Загальні правила з техніки безпеки

ПРАКТИКУМ

із дисципліни «Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство»

для студентів механічних спеціальностей

7.09.02.02 «Технологія машинобудування»,

7.09.02.14 «Пiдйомно-тpанспоpтнi, будівельні та шляхові машини й обладнання»,

7.09.02.15 «Автомобілі та автомобільне господарство»,

7.09.02.17 «Машини й обладнання нафтових і газових промислів»

денної та заочної форм навчання

 

ЧАСТИНА ІІІ

 

Полтава 2008

Практикум із дисципліни «Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство» для студентів спеціальностей 7.09.02.02 «Технологія машинобудування», 7.09.02.14«Пiдйомно-тpанспоpтнi, будівельні та шляхові машини й обладнання», 7.09.02.15 «Автомобілі та автомобільне господарство», 7.09.02.17 «Машини й обладнання нафтових і газових промислів» денної та заочної форми навчання. – Полтава: ПолтНТУ, 2008.– 63 с.

 

 

Укладачі: А.В. Калашников, кандидат технічних наук, доцент;

В.Г. Клименко, асистент;

О.В. Бондар, асистент.

 

 

Відповідальний за випуск: завідувач кафедри технології машинобудування А.В. Васильєв, кандидат технічних наук, доцент.

 

Рецензент: М.В. Галай, доктор технічних наук, професор.

 

Затверджено радою університету Протокол №___від__________

 

 

Редактор Я.В.Новічкова

Зміст

Загальні правила з техніки безпеки............................................................ 4

Лабораторна робота №1. Макроаналіз металів і сплавів......................... 4

Лабораторна робота №2. Мікроаналіз металів та сплавів........................ 8

Лабораторна робота №3. Структура сталі у зрівноваженому стані...... 13

Лабораторна робота №4. Вивчення структури чавунів.......................... 18

Лабораторна робота №5. Визначення критичних точок сталі............... 23

Лабораторна робота №6. Термічна обробка вуглецевих сталей............ 26

Лабораторна робота №7. Вивчення структури сталі після різних видів термообробки............................................................................................................................ 31

Лабораторна робота №8. Прогартування сталі...................................... 36

Лабораторна робота №9. Відпускання сталі........................................... 40

Лабораторна робота №10. Загартування сталі....................................... 44

Лабораторна робота №11. Цементація сталі........................................... 47

Лабораторна робота №12. Термічна обробка алюмінієвих сплавів...... 50

Лабораторна робота №13. Вивчення структури кольорових металів і сплавів 54

Лабораторна робота №14. Визначення корозійної стійкості алюмінієвих і магнієвих сплавів................................................................................................................ 59

Література.................................................................................................. 63

Перед виконанням лабораторної роботи студентам слід старанно вивчити матеріал, що стосується даної теми, самостійно відповісти на запитання для самоперевірка. Після обговорення цих запитань у лабораторії та виконання досліджень необхідно оформити звіт, що складається із завдання до роботи, умови її виконання, одержаних результатів та висновків щодо них. Для наочного оформлення результатів досліджень їх зводять до табличного або графічного вигляду. Звіт після перевірки підписує викладач.

ЗАГАЛЬНІ ПРАВИЛА З ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ

1. Ознайомлюйтеся з інструкцією з техніки безпеки перед кожною лабораторною роботою.

2. Не вмикайте механізми без дозволу викладача.

3. Не торкайтесь рухомих частин руками, одягом та іншими предметами.

4. Забороняється залишати ввімкнені печі, верстати та прилади без нагляду.

5. Після досліджень вимкніть механізми з мережі електричного струму.

6. Обережно працюйте з хімреактивами.

Лабораторна робота №1

Макроаналіз металів і сплавів

Мета роботи: вивчити методику виявлення макроструктур та вад у металевих виробах; набути навичок у процесі проведення макроаналізу зломів і макрошліфів вилитих, деформованих, термічно оброблених виробів із різних металів та сплавів.

Устаткування, інструменти, матеріали

Бінокулярний мікроскоп, лупа (збільшення до 30 разів), реактиви для виявлення макроструктури сталі, спирт, шліфувальний і фільтрувальний папір, зразки зломів виробів, зразки макрошліфів чорних та кольорових металів, плакати із зображенням характерних макроструктур.

