Лабораторный практикум по дисциплине «Материаловедение» - часть 1

 

  Главная      Учебники - Разные     Лабораторный практикум по дисциплине «Материаловедение»

 

поиск по сайту            правообладателям  

 

 

 

 

 

 

 



 

 

содержание   ..    1  2   ..

 

 

Лабораторный практикум по дисциплине «Материаловедение» - часть 1

3
Дисциплина
«Материаловедение»
- наука, изучающая состав,
строение и свойства материалов, а также их изменение при внешних
физико-химических воздействиях.
Целями освоения учебной дисциплины « Материаловедение» являются:
- сформировать у студентов представления о типах и свойствах
конструкционных материалов, применяемых в машиностроении, видах
фазовых превращений в них, физических сущностях явлений,
происходящих в конструкционных материалах в условиях производства и
эксплуатации;
-обучить выбору материалов и получения заданных структур и свойств
металлических и неметаллических материалов для конкретных условий
эксплуатации
- сформировать навыки использования приборов для контроля качества
материалов в конкретных условий эксплуатации, определения их
пригодности к дальнейшей работе во время эксплуатации.
Настоящий лабораторный практикум необходим для расширения и
закрепления теоретического материала, получаемого студентами на
лекционных занятиях.
Практикум включает в себя 9 лабораторных работ, составленных по
единому плану, с формой отчета и вопросами к зачету. Содержание
лабораторных работ полностью соответствует рабочей программе курса
«Материаловедение» и освящает основные разделы дисциплины.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
4
ИЗУЧЕНИЕ НЕРАЗРУШАЮЩИХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ
МАТЕРИАЛОВ
Цель работы: изучение методов и аппаратуры для определения
дефектов в деталях и заготовках без их разрушения.
Краткие теоретические сведения
Для определения качества материала используют различные методы
контроля. В общем случае их можно разделить на разрушающие и
неразрушающие. К разрушающим методам относятся испытания на
растяжение, сжатие, кручение, изгиб, ударную вязкость и т.д. Эти методы
предназначены для определения механических характеристик материала и
ведут к разрушению испытываемых образцов. К неразрушающим
относятся магнитный и ультразвуковой методы, которые предназначены
для определения внутренних дефектов материала без его разрушения.
Магнитный метод контроля принадлежит к физическим методам,
позволяющим проверять качество различных деталей, изготовленных из
ферромагнитного материала. Приборы, контролирующие детали
магнитным методом
(магнитные дефектоскопы) способны выявить
поверхностные и подповерхностные
(на глубине
1,5-2 мм) дефекты
(трещины различного происхождения, раковины, неметаллические
включения и др.).
Магнитный метод контроля основан на свойстве магнитных силовых
линий, встречающих на своем пути участок пониженной магнитной
проницаемости огибать его. Если дефект выходит на поверхность или
расположен неглубоко, то силовые линии выходят за приделы детали,
образуя местное магнитное поле рассеивания. Для выявления поля
рассеивания применяют ферромагнитный порошок
(Fe2O3). При этом
намагниченную деталь обливают суспензией-керосином, в котором
частицы ферромагнитного порошка находятся во взвешенном состоянии.
Собираясь над дефектом, частицы образуют на поверхности детали
скопления в виде «жилок», ширина которых может быть в 100 раз больше
размеров дефекта (рис. 1).
Трещины, расположенные под углом
20-300 к направлению
магнитного потока, не могут быть обнаружены этим методом. Поэтому
при выявлении трещин, детали намагничивают в двух взаимно-
перпендикулярных направлениях. Переносной магнитный дефектоскоп
77ПМД-3М представляет собой универсальный прибор, позволяющий
проводить магнитный контроль деталей при помощи электромагнита и
соленоида. Электромагнит и соленоид предназначены как для
намагничивания, так и для размагничивания
5
деталей.
1
2
3
4
5
6
7
Рис. 1 Схема образования магнитных полей рассеивания
над различными дефектами:
1,2,3,5 - дефекты в детали; 4 - магнитное поле рассеивания;
6 - магнитные силовые линии; 7 - деталь
Электромагнит снабжен комплектом съемных наконечников для
