчення типів кристалічних грат та їх вплив на структуру та властивості металів та їх сплавів

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

Лабораторні роботи

Лабораторні журнали з курсу «Матеріалознавство»

(На лабораторних робітстудентам 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. Богодухов С.І., Козік Є.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 посібникдля вузів (під ред. Оськіна В.А., Байкалова В.М.) . - М.: Колос, 2007. - 318 с.: іл.
5. Матеріалознавство та технологія металів: підручник для вузів / Г.П. Фетисов та інших. – 6-те вид., доп. - 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. Пригаєв 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., Пригаєв 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 р.

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 університетнафти 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
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.

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
щодо 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
ЗБІРНИК ПРАКТИЧНИХ І ЛАБОРАТОРНИХ 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 керування на транспорті» (за видами)

ПЕРМ
2016
Вступ
Методичні рекомендаціїз 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 цьому методичному посібнику наведено вказівки щодо виконання
практичних та лабораторних робіт з тем дисципліни, зазначені теми та зміст
лабораторних та практичних робіт, форми контролю з кожної теми 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 цієї навчальної дисципліни студент повинен 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 роботи дозволять сформувати практичні навички
роботи, професійна компетенція. Вони входять до структури 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 чи деякі помилки у цьому питанні;
˗
роботу оформлено з неточностями в оформленні;
˗
обсяг роботи відповідає заданому чи трохи менше;
˗
роботу здано в 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 строках 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, зазначене наприкінці роботи (пункт «Завдання для студентів»); при
виконанні лабораторних робіт складається звіт щодо її виконання, зміст звіту
зазначено наприкінці лабораторної роботи (пункт «Зміст звіту»).
˗
Під час виконання 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
такі 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 виключно 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,
макроструктура,
1. Злам найпростіший і доступний спосібоцінки внутрішньої будови
металів. Метод оцінки зламів, незважаючи на свою грубість оцінки, що здається
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, включаючи сталь, чавун, алюмінієві, магнієві.
сплави, цинк та її сплави дають зернистий, кристалічний злам.
Кожна грань кристалічного зламу є площиною сколювання.
окремого зерна. Тому 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 охолоній, 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 руйнація досліджуваного зразка проходить з попередньої
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 наступним 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 виливка, 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 нетрівлених 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
природи металу шліфу. Дія травлення полягає в тому, що він по-різному
розчиняє різні структурні складові, забарвлюючи їх у різні тони або
кольору. Межі зерен, що відрізняються від основного розчину, мають травимість зазвичай.
відрізняється від основи та виділяється на шліфі у вигляді темних або світлих ліній.
Помітні під мікроскопом поліедри зерен є перерізами 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 і, 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
розглянута мікроструктура, приблизно оцінюється балами стандартних шкал
згідно з 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 утоненням масивного зразка.
7

Найбільше потребують застосування електронної мікроскопії
дослідження процесів, пов'язані з виділенням надлишкових фаз, наприклад, розпад
пересичених твердих розчинів при термічному чи деформаційному старінні.
5. Рентгенівські методи дослідження. Одним з найбільш важливих методів у
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 завдання,
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 як би новими джерелами рентгенівських променів,
будучи центрами їхнього розсіювання.
Розсіювання променів атомами можна уподібнити відображенню 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. Перелічіть основні фізичні властивості металів (з визначеннями).
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 системи, що вивчається в залежності від концентрації і температури (див.рис.
1)
9

Рис.1 Діаграма стану
Діаграми стану демонструють стійкі стану, 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.
За кривими 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 з 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 компоненті У.
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 розшифрування 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, що 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
щонайменше 2 % вуглецю перебуває 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 тим більше, чим гостріший дефект. Звідси випливає, що графітові
включення пластинчастої форми максимально розміцнюють метал. Більше
сприятлива пластівцеподібна форма, а оптимальною є куляста форма графіту.
Пластичність залежить від форми так само. Наявність графіту найбільш різко
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 з 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 та
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 навантажень.
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
Отримують ці чавуни із сірих, в результаті модифікування магнієм або
церієм. У порівнянні з 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%.
Ливарна напруга у виливках дещо вища, ніж для сірого чавуну. Іза
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 дешевше.
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, в якому вуглецю міститься в 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 видалення кисню зі сталі, т. е. за рівнем її
розкислення, існують: спокійні сталі, тобто повністю розкислені; такі стали
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 раннє в СРСР буквенноцифрова система позначення марок сталей та
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 в
Перед маркою вказують групу сталі, причому група "А" у позначенні марки
Для вказівки категорії сталі до позначення марки додають номер наприкінці
відповідну категорію, першу категорію зазвичай не вказують.
Наприклад:
˗
Ст1кп2 вуглецева сталь звичайної якості, кипляча, № марки 1,
другий 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 і Бст0 за рівнем розкислення не поділяють).
Маркування конструкційних вуглецевих якісних сталей
Відповідно до ГОСТ 105088 ці сталі маркуються двоцифровими числами,
що показують середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка: 05; 08; 10; 25;
40, 45 і т.д.
˗
Для спокійних сталей букви 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 вмісті легуючого
16