Основні відомості про макробудову

Металографія — це вчення про макро- і мікроструктуру. Основним завданням металографічного аналізу є дослідження структури та вад металу.

Метод дослідження структури металів і сплавів на порівняно великих зразках неозброєним оком або за незначного (до 30-ти разів) збільшення називається макроскопічним. Зразки, на яких проводять макроаналіз, називаються макрошліфами, а будова металів, що вивчається за допомогою мікроаналізу, називається макроструктурою. Макроаналіз виконують на поверхні виробу, на зломах металу та на макрошліфах. Дослідження злому найпростіше і найдоступніше, але воно дає лише поверхові відомості про структуру металу. В зломі виявляють внутрішні дефекти, розмір та характер розміщення зерен, пластичні властивості зразка. Від макроструктури залежать технологічні й експлуатаційні властивості напівфабрикатів та виробів. Метод дослідження макробудови широко використовують для наукового дослідження і заводського контролю сплавів.

Методами макроаналізу визначають:

- вид злому — в'язкий, крихкий, утомний, змішаний;

- причину злому — втомленість, корозія та ін.;

- порушення суцільності металу — усадочні раковини, флокени в сталі, тріщини, вади зварювання, шлакові включення, рихлість, свищі, пустоти, пористість, бульбашки, плівки тощо;

- дендритну будову, розмір дендритів, їх розміщення за перерізом та висотою;

- форму зварних швів, наявність у них вад, довжину та форму зони термічного виливу;

- хімічну неоднорідність (ліквацію) складу металу у виливку та грубі включення;

- волокнисту структуру деформованого металу;

- розміщення волокон у композитному матеріалі;

- структурну неоднорідність після термічної, термомеханічної та хіміко-термічної обробки;

- глибину шару гартування, насичення поверхневого шару виробів вуглецем;

- наявність прессутяжин, ділянок нерівномірної деформації в процесі пресування та ін.

Макроаналіз злому (фрактографія) дозволяє визначити стан чавуну. Білі чавуни мають сріблястий світлий злом, а сірі, ковкі та високоміцні — злом темно-сірого кольору (через присутність графіту). Половинчастий чавун визначається наявністю світлих ділянок на загальному фоні темно-сірого злому. За характером руйнування злом може бути крихким, в'язким або змішаним. Крихкий злом кристалічний, блискучий, а в'язкий має матовий, волокнистий вигляд. Для підтвердження характеру злому виконують його мікроаналіз. При цьому в'язкий злом має ямкову будову, а крихкий — рівчакове чи міжзернове, з гладкими поверхнями. Вивчення злому дозволяє встановити причину руйнування деталі. Специфічний злом утворюється при втомному руйнуванні. Цей злом складається із двох зон — втомної та зони крихкого долому. За характером окислення частини злому можна встановити давність його виникнення. За допомогою зломів добре виявляються також вади несуцільності: флокени, бульбашки, неметалічні включення.

Макроаналіз на шліфах виконують для вивчення внутрішньої будови виробів. Для макроаналізу із виробів у потрібному місці й напрямі вирізають зразок (темплет), обробляють його на фрезерному або токарному верстаті на площину. Далі зразок шліфують спочатку грубим, а потім дрібнішим наждачним папером. Тоді зразок обробляють спиртом або ацетоном і піддають травленню.

Для виявлення волокнистої будови сталі використовують розчин: Н₂SO₄ - 60 см³, K₂Cr₂O₇ - 25 г, води - 500 см³. Глибоке травлення сталі для виявлення пористості виконують у розчині: HCl - 500 см³, HrSО₄ - 70 см³, води - 200 см³. Проба на сірку в сталі, за Бауманом: бромосрібний папір, змочений 5- процентним водним розчином H₂SO₄, накладається на поверхню макрошліфа на 3 хв., потім папір промивають у воді та фіксують у гіпосульфіті. Поява темних плям на папері вказує місця скупчення сульфідів.

Для травлення алюмінієвих сплавів використовують 10-15%-процентний водний розчин NaOH з наступним промиванням у воді та освітленням в 30%-процентному водному розчині НNО₃.

Мідні сплави обробляють у розчині: FеСl₃ - 10 г, НСl - 30 мл, води - 120 мл.

