3. Порядок выполнения работы
1. Изучить устройство металлографического микроскопа, усвоить приёмы работы на нём и начертить оптическую схему микроскопа.
2. Приготовить микрошлиф (например, серого чугуна или стали), изучить и зарисовать его структуру до и после травления.
3. Определить цену деления окуляр - микрометра.
4. Определить размер зерна приготовленного микрошлифа.
5. Сделать выводы и составить отчёт по работе в соответствии с вышеуказанными пунктами заданий.
Лабораторная работа №4
Чистые металлы и двойные сплавы
1. Цель и содержание работы
Цель работы: ознакомление с элементарными структурами чистых металлов и двойных сплавов; изучение диаграмм состояния сплавов 1 и 2 типов; получение практических навыков определения содержания компонентов в сплавах.
Содержание работы. Получив коллекцию шлифов, студенты рассматривают под микроскопами МЕТАМ P-1 и зарисовывают микроструктуру каждого образца. Дают пояснения к ней и определяют содержание компонентов в сплавах, вычерчивают диаграммы состояния.
2. Основные понятия
2.1. Чистые металлы.
Все металлы являются кристаллическими телами и в твёрдом состоянии имеют определённое закономерное размещение атомов в пространстве. Понятие о пространственной или кристаллической решётке экспериментально доказано методами рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии.
Под микроскопом реальные или технические металлы представляют кристаллиты неправильной формы, называемые зёрнами. Изменение ориентации решетки при переходе от одного зерна к другому отличается наличием границ зёрен. Путем различного травления можно получить либо одноцветные зёрна с ясно выраженными их границами, либо зёрна разных оттенков.
Характерными свойствами металлов являются: металлический блеск и непрозрачность, высокая теплопроводность и электропроводность электронного типа, понижающаяся с повышением температуры. Механические свойства чистых металлов характеризуются высокой пластичностью, относительно низкой твёрдостью и прочностью.
Чистые металлы применяют сравнительно редко, например в электро- и радиотехнической промышленности в качестве проводников. Они не обеспечивают требуемых механических и технологических свойств, дороги в получении. Поэтому наиболее распространёнными конструкционными материалами являются сплавы.
Сплавы - сложные материалы, получаемые сплавлением двух или нескольких металлов (неметаллов), называемых компонентами. Компонент, представленный в сплаве, в подавляющем количестве называется основой сплава. В зависимости от взаимодействия компонентов в жидком и твёрдом состояниях сплавы различаются на несколько типов.
Одним из методов изучения различных типов сплавов и превращений, происходящих в них при нагревании и охлаждении, является термический анализ. Сущность термического анализа заключается в том, что образец сплава нагревают до расплавления, затем, погрузив в него термопару, охлаждают, записывая изменения температуры сплава в процессе охлаждения. График изменения температуры сплава в зависимости от времени охлаждения (нагревания) называется термограммой. См. рис. (а) представлены термограммы охлаждения чистых металлов и нескольких сплавов.
Температуры, при которых на термограммах образовались горизонтальные площадки и точки перегиба, называются критическими точками сплава. Они показывают, что при данной температуре в сплаве начинается или заканчивается какое-либо превращение - затвердевание, аллотропическое превращение, выделение избыточных фаз и т.д. Получив опытным путем серию термограмм для сплавов разной концентрации и определив их критические точки, можно построить диаграмму состояния. Схема построения диаграмму состояния показана на рис. (б).
Диаграмма состояния - графическая зависимость положения критических точек от концентрации сплава. По диаграмме состояния можно определить, в каком состоянии находится сплав при любой температуре, найти состав жидких и твёрдых фаз, их количество. Конфигурация диаграммы состояния определяется характером взаимодействия компонентов сплава друг с другом в жидком и твёрдом состоянии.
Рис. 1. Термограммы (а) и построение диаграммы состояния (б) I, У – кривые охлаждения чистого металла; П -IУ – кривые охлаждения сплавов; А,В,I-5 - критические точки.