˗
˗
˗
˗
˗
˗
Маркування інших груп конструкційних сталей
Ресорнопружинні сталі.
˗
Основна відмітна 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 частках відсотка.
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 за умов 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 самі
правила, що й 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, в якому вуглецю міститься в 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 стали 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 різного інструменту,
як для ручної обробки, і для механічної.
Наявність широкого сортаменту сталей і сплавів, що виготовляються в
різних країнах, зумовило необхідність їхньої 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, рисунка і т.д.),
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, в 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: свердла,
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 розшифровування 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 буквою 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 букви (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
Ріднотекучість має 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 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 в бронзу входить 10% олова, 1% фосфору, решта міді.
Маркування ливарних бронз також починається з букв Бр, потім зазначаються
літерні позначення легуючих елементів та ставиться цифра, що вказує його
усереднений вміст сплаву. 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 продуктивність, 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%,
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 з цієї теми.
Хід роботи:
1.Ознайомтеся з теоретичною частиною.
2.Виконайте завдання практичної частини.
Теоретична частина
Принцип маркування алюмінієвих металів. На початку вказується тип сплаву: 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 сплаву: М-м'який (відпалений); Т
термічно оброблений (загартування плюс старіння); Н нагартований; П –
напівнагартований.
За технологічними властивостями сплави поділяються на три групи:
сплави, що не зміцнюються термічною обробкою; деформовані сплави, що зміцнюються
термічною обробкою; ливарні сплави. 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 ступінь деформації, тим значно 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 належать дюралюміни (складні сплави систем алюміній.
мідь магній або алюміній (мідь магній цинк). Вони мають знижену
корозійну стійкість, підвищення якої вводиться марганець. Дюралюміни
зазвичай піддаються гартуванню з температури 500оС і природному старінню, якому
передує двох, тригодинний Інкубаційний період. Максимальна міцність
досягається через 4.5 діб. Широке застосування дюралюміни знаходять в авіабудуванні,
автомобілебудування, будівництво.
Високоміцними старіючими сплавами є сплави, які крім міді та
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 гартуванню 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 сплави
До ливарних сплавів відносяться сплави системи алюміній кремній (силуміни),
що містять 1013% кремнію. Присадка до силумінів магнію, міді сприяє ефекту
зміцнення ливарних сплавів 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 належать випробування
методом вдавлювання, до другого методом ударного вдавлювання. Крім того,
Існує метод визначення твердості дряпанням склерометрія.
За значенням твердості металу можна скласти уявлення про рівень його
властивостей. Наприклад, що вища твердість, визначена тиском наконечника, тим
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 мають бути певної товщини. Після отримання відбитка на
зворотній стороні зразка 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, що утворився на зразку F 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 за таблицею 1.
Малюнок 1. Схема вимірювання твердості методом Бринелля.
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.
Малюнок 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 по
= 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 не більше НВ 4500 МПа, тому що 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;
щонайменше 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 поділу 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
виражається в 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 індикатора після автоматичного
зняття основного навантаження. Твердість одного і того ж 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
У
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 сплави
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 суть визначення твердості?
3. Які два методи 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
чи визначають твердість?
7. Зафіксуйте в зошиті схему визначення твердість за Брінель і Роквелл.
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
їх мінімальної маси.
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 чи циклічному навантаженні навантаження у процесі
випробування багаторазово змінюється за величиною або за величиною та напрямом.
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 за межу пропорційності відбувається рівномірна
пластична деформація (подовження чи 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
допомогою чого визначаються характеристики?
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

Федеральна державна бюджетна освітня установа вищої освіти

«Волзький державний університет водного транспорту»

ПЕРМСЬКА ФІЛІЯ

Є.А . Сазонова

МАТЕРІАЛОВЕДЕННЯ

ЗБІРНИК ПРАКТИЧНИХ І ЛАБОРАТОРНИХ РОБОТ

26.02.06 «Експлуатація суднового електроустаткування та засобів автоматики»

23.02.01 «Організація перевезень та керування на транспорті» (за видами)

ПЕРМ

2016

Вступ

Методичні рекомендації щодо виконання лабораторних та практичних робіт з навчальної дисципліни «Матеріалознавства» призначені для студентів середньої професійної освіти за спеціальністю26.02.06 «Експлуатація суднового електрообладнання та засобів автоматики»

У цьому методичному посібнику наведено вказівки щодо виконання практичних та лабораторних робіт з тем дисципліни, зазначені теми та зміст лабораторних та практичних робіт, форми контролю з кожної теми та рекомендована література.

В результаті освоєння даної навчальної дисципліни студент має вміти:

˗ виконувати механічні випробування зразків матеріалів;

˗ використовувати фізико-хімічні методи дослідження металів;

˗ користуватися довідковими таблицями для визначення властивостей матеріалів;

˗ вибирати матеріали для здійснення професійної діяльності.

В результаті освоєння цієї навчальної дисципліни студент повинен знати:

˗ основні властивості та класифікацію матеріалів, що використовуються у професійній діяльності;

˗ найменування, маркування, властивості матеріалу, що обробляється;

˗ 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 роботи дозволять сформувати практичні навички роботи, професійні компетенції. Вони входять до структури вивчення навчальної дисципліни «Матеріалознавства», після вивчення теми: 1.1. «Основні відомості про метали та сплави», 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 терміни, вказані викладачем.

Оцінка «4» виставляється студенту, якщо:

˗ тематика роботи відповідає заданій, студент припускається невеликих неточностей або деяких помилок у даному питанні;

˗ робота оформлена з неточностями в оформленні;

˗ обсяг роботи відповідає заданому або трохи менше;

˗ роботу здано у строки, зазначені викладачем, або пізніше, але не більше, ніж на 1-2 дні.

Оцінка «3» виставляється студенту, якщо:

˗ тематика роботи відповідає заданій, але в роботі відсутні значні елементи за змістом роботи або тематика викладена нелогічно, не чітко подано основний зміст питання;

˗ робота оформлена з помилками в оформленні;

˗ обсяг роботи значно менший за заданий;

˗ роботу здано із запізненням у строках на 5-6 днів.

Оцінка «2» виставляється студенту, якщо:

˗ не розкрито основну тему роботи;

˗ робота оформлена не відповідно до вимог викладача;

˗ обсяг роботи не 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, зазначене наприкінці роботи (пункт «Завдання студентам»); під час виконання лабораторних робіт складається звіт щодо її виконання, зміст звіту зазначено наприкінці лабораторної роботи (пункт «Зміст звіту»).

Під час виконання 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.

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: густина, 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 такі групи:легені (Щільність не більше 5 г/см 3 ) - магній, алюміній, титан та ін;важкі - (Щільність від 5 до 10 г/см 3 ) - залізо, нікель, мідь, цинк, олово та ін. (Це найбільша група);дуже важкі (Щільність більше 10 г/см 3 ) - молібден, вольфрам, золото, свинець та ін. У таблиці 1 наведено значення щільності металів.

Таблиця 1

Щільність металів

Температура плавлення - це температура, за якої метал переходить із кристалічного (твердого) стану в рідке 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 і свинець, можна розплавити на звичайній електричній або газовій плиті.

Залежно від температури плавлення метал поділяють такі групи:легкоплавкі (температура плавлення не перевищує 600 o С) - цинк, олово, свинець, вісмут та ін;середньоплавкі (від 600 o З до 1600 o С) - до них відносяться майже половина металів, зокрема магній, алюміній, залізо, нікель, мідь, золото;тугоплавкі (понад 1600 o З) - вольфрам, молібден, титан, хром та інших. При введенні в метал добавок температура плавлення, зазвичай, знижується.

Таблиця 2

Температура плавлення та кипіння металів

Теплопровідність – здатність металу з тією чи іншою швидкістю проводити теплоту при нагріванні.

Електропровідність – здатність металу проводити електричний струм.

Теплове розширення – здатність металу збільшувати свій об'єм при нагріванні.

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 і в порошку. Найбільш добре відображають світло алюміній, срібло та паладій – з цих металів виготовляють дзеркала. Для виготовлення дзеркал іноді застосовується і родій, незважаючи на його виключно високу ціну: завдяки значно більшій, ніж у срібла або навіть паладію, твердості та хімічній стійкості, родовий шар може бути значно тоншим, ніж срібний.