Травлення макрошліфів проводять у витяжній шафі, зразки беруть спеціальними кліщами або в гумових рукавицях. Невеликі за розміром зразки можна змочувати ватним тампоном. Макроструктуру зломів та шліфів фотографують у натуральну величину або при зміні розмірів.

Представлені для розгляду групи зразків:

 

І. Макрошліфи литих деталей

1. Деталь з алюмінієвої бронзи із запресованою в ній втулкою з олов’янистої антифрикційної бронзи. На мікрошліфі видно: втулку, раковини та газові бульбашки.

2. Чавунні деталі. На мікрошліфі видно внутрішні ливарні раковини і пористість. Газові бульбашки відрізняються від пористості правильною формою та гладкими стінками.

 

ІІІ. Злам чавунних зразків

1. Сірий чавун. Більша частина вуглецю в сірому чавуні знаходиться у вигляді включень у графіт (пластинчатий графіт), тому такий чавун у розломі має темно-сірий колір. Дефектів у зломі нема.

2. Розлом половинчастого чавуну, що складається із сірого чавуну з ділянками відбілу. У білому чавуні весь вуглець знаходиться у вигляді цементиту, тому ділянки відбілу в розломі мають світло-сірий колір. Ці ділянки дуже тверді. Механічна обробка половинчастого чавуну ускладнена.

 

ІV. Злом стальних зразків

Стальні зразки 10×10 мм після випробування на ударну в’язкість (KCU).

1. Крихкий металічний злом, світлий, майже блискучий, видно величину зерна.

2. Вязко-крихкий розлом. Світла частина - всередині зразка (крихкий розлом), темна частина - по контуру (в’язкий розлом волокнистого характеру).

3. Шиферний злом. Характеризує сильно виражену текстуру деформації та анізотропію властивостей. Причина - прокатка виливків із сильною внутрішньокристалічною ліквацією. Якість металу низька.

 

V. Злом кольорових металів

1. Частина зливка сурми. Видно крупні стовпчасті кристали. Характер злому повністю підтверджує дані мікрошліфа.

2. Силумін не модифікований. Зерно крупне.

3. Силумін не модифікований. Деталь відлита в умовах більш високої швидкості охолодження при кристалізації. Зерно більш дрібне.

4. Силумін модифікований натрієм. Зерно дуже дрібне.

5. Молібден Мо, перегрітий до 1870 °С.

 

VІ. Макрошліфи зварних швів

На макрошліфах видно: основний матеріал, присадочний матеріал, зона термічного впливу.

1. Поперечний переріз двохстороннього шва, виконаний автоматичним зварюванням під шаром флюсу на флюсовій подушці. Основний матеріал - сталь 20Х, присадний - сталь 08А.

2. Поперечний переріз шва, сталь 08, глибоке травлення.

3. Поздовжній і поперечний (частина) перерізи шва сталь 20.

4. Поперечний переріз шва, Ст3.

 

Лабораторна робота №2

Порядок виконання робота

1. Вивчити технологію виготовлення мікрошліфів.

2. Виконати шліфування й полірування зразків.

3. Вибрати потрібний реактив і протравити шліф.

4. Визначити якість мікрошліфа під мікроскопом.

5. Замалювати структуру зразка.

6. Вивчити будову мікроскопа і правила користування ним.

7. За допомогою об'єкт-мікрометра визначити збільшення мікроскопа й ціну поділки шкали окуляра.

8. Визначити розмір кристалів бабіту Б83.

9. Зробити висновки за виконаною роботою.

 

Рисунок 2.1 - Оптична схема мікроскопа МИМ-7: 1 - лампа; 2 - колектор; 3, 16, 18 - дзеркала; 4 - світлофільтр; 5 - апертурна діафрагма; 6, 10 - лінзи; 7 - фотозатвор; 8 - польова діафрагма; 9 - пентапризма; 11 - відбивна пластинка; 12 - об’єктив; 13 - площина предмета; 14 - ахроматична лінза; 15 - фотоокуляр; 17 - матова пластинка; 19 - окуляр; 20 - вкладний аналізатор; 21 - поляризатор

Запитання для самоперевірки

1. Які завдання розв'язують за допомогою мікроаналізу?

2. Яка послідовність виконання мікроаналізу?

3. Опишіть порядок шліфування та полірування зразків.

4. Чому не дозволяється розігрівати зразки при шліфуванні?

5. Як попередити завал країв шліфа?

