Лабораторный практикум по дисциплине «Материаловедение» - часть 5

 

  Главная      Учебники - Разные     Лабораторный практикум по дисциплине «Материаловедение»

 

поиск по сайту            правообладателям  

 

 

 

 

 

 

 



 

содержание   ..  3  4  5  6   ..

 

 

Лабораторный практикум по дисциплине «Материаловедение» - часть 5

 

 

69
сплав называется серым чугуном на ферритной основе. Если же
эвтектоидный распад аустенита прошел в соответствии с метастабильной
системой то структура чугуна состоит из графита и перлита. Такой сплав
называют серым чугуном на перлитной основе. Наконец, возможен
промежуточный вариант, когда аустенит частично распадается по
эвтектоидной реакции на феррит и графит, а частично с образованием
перлита. В этом случае чугун содержит три структурные - графит, феррит
и перлит. Такой сплав называют серым чугуном на феррито-перлитной
основе.
Феррит и перлит в металлической основе чугуна имеют те же
микроструктурные признаки, что и в сталях. Серые чугуны содержат
повышенное количество фосфора, увеличивающего жидкотекучесть и
дающего тройную эвтектику.
Высокопрочный чугун с шаровидным графитом получают
модифицированием серого чугуна щелочно-земельными элементами. Чаще
для этого используют магний, вводя его в жидкий расплав в количестве
0,02
-
0,03
%. Под действием магния графит кристаллизуется в
шаровидной форме. Шаровидные включения графита в металлической
матрице не являются такими сильными концентраторами напряжений, как
пластинки графита в сером чугуне. Чугуны с шаровидным графитом
имеют более высокие механические свойства, не уступающие литой
углеродистой стали.
Маркируют высокопрочный чугун буквами ВЧ и далее следуют
величины предела прочности при растяжении (в кгс/мм2) ВЧ 40, ВЧ 45, ВЧ
80 (ГОСТ 7293-85). Так же, как и серые чугуны, они подразделяются по
микроструктуре металлической основы в зависимости от полноты
графитизации и бывают на ферритной, феррито-перлитной, перлитной
основах. Высокопрочный чугун используется во многих областях техники
взамен литой и кованой стали, серого и ковкого чугунов.
Ковкий чугун получают путем отжига отливок из белого чугуна.
Получение ковкого чугуна основано на том, что вместо неустойчивого
цементита белого чугуна при повышенных температурах образуется
графит отжига белого чугуна. Мелкие изделия сложной конфигурации,
70
отлитые из белого чугуна, отжигают
(получают ковкий чугун) для
придания достаточной пластичности, необходимой при их использовании
в работе. Ковкий чугун маркируют буквами КЧ и далее следуют величины
предела прочности при растяжении
(в кгс/мм2) и относительного
удлинения (в %), например, КЧ 35-10, КЧ 60-3 (ГОСТ 1215-79).
Графитизация идет путем растворения метастабильного цементита в
аустените и одновременного выделения из аустенита более стабильного
графита. В зависимости от графитизации встречаются те же три основные
типа структур, что и в сером чугуне с пластинчатым графитом: ковкие
чугуны на ферритной, феррито-перлитной и перлитной основах. От серых
(литейных) чугунов ковкие чугуны отличаются по микроструктуре только
формой графита.
Если на шлифах серых чугунов графит имеет форму извилистых
прожилок, то в ковких чугунах графит, называемый углеродом отжига,
находится в форме более компактных хлопьевидных включении с рваными
краями. Более компактная форма графита обеспечивает повышение
механических свойств ковкого чугуна по сравнению с серым чугуном с
пластинчатым графитом. Обладая механическими свойствами, близкими к
литой стали и высокопрочному чугуну, высоким сопротивлением ударным
нагрузкам, износостойкостью, обрабатываемостью резанием, ковкий чугун
находит свое применение во многих отраслях промышленности. Из него
изготавливают поршни, шестерни, шатуны, скобы и др.
Чугуны с вермикулярным графитом получают как и
высокопрочные чугуны модифицированием, только в расплав при этом
вводится меньшее количество сфероидизирующих металлов. Маркируют
чугуны с вермикулярным графитом буквами ЧВГ и далее следует цифра,
обозначающая величину предела прочности при растяжении ( кгс/мм2),
например, ЧВГ З0, ЧВГ 45 (ГОСТ 28394-89). Вермикулярный графит
подобно пластинчатому графиту виден на металлографическом шлифе в
форме прожилок, но они меньшего размера, утолщенные, с округлыми
краями. Микроструктура металлической основы ЧВГ также как у других
графитизированных чугунов может быть ферритной, перлитной и феррито-
перлитной.
71
По механическим свойствам чугуны с вермикулярным графитом
превосходят серые чугуны и близки к высокопрочным чугунам, а
демпфирующая способность и теплофизические свойства ЧВГ выше, чем у
высокопрочных чугунов. Чугуны с вермикулярным графитом более