Методи досліджень у матеріалознавстві

Основними методами дослідження у металознавстві та матеріалознавстві є: злам, макроструктура, мікроструктура, електронна мікроскопія, рентгенівські методи дослідження. Розглянь їх особливості докладніше.

1. Злам - найпростіший і найдоступніший спосіб оцінки внутрішньої будови металів. Метод оцінки зламів, незважаючи на свою грубість оцінки якості матеріалу, застосовується досить широко в різних галузях виробництва та наукових досліджень. Оцінка зламу часто може характеризувати якість матеріалу.

Злам може бути кристалічним чи аморфним. Аморфний злам характерний для матеріалів, які не мають кристалічної будови, таких як скло, каніфоль, склоподібні шлаки.

Металеві сплави, у тому числі сталь, чавун, алюмінієві, магнієві сплави, цинк та його сплави дають зернистий, кристалічний злам.

Кожна грань кристалічного зламу є площиною сколювання окремого зерна. Тому 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 сталі до тисячних часток міліметра в правильно відкованої і загартованої сталі. Залежно від розміру зерна, злам може бути крупнокристалічний і дрібнокристалічний. Зазвичай дрібнокристалічний злам відповідає вищій якості металевого сплаву.

Якщо руйнування досліджуваного зразка проходить з попередньою пластичною деформацією, зерна в площині зламу деформуються, і злам вже не відображає внутрішньої кристалічної будови металу; у цьому випадку злам називається волокнистим. Часто в одному зразку в залежності від рівня його пластичності, у зламі можуть бути волокнисті та кристалічні ділянки. Часто за співвідношенням площі зламу, зайнятого та кристалічними ділянками за цих умов 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 зерні, важко визначити природу зламу. У цьому випадку злам вивчають за допомогою лупи чи бінокулярного мікроскопа.

Останнім часом розвивається галузь металознавства з фрактографічного вивчення зламів на металографічних та електронних мікроскопах. При цьому знаходять нові переваги старого методу досліджень у металознавстві – досліджень зламу, застосовуючи до таких досліджень поняття фрактальних розмірностей.

2. Макроструктура – ​​є наступним методом дослідження металів. Макроструктурне дослідження полягає у вивченні площини перерізу виробу або зразка в поздовжньому, поперечному чи будь-яких інших напрямках після травлення, без застосування збільшувальних приладів або за допомогою лупи. 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 вади металу: бульбашки, порожнечі, тріщини, шлакові включення, досліджувати кристалічну будову виливка, вивчати неоднорідність кристалізації зливка та його хімічну неоднорідність (ліквацію).

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 визначення правильності напрямку волокон в металі.

3. Мікроструктура – ​​один з основних методів у металознавстві – це дослідження мікроструктури металу на металографічних та електронних мікроскопах.

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 провадиться на полірованих шліфах. На нетрівлених 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 чи іншими розчинами, залежно від металу природного шліфу. Дія травлення полягає в тому, що він по-різному розчиняє різні структурні складові, забарвлюючи їх у різні тони чи кольори. Межі зерен, що відрізняються від основного розчину, мають травимість, що зазвичай відрізняється від основи і виділяється на шліфі у вигляді темних або світлих ліній.

Помітні 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 відмінність у розмірах поліедрів відповідає дійсним відмінностям у розмірах зерен. Найбільш близькою величиною до дійсного розміру зерна є найбільші зерна.

При травленні зразка, що складається з однорідних кристалічних зерен, наприклад чистого металу, твердого однорідного розчину та ін. спостерігається часто по-різному протруєні поверхні різних зерен.

Це пояснюється тим, що на поверхні шліфу виходять зерна, що мають різні кристалографічну 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 постатей 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 відбивають найбільше світла і виявляються найсвітлішими. Інші ділянки – темніші. Часто контраст у зображенні зернистої структури пов'язаний не зі структурою поверхні зерен, і з рельєфом біля меж зерен. Крім того, різні відтінки структурних складових можуть бути результатом утворення плівок, утворених при взаємодії травника із структурними складовими.

За допомогою металографічного дослідження можна здійснювати якісне виявлення структурних складових сплавів та кількісне вивчення мікроструктур металів та сплавів, по-перше, шляхом порівняння з відомими вивченими мікроскладовими структур та, по-друге, спеціальними методами кількісної металографії.

Розмір зерна визначається. Методом візуальної оцінки, що полягає в тому, що мікроструктура, що розглядається, приблизно оцінюється балами стандартних шкал за ГОСТ 5639-68, ГОСТ 5640-68. За відповідними таблицями, для кожного бала визначається площа одного зерна та кількість зерен на 1 мм 2 та в 1 мм 3 .

Методом підрахунку кількості зерен на одиниці поверхні шліфу за відповідними формулами. Якщо S - площа, де 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 порівняння структури зі стандартними шкалами.

Наближений метод кількісного визначення фазового складу може бути проведений 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 зразках.

4. Електронна мікроскопія. Велике значення у металографічних 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 досягає 5-10 А, тобто. у кілька сотень разів більше, ніж у оптичного.

На електронному мікроскопі здійснюють дослідження тонких плівок (реплік), знятих з поверхні шліфу або безпосереднє вивчення тонких плівок металевих, отриманих потонанням масивного зразка.

Найбільше потребують застосування електронної мікроскопії дослідження процесів, пов'язані з виділенням надлишкових фаз, наприклад, розпад пересичених твердих розчинів при термічному або деформаційному старінні.

5. Рентгенівські методи дослідження. Одним із найбільш важливих методів у встановленні кристалографічної будови різних металів та сплавів є рентгеноструктурний аналіз. Цей метод дослідження дає можливість визначення характеру взаємного розташування атомів кристалічних тілах, тобто. вирішити завдання, не доступне 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 як би новими джерелами рентгенівських променів, будучи центрами їх розсіювання.

Розсіяння променів атомами можна уподібнити до відображення цих променів від атомних площин кристала за законами геометричної оптики.

Рентгенівські промені відбиваються як від площин, лежачих лежить 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 міжплощинну відстань, кристалографічні індекси площин, що відбивають, в кінцевому рахунку, форму і розміри кристалічної решітки.

Практична частина

Зміст звіту.

1. У звіті необхідно вказати назву, мету роботи.

2. Перелічіть основні фізичні властивості металів (з визначеннями).

3. Зафіксуйте у зошиті таблиці 1-2. Зробіть висновки за таблицями.

4. Заповніть таблицю: «Основні методи дослідження у матеріалознавстві».

Ренгенівські

методи дослідження

Практична робота № 2

Тема: «Вивчення діаграм стану»

Мета роботи: ознайомлення студентів із основними видами діаграм стану, їх основними лініями, точками, їх значенням.