6. Для чого змивають поверхню шліфа перед поліруванням?

7. З якою метою виконують травлення шліфів?

8. Які елементи структури добре або задовільно видно під мікроскопом на нетравлених шліфах?

9. В яких реактивах виконується травлення шліфів?

10. Який порядок травлення шліфів до найкращого вияву структури?

11. Чим відрізняються металографічні мікроскопи від біологічних?

12. Які основні та допоміжні пристрої входять до складу мікроскопа?

13. Поясніть поняття «роздільна здатність мікроскопа».

14. Як визначити загальне збільшення мікроскопа?

15. Чому дорівнює максимальне збільшення мікроскопа при роботі із сухими та імерсійними об'єктивами?

16. Як визначити збільшення мікроскопа за візуальним спостереженням?

17. Яким способом визначають збільшення мікроскопа при фотографуванні?

18. Як установити ціну поділки шкали окуляра за об'єкт-мікрометром?

19. Як визначити глибину азотованого шару?

20. Як установити розмір зерна за фотографією мікроструктури?

Література: [3, с. 26; 4, с.25].

Лабораторна робота №3

Порядок виконання роботи

1. Вивчити під мікроскопом при збільшенні в 110–140 разів мікроструктуру заліза та вуглецевих сталей із різною кількістю вуглецю (від 0 до 1,3%).

2. Замалювати структури, що вивчаються, в зошит, указати склад сталі та відмітити всі структурні складові.

3. Визначити за мікробудовою вміст вуглецю в запропонованому зразку доевтектоїдної сталі.

4. Накреслити діаграму «залізо-вуглець» та нанести на неї структурні складові.

5. Зробити висновки за виконаною роботою.

Запитання для самоперевірки

1. Назвіть одно- і двофазні структурні складові в залізовуглецевих сплавах.

2. Схарактеризуйте ферит, аустеніт, цементит, графіт, перліт та ледебурит.

3. Подайте класифікацію залізовуглецевих сплавів за вмістом вуглецю.

4. Яку структуру мають залізо, доевтектоїдна, евтектоїдна та заевтектоїдна сталі?

5. Методика визначення вуглецю у відпаленій доевтектоїдній сталі.

6. У яких умовах утворюється зернистий та пластинчастий перліт?

7. Як впливає на властивості сталі будова перліту?

Література: [1, с. 118; 3, с. 260].

Лабораторна робота №4

Вивчення структури чавунів

Мета роботи: вивчити види чавунів, їх структуру, властивості та галузі використання; набути практичних навичок визначення виду чавунів за мікробудовою.

Порядок виконання роботи

1. Використовуючи діаграму «залізо-вуглець» (див. рис. 3.1), ознайомитись із класифікацією та структурою чавунів.

2. Вивчити структуру чавунів під мікроскопом.

3. Замалювати структуру чавунів у зошиті.

4. Зробити висновки за виконаною роботою.

Запитання для самоперевірки

1. Дайте визначення чавуну.

2. Назвіть види чавунів.

3. Білі чавуни, їх різновиди, структура та властивості.

4. Назвіть умови одержання білого чавуну.

5. Схарактеризуйте сірий чавун. Яка його структура?

6. Яка структура і властивості ковкого чавуну?

7. Схарактеризуйте високоміцні чавуни.

8. Як одержати виливки з ковкого чавуну?

9. Умови утворення виливків із високоміцного чавуну.

10. Дайте характеристику половинчастому чавуну, назвіть його негативні властивості.

Література: [1. с. 144; 3, с. 265].

Лабораторна робота №5

Порядок виконання роботи

1. Одержати комплект зразків вуглецевих сталей, які потім загартувати у воді за різних температур (за таблицею 5.1). Час нагрівання під загартування визначити за вказівками лабораторної роботи № 6.

2. Охолоджені після загартування зразки зачистити шліфувальним папером і визначити їх твердість за твердоміром Роквелла.

3. Результати дослідів занести у табл. 5.1.

Таблиця 5.1 - Результати гартування доевтектоїдної сталі у воді

Номер зразка	Температура нагрівання, °С	Товщина (діаметр), мм	Час нагрівання, хв	HRC, МПа	Передбачена структура

4. За даними табл. 5.1 побудувати залежність твердості загартованої сталі від температури нагрівання під гартування та за перегином кривої визначити температури критичних точок Ас₁ і Ас₃.

