METODAAA_33__33__33_0001

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие	4
1. Общие характеристики и принципы работы лабораторного оборудования
1.1. Оборудование лаборатории физического металловедения	6
1.2. Оборудование лаборатории термической обработки	81
2. Лабораторный практикум
2.1. Учебно-исследовательская работа № 1. Изучение процесса
кристаллизации. Затвердевание капли азотнокислого свинца	109
2.2. Учебно-исследовательская работа № 2. Макроскопический анализ.
Выявление ликвации серы, фосфора, свинца	124
2.3. Учебно-исследовательская работа № 3. Микроскопический анализ.
Определение величины зерна в металле	133
2.4. Учебно-исследовательская работа № 4. Металлографические методы
определения неметаллических включений в стали	150
2.5. Учебно-исследовательская работа № 5. Механические свойства.
Методы определения механических свойств металлов при статических
испытаниях	160
2.6. Учебно-исследовательская работа № 6. Виды и цели термической
обработки стали. Определение температуры критических точек методом
пробных закалок	176
2.7. Учебно-исследовательская работа № 7. Практика термообработки
углеродистых инструментальных и быстрорежущих сталей	192
2.8. Учебно-исследовательская работа № 8. Практика термообработки
подшипниковых сталей	201
2.9. Учебно-исследовательская работа № 9. Практика термообработки
аустенитных сплавов на никелевой основе	209
2.10. Учебно-исследовательская работа № 10. Металлографические
методы определения содержания ферритной фазы в аустенитных
нержавеющих сталях, карбидной неоднородности, карбидной сетки
в инструментальных сталях	218
2.11. Учебно-исследовательская работа № 1 1 . Определение
прокаливаемости стали методом торцевой закалки	227

3.Указания к курсовой работе

3.1.Учебная программа по курсу «Металловедение и технология

конструкционных материалов»	233
3.2. Темы курсовых работ	239
Словарь терминов	271
Библиографический список	282
Приложения	283

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Курс «Материаловедение и технология конструкционных материалов» являет­ ся одним из основных в общем цикле дисциплин, определяющих подготовку спе­ циалистов в области металлургии. Данный курс предполагает изучение металли­ ческих и неметаллических, в том числе композиционных материалов, что делит его на две части. Данное пособие рассматривает часть курса, касающуюся метал­ лических материалов. Значение этой части, в которой изучаются закономерности, определяющие строение и свойства металлов (стали, сплавы) в зависимости от их состава и условий обработки, имеет научное и техническое значение.

В настоящее время на изучение металлических материалов, как правило, отво­ дится небольшое количество часов лекций, практических и лабораторных заня­ тий, а большее внимание уделяется самостоятельной работе студентов. Для того чтобы студентам было легче ориентироваться в изученном материале, нам пре­ доставлялось целесообразным иметь пособие, в котором кратко изложены основ­ ные положения курса через выполнение учебно-исследовательских работ.

Изучение данного курса должно дать студентам не только знания об основных закономерностях, определяющих строение и свойства материалов, о составе и ме­ тодах их обработки, но и научить их выполнять наиболее широко применяемые в технике испытания материалов и работать с основными приборами и машинами, уметь самостоятельно пользоваться современной техникой и справочной литера­ турой для выбора основных промышленных сталей и сплавов и эффективных ме­ тодов их обработки для повышения надежности и долговечности изготовляемых из них изделий в зависимости от наиболее типичных условий их службы. Это мо­ жет быть достигнуто в результате самостоятельного выполнения учебноисследовательских работ под контролем преподавателей.

Структура пособия включает в себя три основных раздела.

