- •Иркутский государственный технический университет металловедение чёрных сплавов
- •Лабораторная работа 1 Диаграмма состояния «железо – углерод»
- •Значение диаграммы состояния «железо – углерод»
- •Компоненты и фазы системы «железо – углерод»
- •Физический смысл точек и линий диаграммы
- •Строение железоуглеродистых сплавов
- •8 Полиморфные превращения
- •Влияние растворимости углерода на структуру сплава
- •9 Распад аустенита при охлаждении
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 2 Изучение микроструктуры и свойств углеродистых сталей и чугунов
- •Влияние постоянно присутствующих примесей на свойства сталей
- •Структурные составляющие в сталях
- •Влияние углерода на свойства стали
- •Технически чистое железо
- •14 Классификация и маркировка сталей
- •Дефекты сталей
- •Оборудование, инструменты и материалы для выполнения работы
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Оборудование, инструменты и материалы для выполнения работы
- •Методические указания и порядок выполнения работы
- •Закалка
- •29 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 4 Строение сварного соединения
- •Микроструктура металла зоны термического влияния
- •Оборудование, инструменты и материалы для выполнения работы
- •Методические указания и порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Классификация легированных сталей
- •Конструкционные цементуемые стали
- •Конструкционные улучшаемые стали
- •Рессорно-пружинные стали
- •Шарикоподшипниковые стали
- •Конструкционные износостойкие стали
- •Коррозионно-стойкие хромо-никелевые стали
- •Жаропрочные стали
- •Инструментальные быстрорежущие стали
- •43 Штамповые стали для холодного деформирования
- •Штамповые стали для горячего деформирования
- •Оборудование, инструменты и материалы для выполнения работы
- •Методические указания и порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 6 Макроскопический анализ металлов и сплавов
- •Краткие сведения из теории
- •Оборудование, инструменты и материалы для выполнения работы
- •Оборудование, инструменты и материалы для выполнения работы
- •Задание
- •Контрольные вопросы
- •Основные параметры цементации:
- •Оборудование, инструменты и материалы для выполнения работы
- •Задание
- •Контрольные вопросы
- •63 Список рекомендуемой литературы
- •Оглавление
Лабораторная работа 6 Макроскопический анализ металлов и сплавов
Цель работы: ознакомление с методикой проведения макроструктурного анализа, получение практических навыков изготовления макрошлифов, изучения поверхностей деталей, изломов, макрошлифов, выявления макродефектов, неоднородности, причин разрушения металла.
Краткие сведения из теории
Макроскопический метод исследования (макроанализ)металлов и сплавов заключается в исследовании их строения невооруженным глазом или при помощи небольших увеличений (до 30 раз) с использованием лупы. При этом изучаются достаточно большие поверхности деталей (заготовок).
Макроанализ позволяет выявить:
наличие в материале макродефектов (поры, трещины, усадочные раковины, рыхлоты, газовые пузыри);
характер предшествующей обработки сплава (литье, обработка давлением, резание, сварка, наплавка, термическая и химико-термическая обработка и др.);
структурную и химическую неоднородность;
форму и размер зерна, в том числе волокнистость;
причины и характер разрушения.
Структура материалов, наблюдаемая невооруженным глазом или при небольших увеличениях, называется макроструктурой.
Макроанализ проводят путем изучения:
изломов;
макрошлифов;
в
45
нешних поверхностей заготовок и деталей.
Наружные, или поверхностные, макродефекты расположены непосредственно на поверхности изделий.
В отливках часто встречаются пригар(трудноотделимая корка из смеси металла, формовочного песка и шлака),усадочные пустоты(образующиеся из-за уменьшения объема металла при его затвердевании),газовые пузыри(возникающие из-за большой газонасыщенности расплава),ужимины(полости в твердом металле, заполненные формовочным материалом),трещины, а такженеметаллические включения(эндогенные и экзогенные).
