Файл: ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЮ.pdf

где Δρ – поправка на поглощение, выбранная из табл.4.1. Столбец 6. Угол θточн в градусах рассчитывают по формуле, град.

θточн =2Lиспр /2 ,

(например, θточн =42,6°/2 =21,3°).

Столбец 7. Значения угла θточн записывают в градусах и минутах (на-

пример, 21,3° = 21° 18', т. к. 0,3 х 60' = 18').

Столбец 8. Значения с точностью до четвертого знака после запятой выбирают из тригонометрических таблиц.

Столбец 9. Используя значение sinθ и известную длину волны рентгеновского излучения, с помощью уравнения Вульфа-Брегга рассчитывают межплоскостныерасстоянияdi расч.

di расч = λα / 2sinθ.

Столбец 10. Табличные значения dтабл.

С помощью справочной табл. 4.2 следует определить вещество, для которого табличные значения dтабл совпадают с расчетными значениями межплоскостных расстояний dрасч. Записать название вещества.

Определение рентгеновской плотности вещества (к заданию 4). После выполнения расчета рентгенограммы и идентификации исследуемого вещества необходимо, пользуясь справочной табл. 4.2, найти тип кристаллической решетки вещества, координационное число и параметр решетки найденного вещества.

Рентгеновская плотность вещества p рассчитывается по формуле, г/см3,

р= nA / a3.

где р – плотность исследуемого вещества; п – число атомов в элементарной ячейке; А – вес одного атома в а.е.м. (1а.е.м. = 1 ,66×10-24г); а – па-

раметр ячейки .

Таблица 4.2

16

Содержание отчета

1.Название, цель работы, задание.

2.Краткое содержание работы.

3.Расчет рентгенограммы, выполненный в виде табл. 4.1.

4.Расчет рентгеновской плотности исследуемого вещества.

5.Ответна контрольныйвопрос.

6.Список использованной литературы.

Контрольные вопросы

1. Ha каком физическом явлении основан рентгеноструктурный анализ?

2.Свойства и возбуждение рентгеновских лучей (тормозное и характеристическое излучения).

3.Вывод и смысл уравнения Вульфа-Брегга.

4.Что такое межплоскостные расстояния?

5.Почему линии на дебаеграмме имеют форму дуг?

6.Почему приближенное значение угла рассеяния θприбл при расчете рентгенограммы, полученной в рентгеновской камере РКД, равно полови-

не 2Lизм ?

7.Практическое применение метода порошка (метода Дебая-Шepepa) при фазовом анализе металлических сплавов.

8.Определение числа атомов в элементарной ячейке для ОЦК и ГЦК решеток.

9.Получение рентгеновских лучей для структурного анализа.

10.Устройство рентгеновской камеры типа РКД.

Лабораторная работа №5

ПРОЦЕСС КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ВЕЩЕСТВ

Цель работы: получить процесс затвердевания кристаллических веществ и установить взаимосвязь между структурой слитка и условиями процесса кристаллизации.

Задания

1.Используя учебники и пособия, познакомиться с основными параметрами процесса кристаллизации.

2.Построить кривую охлаждения олова.

3.Проследить за процессом кристаллизации капли азотнокислого свин-

ца Pb(NO3)2 .

17

4.Изучить строение металлического слитка и установить взаимосвязь между структурой слитка и условиями кристаллизации.

5.Ответить на контрольные вопросы.

6.Составить отчет.

Общие положения

Переход металла из жидкого состояния в твердое называется кристаллизацией. Этот процесс можно изобразить кривыми в координатах температура – время, (кривой охлаждения).

На размер зерна влияют температура нагрева и разливки жидкого металла, его химический состав и присутствие в нем посторонних примесей. Кристаллы, образующиеся в процессе затвердевания металла, в зависимости от скорости охлаждения, характера и количества примесей могут иметь различную форму.

Чаще в процессе кристаллизации образуются разветвленные, или древовидные, кристаллы, получившие название дендритов. Правильная форма дендритов искажается в результате столкновения и срастания частиц на поздних стадиях кристаллизации. При первом соприкосновении со стенками формы в тонком прилегающем слое жидкого металла возникает резкий градиент температур и явление переохлаждения, ведущее к образованию большого количества центров кристаллизации. В результате корка получает мелкозернистое строение. Затем образуются удлиненные дендриты (столбчатые кристаллы). Рост этих кристаллов происходит в направлении отвода тепла, т. е. нормально к стенкам изложницы. В случае сильного перегрева металла, быстрого охлаждения его с высокой температуры литья и спокойного заполнения формы зона удлиненных дендритов может полностью заполнить весь объем. В центре слитка уже нет определенной направленности отдачи тепла. В результате этого образуется равноосная структура. Зародышами кристалла здесь являются обычно различные мельчайшие включения, присутствующие в жидком металле.