Первый раздел посвящен детальному изучению характеристик и принципов работы наиболее типичного лабораторного оборудования, представленного в ла­ бораториях «Физическое металловедение» и «Термическая обработка». Рассмот­ рены конструкции оптических микроскопов, их устройство и порядок работы. С помощью микроскопа можно оценить загрязненность стали неметаллическими включениями и определить соответствие нормам и требованиям ГОСТ или ТУ на поставку стали. Зная оптические характеристики неметаллических включений, можно определить состав включений и связь с технологией выплавки, наличие окисления в структуре исследуемых образцов; определить структуру исследуе­ мых образцов стали, наличие ферритной и цементитной сетки, карбидной ликва­ ции и карбидной полосчатости в литом состоянии, после горячей деформации и после различных режимов термической обработки; наличие в структуре аустенитных сталей и сталей мартенситного класса ферритной составляющей, её коли­ чество; соотношение ферритной и перлитной фаз в структуре феррито-перлитных сталей; величину действительного зерна после деформации (холодной, горячей) и после термической обработки, величину наследственного в наследственно мелко- и крупнозернистых сталях по методу цементации, окисления, по сетке феррита,

4

цементита, троостомартенсита, по методу вакуумного термического травления, наличие и глубину обезуглероженного слоя, наличие структурной неоднородно­ сти. В структуре чугуна определяют форму, размеры и количество включений графита, его распределение; структуру металлической основы: перлит, феррит, их количественное соотношение, дисперсность структуры, количество и площадь, занимаемую включениями цементита (или цементита ледебурита), строение, рас­ пределение, размер ячеек сетки и площадь включений фосфидной эвтектики; про­ водят анализ образцов, вырезанных по дефекту макроструктуры, с целью опреде­ ления характера дефекта и причин его возникновения. По аналогичной структуре рассмотрено термическое и контрольно-измерительное оборудование. Уделено внимание требованию охраны труда и технике безопасности при проведении ра­ бот.

Второй раздел посвящен непосредственно учебно-исследовательским работам, порядок которых соответствует последовательности изложения лекционного тео­ ретического материала. Каждой учебно-исследовательской работе предшествует вводная теоретическая часть, лаконично раскрывающая суть исследуемой про­ блемы. Работа составлена таким образом, чтобы указанные в них задания выпол­ нялись каждым студентом самостоятельно, что позволило бы не только изучить методы исследований и испытаний, но и закрепить теоретический материал. Это­ му способствует и перечень вопросов для самоконтроля после каждой работы. Необходимо, чтобы студенты в процессе выполнения учебно-исследовательских работ научились самостоятельно обрабатывать полученные экспериментальные данные с оценкой точности результатов и представлять их в наглядной форме в виде графиков, диаграмм или таблиц. Для этого к каждой работе представлен шаблон отчета, требующий своего заключения (выводов).

Третий раздел предусматривает перечень тем курсовых работ по курсу «Ме­ талловедение и технология конструкционных материалов» в части изучения ме­ таллических материалов. К каждой теме дается расшифровка основных вопросов и понятий, требующих своего рассмотрения с использованием перечня рекомен­ дованной литературы. Также этот раздел содержит учебную программу курса с экзаменационными вопросами, каждый из которых включает подробную инфор­ мацию, которая должна быть отражена в ответе. Здесь же для более углубленного изучения курса отмечено, какой следует пользоваться учебной литературой с по­ страничной конкретизацией. Завершает пособие словарь терминов, получивших наибольшее распространение в научной технической литературе и используемых при изучении данного курса.

Учебное пособие составлено на основе обобщения многолетнего опыта препо­ давания металловедческих дисциплин и анализа трудностей, возникающих у сту­ дентов при самостоятельной проработке разделов, предусматриваемых получение конкретных практических навыков.

С этой же целью пособие дополняет учебная компьютерная программа «Сис­ тема контроля качества металлопродукции», являющаяся результатом работы, на­ чатой в 2006 г. на кафедре «Общая металлургия». Данный программный продукт представляет электронный вариант справочной системы, с максимальным сосре-

5

доточением информации о сталях в виде, полезном не только в учебном процессе. Помимо справочных данных: марка стали, химический состав, механические свойства и т.д., значительная часть программного продукта посвящена дефектам стали (поверхностные и внутренние дефекта слитка, литой заготовки, трансфор­ мация их на предельную и сортовую заготовку в процессе деформационного пе­ редела; дефекты, обусловленные нагревом перед деформацией и охлаждением по­ сле деформации; возможные дефекты при деформационном переделе в условиях машиностроительного производства, а также на предприятиях производства труб, листа, рельсов, штамповочного, литейного и сварочного производства). Все вы­ шеперечисленное сопровождается фотографиями, описанием причин возникнове­ ния, мер по предупреждению данного дефекта, а также способов устранения.