В пластически деформированных изделиях наследуется часть дефектов литого материала, остальные могут видоизменяться. Усадочные пустоты превращаются в расслоения. Газовые пузыри окисленные и потому не заварившиеся, вытягиваются и образуютволосовины–тонкие трещины, расположенные в направлении деформирования. В некоторых легированных сталях возникаютфлокены–тонкие трещины, которые в поперечном сечении представляют собой овальные пятна серебристо-белого цвета. Причина их появления – внутренние надрывы, которые возникают в результате больших напряжений при выделении водорода в процессе остывания поковок стали, особенно крупногабаритных. Дефектами пластически деформированного металла являетсяпережог(связанный с окислением металла по границам зерен),надрывы(обусловленные слишком большой степенью деформации),окалина(слой окисленного металла).
В термически обработанном металле чаще всего обнаруживается обезуглероживание(является результатом окислительного действия печной газовой среды, при этом на поверхности возникают мягкие пятна – участки с пониженной твердостью) изакалочные трещины, имеющие зигзагообразный характер и часто образующие сетку. В сварных изделиях основным дефектом являютсятрещиныинепровар.
Внутренние дефекты выявляются при изучении изломов и макрошлифов. Излом– это поверхность, образовавшаяся вследствие разрушения металла. Изломы изучает наука фрактография. Анализ изломов играет важную роль при оценке причин и динамики разрушения металлических деталей, узлов, которое нередко приводит к авариям.
Цвет излома может быть разным – у сталей и белых чугунов он светло-серый, у серых чугунов и графитизированных сталей он черный. В зависимости от состава, строения сплава, наличия дефектов, условий обработки и эксплуатации изломы могут быть:
вязкими;
хрупкими;
усталостными.
В
46
Хрупкий излом– светлый, имеет кристаллическое строение, на его поверхности наблюдаются блестящие плоские участки. Работа развития трещины при хрупком разрушении мала, а скорость распространения трещины весьма велика. Разрушение протекает без заметной пластической деформации. Интеркристаллическое, или интеркристаллитное, разрушение происходит по границам зерен; в этом случае видны исходные форма и размер зерен – примером является камневидный излом металла при перегреве, когда границы зерен обогащаются примесями и тем самым охрупчиваются. Транскристаллическое, или транскристаллитное, разрушение проходит по телу зерна вдоль определенных плоскостей скола – примером является нафталинистый излом с крупным зерном и избирательным блеском. Различают и другие виды хрупких изломов – ручьистый, шиферный, фарфоровидный и др. Обычно изломы имеют смешанный характер.
Усталостный изломвозникает в результате разрушения металла под воздействием циклических (знакопеременных) нагрузок. Излом имеет ряд характерных зон:
очаг разрушения– небольшая зона, содержащая фокус излома, – место локальной концентрации напряжений, где возникла зародышевая микротрещина усталости и откуда начинается ее развитие. Эта зона плоская и гладкая, располагается на поверхности детали или вблизи нее.
зона усталости(зона постепенного развития трещины усталости) формируется при последовательном продвижении трещины усталости. В этой зоне видны характерные бороздки (линии усталости), имеющие конфигурацию колец, что свидетельствует о скачкообразном продвижении фронта трещины усталости. Направление продвижения указывают ручьи.
зона доломаобразуется на последней стадии усталостного разрушения, когда в уменьшающемся рабочем сечении напряжения возрастают настолько, что вызывают практически мгновенное разрушение.
Е
47
Поверхностное травление, проводимое менее агрессивными травителями, позволяет:
выявить в сплавах ликвацию(химическую неоднородность сплава, возникающую при его производстве);
наблюдать дендритное строениелитых сплавов иволокнистость, характерную для строения деформированных сплавов;
установить способ изготовления деталей обработкой давлением или резанием;
обнаружить дефекты и присутствие неметаллических включений;
оценить качество сварных соединений;
выявить структурную (возникшую в результате термической обработки) или химическую (возникшую в результате химико-термической обработки или наплавки) неоднородность сплавов и готовых изделий.
Нарушение сплошности металла выявляют, применяя реактивы для глубокого травления. На макрошлифе сварного соединения выделяются зона основного металла и зона наплавленного металла (иногда с выраженным дендритным строением), разделяющая их линия сплавления, зона термического влияния (околошовная зона) – часть основного металла, примыкающая непосредственно к зоне наплавленного металла и испытавшая его тепловое воздействие. Можно также наблюдать дефекты сварного соединения – поры, трещины, непровар, подрез.