Хід роботи:

1. Вивчіть теоретичну частину.

Теоретична частина

Діаграма стану являє собою графічне зображення стану будь-якого сплаву системи, що вивчається в залежності від концентрації і температури (див.рис. 1)

Рис.1 Діаграма стану

Діаграми стану демонструють стійкі стану, тобто. стани, 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 з допомогою термічного аналізу. В результаті одержують 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 вміст компонента В. Основними лініями є лінії ліквідус (1) і солідус (2), а також лінії, що відповідають фазовим перетворенням у твердому стані (3, 4).

По діаграмі стану можна визначити температури фазових перетворень, зміна фазового складу, приблизно властивості сплаву, види обробки, які можна застосовувати для сплаву.

Нижче представлені різні типи діаграм стану:

Рис.2. Діаграма стану сплавів з 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 у твердому стані (а) та криві охолодження сплавів (б)

Аналіз діаграми стану (рис. 3).

1. Кількість компонентів: К = 2(компоненти А та В);

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

3. Основні лінії діаграми:

лінія солідус ecf, паралельна до осі концентрацій прагне до осей компонентів, але не досягає їх;

Рис. 4. Діаграма стану сплавів з обмеженою розчинністю компонентів у 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 і кристали твердих розчинів (розчин компонента В компоненті А) і (розчин компонента А компоненті В));

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 компоненті У.

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 ті самі питання, різними є малюнки, за якими необхідно відповідати. 1 варіант дає відповіді на малюнку 2, 2 варіант дає відповіді на 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?

3. Якими літерами є основні лінії діаграми?

Практична робота № 3

Тема: «Вивчення чавунів»

Мета роботи: ознайомлення студентів з маркуванням та областю застосування чавунів; формування вміння розшифрування марок чавунів

Хід роботи:

Теоретична частина

Чавун відрізняється від сталі: за складом - більш високий вміст вуглецю та домішок; за технологічними властивостями - більш високі ливарні властивості, мала здатність до пластичної деформації, що майже не використовується в зварних конструкціях.

Залежно від стану вуглецю в чавуні розрізняють: білий чавун – вуглець у зв'язаному стані у вигляді цементиту, у зламі має білий колір та металевий блиск; сірий чавун – весь вуглець чи більшість перебуває у 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 тим більше, чим гостріший дефект. Звідси випливає, що графітові включення пластинчастої форми максимально розміцнюють метал. Більш сприятлива пластівчаста форма, а оптимальною є куляста форма графіту. Пластичність залежить від форми так само. Наявність графіту найбільше різко знижує опір при жорстких способах навантаження: удар; розрив. Опір стиску знижується мало.

Сірі чавуни

Сірий чавун широко застосовується в машинобудуванні, так як 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 високий опір стиску. Структура металевої основи залежить від кількості вуглецю та кремнію.

Враховуючи малий опір виливків із сірого чавуну розтягуючим та ударним навантаженням, слід використовувати цей матеріал для деталей, які піддаються стискаючому або згинальному навантаженню. У станкобудуванні це базові, корпусні деталі, кронштейни, зубчасті колеса, що направляють; в автобудуванні – блоки циліндрів, поршневі кільця, розподільні вали, диски зчеплення. Виливки із сірого чавуну також використовуються в електромашинобудуванні для виготовлення товарів народного споживання.

Маркування сірих чавунів: позначаються індексом СЧ (сірий чавун) та числом, яке показує значення межі міцності, помножене на 10 -1 .

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 та кремнію.

Розрізняють 7 марок ковкого чавуну: три з феритною (КЧ 30 - 6) та чотири з перлітною (КЧ 65 - 3) основою (ГОСТ 1215).

За механічними та технологічними властивостями ковкий чавун займає проміжне положення між сірим чавуном і 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 та 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 10 -1 , Друге число - відносне подовження.

Наприклад: КЧ 30-6 - ковкий чавун, межа міцності при розтягуванні 300Мпа, відносне подовження 6%.

Високоміцний чавун

Отримують ці чавуни із сірих, в результаті модифікування магнієм або церієм. Порівняно з сірими чавунами, механічні властивості підвищуються, це викликано відсутністю нерівномірності у розподілі напруг через кулясту форму графіту.

Ці чавуни мають високу рідину, лінійна усадка - близько 1%. Ливарна напруга у виливках дещо вища, ніж для сірого чавуну. Через високий модуль пружності досить висока оброблюваність різанням. Мають задовільну зварюваність.

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, замість кованих валів зі сталі, мають більш високу циклічну в'язкість, малочутливі до зовнішніх концентраторів напруги, мають кращі антифрикційні властивості і значно дешевше.

Маркування високоміцного чавуну: позначаються індексом ВЧ (високоміцний чавун) та числом, яке показує значення межі міцності, помножену на 10 -1 .

Наприклад: ВЧ 50 - міцний чавун з межею міцності на розтяг 500 Мпа.

Практична частина

Завдання для студентів:

1.Запишіть назву роботи, її мету.

2. Опишіть виробництво чавуну.

3. Заповніть таблицю:

3. Високоміцні

чавуни

Практична робота № 4

Тема: «Вивчення вуглецевих та легованих конструкційних сталей»

Мета роботи:

Хід роботи:

1.Ознайомтеся з теоретичною частиною.

2.Виконайте завдання практичної частини.

Теоретична частина

Сталь – це метал заліза з вуглецем, у якому вуглецю міститься у кількості 0 -2,14%. Сталі є найпоширенішими матеріалами. Мають гарні технологічні властивості. Вироби отримують в результаті обробки тиском та різанням.

Якість в залежності від вмісту шкідливих домішок: сірки та фосфору стали 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 видалення кисню зі сталі, т. е. за рівнем її розкислення, існують: спокійні сталі, т. е., повністю розкислені; такі сталі позначаються літерами "сп" наприкінці марки (іноді літери опускаються); киплячі сталі – слабко 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 – за хімічним складом; сталь групи В – з гарантованими механічними властивостями та хімічним складом.

Конструкційні сталі призначені виготовлення конструкцій, деталей машин і приладів.

Так у Росії та країнах СНД (Україна, Казахстан, Білорусь та ін.) прийнято розроблену раннє в СРСР буквенно-цифрову систему позначення марок сталей і сплавів, де згідно з ГОСТом, буквами умовно позначаються назви елементів і способів виплавки сталі, а цифрами - зміст елементів. Досі міжнародні організації зі стандартизації не виробили єдину систему маркування сталей.

Маркування конструкційних вуглецевих сталей

звичайної якості

˗ Позначають за ГОСТ 380-94 літерами "Ст" та умовним номером марки (від 0 до 6) залежно від хімічного складу та механічних властивостей.