намагничивания как плоских, так и круглых деталей.
Для работы прибора необходимо напряжение 24 В постоянного тока.
Ультразвуковой метод проверки качества деталей из различных
материалов применяется для обнаружения внутренних и поверхностных
дефектов (трещин, раковин, зон рыхлости и др.). Сущность ультразвуковой
дефектоскопии заключается в следующем: генератор радиоимпульсов
прибора вырабатывает кратковременные импульсы высокочастотных
колебаний. Электрические импульсы преобразуются пьезоэлементом
искательной головки в механические колебания. Импульсы
ультразвуковых колебаний через слой контактной смазки узким пучком
посылаются внутрь контролируемого изделия. В перерывах между
импульсами пьезоэлемент является приемником отраженного сигнала.
Дойдя до противоположной стороны детали ультразвуковые
колебания отражаются и частично попадают на пьезоэлемент искательной
головки. Пьезоэлемент преобразует улавливаемые колебания в
электрические, которые через усилитель подаются на электронно-лучевую
трубку. На экране дефектоскопа появляется импульс (донный импульс).
При наличии дефекта ультразвуковые колебания отразятся от него
раньше, чем от противоположной поверхности детали и на экране
появится импульс левее донного импульса.
6
Усили
тель
Генер
атор
Дефектоскоп
3
4
5
2
1
Рис. 2 Блок-схема импульсного ультразвукового дефектоскопа при работе с нормальной
искательной головкой:
1 - контролируемая деталь; 2 - внутренний дефект;
3 - пьезоэлемент нормальной искательной головки;
4 - дефектный импульс; 5 - донный импульс
К
дефектоскопу
1
2
3
Рис. 3 Схема определения координат дефекта с помощью наклонной
касательной головки:
1 - контролируемый сварной шов; 2 - внутренний
дефект;
3 - наклонная искательная головка
Блок схема импульсного ультразвукового дефектоскопа показана на
рис. 2.
Ультразвуково дефектоскоп УДМ-3М позволяет определить
внутренние дефекты в различных материалах глубиной до 2,5 м, а также
производить измерение толщин деталей при одностороннем доступе к ним.
Приборы могут работать как с нормальным, так и с наклонными
искательными головками. С помощью наклонных головок можно
7
определить коордтнаты Дх и Ду дефекта, нахъодящегося в стороне от
искательной головки, как, например при контроле сварного шва (рис. 3).
Порядок выполнения работы
Провести контроль качества деталей с помощью электромагнитного
метода следующим образом.
1. Поверхность деталей очищается от масла, смазок, грязи и песка.
Глубокие риски и царапины зашлифовываются шкуркой.
2. Сердечники электромагнита с катушками раздвигаются на нужное
расстояние и испытуемая деталь плотно прижимается к торцам или
боковым сторонам полюсных наконечников. Контролируемое место
детали должно находиться между сердечниками.
3. Включается прибор и подается питание к электромагниту согласно
инструкции.
4. Под контролируемое место детали ставится ванночка, и деталь
поливается суспензией.
5. Намагниченный
участок
осматривается
без
выключения
электромагнита. По скоплению магнитного порошка устанавливают место
дефекта и его протяженность. Дефектное место отмечают карандашом.
6. Выключается ток, деталь поворачивается относительно магнита на 900 и
снова производится определение дефектов.
7. После контроля деталь вытирается насухо и размагничивается согласно
инструкции.
Степень
размагниченности
детали
определяется
способностью притягивать мелкие железные опилки.
Провести контроль качества деталей ультразвуковым методом в
следующем порядке.
1. Смазать поверхность контролируемой детали тонким слоем
минерального масла.
2. Выбрать нужную искательную головку (наклонную или нормальную).
3. Подготовить прибор к работе с выбранной искательной головкой
согласно инструкции;
4. Произвести контроль качества детали с помощью ультразвукового
дефектоскопа согласно правил пользования прибором.
5. В случае обнаружения, дефектный участок отметить карандашом.
Содержание отчета
1. Наименование и цель работы.
2. Оборудование и материалы.
3. Краткие теоретические сведения.
4. Схема образования магнитных полей рассеивания над различными
дефектами при магнитном методе контроля.
8
5. Блок-схема импульсного ультразвукового дефектоскопа при работе с
