Файл: ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЮ.pdf

6.Ответить на контрольные вопросы.

7.Составить отчет.

Общие положения

Явление упрочнения металла при холодной пластической деформации называется наклепом, изменяются не только механические, но и физические, химические свойства: увеличивается электросопротивление, снижается магнитная проницаемость, понижается коррозионная стойкость.

Пластическая деформация приводит металл в структурно неустойчивое состояние. При нагреве деформированного металла происходят явления возврата и рекристаллизации, возвращающие металл в равновесное состояние.

Снятие искажений решетки в процессе нагрева деформированного металла называется возвратом, или отдыхом. При этом уменьшается плотность дислокаций в результате их взаимного уничтожения (аннигиляция).

Дальнейшее повышение температуры приведет к тому, что беспорядочно расположенные внутри зерна дислокации собираются, образуя дислокационные стенки и создавая ячеистую структуру (процесс полигонизации), которая может быть устойчивой и может затруднить процессы, развивающиеся при более высокой температуре.

Рекриталлизация протекает при более высоких температурах, чем возврат и полигонизация, может начинаться с заметной скоростью после нагрева выше определенной температуры.

Температура начала рекристаллизации или температурный порог рекристаллизации может быть определен по формуле А.А. Бочвара:

Трек= α Тпл ,

где α – коэффициент, зависящий от состава и структурного состояния металла ( для чистых металлов α = 0,1 – 0,2; для металлов технической чистоты α = 0,3 – 0,4; для сплавов α = 0,6 – 0,8); Тпл – температура плавления, К.

Первичная рекриталлизация характеризуется процессом образования новых, равноосных зерен вместо ориентированной волокнистой структуры деформированного металла. После завершения первичной рекристаллизации в процессе последующего нагрева происходит рост одних рекристалли-

зованных зерен за счет других (собирательная рекристаллизация).

Различают холодную и горячую деформации. Деформация, которая проводится ниже температуры рекристаллизации, называется холодной, она сопровождается наклепом. Деформация, осуществляемая выше температуры рекристаллизации, называется горячей, здесь упрочнение, вызванное пластической деформацией, снимается рекристаллизацией, протекающей при температурах деформации.

21

Порядок выполнения работы

1.Первое задание студенты выполняют дома, при подготовке к лабораторным работам.

2.Работа выполняется в следующем порядке. Группа студентов делится на бригады. Первая бригада измеряет штангенциркулем высоту недеформированного и деформированного образцов с точностью до 0,1 мм и рассчитывает степень деформации по формуле

λ = H 0 − H1 100% ,

H 0

где Н0 – высота недеформированного образца; Н1 – высота деформированного образца.

Замеряется твердость по Роквеллу (HRB) недеформированного и деформированных образцов, результаты измерения заносятся в табл. 6.1, строится график зависимости НRВ =ƒ(λ,%).

2Л80

3(α –латунь)

3.Вторая группа студентов отжигает в печи образцы с наибольшей степенью деформации при t = 200 , 400, 600 °С в течение 20 минут и измеряет твердость по Роквеллу (HRB), результаты измерений заносит в табл. 6.2.

tпл = 1059 °С) по формуле А.А. Бочвара: Трек = α Тпл ..

5. Построить график зависимости: НRВ ƒ(tотж) и определить ориентировочно температуру начала рекристаллизации α -латуни.

22

Содержание отчета

1.Задание и цель работы.

2.Табл. 6.1 с экспериментальными данными твердости деформируемой

α- латуни. График зависимости твердости α - латуни (НRВ) от степени деформации, λ %.

3.Расчет температуры начала рекристаллизации а - латуни (Л80).

4. Табл. 6.2 с экспериментальными данными по твердости отожженной α - латуни при t = 200, 400, 600 °С. График зависимости твердости

α– латуни (НRВ) от температуры отжига.

5.Ответнаконтрольныйвопрос.

6.Список использованной литературы.

Контрольные вопросы

1.Что такое упругая деформация металлов и сплавов? Физические методы определения упругой деформации.

2.Что такое пластическая деформация металлов и сплавов?

3.Диаграмма напряжение – деформация для пластичных и хрупких металлов. Характеристики пластической деформации для пластичных и хрупких материалов.

4.Как происходит пластическая деформация в моно- и поликристаллах? Текстура деформированных материалов.

5.Что такое дислокация и плотность дислокаций?

6.Какова плотность дислокаций в отожженных и наклепанных образ-

цах?

7.Физическая сущность наклепа.

8.Как влияет наклеп на физические, химические и механические характеристики наклепанного материала?

9.Отдых и полигонизация. Изменение структуры, физических, химических и механических свойств металлов и сплавов.

10.Первичная рекристаллизация металлов и сплавов. Изменение физических, химических и механических свойств металлов и сплавов.

11.Вторичная рекристаллизация металлов и сплавов. Как влияет вторичная рекристаллизация на изменение механических свойств наклепанных материалов.

12.Критическая степень деформации.

13.Холодная и горячая обработка металлов и сплавов. Области примене-

ния.

23

Лабораторная работа N 7

ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ДВОЙНЫХ СПЛАВОВ

Цель работы: научиться определять фазы и структуры в сплавах при различных температурах, устанавливать связь между диаграммой состояния (структурой) и механическими, технологическими свойствами сплавов.