Данный программный продукт написан на языке программирования высокого уровня - Borland Delphi. В то же время работа с программным продуктом удобна, так как имеет дружелюбный интерфейс, и при работе с ней не требуется специ­ альных знаний. Также в программе присутствует программный поисковой мо­ дуль, цель которого - облегчить работу, а также сократить время поиска нужной информации.

1. ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ЛАБОРАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

1.1. Оборудование лаборатории физического металловедения

7.7.7.Большой фотомикроскоп отраженного света Neophot 2

Инвертированный фотомикроскоп отраженного света Neophot 2 предназначен для металлографической и рудной микроскопии. Схема прохождения лучей (рис. 1.1) показывает, что свет из источника Oi направляется через вмонтирован­ ные, включаемые светофильтры Ог в иллюминатор. На рисунке представлен ил­ люминатор для наблюдения методом светлого и темного поля с выдвижным пло­ ским стеклом. Под иллюминатором размещены 5 тубусных линзовых систем Оз, по выбору включаемых в ход лучей и представляющих собой встроенное приспо­ собление для смены кратностей увеличений. При включенной отклоняющей призме О4 пучок лучей через встроенный проекционный окуляр О5 попадает на светорасщепляющий кубик с затвором Об и оттуда одна часть света направляется на кадровую рамку О7, а другая часть - на ФЭУ экспозиционной автоматики. Ес­ ли вместо светорасщепляющего кубика с затвором Об в ход лучей включить призму, то можно наблюдать изображение на фронтальном матовом экране. Но если выключить призму О4 из хода лучей, то свет через соответствующие призмы и линзу для смещения изображения направляется в визуальный тубус.

Устройство фотомикроскопа Neophot 2 и его основные узлы представлены на рис. 1.2-1.8.

Фотомикроскоп состоит из следующих основных узлов (см. рис. 1.2):

6

100 - микроскоп;

200 - основная плита;

300 - рабочий стол;

400 - шкаф с электрооборудованием;

500 - крупноформатная фотокамера;

600 - осветительное устройство.

Рис. 1.1. Оптическая схема микроскопа

Рис. 1.2. Общий вид микроскопа

Микроскоп:

101 - иллюминатор для наблюдения методом светлого и темного поля (ис­ пользуется для слабых увеличений от х 10 до 50 и для больших увеличений от х50 до 2000) (см. рис. 1.3);

7

	I ОМ 108	107	106
	Рис. 1.3. Иллюминатор для светлого и темного поля
102	- шатун для плоского стекла;
103	- пылезащита;
104	- зажимный винт для прикрепления иллюминаторов к штативу при помо­
щи ключа 109;
105	- задвижка для светлого и темного поля (вдвинута до упора - светлое по­
ле, выдвинута - темное поле);
106	- сменные салазки (шириной 52 мм), нецентрируемые, для объектива 25;
107	- сменные салазки (шириной 52 мм), центрируемые;
108	- ключ для зажимного винта 104;
109	- котировочные салазки со вспомогательной линзой;
110	- конденсор с вогнутым зеркалом для темного поля; с его помощью изме­
няется угол падения света путем перемещения и поворота зеркала;
111	- направляющая типа ласточкина	хвоста для	вспомогательного револьве­
ра;
112	- установочный винт для децентрировки апертурной диафрагмы 115;
113	- апертурная диафрагма, которая	ограничивает угол раскрытия конуса

светового пучка. При открытой апертурной диафрагме осветительные лучи за­ полняют всю площадь фронтальной линзы объектива, при закрытой диафрагме используется только центральная часть объектива. При излишне открытой диа­ фрагме изображения получаются недостаточно ясными, как бы затуманенными, из-за большого количества краевых лучей, отраженных линзами объектива;