технологичны, чем высокопрочные и соперничают с серыми чугунами.
Для них характерны высокая жидкотекучесть, обрабатываемость резанием,
малая усадка. Чугуны с вермикулярньм графитом широко используются в
мировом и отечественном автомобилестроении, тракторостроении,
судостроении, дизелестроении, энергетическом и металлургическом
машиностроении для деталей, работающих при значительных
механических нагрузках в условиях износа,
Порядок выполнения работы
С помощью металлографического микроскопа изучить
микроструктуры углеродистых сталей и чугунов. Взять у преподавателя
вариант индивидуального задания. Для изучаемых марок сплавов,
имеющихся в индивидуальном задании, заполнить таблицу, пользуясь
справочными данными из учебника и справочников.
Таблица расшифровки марок сплавов
Марка сплава
Химический
Механические
Применение
состав
свойства
Содержание отчета
1. Название работы.
2. Цель работы.
3. Краткие теоретические сведения
4. Схемы микроструктур исследуемых углеродистых сталей и чугунов
5. Таблица расшифровки марок сплавов
6. Выводы
Вопросы к зачету
72
1. Что такое сталь?
2. Дать определение фаз углеродистых сталей ( феррита, цементита,
аустенита).
3. Влияние массовой доли углерода на количественное соотношение
фаз и механические свойства стали.
4. Структурные составляющие углеродистых сталей и особенности их
механических свойств.
5. Как маркируются конструкционные и инструментальные
углеродистые стали?
6. Какие сплавы относятся к чугунам?
7. На какие группы подразделяют чугуны?
8. Почему белый чугун имеет ограниченное использование?
9. Какими методами получают серые, ковкие, высокопрочные чугуны?
10. Как маркируются чугуны?
73
Отчет по лабораторной работе №7
ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ СТАЛЕЙ И
ЧУГУНОВ
Цель работы _____________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Что такое сталь?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Дать определение фаз углеродистых сталей ( феррита, цементита,
аустенита).
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Влияние массовой доли углерода на количественное соотношение фаз и
механические свойства стали.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Структурные составляющие углеродистых сталей и особенности их
механических свойств.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Как маркируются конструкционные и инструментальные углеродистые
стали?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
74
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Какие сплавы относятся к чугунам?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
На какие группы подразделяют чугуны?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Почему белый чугун имеет ограниченное использование?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Какими методами получают серые, ковкие, высокопрочные чугуны?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
____________________________________________________________
Как маркируются чугуны?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
____________________________________________________________
75
Микроструктуры изучаемых сталей
Микроструктуры изучаемых чугунов
Таблица расшифровки марок сплавов
Марка сплава
Химический
Механические
Применение
состав
свойства
Вывод __________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Дата выполнения работы_____________ Ф.И.О. студента_______________
76
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8
ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МЕДНЫХ И
АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Цель работы: ознакомление с основными марками медных и
алюминиевых сплавов, их свойствами и применением.
Краткие теоретические сведения
1. Сплавы на медной основе
Медные сплавы имеют высокие механические и технологические
свойства, хорошо сопротивляются коррозии и износу. Сплавы на медной
основе разделяют в зависимости от состава на две основные группы:
латуни и бронзы.
Латуни - это сплавы меди с цинком, где содержание цинка не
превышает 45 %. Они маркируются буквой “Л” - латунь и цифрами,
указывающими содержание меди в процентах, остальное цинк (Л90, Л62 и
т.д.)
Все латуни по технологическому признаку подразделяются на две
группы:
а) деформируемые латуни (основной способ производства обработка
давлением), из которых приготовляют ленты, проволоку, трубы, листы,
прутки и т.д.
б) литейные латуни (основной способ производства изделий - литьё,
чаще фасонное литьё), они обладают хорошей жидкотекучестью,
антифрикционными свойствами, малой склонностью к ликвации. Эти
латуни имеют более высокие механические свойства и применяют их для