˗ Чим вище вміст вуглецю та властивості міцності сталі, тим більший її номер.

˗ Літера "Г" після номера марки вказує на підвищений вміст марганцю в сталі.

˗ Перед маркою вказують групу сталі, причому група "А" у позначенні марки сталі не ставиться.

˗ Для вказівки категорії сталі до позначення марки додають номер наприкінці відповідної категорії, першу категорію зазвичай не вказують.

Наприклад:

˗ Ст1кп2 - вуглецева сталь звичайної якості, кипляча, № марки 1, другої категорії, поставляється споживачам за механічними властивостями (група А);

˗ ВСт5Г - вуглецева сталь звичайної якості з підвищеним вмістом 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 1050-88 ці сталі маркуються двозначними числами, що показують середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка: 05; 08; 10; 25; 40, 45 і т.д.

˗ 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

˗ 45 – конструкційна вуглецева якісна сталь, з вмістом вуглецю близько 0,45%, спокійна

˗ 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 4543-71 найменування таких сталей складаються з цифр та літер.

˗ 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 примірний відсотковий вміст відповідного елемента, округлений до цілого числа, при вмісті легуючого елемента до 1.5% цифра за відповідною літерою не вказується.

˗ Літера А в кінці марки вказує на те, що сталь високоякісна (зі 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%

Маркування інших груп конструкційних сталей

Ресорно-пружинні сталі.

˗ Основна відмітна ознака цих сталей – вміст вуглецю в них має бути близько 0.8% (у цьому випадку у сталях з'являються пружні властивості)

˗ 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 ресора-пружинна з вмістом вуглецю близько 0,65%, кремнію близько 2%.

Шарикопідшипникові сталі

˗ ГОСТ 801-78 маркують літерами "ШХ", після яких вказують вміст хрому в десятих відсотках.

˗ Для сталей, підданих електрошлаковому переплаву, літера Ш додається також і наприкінці їх найменувань через тире.

Наприклад: ШХ15, ШХ20СГ, ШХ4-Ш.

˗ З них виготовляють деталі для підшипників, також використовують для виготовлення деталей, що працюють в умовах високих навантажень.

Наприклад: ШХ15 – сталь конструкційна шарикопідшипникова із вмістом вуглецю 1%, хрому 1,5%

Автоматні сталі

˗ ГОСТ 1414-75 починаються з літери А (автоматна).

˗ Якщо сталь при цьому легована свинцем, то її найменування починається з літер АС.

˗ Для відображення вмісту в інших елементах використовуються ті ж правила, що і для легованих конструкційних сталей. Наприклад: А20, А40Г, АС14, АС38ХГМ

Наприклад: АС40 – сталь конструкційна автоматна, із вмістом вуглецю 0,4%, свинцю 0,15-0,3% (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, ресорно-пружинних сталей, шарикопідшипникових сталей, автоматних сталей), з прикладами.

Завдання за варіантами:

Розшифруйте марки сталей і запишіть сферу застосування конкретної марки (тобто для виготовлення чого вона призначена)

Практична робота № 5

Тема: «Вивчення вуглецевих та легованих інструментальних сталей»

Мета роботи: ознайомлення студентів з маркуванням та областю застосування конструкційних сталей; формування вміння розшифровування маркування конструкційних сталей

Хід роботи:

1.Ознайомтеся з теоретичною частиною.

2.Виконайте завдання практичної частини.

Теоретична частина

Сталь – це метал заліза з вуглецем, у якому вуглецю міститься у кількості 0-2,14%.

Сталі є найпоширенішими матеріалами. Мають гарні технологічні властивості. Вироби отримують в результаті обробки тиском та різанням.

Перевагою є можливість, отримувати необхідний комплекс якостей, змінюючи склад і вид обробки.

Залежно від призначення стали діляться на 3 групи: конструкційні, інструментальні та сталі спеціального призначення.

Якість залежно від вмісту шкідливих домішок: сірки та фосфору стали 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 різного інструменту як для ручної обробки, так і для механічної.

Наявність широкого сортаменту сталей і сплавів, що виготовляються в різних країнах, зумовило необхідність їх ідентифікації, проте до цього часу не існує єдиної системи маркування сталей і сплавів, що створює певні труднощі для металоторгівлі.

Маркування вуглецевих інструментальних сталей

˗ Дані сталі відповідно до ГОСТ 1435-90 поділяються на якісні та високоякісні.

˗ Якісні сталі позначаються буквою У (вуглецева) і цифрою, що вказує на середній вміст вуглецю в сталі, у десятих відсотках.

Наприклад: У7, У8, У9, У10. У7 – вуглецева інструментальна сталь із вмістом вуглецю близько 0.7%

˗ До позначень високоякісних сталей додається літера А (У8А, У12А і т.д.). Крім того, в позначення 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 із вмістом вуглецю близько 0,8%, високоякісна.

˗ Виготовляють інструмент для ручної роботи (зубило, кернер, рисунка тощо), механічної роботи на невисоких швидкостях (свердла).

Маркування легованих інструментальних сталей

˗ Правила позначення інструментальних легованих сталей за ГОСТ 5950-73 переважно ті ж, що й для конструкційних легованих.

Відмінність полягає лише у цифрах, що вказують на масову частку вуглецю у сталі.

˗ Відсотковий вміст вуглецю також вказується на початку найменування сталі, у десятих відсотках, а не в сотих, як для конструкційних легованих сталей.

˗ Якщо в 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 відсотковий вміст у ній вольфраму: На відміну від легованих сталей у найменуваннях швидкорізальних сталей не вказується відсотковий вміст хрому, т.к. воно становить близько 4% у всіх сталях, і вуглецю (воно пропорційне вмісту ванадію).

˗ Літера Ф, яка показує наявність ванадію, вказується лише в тому випадку, якщо вміст ванадію становить більше 2.5%.

Наприклад: Р6М5, Р18, Р6 М5Ф3.

˗ Зазвичай із цих сталей виготовляють високопродуктивний інструмент: свердла, фрези тощо. (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 принципи маркування всіх груп інструментальних сталей (вуглецевих, легованих, високолегованих)

Завдання за варіантами:

1. Розшифруйте марки сталей і запишіть область застосування конкретної марки (тобто виготовлення чого вона призначена).

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 розшифрування маркування латунів та бронз.

Рекомендації для студентів:

Хід роботи:

1.Ознайомтеся з теоретичною частиною.

2.Виконайте завдання практичної частини.

Теоретична частина

Латуні

Латуні можуть мати до 45 % цинку. Підвищення вмісту 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 буквою Л, за якою слідує число, що 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 букви (О – олово, С – свинець, Ж – залізо, Ф – фосфор, Мц – марганець, А – алюміній, Ц – цинк).