5. Зробити висновки за виконаною роботою.

Запитання для самоперевірки

1. Яку роль виконують критичні точки на практиці?

2. Яким лініям та процесам відповідають точки Ас₁, Ас₃, Ас_т?

3. Для чого необхідно визначити критичні точки?

4. Якими методами визначають критичні точки?

5. Сутність методу пробних гартувань.

6. Який вид мають криві «твердість-температура загартування»?

7. Як визначають критичні точки розрахунковим методом?

Література: [3, с. 271].

Лабораторна робота №6

Порядок виконання роботи

1. Бригада студентів одержує комплект зразків заданої марки сталі для визначення режиму термічної обробки. Температура нагрівання під гартування доевтектоїдної сталі t_г. = Ас₃ + 30...50°С, а для заевтектоїдної — t_г.= = Ас₁ + 30...50°С. Критична точка Ас₁ = 727°С, а Ас₃ знаходиться за діаграмою «залізо-вуглець», або за рівнянням

Ас₃ = 911 - 230 × С,

де С - кількість вуглецю в сталі, %.

Час нагрівання круглого зразка повинен складати 1–2 хв на 1 мм його діаметра; для квадратного зразка та пластини час треба збільшити відповідно в 1,5 та 2 рази.

2. Виконати відпалювання, нормалізацію й загартовування зразків. Охолодження при загартуванні виконати в холодній воді та в мінеральному мастилі, при нормалізації — на спокійному повітрі на керамічній плитці, а при відпалюванні — разом із піччю.

3. Після охолодження зразки зачистити шліфувальним папером та визначити їх твердість.

4. Результати досліджень занести до табл. 6.1.

5. Побудувати залежність твердості сталі від швидкості охолодження за термообробкою.

6. Зробити висновки за виконаною роботою.

Таблиця 6.1 - Результати термообробки сталі

Вид термообробки	Мар­ка сталі	Уміст вугле­цю, %	Кри­тична точка	t, °С, нагрі­вання	Час, хв, нагрі­вання	Швид­кість охоло-дження, °С/с	НВ, МПа	Перед­бачена струк­тура
Ас1	Ас3
Відпалювання							0,05
Нормалізація							2,00
Загартування в мастилі
Загартування у воді

Запитання для самоперевірки

1. Сутність та призначення термообробки.

2. Види термічної обробки сталі.

3. Відпалювання, його призначення, види та режими.

4. Нормалізація сталі, її призначення та режими.

5. Сутність, призначення та види гартування.

6. Як визначають температуру нагрівання під гартування?

7. Критичні швидкості охолодження при гартуванні.

8. Схарактеризуйте структури в сталі після гартування.

9. Відпускання сталі та мета його проведення.

Література: [1, с. 156; 2, с. 80; 3, с. 264].

Лабораторна робота №7

Порядок виконання роботи

1. Вивчити за плакатами й літературою мікроструктуру сталей із різним умістом вуглецю після повного та неповного відпалювання, після відпалювання з перегріванням, сфероїдоутворюючого відпалювання, повного і неповного загартування, після середнього й високого відпускання.

2. Розглянути мікрошліфи, перераховані у п.1, сталей під мікроскопом.

3. Замалювати вивчені структури сталі в зошит, указати для кожної структури марку сталі, вид термообробки і її режим.

4. Зробити висновки за виконаною роботою.

Запитання для самоперевірки

1. Опишіть умови для одержання зрівноваженої структури сталі.

2. Схарактеризуйте режими відпалювання вуглецевих сталей.

3. Які структури утворюються у відпаленій сталі?

4. Який процес називається перегріванням сталі та як йому запобігти?

5. Як одержати сталь із зернистим цементитом?

6. Опишіть структуру сталі після повного й неповного загартування.

7. Укажіть режими загартування вуглецевих сталей.

8. Які структури утворюються при відпусканні сталі?

9. У чому відмінність сорбіту відпускання від сорбіту гартування?

10. З якою метою перед гартуванням вуглецевих інструментальних сталей виконують неповне відпалювання?

Література: [3, с. 276; 4, с. 140].

Лабораторна робота №8

Прогартування сталі

Мета роботи: вивчити важливу властивість сталі — прогартовування та способи його визначення; набути практичних навичок визначення прогартовування сталі.

