Общие указания к выполнению лабораторных работ

 

Выполнение каждой лабораторной работы складывается из следующих этапов:

1. Самостоятельная подготовка студентов к работе. Перед началом работы необходимо четко представить себе цель работы, знать схему установки, метод измерения, физическую сущность ожидаемых результатов. Должен быть предоставлен протокол измерений, содержащий таблицы для записи результатов измерений и основные расчетные формулы. Студенты, не подготовившиеся к работе в соответствии с этими требованиями, к выполнению работы не допускаются.

2. Проведение эксперимента. Этот этап осуществляется в соответствии с методическими указаниями, содержащимися в каждой работе.

3. Отчет о проделанной работе должен выполняться на одной стороне чистых листов формата А-4 и содержать:

а) цель работы;

б) схему установки, основные технические характеристики приборов и описание методики измерения, а также расчетные формулы, используемые в работе;

в) числовой материал эксперимента и вычислений, сведенный в таблицу;

г) графики, построенные на основании числового материала эксперимента;

д) общие выводы по работе и заключение о качестве исследованных материалов.

Каждый график должен сопровождаться теоретическим обоснованием причин, влияющих на ход его построения, для чего в процессе составления отчета студент обязан по литературным источникам детально ознакомиться с материалом, который был объектом его исследования в лаборатории.

4. Защита лабораторной работы проходит с предоставлением отчета. При ответе на контрольные вопросы студент должен показать понимание сущности физических явлений в исследованных материалах, объяснить полученные результаты и сделать выводы.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

 

При выполнении работ в лаборатории материаловедения студенты обязаны помнить о возможном поражении электрическим током и необходимости соблюдения правил техники безопасности.

ЗАПРЕЩАЕТСЯ:

1. Прикасаться к открытым токоведущим частям приборов, находящихся под напряжением.

2. Производить какие-либо измерения в схеме термоустановок, находящихся под напряжением.

3. Включать приборы, находящиеся под напряжением, без разрешения преподавателя и без предупреждения всех работающих на данной установке.

4. Выполнять лабораторные работы без надзора сотрудников лаборатории.

5. Оставлять без наблюдения лабораторные установки, находящиеся под напряжением.

6. Без ознакомления с правилами техники безопасности студенты к выполнению лабораторных работ не допускаются. Обязательство выполнять требования этой инструкции фиксируется в контрольном листе по технике безопасности под роспись, студент расписывается в журнале.

 

Примечание. В лаборатории термической обработки должно находиться не более 12 студентов на одного преподавателя.

 

Лабораторная работа № 1

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ И СОЛЕЙ

Цель работы

Исследовать процесс кристаллизации методами моделирования на примере изучения влияния условий кристаллизации на характер и форму роста кристаллов.

Рабочее задание

1. Провести эксперимент по кристаллизации водных растворов солей, зафиксировать движения фронта кристаллизации, графическим дифференци-рованием по способу нормалей определить скорости кристаллизации для трех моментов времени, объяснить причину изменения скорости кристаллизации;

2. Изучить по излому слитков кристаллизацию металлов в зависимости от скорости ее охлаждения в холодной и горячей формах, зарисовать структуру излома и объяснить причину изменения характера кристаллизации в зависимости от скорости охлаждения.

Оборудование и реактивы

Микроскоп Levenhuk 740, МБС-10, стеклянная палочка, предметное стекло, насыщенный водный раствор соли.

 

Порядок оформления отчёта

 

Каждый студент должен оформлять отчёт индивидуально в следующей последовательности:

1) номер работы и ее название;

2) цель работы и задачи, подлежащие решению;

3) краткое описание используемых установок и приборов;

4) теоретические основы;

5) описание экспериментальной части работы;

6) таблицы результатов измерений;

7) графики по результатам измерений;

8) вычисления и анализ результатов измерений;

9) выводы.

Основные термины и понятия, необходимые для освоения

Данной работы

Аморфное вещество, ближний порядок, дальний порядок, дендрит, диффузия, зародыш, зональная ликвация, изложница, кристалл, кристаллит, кристаллическая решётка, кристаллографическая система, критический размер зародыша, ковалентная связь, модификатор, металлическое стекло, металлическая связь, модифицирование, плотность, поверхностное натяжение, поверхностно-активное вещество, пора, транскристаллическая структура, термодинамический потенциал, температурный гистерезис, усадочная раковина, шлак, шлам, энтропия, энтальпия, элементарная ячейка, сингония, свободная энергия, степень переохлаждения.

 

Описание метода эксперимента

 

Процесс кристаллизации изучается методом моделирования на прозрачных водных растворах солей. При этом кристаллизация солей, а также влияние модификаторов на нее исследуются на насыщенных водных растворах: бихромата калия K₂Cr₂O₇ – кристаллы, кубической формы, хлористого аммония NH₄Cl – кристаллы дендритной формы.

Проведение эксперимента

 

Капля раствора наносится на стеклянную пластину, которая помещается на предметный столик микроскопа. Передвигая стеклянную пластину с каплей, следует установить край капли на начало шкалы окуляра, совмещая при этом линию шкалы радиусом капли (рис. 1.1). После настройки начинаем отсчет времени и снимаем показания шкалы с интервалом времени 1 мин. Данные эксперимента записываем в табл. 1.1. Количество измерений должно быть не менее 10. Опыт считается законченным, если получены три одинаковых значения размера кристалла в течение трех последних измерений.

 

Таблица 1.1

№ измерения	Измеряемые величины	Вычисляемая величина
Время, мин.	Положение фронта, кристаллизации, Хш в делениях шкалы	Истинное положение фронта кристаллизации, Хо, мм

Чтобы определить размер объекта (в мм), достаточно подсчитать число делений шкалы, которое укладывается в измеряемом участке объекта и это число (Х_ш) разделить на 56 (кратность увеличения микроскопа):

 

 

Наблюдения необходимо повторить не менее 3-х раз на каплях одинаковых размеров.

 

Рис. 1.1. Схема измерения положения фронта кристаллизации: 1 – окуляр; 2 – шкала окуляра; 3 – фронт кристаллизации; 4 – капля