нормальной искательной головкой.
6. Эскизы контролируемых деталей магнитным и ультразвуковым
методами (с указанием размеров). При наличие дефектов укажите на
эскизах дефектные места.
7. Выводы.
Вопросы к зачету
1. Какие существуют методы контроля материалов?
2. Опишите сущность магнитного метода контроля.
3. Недостатки магнитного метода контроля.
4. Опишите сущность ультразвукового метода контроля.
5. Преимущества ультразвукового метода контроля над магнитным
методом контроля.
6. Для чего используется наклонная искательная головка ультразвукового
дефектоскопа?
9
Отчет по лабораторной работе №1
ИЗУЧЕНИЕ НЕРАЗРУШАЮЩИХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ
МАТЕРИАЛОВ
Цель работы _____________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Какие существуют методы контроля материалов?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Опишите сущность магнитного метода контроля.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Недостатки магнитного метода контроля.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Опишите сущность ультразвукового метода контроля.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Преимущества ультразвукового метода контроля над магнитным методом
контроля
________________________________________________________________
________________________________________________________________
10
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Для чего используется наклонная искательная головка ультразвукового
дефектоскопа?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Схема образования магнитных полей
Блок-схема импульсного ультразвукового
рассеивания над различными дефектами при
дефектоскопа
магнитном методе контроля
Эскизы контролируемых деталей магнитным и ультразвуковым методами
(с указанием размеров и положения дефектов)
Вывод __________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Дата выполнения работы_____________ Ф.И.О. студента_______________
11
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Цель работы: ознакомиться с методикой проведения термического
анализа металлов и их сплавов.
Краткие теоретические сведения
Переход металлов и сплавов из жидкого состояния в твердое с
образованием кристаллов называется кристаллизацией. Процесс перехода
из жидкого состояния в твердое характеризуется кривой охлаждения -
графическим изображением изменения температуры металла или сплава
от
времени
охлаждения.
Кривая
охлаждения
получается
экспериментальным путем в при помощи термического анализа.
Рисунок 1.1 - Установка для термоанализа
1 - печь; 2 - расплавленный сплав; 3 - тигель; 4 - горячий спай;
5 - термопара; 6 - колпачок; 7 - холодный спай;
8 - регистрирующий прибор.
Для проведения термического анализа испытуемый металл или сплав
помещают в тигель и доводят до плавления (рисунок 1.1). После этого его
медленно охлаждают с постоянной скоростью и через равные промежутки
времени замеряют его температуру. Для измерения высоких значений
температур обычно используют термоэлектрические пирометры.
12
Термоэлектрические пирометры состоят из термопары и регистрирующего
устройства (милливольтметра, потенциометра).
Термопара состоит из двух проволочек разных металлов или сплавов
и обладает тем свойством, что если соединить (сварить) одни концы
проволок, а другие присоединить к гальванометру, то при нагреве спая
возникает электродвижущая сила, вызывающая отклонения стрелки
гальванометра. Величина электродвижущей силы зависит от состава
материала термопары и температуры замкнутых концов цепи.
Результирующая ЭДС тем больше, чем больше разность температур
горячего и холодного спая. При постоянной температуре одного из концов,
выведенных к измерительному прибору (называемого холодным спаем),
результирующая ЭДС определяется температурой второго конца (горячего
спая), который вводится в расплавленный металл.
В качестве термопары применяют следующие сочетания металлов:
платинородий (10% Rh) - платина (ПП 1) ; платинородий (30% Rh ) -
платинородий
(6
% Rh ) (ДР30/6), хромельалюмель (ХА); хромель-
копель(ХК) (таблица 1.1).
Таблица 1.1 - Химический состав сплавов для термопар
Хромель
Алюмель
Копель
Константан
Платинородий