Порядок виконання роботи

1. Визначити прогартовування циліндричного зразка заданої марки сталі об'ємним способом. Для цього:

а) навести на торцевій поверхні підготовленого зразка лінію діаметра тонко загостреним олівцем;

б) виміряти твердість за всім діаметром через кожні 2 мм на твердомірі Роквелла;

в) результати вимірювань занести в табл. 8.2;

г) побудувати графік розподілу твердості за перерізом зразка (див. рис. 8.1);

д) визначити за табл. 8.1 твердість напівмартенситної зони для заданої марки сталі й нанести на графік;

е) відмітити в місцях перетинання ліній твердості точки, що визначають напівмартенситний шар.

Таблиця 8.2 - Зміна твердості зразків сталі залежно від глибини прогартування

Спосіб
об’ємний	торцевий
відстань від ценртру зразка, мм	HRC, МПа	відстань від торця зразка, мм	HRC, МПа

2. Для визначення прогартовування способом торцевої проби необхідно:

а) зачистити одержаний зразок, підданий гартуванню торцевим методом;

б) виміряти твердість НRС зразка спочатку через кожні 3 мм по довжині 30 мм, а потім через 10 мм до кінця стрижня;

в) занести результати вимірювання в табл. 8.2;

г) зобразити зразок у натуральну величину і побудувати поряд із ним графік розподілу твердості за довжиною зразка (див. рис. 8.2);

д) за табл. 8.1 визначити твердість налівмартенситної зони для заданої марки сталі й нанести її на графік;

е) визначити товщину шару напівмартенситної зони на досліджуваному зразку.

3. Зробити висновки за виконаною роботою.

Запитання для самоперевірки

1. У чому сутність прогартовування сталі?

2. Яке практичне значення прогартовуваності сталі в техніці?

3. Від чого залежить прогартовуваність сталі?

4. Наведіть приклади марок сталей з різною прогартовуваністю.

5. Що служить критерієм для визначення прогартовуваності сплаву?

6. Опишіть методи прогартовуваності сталей.

7. Схарактеризуйте сутність та сферу використання об'ємного методу.

8. Опишіть сутність торцевої проби.

Література: [1, с. 206; 2, с. 104; 3, с. 295].

Лабораторна робота №9

Відпускання сталі

Мета роботи: ознайомитися з призначенням, видами, режимами відпуску та структурами сталі після відпускання; вивчити вплив температури нагрівання на твердість загартованих сталей, набути практичних навичок у відпусканні сталі.

Порядок виконання роботи

1. Одержати комплект свіжозагартованих зразків із вуглецевої або легованої сталі заданої марки.

2. Виконати відпускання зразків 1-5 протягом 30 хв за температури відповідно 100, 200, 400, 600, 800°С.

3. Охолодити зразки на повітрі, зачистити наждачним папером та виміряти твердість за Роквеллом.

4. Результати вимірювань занести в табл. 9.1.

Таблиця 9.1 - Вплив температури відпускання на твердість сталі

Марка сталі	Температура відпускання, °С

5. За даними табл. 9.1 побудувати графіки залежності твердості загартованої сталі різних марок від температури відпускання.

6. Зробити висновки за виконаною роботою.

Запитання для самоперевірки

1. Чим характеризується стан свіжозагартованої сталі?

2. Сутність та призначення відпускання сталі.

3. Схарактеризуйте види і режими відпускання.

4. Особливості та призначення низького та середнього відпускань.

5. Шляхи поліпшення сталі та сфери її використання.

6. Схарактеризуйте чотири основних перетворення при відпусканні.

7. Вплив легуючих елементів на перетворення при відпусканні сталі.

8. Види відпускної крихкості та способи її видалення.

Література: [1, с. 183; 2, с. 105; 3, с. 284].

Лабораторна робота №10

ЗАГартування сталі

Мета роботи: вивчити залежність твердості загартованої сталі від вмісту в ній вуглецю; набути практичних навичок гартування різних сталей.

Порядок виконання роботи

1. Одержати комплект зразків вуглецевих сталей із різним умістом вуглецю. Визначити температуру нагрівання сталей під гартування і час витримки за заданої температури.

2. Нагріти зразки під гартування їх у холодній воді.