Порядок выполнения работы

1.Первое задание выполняется студентами в порядке подготовки к лабораторной работе.

Задания 2, 3 и 4 выполняются бригадами по 2 человека. Знания, приобретенные при выполнении 1-го пункта, используются для объяснения полученных результатов.

2.Второе задание бригада выполняет в следующем порядке:

– на установке поставлен тигель с готовым расплавом олова. В расплав погружен горячий спай термопары, холодный подключен к потенциометру;

18

–снять показания потенциометра через 30 секунд в процессе охлаждения расплава олова;

–по полученным данным построить кривые охлаждения, пользуясь градуировочной шкалой.

3. Процесс кристаллизации капли азотнокислого свинца наблюдают под микроскопом при увеличении не больше x100. Для этого на подогретое

стекло наносят каплю насыщенного раствора соли Рb(NО3)2 и устанавливают на предметный столик микроскопа так, чтобы край капли был виден

вокуляр.

Следует обратить внимание на то, что процесс кристаллизации начинается у краев капли с образованием мелких зерен. Вслед за мелкими зернами перпендикулярно им в сторону отвода тепла растут крупные столбчатые кристаллы. В центре капли растут беспорядочно ориентированные кристаллы, имеющие форму дендритов.

4. Для выполнения четвертого задания каждая бригада получает коллекцию изломов слитков, имеющих различное строение, которое определяется условиями охлаждения. Строение изломов изучить с помощью лупы и зарисовать, описать предполагаемые условия кристаллизации. Следует обратить внимание на факторы, способствующие развитию той или иной зоны металлического слитка, а также на свойства этих зон.

Содержание отчета

1.Название, цель работы и задание.

2.Кривая охлаждения олова с необходимыми объяснениями и выводами.

3.Схема строения закристаллизовавшейся капли азотнокислого свинца

инеобходимыми объяснениями и выводами.

4.Рисунки металлических слитков, закристаллизовавшихся при различных условиях, с необходимыми объяснениями и выводами.

5.Ответнаконтрольныйвопрос.

6. Список использованной литературы.

Контрольные вопросы

1.Что такое фазовое превращение? Приведите примеры.

2.Объясните, почему фазовое превращение кристаллических тел сопровождается тепловым эффектом? Приведите примеры.

3.Нарисуйте кривую охлаждения и нагрева для кристаллического и аморфного вещества.

4.Нарисуйте и объясните схему изменения свободной энергии чистого металла в твердом и жидком состояниях и зависимости от температуры.

19

5.Чем объясняется различие между температурой плавления и температурой кристаллизации?

6.Назовите основные параметры процесса кристаллизации.

7.Объясните связь между числом центров кристаллизации, линейной скоростью их роста и величиной зерна.

8.Нарисуйте и объясните схему влияния переохлаждения на число центров кристаллизации и скорость роста кристаллов.

9.Перечислите факторы, способствующие переохлаждению металлов. 10. Дайте понятие о критическом радиусе зародыша твердой фазы. 11. Дайте понятие о гомогенном механизме зарождения твердой фазы.

12. Дайте понятие о гетерогенном механизме зарождения твердой фазы. 13. Нарисуйте и объясните зональное строение металлического слитка. 14. Перечислите достоинства и недостатки слитка с развитой зоной

столбчатых кристаллов. Назовите факторы, способствующие развитию зоны столбчатых кристаллов.

15. Перечислитe достоинства и недостатки слитка с развитой зоной равноосных кристаллов. Назовите факторы, способствующие развитию зоны равноосных кристаллов.

Лабораторная работа N 6

ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Цель работы: определить влияние холодной пластической деформации и последующей термообработки на структуру и механические свойства металлов и сплавов.

Задания

1.Используя литературные источники, изучить влияние упругой и пластической деформации на изменение структуры металлов и сплавов на микро- и субмикроуровнях, а также наклепа на изменение физических, химических и механических свойств.

2.Определить влияние степени холодной пластической деформации

λ%, на твердость α-латуни и построить график зависимости

НВ =ƒ(λ).

3.Рассчитать температуру начала рекристаллизации для α-латуни, используя формулу А.А. Бочвара.

4.Изучить влияние отжига на прочность α-латуни.

5.Определить температуру рекристаллизационного отжига и области

холодной и горячей обработки α-латуни.

20