Определение твердости по шкале Мооса

В минералогической практике для определения твердости пользуются грубой, но традиционной и достаточно удобной шкалой Мооса, в которой 10 стандартных минералов расположены в ряд по степени возрастающей твердости.

Если испытываемый материал можно поцарапать минералом с твердостью "n+1", а сам он царапает минерал с твердостью "n", значит его твердость "Н" по Моосу имеет значение "n < Н < n + 1". Если нет в распоряжении стандартной шкалы твёрдости, то можно еще грубее, но достаточно наглядно определять твердость, сравнивая испытуемый материал со стеклом, лезвием ножа и т.п., как показано в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Еще проще запомнить, что кристаллы с твердостью по Моосу меньше 2 царапаются ногтем, меньше 5 - царапаются перочинным ножом, а с твердостью больше 7 сами царапают стекло.

В коллекции представлены минералы в соответствии со шкалой твёрдости. Нумерация образцов соответствует значению твердости по Моосу. В качестве корунда представлена его разновидность - наждак (корунд с примесями магнетита, гепатита и кварца). Образец с твердостью 10 (алмаз) не представлен.

Холодная деформация – деформация металла, которая осуществляется при температуре ниже температуры рекристаллизации. При холодной деформации увеличивается плотность дислокаций, зерна вытягиваются в направлении деформации, увеличивается прочность металла и снижается пластичность.

Горячая деформация – деформация металла, которая осуществляется при температуре выше температуры рекристаллизации. При горячей обработке давлением (прокатке, ковке, штамповке, прессовании) упрочнение, создаваемое в процессе деформации, снимается в результате рекристаллизации в ходе самой деформации.

 

Порядок выполнения работы

 

 

Содержание отчета

1. Название, цель работы, задание.

2. Диаграмма состояния.

3. Кривые охлаждения.

4. Ответы на вопросы, поставленные в задании.

5. Ответ на индивидуальный вопрос.

6. Литература.

2.3. Контрольные вопросы:

1. Для каких практических целей применяется наклеп? Объясните сущность этого явления.

2. Объясните механизм влияния различного типа модификаторов на строение литого металла.

3. Опишите линейные несовершенства кристаллического строения. Как они влияют на свойства металлов и сплавов.

4. Каким видом пластической деформации (холодной или горячей) является деформирование железа при температуре 500 °C. Объясните, как при этом изменяются структура и свойства железа.

5. От каких основных факторов зависит величина зерна закристаллизовавшегося металла и почему?

6. Что такое временное сопротивление разрыву (σ_В)? Как определяется эта характеристика механических свойств?

7. Что такое мозаичная (или блочная) структура металла?

8. Как влияет степень переохлаждения на величину зерна при кристаллизации?

9. Почему для изготовления инструмента применяется сталь с исходной структурой зернистого перлита? В результате какой термической обработки можно получить эту структуру? Приведите конкретный режим для любой инструментальной стали.

10. Какими стандартными характеристиками механических свойств оценивается прочность металлов и сплавов? Как эти характеристики определяются?

11. Охарактеризуйте особенности металлического типа связи и основные свойства металлов.

12. Как и почему изменяется плотность дислокаций при пластической деформации? Влияние дислокаций на свойства металла.

13. Как влияет степень чистоты металла и наличие примесей в сплаве на протекание процесса кристаллизации?

14. В чем различие между упругой и пластической деформацией, между хрупким и вязким разрушением?

15. Опишите линейные несовершенства кристаллического строения. Как они влияют на свойства металлов и сплавов

16. Опишите явление полиморфизма в приложении к титану. Какое практическое значение оно имеет?

17. В чем различие между холодной и горячей пластической деформацией? Опишите особенности обоих видов деформации.

18. В чем сущность процесса модифицирования? Приведите пример использования модификаторов для повышения свойств литейных алюминиевых сплавов.

19. Как изменяются свойства деформированного металла при нагреве, какие процессы происходят при этом?

20. Опишите явление полиморфизма в приложении к железу. Какое практическое значение оно имеет?

21. Волочение медной проволоки проводят в несколько переходов. В некоторых случаях проволока на последних переходах разрывается. Объясните причину разрыва и укажите способ его предупреждения.

22. Опишите сущность явления наклепа и примеры его практического использования.

23. Что такое ограниченные и неограниченные твердые растворы? Каковы необходимые условия образования неограниченных твердых растворов?

24. Опишите физическую сущность и механизм процесса кристаллизации.

25. Дайте определение твердости. Какими методами измеряют твердость металлов и сплавов? Опишите их.

26. Опишите виды твердых растворов. Приведите примеры.

27. Как и почему скорость охлаждения при кристаллизации влияет на строение слитка?

28. Дайте определение ударной вязкости (KCV). Опишите методику измерения этой характеристики механических свойств металла.

29. Что такое ликвация? Виды ликвации, причины их возникновения и способы устранения.

30. Из листа свинца путем прокатки при комнатной температуре была получена тонкая фольга. Твердость и прочность этой фольги оказались такими же, как у исходного листа. Объясните, какие процессы происходили при пластической деформации свинца и какими изменениями структуры и свойств они сопровождались.

 

Лабораторная работа № 3

ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ ДВОЙНЫХ СПЛАВОВ

3.1. Цель работы: изучить основные разновидности диаграмм состояния двойных сплавов. Научиться определять по диаграмме состояния возможность проведения термической обработки сплавов, их упрочнения.

 

Теоретическое обоснование

Для практической работы с двойными сплавами необходимо знать их структуру, возможность ее изменения с изменением температуры и состава сплава и, таким образом, судить о свойствах сплавов и о возможностях изменения свойств в нужном направлении. Необходимость изменить структуру и свойства сплавов может возникнуть, если при получении детали методом литья произошла внутрикристаллическая ликвация, если нужно упрочнить сплав термической обработкой, и в некоторых других случаях. Для определения возможности проведения термической обработки и назначения ее температурного режима нужно знать закономерности изменения фазового состава в зависимости от температуры и химического состава сплава в данной системе. Графическая зависимость, содержащая эту информацию, и является диаграммой состояния. Диаграммы состояния позволяют получать разностороннюю информацию о сплавах. С их помощью можно судить о литейных свойствах сплавов и, соответственно, о возможности получения из них отливок, о склонности сплавов к внутрикристаллической ликвации и ликвации по удельному весу при кристаллизации, о пластичности различных сплавов и возможности их пластического деформирования при изготовлении изделий.

Чаще всего для построения диаграмм состояния металлических систем используют термический анализ, основанный на том, что плавление, кристаллизация и все структурные изменения сплавов в твердом состоянии происходят с тепловыми эффектами (с поглощением или выделением тепла). Следовательно, снимая кривые нагрева или охлаждения сплавов разного состава какой-либо системы, можно зафиксировать температуры, при которых происходят те или иные изменения в структуре. Если затем эту информацию представить графически в координатах «температура - состав сплава», то получится диаграмма состояния системы.

В зависимости от характера взаимодействия компонентов в сплаве, соответствия или различия в их атомно-кристаллическом строении возможно образование различных фаз: твердых растворов, механической смеси кристаллов отдельных компонентов, химических соединений и др. Это взаимодействие описывается различными видами диаграмм состояния с разными возможностями изменения структуры и проведения термической обработки сплавов.

Основные разновидности таких диаграмм рассматриваются в общем виде ниже.