3. Після охолодження зачистити зразки наждачним папером та виміряти їх твердість на твердомірі Роквелла.

4. Занотувати результати досліджень у табл. 10.1.

5. За даними табл. 10.1 побудувати графік залежності твердості сталі від умісту в ній вуглецю.

6. Зробити висновки за виконаною роботою.

Таблиця 10.1 - Вплив умісту вуглецю на твердість загартованої сталі

Номер зразка	Уміст вуглецю, %	Температура нагрівання, °С	Час нагрівання, хв	Твердість НRC

Запитання для самоперевірки

1. У чому сутність гартування сталі?

2. Від яких факторів залежить гартування сталі?

3. Схарактеризуйте структури: ферит, аустеніт, мартенсит.

4. Від яких факторів залежить твердість мартенситу?

5. Як впливає вуглець на положення точок М_Н і М_К?

6. Схарактеризуйте залишковий аустеніт.

Література: [1, с. 206; 2, с. 104].

Лабораторна робота №11

Цементація сталі

Мета роботи: ознайомитися із сутністю, призначенням, режимами і сферою використання цементації як одного з видів хіміко-термічної обробки; вивчити вплив цементації та наступного гартування на структуру і твердість поверхні й серцевини цементованих деталей.

Порядок виконання роботи

Для визначення якості цементації запропонованих деталей потрібно:

1) макро- і мікроаналізом установити ступінь насичення поверхні деталі вуглецем та глибину цементованого шару;

2) визначити твердість цементованого шару і серцевини деталі;

3) установити режим, термообробки і виконати гартування зразків із цементованих деталей;

4) виміряти після гартування твердість цементованого шару і серцевини деталі;

5) результати досліджень занотувати до табл. 11.1;

6) замалювати мікроструктуру цементованого шару;

7) зробити висновки за виконаною роботою.

Таблиця 11.1 - Структура і твердість досліджених деталей

Стан	Мікроструктура	Твердість
поверхні	серцевини	поверхні	серцевини
До гартування
Після гартування

Запитання для самоперевірки

1. Сутність ХТО і її види.

2. З якою метою виконується ХТО?

3. Схарактеризуйте елементарні процеси ХТО.

4. У чому сутність цементації, для чого вона виконується?

5. Які сталі піддають цементації?

6. Способи цементації, їх особливості й використання.

7. Як змінюються хімічний склад, структура і властивості сталі після цементації?

8. Повний цикл термообробки за цементації.

9. Як змінюються структура й властивості цементованої деталі після повного циклу термообробки?

Література: [1, с. 228, 2, с. 110; 4, с. 148].

Лабораторна робота №12

Порядок виконання роботи

1. Виміряти твердість на комплектах зразків із різних термічно зміцнених алюмінієвих сплавів, підданих повному циклу зміцнювальної термообробки (загартуванню та старінню) і загартованих із різних температур нагрівання.

2. Результати вимірювань занести до табл. 12.1.

Таблиця 12.1 - Залежність твердості алюмінієвих сплавів від температури нагрівання під гартування

Температура нагрівання, °С	Д16Т	АК6-Т1
dвідб., мм	НВ, МПа	dвідб., мм	НВ, МПа

3. За даними табл. 12.1 побудувати графіки залежності твердості НВ досліджених сплавів від температури нагрівання під гартування.

4. Загартувати у воді зразки із сплаву АК6.

5. Виконати старіння загартованих зразків за температури 100°С (у киплячій воді) та 200 °С (у печі) протягом 10, 20 і 40 хв.

6. Виміряти твердість відпалених, свіжозагартованих та зістарених зразків.

7. Результати досліджень занести до табл. 12.2.

Таблиця 12.2 - Зміна твердості сплаву АК6 при старінні

Час старіння, хв	За температури
100°С	200°С
dвідб., мм	НВ, МПа	dвідб., мм	НВ, МПа

8. За даними табл. 12.2 побудувати графік залежності НВ від часу старіння за температури 100 і 200°С.

9. Зробити висновки за виконаною роботою.

Запитання для самоперевірки

1. Класифікація алюмінієвих сплавів за способом їх зміцнення.

2. На якому явищі засноване гартування алюмінієвих сплавів?

3. Як змінюються структура і властивості сплавів за гартування?

4. Схарактеризуйте процес старіння сплавів.

5. Як змінюються властивості дюралюмінію за старіння?