изготовления подшипников, втулок, вкладышей, гаек, нажимных винтов,
червячных колёс, пароводяной аппаратуры и т.д.
Латуни с содержанием цинка до 39 % хорошо деформируются в
холодном состоянии. При содержании цинка от 39 % до 45 % латуни
малопластичны в холодном состоянии, поэтому подвергаются горячей
обработку давлением. Они имеют более высокую прочность и
износостойкость.
77
По химическому составу латуни подразделяются на двойные
(простые сплавы - только с Zn), называемые томпак, и специальные
(многокомпонентные).
Специальные многокомпонентные латуни - это двухфазные латуни с
добавками легирующих элементов, например, Sb
(олово) повышает
прочность, увеличивает коррозионную стойкость; Pb (свинец) улучшает
обрабатываемость резанием; Al
(алюминий) повышает механические
свойства; Ni (никель) повышает прочность и коррозионную стойкость; Si
(кремний) повышает твёрдость, улучшает износостойкость; Fe (железо)
улучшает
жидкотекучесть.
По технологическому
признаку
многокомпонентные латуни также подразделяются на литейные и
деформируемые. Легирующие элементы повышают прочность, но
уменьшают пластичность. При маркировке специальных латуней после
буквы “Л” - латунь стоят первые русские буквы каждого легирующего
элемента и цифры, указывающие количество входящих легирующих
добавок в процентах. Например, ЛАЖ60-1-1 - латунь, содержащая 60 %
меди, 1 % алюминия, 1 % железа, остальное цинк; ЛКС80-3-3 - 80 % меди,
около 3 % кремния, 3 % свинца, остальное цинк.
Бронзы- это сплавы меди с другими различными элементами:
оловом, свинцом, алюминием, кремнием, бериллием и др. Как легирующая
добавка в бронзы может включаться и цинк в небольших количествах.
Маркируются бронзы буквами “Бр” (бронза), затем указываются
буквенные обозначения легирующих элементов, входящих в сплав, а за
ними по порядку цифры, показывающие содержание этих элементов в
процентах, остальное медь. Например, БрОФ10-1 бронза оловянная (олова
-
10
%, фосфора
-
1%, остальное медь); БрАЖМц10-3-1 бронза
алюминиевая (алюминия - 10%, железа - 3%, марганца - 1 %, остальное
медь).
В технике широко применяются бронзы. Различают деформируемые
и литейные оловянистые бронзы (при содержании олова менее 5-6 %).
Деформируемые оловянистые бронзы изготовляют в виде лент, листов,
прутков, трубок, путём прессования и штамповки. Литейные оловянистые
бронзы применяют для изготовления антифрикционных деталей,
78
пароводяной арматуры, вкладышей подшипников. Оловянистые
(оловянные) бронзы характеризуются высокими антифрикционными
свойствами, хорошей жидкотекучестью, низкой литейной усадкой.
В оловянистые бронзы для улучшения обрабатываемости резанием
добавляют свинец, для повышения механических и литейных свойств -
цинк и фосфор, для повышения коррозионной стойкости - никель.
Специальные
(безоловянистые) бронзы также находят широкое
применение, так как имеют высокие механические и технологические
свойства, коррозионную стойкость.
Безоловянистые бронзы - это сплавы меди с марганцем, алюминием,
никелем, свинцом, бериллием и другими элементами. Они также могут
быть двойными и сложнолегированными, используются для получения
деталей давлением или литьём.
Марганцовистые бронзы отличаются высокими коррозионными
свойствами, высокой пластичностью, хорошо обрабатываются давлением,
сохраняют механические свойства при повышенных температурах,
например БрМц5 - до температуры 400-4500 С.
Алюминиевые бронзы
- двойные
(БрА5 и БрА7) и
сложнолегированные (добавки Ni, Mn, Fe и др.) обладают повышенной
коррозионной стойкостью и имеют высокие механические и
технологические свойства.
Свинцовистые бронзы (БрС30, БрОС10-10, БрОСН10-2-3) являются
литейными сплавами, они применяются как антифрикционный материал
для высоконагруженных подшипников, работающих в условиях больших
удельных давлений.
Кремнистые бронзы (БрКМц3-1) с содержанием кремния до 3 %
отличаются высокой пластичностью и хорошими литейными свойствами,
упругостью и коррозионной стойкостью. Эти бронзы легко
обрабатываются резанием, давлением, свариваются. Применяют для
изготовления пружин и других упругих деталей, работающих при
повышенных температурах (до 2500 С), в агрессивных средах.
Бериллиевые бронзы
(БрБ2,
БрБНТ2-1-1) относятся к
деформируемым сплавам, имеют высокие прочностные свойства, высокую
79
упругость, сопротивляемость коррозии, свариваются и обрабатываются
резанием. Применяют как материала для упругих элементов (пружин,
мембран, торсионов), работающих в коррозионных средах, а также для
деталей, работающих на износ (кулачки полуавтоматов и др.).
2. Сплавы на основе алюминия
Широкое применение сплавов на алюминиевой основе обосновано их
относительно высокими механическими и литейными свойствами, малой