Задания

1.Вычертить предложенную преподавателем диаграмму состояния, оставив рядом место для построения кривых охлаждения.

2.Определить образующиеся фазы и значение линий диаграмм состояния (ликвидус, солидус, линии полиморфных превращений, предельной растворимости избыточных фаз, эвтектического и перитектического превращения).

3.Написать реакции фазовых превращений, происходящих при постоянных температурах.

4.Определить структуры сплавов во всех областях диаграммы состояния. Для заданных сплавов построить кривые охлаждения и объяснить происходящие в них изменения. Для указанного сплава при данной температуре определить фазы, их химический состав и весовое количество.

5.Сравнить механические и технологические свойства сплавов с различной структурой.

6.Ответить на контрольные вопросы.

7.Составить отчет.

Общие положения

В промышленности широко применяются не чистые металлы, а их сплавы. Под сплавом понимается вещество, получаемое сплавлением двух или более элементов. Различают следующие типы сплавов: механические смеси, твердые растворы и химические соединения.

Общие закономерности сосуществования устойчивых фаз, отвечающих теоретическим условиям равновесия, могут быть выражены в математической форме, называемой правилом фаз, или законом Гиббса. Правило фаз дает количественную зависимость между степенью свободы системы и количества фаз и компонентов:

С = К + П – Ф

где С – число степеней свободы (вариантность), т. е. число внешних и внутренних факторов, которое может изменяться без изменения числа фаз в системе;

24

К – количество компонентов (веществ, образующих систему); П – число внешних и внутренних факторов (температура, давление и

концентрация), воздействующих на систему; Ф – число фаз; фаза – это однородная часть системы, отделенная от

других частей системы поверхностью раздела, при переходе через которую свойства изменяются скачкообразно.

Так как в дальнейшем мы будем рассматривать влияние температуры (охлаждение или нагрев системы), то правило фаз можно записать следующим образом:

С = К + 1 – Ф

Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение состояния сплава. Она показывает, как изменяется структура сплавов и температура фазовых превращений при изменении состава.

Между составом и структурой сплава, определяемой диаграммой состояния и свойствами сплава, существует определенная зависимость.

Сплавы эвтектического состава отличаются средней прочностью и пластичностью, но исключительно хорошими линейными свойствами, так как имеют высокую жидкотекучесть и очень малую усадку (поскольку кристаллизуются при постоянной температуре).

Твердые растворы однородны, а потому имеют повышенную прочность и пластичность, ковки, но имеют очень высокое электросопротивление и плохие литейные свойства.

Химические соединения устойчивы, тверды, но чрезвычайно хрупки. Переход сплава в однофазное состояние повышает пластичность, распад твердого раствора – понижает ее.

Коррозионная стойкость высока у чистых металлов, ниже – твердых растворов и наименьшая – у механических смесей.

Порядок выполнения работы

Для выполнения работы каждый студент получает диаграмму состояния, по которой выполняет все предложенные задания.

Пример построения кривой охлаждения представлен на рис.7.1.

Содержание отчета

1.Название, цель работы, задание.

2.Диаграмма состояния (приложение 1).

3.Кривые охлаждения.

4.Ответнаконтрольныйвопрос.

5.Список использованной литературы.

25

Задания

1.Изучить принципы обозначения углеродистых сталей (обыкновенного качества, качественныхивысококачественных).

2.Изучитьпринципыобозначениялегированныхсталей.

3.Изучитьпринципыобозначения чугунов(серого, высокопрочного, свермикулярнымграфитом, ковкогоилегированного).

4.Изучить принципы обозначения цветных сплавов (силумин, дюралюмин, латунь, бронза, магниевыйсплав, цинковыйсплав, припой, баббит).

Общиеположения

Принципыобозначениямарок

1)углеродистыхсталейизложеныв

ГОСТ380-94 (конструкционныхобыкновенногокачества), ГОСТ1050-88 (качественныхконструкционных), ГОСТ1435-99 (инструментальных);

2)чугунов

ГОСТ1412-85 (серыхчугунов), ГОСТ7293-85 (высокопрочныхчугунов),

ГОСТ28394-89 (чугуновсвермикулярнымграфитом), ГОСТ26358-87 (ковкихчугунов);

3)легированныхсталей ГОСТ4543-71 (конструкционных),

ГОСТ14959-79 (рессорно-пружинных), ГОСТ801-78 (подшипниковых), ГОСТ5950-2000 (пруткииполосы), ГОСТ5632-72 (коррозионностойких);

4)цветныхсплавов

ГОСТ1583-89 (силуминов), ГОСТ4784-74 (дюралюминов),

ГОСТ15527-70, 17711-80 (латуней),

ГОСТ483-79 (бронз), ГОСТ19734-74 (припоев), ГОСТ1209-78 (баббитов).

Порядок выполнения работы

При подготовке к работе студенты знакомятся с условными обозначениями марокметаллическихматериаловпоГОСТамвбиблиотеке.

Влабораториикаждомустудентувыдаетсязадание, содержащеепо5–6 марок машиностроительных материалов из вышеперечисленных групп. Необходимо

27