Кількість цих елементів позначається відповідними цифрами після числа, що показує вміст міді, наприклад, сплав ЛАЖ60-1-1 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 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) і кожного наступного ставиться цифра, що вказує на його усереднений вміст у сплаві. Наприклад, латунь ЛЦ23А6Ж3Мц2 містить 23% цинку, 6% алюмінію, 3% заліза, 2% марганцю. Найкращою рідиною є 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 добрим матеріалом для конструкцій, що працюють при негативних температурах.

Бронзи

Сплави міді з іншими елементами, крім цинку, називаються бронзами. Бронзи поділяються на деформовані та ливарні.

При маркуванні деформованих бронз першому місці ставляться літери Бр, потім літери, які вказують, які елементи, крім міді, входять у складі сплаву. Після літер йдуть цифри, що показують вміст компонентів у сплаві. Наприклад, марка БрОФ10-1 означає, що в бронзу входить 10% олова, 1% фосфору, решта - мідь.

Маркування ливарних бронз також починається з літер Бр, потім вказуються літерні позначення легуючих елементів і ставиться цифра, що вказує на його усереднений вміст у сплаві. Наприклад, бронза БрО3Ц12С5 містить 3% олова, 12% цинку, 5% свинцю, решта – 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 з 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 рідину. Олов'яні бронзи поділяються на деформовані та ливарні.

У бронзах, що деформуються, вміст олова не повинен перевищувати 6%, для забезпечення необхідної пластичності, БрОФ6,5-0,15. Залежно від складу бронзи, що деформуються, відрізняються високими механічними, антикорозійними, антифрикційними і пружними властивостями, і 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

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 сплаву: Д – сплави типу дюралюмінів; А – технічний алюміній; АК-ковкі алюмінієві сплави; В – високоміцні сплави; АЛ – ливарні сплави.

Далі вказується умовний номер металу. За умовним номером слідує позначення, що характеризує стан сплаву: М - м'який (відпалений); Т - термічно оброблений (загартування плюс старіння); Н-нагартований; П – напівнагартований.

За технологічними властивостями сплави поділяються на три групи: сплави, що деформуються, не зміцнювані термічною обробкою; деформовані сплави, що зміцнюються термічною обробкою; ливарні сплави. 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 або магній. Атоми цих елементів значно підвищують його міцність, знижуючи пластичність. Позначаються сплави: 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 ступінь деформації, тим значно зростає міцність і 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-і середньонавантажених конструкцій. Деформовані сплави, що зміцнюються термічною обробкою.

До таких сплавів належать дюралюміни (складні сплави систем алюміній – мідь – магній або алюміній – мідь – магній – цинк). Вони мають знижену корозійну стійкість, підвищення якої вводиться марганець. Дюралюміни зазвичай піддаються гартуванню з температури 500 про З природному старінню, якому передує дво-, тригодинний інкубаційний період. Максимальна міцність досягається через 4,5 діб. Широке застосування дюралюміни знаходять в авіабудуванні, автомобілебудуванні, будівництві.

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).

Ковочні алюмінієві сплави АК, АК8 застосовують для виготовлення поковок. Поковки виготовляються за температури 380-450 про З, піддаються гартуванню від температури 500-560 про С та старінню при 150-165 про З протягом 6 годин.

До складу алюмінієвих сплавів додатково вводять нікель, залізо, титан, які підвищують температуру рекристалізації та жароміцність до 300 про З.

Виготовляють поршні, лопатки та диски осьових компресорів, турбореактивних двигунів.

Ливарні сплави

До ливарних сплавів відносяться сплави системи алюміній – кремній (силуміни), що містять 10-13% кремнію. Присадка до силумінів магнію, міді сприяє ефекту зміцнення ливарних сплавів при старінні. Титан та цирконій подрібнюють зерно. Марганець підвищує антикорозійні властивості. Нікель і 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

Лабораторна робота №1

Тема: «Механічні властивості металів та методи їх вивчення (твердість)»

Мета роботи:

Хід роботи:

1.Ознайомтеся з теоретичними положеннями.

2.Виконайте завдання викладача.

3.Складіть звіт відповідно до завдання.

Теоретична частина

Твердістю називають здатність матеріалу чинити опір проникненню в нього іншого тіла. При випробуваннях на твердість тіло, що впроваджується в матеріал і називається індентором, має бути твердішим, мати певні розміри та форму, не повинно 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 – склерометрія.

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 зразку 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. Найчастіше твердість визначають методами Брінелля (ГОСТ 9012-59) та Роквелла (ГОСТ 9013-59).

Існують загальні вимоги до підготовки зразків та проведення випробувань цими методами:

1. Поверхня зразка має бути чистою, без дефектів.

2. Зразки мають бути певної товщини. Після отримання відбитка на звороті зразка 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 Бринеллю визначають вдавлюванням в зразок загартованого сталевого кульки (рис. 1) діаметром 10; 5 або 2,5 мм і виражають числом твердості НВ, отриманим поділом прикладеного навантаження Р в Н або кгс (1Н = 0,1 кгс) на площу поверхні відбитка F в мм, що утворився на зразку

Число твердості за Брінеллем HB виражається ставленням прикладеного навантаженняFдо площіSсферичної поверхні відбитка (лунки) на поверхні, що вимірюється.

HB = , (Мпа),

де

S– площа сферичної поверхні відбитка, мм 2 (виражена черезDіd);

D- Діаметр кульки, мм;

d- Діаметр відбитка, мм;

Величину навантаженняF, діаметр кулькиDта тривалість витримки під навантаженням τ, вибирають за таблицею 1.

Малюнок 1. Схема вимірювання твердості методом Бринелля.

а) Схема вдавлювання кульки в випробуваний метал

FD- Діаметр кульки,d відп - Діаметр відбитка;

б) Вимірювання лупою діаметра відбитка (на малюнкуd= 4,2 мм).

Таблиця 1.

Вибір діаметра кульки, навантаження та витримки під навантаженням залежно

від твердості та товщини зразка

більше 6

6…3

менше 3

29430 (3000)

7355 (750)

1840 (187,5)

Менш 1400

більше 6

6…3

менше 3

9800 (1000)

2450 (750)

613 (62,5)

Кольорові метали та сплави (мідь, латунь, бронза, магнієві сплави та ін.)

350-1300

більше 6

6…3

менше 3

9800 (1000)

2450 (750)

613 (62,5)

30

Кольорові метали (алюміній, підшипникові сплави та ін.)