плотностью. Все сплавы алюминия можно разделить на группы:
1) деформируемые, из которых получают полуфабрикаты - листы,
проволоку, ленты, прутки, а также поковки и штамповки различными
методами обработки давлением, а именно: прессованием, прокаткой,
ковкой, штамповкой, они имеют высокую пластичность;
2) литейные, из которых получают фасонное литье отливкой в
земляные или металлические формы, применяют литье под давлением,
сплавы имеют хорошую жидкотекучесть, малую склонность к
образованию горячих трещин.
Деформируемые алюминиевые сплавы подразделяются на: 1) сплавы,
не упрочняемые термообработкой, 2) сплавы, упрочняемые термической
обработкой. К сплавам первой группы можно отнести сплавы алюминия с
марганцем (АМц) или с магнием (АМг2, АМг3, АМг5, АМг6), имеющие
умеренную прочность и пластичность, хорошую свариваемость,
коррозионную стойкость. К сплавам второй группы, упрочняемым
термообработкой, относятся: дуралюмины - сплавы алюминия с медью,
магнием и марганцем (Д1, Д16, Д20), сплавы авиаль (АВ), высокопрочные
алюминиевые сплавы (В95, В96) и сплавы для ковки и штамповки.
Дуралюмины (Al-Cu-Mg-Mn) маркируют буквой "Д" и цифрами,
указывающими порядковый номер сплава (Д1, Д16), и применяют для
изготовления ответственных деталей с высокой прочностью, требующих
долговечности при переменных нагрузках и т.д. Из сплава Д16
изготавливают строительные конструкции, кузова грузовых автомобилей,
обшивки и другие детали самолетов.
Сплавы типа авиаль (Al-Mg-Si) уступают дуралюминам в прочности,
но имеют лучшую пластичность в холодном и горячем состоянии, хорошо
80
свариваются, обрабатываются резанием и сопротивляются коррозии.
Используются для элементов конструкций с умеренными нагрузками,
лопастей винтов вертолетов, кованных деталей двигателя, рам, дверей.
Высокопрочные сплавы (Al-Mg-Zn-Cu-Mn) маркируют буквой “В” и
цифрами, указывающими порядковый номер сплава. Прочность этих
сплавов больше, а пластичность меньше, чем у дуралюминов. Они
обладают большей чувствительностью концентраторам напряжений и
пониженной коррозионной стойкостью, хорошей обрабатываемостью
резанием и свариваемостью. Применяют высокопрочные алюминиевые
сплавы для широкой номенклатуры деталей самолётостроения, для
силовых каркасов строительных конструкций.
Среди алюминиевых сплавов находят применение деформируемые
сплавы для ковки и штамповки, маркируемые АК1. АК6 и т.д., где буквы
указывают назначение сплава (алюминиевый ковочный), а цифра - его
порядковый номер. В их состав кроме алюминия входят медь, магний,
марганец, кремний. Кроме высоких механических свойств от этих сплавов
требуется высокая пластичность в горячем состоянии. Из этих сплавов
изготовляют картеры, двигатели, лопасти винтов, подмоторные рамы,
крыльчатки и т.д.
Литейные сплавы на основе алюминия имеют высокую
жидкотекучесть, сравнительно небольшую усадку, малую склонность к
образованию горячих трещин наряду с высокими механическими
свойствами и сопротивлением коррозии. Среди литейных сплавов находят
широкое применение силумины - сплавы алюминия с кремнием, имеющие
высокие литейные свойства. Маркируются они буквами "АЛ"
(алюминиевый литейный) и цифрой, указывающей порядковый номер
сплава в ГОСТе. Например: АЛ2, АЛ4 и т.д. Сплавы алюминия с медью
(АЛ7, АЛ12) имеют высокие механические свойства при комнатной и
повышенной температурах и хорошо обрабатываются резанием.
Силумины применяют для малонагруженных корпусов деталей
(кронштейны, детали патрубков, барабаны, корпуса тормозов).
81
Порядок выполнения работы
С помощью металлографического микроскопа изучить
микроструктуры алюминиевых и медных сплавов. Взять у преподавателя
вариант индивидуального задания. Для изучаемых марок сплавов,
имеющихся в индивидуальном задании, заполнить таблицу, пользуясь
справочными данными из учебника и справочников.
Таблица расшифровки марок сплавов
Марка сплава
Химический
Механические
Применение
состав
свойства
Вопросы к зачету
1. Какие сплавы называются латунями и как они маркируются?
2. Какие сплавы называются бронзами и как они маркируются?
3. Какие сплавы на основе алюминия относятся к литейным сплавам и
как они маркируются?
4. Какие сплавы на основе алюминия являются деформируемым? Как
они маркируются?
5. Какие сплавы на основе алюминия можно упрочнять термической
обработкой?
6. Каковы области применения алюминиевых сплавов?
82
Отчет по лабораторной работе №8
ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МЕДНЫХ И
АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Цель работы _____________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Какие сплавы называются латунями и как они маркируются?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Какие сплавы называются бронзами и как они маркируются?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Какие сплавы на основе алюминия относятся к литейным сплавам и как
они маркируются?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Какие сплавы на основе алюминия являются деформируемым? Как они
маркируются?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Какие сплавы на основе алюминия можно упрочнять термической
обработкой?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
83
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Каковы области применения медных и алюминиевых сплавов?
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Таблица расшифровки марок сплавов
Марка сплава
Химический
Механические
Применение
состав
свойства
Вывод __________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Дата выполнения работы_____________ Ф.И.О. студента_______________
84
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9
ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ПЛАСТМАСС
Цель работы: изучить состав и свойства пластмасс, области их
применения в техники.
Краткие теоретические сведения
Пластмассами называют искусственные материалы, получаемые на
основе органических полимерных связующих веществ. Полимерами
называют вещества, макромолекулы которых состоят из многочисленных
элементарных звеньев (мономеров) одинаковой структуры. Молекулярная
масса их составляет от 5000 до 1000000. Длина цепи в несколько тысяч раз
больше их поперечного сечения, поэтому макромолекулам полимера
свойственна гибкость. При таких больших размерах макромолекул
свойства веществ определяются не только химическим составом этих
молекул, но и их взаимным расположением.
По составу все полимеры подразделяются на органические,
элементоорганические и неорганические. Органические полимеры
составляют наиболее обширную группу соединений. Представителями
органических полимеров являются смолы и каучуки.
Пластмассы
являются
важнейшими
современными
конструкционными материалами. Они обладают рядом ценных свойств:
малой плотностью (до 2 г/см3), высокой удельной прочностью, низкой
теплопроводностью,
химической
стойкостью,
хорошими
электроизоляционными свойствами, звукоизоляционными свойствами.
Некоторые пластмассы обладают оптической прозрачностью,
фрикционными и антифрикционными свойствами, стойкостью к
истиранию и др. Кроме того, пластмассы имеют хорошие технологические
свойства: легко формуются, прессуются, обрабатываются резанием, их
можно склеивать и сваривать. Недостатками пластмасс являются низкая
теплостойкость, низкая ударная вязкость, склонность к старению для ряда
пластмасс. В таблице
9.1 приведены физико-механические свойства
некоторых видов пластмасс.
85
Пластмассы в зависимости от поведения при повышенных
температурах подразделяют на две основные группы: термопластичные
полимеры (термопласты) и термореактивные (реактопласты).
Термопласты
(полиэтилен,
полипропилен,
полиамид,
поливинилхлорид, полистирол, фторопласт, органические стекло и др.)
размягчаются и плавятся при повышении температуры и вновь
затвердевают при охлаждении. Переход термопластов из твердого или
высокоэластичного состояния в вязкотекучее и обратно может
происходить неоднократно без изменения их химического состава.
Реактопласты
(текстолит, гетинакс и др.) при нагреве легко
переходят в вязкотекучее состояние, но с увеличением продолжительности
действия повышенных температур в результате химической реакции
переходят в твердое нерастворимое состояние. Отвердевшие реактопласты
нельзя повторным нагревом вновь перевести в вязкотекучее состояние.
В зависимости от числа компонентов все пластмассы
подразделяются на простые и композиционные. Простые (полиэтилен,
полистирол и др.) состоят из одного компонента - синтетической смолы;
композиционные
(гетинакс, текстолит и др.)
- из нескольких
составляющих, каждая из которых выполняет определенную
функциональную роль. В композиционных пластмассах смола является
связующим для других составляющих. Содержание связующего в
пластмассах достигает 30-70%.
Помимо связующих, в состав композиционных пластмасс входят
следующие составляющие.
1. Наполнители различного происхождения (древесная мука, целлюлоза,
хлопчатобумажная ткань, бумага, графит, кварц, стекловолокно,
стеклоткань и др.). Служат для повышения механической прочности,
теплостойкости, снижения стоимости пластмассы.
2. Пластификаторы (дибутилфталат, кастровое масло и др.). Служат для
увеличения эластичности, текучести, гибкости и уменьшают хрупкость
пластмасс.

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  3  4  5  6   ..