МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРЕМЕНЧУЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ МИХАЙЛА ОСТРОГРАДСЬКОГО

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ЩОДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

З НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ

"Металознавство"

ДЛЯ СТУДЕНТІВ ДЕННОЇ ФОРМИ НАВЧАННЯ

ЗІ СПЕЦІАЛЬНОСТІ

6.090100 − "Прикладне матеріалознавство"

КРЕМЕНЧУК 2008

Методичні вказівки щодо виконання лабораторних робіт з навчальної дисципліни "Металознавство" для студентів денної форми навчання зі спеціальності 6.090100 − "Прикладне матеріалознавство"

Укладач ст. викл. Оголь Л.І.

Рецензент к.т.н., доц. Серветник В.М.

Кафедра інженерного матеріалознавства

Затверджено методичною радою КДПУ імені Михайла Остроградського

Протокол № ___ від _________________

Заступник голови методичної ради __________________ доц. С. А. Сергієнко

ЗМІСТ

Вступ ………………………………………………………………………… Перелік лабораторних робіт ………………………………………………... Лабораторна робота № 1 Вивчення процесу первинної кристалізації Лабораторна робота № 2 Аналіз діаграм стану подвійних сплавів …... Лабораторна робота № 3 Діаграма стану залізо – вуглець (метастабільна) ............................................................................................ Лабораторна робота № 4 Структура та властивості сталей у рівноважному стані ………………………………………………………… Лабораторна робота № 5 Структура та властивості чавунів ………….. Лабораторна робота № 6 Пластична деформація й рекристалізація металів та сплавів …………………………………………………………… Лабораторна робота № 7 Фазові перетворення у твердому стані …….. Лабораторна робота № 8 Класифікація та маркування сталей ……….. Список літератури ...........................................................................................

ВСТУП

Коли йдеться про нові досягнення сучасної техніки, слід пам'ятати, що однією з їх передумов є створення нових матеріалів з наперед заданими властивос­тями (міцністю, твердістю, зносостійкістю, стійкістю до дії високих температур і агресивного середовища і т. п.). І хоча у металів з'явилися серйозні конкуренти, такі як полімери та керамічні матеріали, вони зберігають свої вагомі позиції у основних сферах людської діяльності. Особливе значення в історії людства має залізо — один з основних продуктів сучасної промисловості. Ще народи давнього світу виробляли й використовували залізо і його сплави та піддавали їх термічній обробці.

Нині з металу або з його допомогою виробляють величезну кількість предметів — від цвяха до космічного корабля. Виробництво металів, уміння покращувати їх властивості, створення матеріалів з наперед заданими властивос­тями — важливі показники, що характеризують рівень розвитку суспільства, віддзеркалюють ступінь техніко-економічної зрілості країни. Прискорення науково-технічного прогресу нерозривно пов'язане із ефектив­ним застосуванням традиційних і розробкою нових металічних матеріалів,

що є можливим тільки тоді, коли має місто вивчення зв'язків між складом, обробкою, будовою і властивостями металів і сплавів.

Під час виконання лабораторних робіт студенти мають змогу ознайомитись з основними положеннями термодинаміки та кінетики процесів кристалізації; вивчити структурні змінення у твердому стані без фазових перетворень; фазові перетворення у твердому стані; структуроутворення вуглецевих сталей та їх застосування; структуроутворення білих, сірих, ковких, високоміцних чавунів та їх застосування, основні групи сучасних металічних матеріалів, їх властивості та межі використання;

ПЕРЕЛІК ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

Лабораторна робота № 1

Тема: Вивчення процесу первинної кристалізації

Мета роботи: ознайомитись з механізмом кристалізації, формою кристалів, вивчити процес структуроутворення виливка, будову стального зливка, залежність механічних влаcтивостей металу від його структури.

Устаткування: мікроскопи біологічні; насичені розчини солей: хлористого амонію (NH₄Cl), червоної кров’яної солі (K₃Fe(CN)₆); скляні пластинки для нанесення розчинів.

Загальні відомості

Процес утворення твердої кристалічної фази з рідкого стану називається первинною кристалізацією.

Тверда кристалічна фаза характеризується певним закономірним розміщенням атомів у просторі – просторовою кристалічною решіткою.

Прагнення атомів (іонів) металу розташуватися можливо ближче друг до друга приводить до того, що метали мають більше високу щільність, чим неметали. Про конкретний спосіб розміщення атомів у кристалі дає нам подання про елементарний кристалічний осередок. Більшість металів мають одну із трьох типів решіток: об’ємноцентрована кубічна (ОЦК), гранецентрована кубічна (ГЦК) і гексагональна щільно упакована (ГПУ).

Перекристалізація деяких металів і сплавів у твердому стані під час нагрівання та охолодження називається вторинною кристалізацією.

Будь-який фазовий стан речовини (рідкої або твердої) характеризується певним значенням вільної енергії, яка залежить від температури, що видно з рис.1.1.

Рисунок 1.1 - Зміна вільної енергії рідкого й кристалічного стану залежно від температури (визначення теоретичної температури кристалізації

Згідно із законами термодинаміки стійким фазовим станом за певних зовнішніх умовах буде той, який володіє найменшою вільною енергією. Тому при температурах вище за температуру плавлення (Т_S) стійким станом буде рідкий, а при температурах нижчих Т_S– твердий. При Т_S обидві фази будуть стійкими.

Для того, щоб процес кристалізації почався, необхідно деяке переохолодження (∆T).

Механізм процесу кристалізації складається із двох елементарних процесів або двох стадій.

Перший процес полягає в зародженні дрібних кристалів, їх називають зародками або центрами кристалізації.

Друга стадія процесу складається з росту кристалів із цих центрів.

Встановлено, що кількість центрів кристалізації, які самовільно зароджуються в металі, й швидкість росту кристалів залежить від ступеня переохолодження системи, яка, в свою чергу, залежить від швидкості охолодження.