114 - винт с накаткой для фиксирования диафрагмы;

8

115 - рычаг для установки полевой диафрагмы;

116 - центрирующие винты для полевой диафрагмы;

117 - запорная шайба; 118 - прорезь для установки задвижки темного и светлого поля или поляриза­

тора; 119 - рычажный зажим для сменных салазок, после его нажатия объективы

вдвигаются вместе со сменными салазками 106, 107 в салазочные направляющие; 120 - направляющие для сменных салазок; 121 - анализатор для качественной поляризации (см. рис. 1.4);

Рис. 1.4. Объективы, анализатор, поляризатор

122 - поляризатор для качественной поляризации;

123 - сменные объективы; 136 - осветительная труба для азимутального темного поля (см. рис. 1.5);

137 - зеркальный стержень, перестанавливаемый;

138 - держатель осветительных труб;

139 - зеркало поворотное;

140 - зажимный винт для кольца с накаткой;

141 - кольцо с накаткой, вращаемое и передвигаемое;

142 - прорезь для компенсаторов;

143 - зажимный винт для установочного штифта;

144 - иллюминатор для слабых увеличений.

9

138

Рис. 1.5. Иллюминатор для слабых увеличений

Центрирование координатного столика

Предметный столик должен быть отцентрирован так, чтобы при его вращении изображение исследуемого участка объекта оставалось в центре поля зрения.

Установить в качестве объекта стеклянную пластинку с перекрестием (устано­ вочная точка).

Вращением координатного столика определить максимальное расстояние ус­ тановочной точки от центра изображения. Затем передвинуть установочную точку с координатным столиком на половину величины расстояния по направлению к центру изображения. Затем с помощью центрирующих винтов привести устано­ вочную точку в совпадение с центром изображения. Эту операцию повторять до тех пор, пока центр изображения перекрестия объекта при повороте столика на 360° не будет смещаться с центра перекрестия окуляра.

При точных работах центрировку столика необходимо проверять при каждой смене объективов.

На рис. 1.6 изображены:

169 - рукоятка механизма грубой наводки;

172рукоятка для переключения на визуальное наблюдение t, крупнофор­ матную фотокамеру <— или дополнительное воспроизведение изображения —>;

173 - рукоятка механизма точной наводки, двухсторонняя. Рабочий стол:

-выдвижной ящик для оптических принадлежностей;

-выдвижной ящик для иллюминаторов;

-выдвижной ящик для принадлежностей к крупноформатной фотокамере.

10

Рис. 1.6. Штатив микроскопа

Шкаф с электрооборудованием (см. рис. 1.7): 401 - выдвижной электрический блок;

402 - зажигательная кнопка для горелки ХВО 101;

403 - ваттметр;

404 - кнопка для установки осветителя ХВО 101;

405 - главный выключатель с лампой тлеющего разряда; -О) 414

406 - экономичный выключатель;

407 - замки для фиксации блока питания в шкафу;

408 - предохранитель для первичной цепи 2а (блок питания);

416 - кнопка для экспозиционной автоматики; 4 1 7 - к н о п к а для точной установки установочной величины экспозиционной

автоматики; 418 - ручка для грубой установки установочной величины экспозиционной ав­

томатики; 419 - выключатель для экспозиционной автоматики;

420 - нажимная кнопка для пуска автоматической экспозиции; 421 - нажимная кнопка с миниатюрной лампой для закрытия затвора; 422 - переключатель для открытия затвора.

Осветительное устройство (см. рис. 1.8):

604 - набор светофильтров в следующей комплектации: NG 10, NG 4, VG 9; 605 - шатун;

606 - фильтродержатель для дополнительных светофильтров 45x45 мм;

607 - матовое стекло; 608 - рычаг для переключения на проекционный матовый экран или матовое

стекло в кассетодержателе.

604 ьт бОй АО?

61 >S

Рис. 1.8. Осветительное устройство

Установка объективов

Объективы ввинчиваются на сменные салазки 106, 107 (см. рис. 1.3). При на­ блюдении в светлом поле они могут оставаться на сменных салазках. После подъ-

12