Ni - 89,0 %
Ni - 94 %
Ni - 43%
Ni - 40 %
Pt - 90 %
Cr - 9,8 %
Al - 2 %
Fe - 2%
Cu - 59 %
Fe - 1,0 %
Si - 1,0 %
Cu - 65%
Mn - 1 %
Rh - 10 %
Mn - 0,2 %
Fe - 0,5 %
Mn - 2,5 %
Таблица 1.2 - Область применения термопар
Термопара
Температурный предел, 0С
Медь- константан
400
Серебро-константан
600
Железо-константан
650
Хромель-алюмель
900
Платина-платинородий
1600
13
Горячий спай термопары, защищенный огнеупорным колпачком от
соприкосновения с жидким металлом, опускается в металл с таким
расчетом, чтобы спай находился в середине объема металла, что позволяет
характеризовать его действительную температуру. Холодный спай
термопары выводят к измерительным приборам. По показаниям этих
приборов
- по отдельным замерам температуры через определенные
промежутки времени получают графики Т= () , в координатах « ЭДС -
время».
На кривой охлаждения при кристаллизации появляется
горизонтальная площадка (остановка в падении температуры), причиной
которой является выделение скрытой теплоты кристаллизации при
переходе из жидкого в твердое состояние.
Зависимость между ЭДС в мВ и температурой в 0С устанавливают по
результатам построения градуировочной кривой, т.е. проводят
градуировку термопар.
Градуированную кривую строят по известным температурам
плавления
(кристаллизации) чистых металлов и соответствующим им
значениям ЭДС, определяемым по экспериментальным кривым
охлаждения. При измерении температур 100…200 0С для градуировки
термопар можно использовать температуру кипения воды.
Порядок выполнения работы
1.Провести градуировку термопары при нагреве воды и построить
градуировочную кривую. Определить ∆ ЭДС на 1 ( 10 ) 0С .
2. Произвести термический анализ сплава «олово-свинец» и построить для
него кривую охлаждения.
3. По кривой охлаждения определить значение ЭДС, характеризующее
температуру кристаллизации данного сплава.
4. По диаграмме состояния
«олово-свинец» определить
состав
исследуемого сплава (рисунок 1.2).
14
Рисунок 1.2. - Диаграмма состояния «олово-свинец»
Обработка результатов эксперимента
1.Провести горизонтальную линию через точку соответствующую
температуре кристаллизации на оси ординат.
2.Через точку пересечения горизонтальной прямой с линией «ликвидус»
провести на
диаграмме состояния
вертикальную линию,
характеризующую изменению свойств сплава с полученной температурой
кристаллизации.
3. На оси абсцисс
(% Sn) определится процентное содержание
компонентов сплава.
Примечание: Если горизонтальная линия пересечет линию «ликвидус» в
двух местах, т.е. два сплава имеют одинаковую температуру плавления,
путем визуального осмотра корректируется вывод: тот сплав который
имеет серый оттенок содержит больше свинца, тот, который имеет блеск-
больше олова.
Вопросы к зачету
1. Что такое термопара, область применения.
2. В каких координатах строится кривая охлаждения?
3. Как с помощью кривой охлаждения определяется температура
кристаллизации?
4. Показать на диаграмме состояния линии «ликвидус» и «солидус».
5. Как с помощью кривой охлаждения определить процентный состав
сплава?
15
Отчет по лабораторной работе №2
ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Цель работы _____________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Что такое термопара, область применения
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
В каких координатах строится кривая охлаждения?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
______________________________________________________________
Как с помощью кривой охлаждения
определяется температура
кристаллизации?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Показать на диаграмме состояния линии «ликвидус» и «солидус».
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Как с помощью кривой охлаждения определить процентный состав
сплава?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
16
Градуировочная кривая термопары (________)
ЭДС
Температура
∆ ЭДС на 1 ( 10 ) 0С =
Кривая охлаждения сплава « олово-свинец »
17
Время
Диаграмма состояния « олово-свинец »
Вывод:
Исследуемый сплав имеет следующих состав компонентов:
Олово - ……………… %
Свинец - ………………%

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..    1  2   ..