6. Визначте режим зміцнювальної термообробки дюралюмінію.

7. До чого призводить відхилення температури нагрівання під гартування дюралюмінію?

Література: [1, с. 364; 2, с. 207, 3, с. 309].

Лабораторна робота №13

Порядок виконання роботи

1. Вивчити за діаграмою стану можливий фазовий склад алюмінієвих і мідних сплавів.

2. Розглянути класифікацію, хімічний склад, структуру, властивості, маркування й використання сплавів на основі алюмінію та міді.

3. Обміркувати структурні особливості антифрикційних сплавів.

4. Вивчити під мікроскопом структури ливарних та деформованих сплавів алюмінію, міді й бабітів.

5. Уважно розглянути під мікроскопом особливості структури алюмінієвого сплаву, загартованого з перепалюванням.

6. Замалювати розглянуті під мікроскопом структури в зошиті, відмітити характерні особливості надписами з лініями-виносками.

7. Зробити висновки за виконаною роботою.

 

Таблиця 13.1 - Мікроструктура кольорових металів і сплавів

№ з/п	Позначення	Характеристика матеріалів	Особливості мікроструктури
	М1 (відп.)	Мідь марки М1 у відпаленому стані	Рівновісне зерно переважно з прямолінійними межами
	М1 (деф.)	Мідь марки М1 деформована з наклепом	Зерна видовжені у напрямку дії деформації
	Л80	Однофазна α-латунь (80% Cu + 20% Zn), відпалена	Рівновісне зерно, в окремих зернах помітно штрихи - смуги зсуву від деформації перед відпалюванням
	ЛС59-1	Двофазна α + β -латунь (59% Cu + 1% Pb + 40% Zn)	Світлі зерна - α-фаза, темні - β-фаза
	БрОЗЦ12С5	Олов’яниста бронза (3% Sn + 5% Pb + 12% Zn)	На сірому фоні α-фази, помітні темні зерна β-фази та довгасті зерна евтектоїда
	АЛ2	Алюмінієвий ливарний сплав (силумін) (Al + 9 - 12% Si)	На фоні α-фази помітні видовжені кристали кремнію (α + Si евтектика)
	АК6	Алюмінієвий деформівний кувальний сплав системи Al-Cu-Mg-Si, сильний перепал	Межі зерен потовщені (окиснені), на стику 3-4 зерен помітно краплеподібні оплавлення
	Б83	Антифрикційний олов’янистий сплав (бабіт) (Sn +11% Sb + 6% Cu)	На темному фоні твердого розчину α-фази, помітні кубічні кристали Sn, Sb та голчасті кристали Cu3Sn

Запитання для самоперевірки

1. Наведіть класифікацію алюмінієвих сплавів.

2. Як розрізняють за кількістю фаз термічно зміцнені алюмінієві сплави?

3. Як визначається присутність перепалу в сплавах?

4. Яку структуру мають силуміни після лиття?

5. Схарактеризуйте латуні та бронзи.

6. Опишіть структури латуней та олов'яних бронз.

7. Які особливості алюмінієвих та берилієвих бронз?

8. Опишіть структури антифрикційних сплавів.

9. Навіщо в бабіти додають мідь?

Література: [1, с. 384; 3, с. 342; 4, с. 232].

Лабораторна робота №14

Порядок виконання роботи

Студенти діляться на ланки, кожна з яких одержує прилад, корозійне середовище і зразок.

Отримавши завдання, студенті повинні:

1) підготувати зразки для дослідження: зачистити їх поверхні наждачним папером, визначити розміри, знежирити спиртом і закріпити на нитці всередині воронки;

2) установити склянку з електролітом на основу штатива та глибоко занурити в розчин воронку приладу;

3) відкрити кран бюретки 1, доповнивши електролітом до нульової поділки бюретки, закрити його. З цього моменту через певні проміжки часу (наприклад, через 5 хв) почати відраховувати об'єм виділеного водню. Результати вимірювань занести до табл. 14.1;

4) за отриманими даними побудувати графіки залежності об'єму водню від часу і розрахувати швидкість корозії;

5) зробити висновки за виконаною роботою.

Рисунок 14.2 - Схема приладу для дослідження корозії сплавів

Таблиця 14.1 - Об’єм виділеного водню, см³

Сплав, що досліджується