80-350

більше 6

6…3

менше 3

10

5

2,5

2450 (250)

613 (62,5)

153,2 (15,6)

60

На малюнку 2 наведено схему важільного приладу. Зразок встановлюють на предметний столик 4. Обертова маховик 3, гвинтом 2 піднімають зразок до зіткнення його з кулькою 5 і далі до повного стиснення пружини 7, одягненої на шпиндель 6. Пружина створює попереднє навантаження на кульку, рівну 1 кН 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 в корпусі 1 твердоміра з вантажами 10 створює задану 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 вимірів у двох взаємно перпендикулярних напрямках.

Малюнок 2. Схема приладу Брінелля

За наведеною вище формулою, використовуючи вимірюваний діаметр відбитка, обчислюється число твердості HB. Число твердості в залежності від діаметра отриманого відбитка можна знайти за таблицями (див. таблицю чисел твердості).

При вимірі твердості кулькою діаметром D = 10,0 мм під навантаженням F = 29430 Н (3000 кгс) з витримкою τ = 10 с – число твердості записується так:HB2335 МПа або за старим позначенням НВ 238 (в кгс/мм 2 )

При вимірі твердості за Брінеллем необхідно пам'ятати наступне:

Можна випробовувати матеріали з твердістю трохи більше НВ 4500 Мпа, оскільки за більшої твердості зразка відбувається неприпустима деформація самої кульки;

Щоб уникнути продавлювання, мінімальна товщина зразка повинна бути не менше десятикратної глибини відбитка;

Відстань між центрами двох сусідніх відбитків має бути не меншою за чотири діаметри відбитка;

Відстань від центру відбитка до бічної поверхні зразка має бути не менше 2,5d.

Визначення твердості за Роквеллом

За методом Роквелла твердість металів визначають вдавлюванням у зразок кульки з загартованої сталі діаметром 1,588 мм або алмазного конуса з кутом при вершині 120 про під дією двох послідовно навантажень, що додаються: попередньої Р0 = 10 кгс і загальної Р, що дорівнює сумі попередньої Р0 і основний Р1навантажень (рис. 3).

Число твердості за РоквелломHRвимірюється в умовних безрозмірних одиницях та визначається за формулами:

HR c = – при вдавлюванні алмазного конуса

HR в = – при вдавлюванні сталевої кульки,

де 100– число поділів чорної шкали, 130 – число поділів червоної шкали В циферблата індикатора, що вимірює глибину вдавлювання;

h 0 - 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 поділу 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, що відповідає 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 однієї й тієї ж металу, визначена різними методами виражається різними одиницями твердості.

Наприклад,HB 2070, HR c 18 абоHR в 95.

Рисунок 3. Схема вимірювання твердості за Роквеллом

Таблиця 2

У

HR У

Сталева кулька

981 (100)

0,7

25…100

за шкалою В

від 2000 до 7000 (загартовані сталі)

З

HR З

Алмазний конус

1471 (150)

0,7

20…67

за шкалою С

Від 4000 до 9000 (деталі, що піддалися цементації або азотуванню, тверді сплави та ін.)

А

HR А

Алмазний конус

588 (60)

0,4

70…85

за шкалою В

Метод Роквелла відрізняється простотою та високою продуктивністю, забезпечує збереження якісної поверхні після випробування, дозволяє відчувати 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.

Вкажіть назву роботи, її мету.

Дайте відповідь на питання:

1. Що називається твердістю?

2. У чому суть визначення твердості?

3. Які два методи 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 Роквелл.

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, гнучкість, в'язкість, твердість. Знаючи механічні властивості, конструктор обґрунтовано вибирає відповідний матеріал, що забезпечує надійність та довговічність конструкцій за їх мінімальної маси.

Механічні властивості визначають поведінку матеріалу при деформації та руйнуванні від дії зовнішніх навантажень. Залежно та умовами навантаження механічні властивості можуть визначатися при:

1. Статичному навантаженні - навантаження на зразок зростає повільно та плавно.

2. Динамічне навантаження - навантаження зростає з великою швидкістю, має ударний характер.

3. Повторно-змінне або циклічне навантаження - навантаження в процесі випробування багаторазово змінюється за величиною або за величиною і напрямом.

Для отримання порівняних результатів зразки та методика проведення механічних випробувань регламентовані ГОСТами. При статичному випробуванні на розтяг: ГОСТ 1497 одержують 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 в точці а, називається межею пропорційності.

Межа пропорційності - це найбільша напруга, до досягнення якої справедливий закон Гука.

При напругах вище за межу пропорційності відбувається рівномірна пластична деформація (подовження або звуження перерізу).

Точка b – межа пружності – найбільша напруга, до досягнення якої у зразку немає залишкової деформації.

Майданчик сd – майданчик текучості, він відповідає межі плинності – це напруга, у якому у зразку відбувається збільшення деформації без збільшення навантаження (матеріал «тече»).

Багато марок сталі, кольорових металів не мають яскраво вираженого майданчика плинності, тому для них встановлюють умовну межу плинності. Умовна межа плинності – це напруга, яка відповідає залишковій деформації, що дорівнює 0,2% від початкової довжини зразка (сталь легована, бронза, дюралюміній та ін. матеріали).

Точка відповідає межі міцність (на зразку з'являється місцеве утоншення - шийка, утворення утончення характерно для пластичних матеріалів).

Межа міцності - це максимальна напруга, яка витримує зразок до дозволу (тимчасовий опір розриву).

За точкою навантаження падає (внаслідок подовження шийки) і руйнування відбувається в точці До.

Практична частина.

Зміст звіту.

1. Вкажіть назву роботи, її мету.

2. Які механічні властивості ви знаєте? Якими способами визначаються механічні характеристики матеріалів?

3. Запишіть визначення понять міцність та пластичність. Якими способами вони визначаються? Як називається пристрій, який визначає ці властивості? З допомогою чого визначаються характеристики?

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:

Адаскін А.М., Зуєв В.М. Матеріалознавство (металообробка). - М: ОІЦ «Академія», 2009 - 240 с.

Адаскін А.М., Зуєв В.М. Матеріалознавство та технологія матеріалів. - М.: ФОРУМ, 2010 - 336 с.

Чумаченко Ю.Т. Матеріалознавство та слюсарна справа (НУО та СПО). - Ростов н / Д.: Фенікс, 2013 - 395 с.

Додаткова:

Жуковець І.І. Механічні випробування металів. - М.: Вищ.шк., 1986. - 199 с.

Лахтін Ю.М. Основи матеріалознавства. - М.: Металургія, 1988.

Лахтін Ю.М., Леонтьєва В.П. Матеріалознавство. - М.: Машинобудування, 1990.

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://www.supermetalloved/narod.ru.

3. Марочник сталей. (Електронний ресурс) – форма доступу www.splav.kharkov.com.

4. Федеральний центр інформаційно-освітніх ресурсів. (Електронний ресурс) – форма доступу www.fcior.ru.

Тема:Вивчення процесу кристалізації металів

Мета роботи:вивчити механізм кристалізації металів; енергетичні умови протікання процесу кристалізації.

Порядок виконання роботи

1. Вивчити теоретичні відомості.

2. У зошиті для практичних робіт письмово відповісти на контрольні питання.

Теоретичні відомості

Загальна властивістьметалів і сплавів - їхня кристалічна будова, яка характеризується певним розташуванням атомів у просторі. Для опису атомно-кристалічної структури застосовують поняття кристалічного осередку - найменшого обсягу, трансляція якого за всіма вимірами може повністю відтворити структуру кристала. У реальному кристалі атоми або іони зближені один з одним до безпосереднього дотику, але для простоти їх замінюють схемами, де центри тяжіння атомів або іонів зображені точками; найбільш характерні для металів комірки показано на рис. 1.1.

Рис.1.1. Типи кристалічних грат та розташування в них атомів:

а) гранецентрована (ГЦК); б) об'ємноцентрована (ОЦК); в) гексагональна щільноупакована (ГЩ)

Будь-яка речовина може перебувати в трьох агрегатних станах: твердому, рідкому та газоподібному, а перехід з одного стану в інший відбувається за певної температури і тиску. Більшість технологічних процесіввідбувається при атмосферному тиску, тоді фазові переходи характеризуються температурою кристалізації (плавлення), сублімації та кипіння (випаровування).

При збільшенні температури твердого тіла зростає рухливість атомів у вузлах кристалічного осередку, збільшується їхня амплітуда коливань. При досягненні температури плавлення енергії атомів стає достатньо, щоб залишити комірку - вона руйнується з утворенням рідкої фази. Температура плавлення є важливою фізичною константою матеріалів. Серед металів найнижчу температуру плавлення має ртуть (-38,9°С), а найбільше – вольфрам (3410°С).

Зворотна картина має місце при охолодженні рідини з її подальшим затвердінням. Поблизу температури плавлення утворюються групи атомів, упакованих у комірки, як і твердому тілі. Ці групи є центрами (зародками) кристалізації, ними потім наростає шар кристалів. При досягненні тієї ж температури плавлення матеріал переходить у рідкий стан із утворенням кристалічних ґрат.

Кристалізація - перехід металу з рідкого стану в тверде за певної температури. Відповідно до закону термодинаміки, будь-яка система прагне перейти у стан із мінімальним значенням вільної енергій - складової внутрішньої енергії, яка ізотермічно може бути перетворена на роботу. Тому метал твердне, коли менше вільної енергією має твердий стан і плавиться, коли менше вільна енергія в рідкому стані.

Процес кристалізації складається з двох елементарних процесів: зародження центрів кристалізації та зростання кристалів із цих центрів. Як зазначалося вище, за близької кристалізації температурі починається утворення нової структури - центру кристалізації. Зі збільшенням ступеня переохолодження збільшується кількість таких центрів, навколо яких починають рости кристали. У той самий час у рідкої фазі утворюються нові центри кристалізації, тому збільшення твердої фази одночасно відбувається за рахунок виникнення нових центрів, і з допомогою зростання існуючих. Сумарна швидкість кристалізації залежить від ходу обох процесів, причому швидкості зародження центрів та зростання кристалів залежать від ступеня переохолодження Т. На рис. 1.2 схематично показаний механізм кристалізації.

Рис. 1.2. Механізм кристалізації

Реальні кристали називаються кристаллітами, вони мають неправильну формущо пояснюється їх одночасним зростанням. Зародками кристалізації можуть бути флуктуації основного металу, домішки та різні тверді частинки.

Розміри зерен залежать від ступеня переохолодження: при малих значеннях Т швидкість росту кристалів велика, тому утворюється незначна кількість великих кристаллітів. Збільшення Т призводить до збільшення швидкості утворення зародків, кількість кристалітів істотно збільшується, а їх розміри зменшуються. Однак головну роль при формуванні структури металу відіграють домішки (неметалеві включення, оксиди, продукти розкислення) - чим більше, тим більше менші розміризерен. Іноді спеціально проводять модифікування металу - навмисне запровадження домішок з метою зменшення розмірів зерен.

При освіті кристалічної структури важливу роль відіграє напрямок відведення теплоти, адже кристал росте швидше саме в цьому напрямку. Залежність швидкості зростання напряму призводить до утворення розгалужених деревоподібних кристалів - дендритів (рис. 1.3).

Рис. 1.3 Дендритний кристал

При переході з рідкого стану в твердий завжди має місце вибіркова кристалізація - насамперед твердіє більш чистий метал. Тому межі зерен більше збагачені домішками, а неоднорідність хімічного складу в межах дендритів називається дендритною ліквацією.

На рис. 1.4. показано будову сталевого зливка, в якому можна виділити 3 характерні зони: дрібнозернисту 1, зону стовпчастих кристалів 2 і зону рівноважних кристалів 3. Зона 1 складається з великої кількості неорієнтованих просторі кристалів, утворених під дією значної різниці температур між рідким металом і холодними стінками.

Рис. 1.4. Будова сталевого зливка

Після утворення зовнішньої зони умови відведення теплоти погіршуються, переохолодження зменшується та центрів кристалізації виникає менше. З них починають рости кристали у напрямку відведення теплоти (перпендикулярно стінкам форми), утворюючи зону 2. У зоні 3 немає чіткого напрямку відведення теплоти, а зародками кристалізації в ній є сторонні частинки, витіснені при кристалізації попередніх зон.

Контрольні питання

1. У яких агрегатних станах може бути матеріал?

2. Що називається фазовим перетворенням І роду?

3. Який процес називається кристалізацією, якого типу фазового перетворення він належить?

4. Опишіть механізм кристалізації металу та умови, необхідні для його запуску.

5. Чим викликана дендритна форма кристалів?

6. Опишіть структуру металевого зливка

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-вуглець. 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 з практикуму 2). Практична частина: чотири зразки із сталі У8. Один піддається відпалу, другий – нормалізації, третій – загартуванні в олії, четвертий – загартуванні у воді. Вимірюється твердість, будується графік залежності твердості від швидкості охолодження. Значення швидкості охолодження беруться із таблиці в лабораторній роботі. 2 з.

4 (13). «Гартування вуглецевих сталей» №5 з практикуму 1). Практична частина: три зразки зі сталей 20, 45, У9 загартовують у воді, один зразок зі сталі 45 загартовують 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) і високу (600ºС) відпустку загартованих зразків зі сталі 45 і 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