Лабораторная работа 3 Изучение структуры микрошлифов различных сплавов
Цель работы: освоить микроанализ поверхности микрошлифов различных сплавов. Научиться определять тип сплава, виды обработки и характер разрушения материалов по структуре микрошлифов.
Исходные материалы и приборы: образцы литого ТНТ, микрошлифы легированных сталей, различных марок чугуна; микроскоп.
Порядок выполнения работы: Проверить исправность работы микроскопа.
При исследовании структуры исследуемых веществ необходимо изготовить микрошлифы, которые рассматриваются в отраженном свете (например, металл, керамический материал, горная порода, т.е. непрозрачный материал) или в проходящем свете (тонкий и прозрачный шлиф, как у шлифов ТНТ). Приготовление микрошлифов очень ответственная, сложная и трудоемкая работа. Она зависит от природы материала и включает в себя операции среза, шлифовки и полировки, очистки, травления и других. Для металлов при приготовлении шлифов используются специальные шлифующие и полирующие материалы (например, пемза (смесь SiO2 – Al2O3) для шлифования серебра; окись хрома – для полировки твердых металлов и сплавов, в том числе, хрома; сталей и т.д.). В качестве травителей используются концентрированные и разбавленные кислоты. В данной работе используются готовые шлифы некоторых металлических сплавов, предоставленные Казанским моторостроительным производственным объединением.
При приготовлении микрошлифов из литых образцов ТНТ используют мелкую шкурку и ацетон, легкими движениями в виде восьмерки полируют поверхность образца до достижения ровной, тонкой и прозрачной поверхности. Ацетон в данном случае является растворителем ТНТ и поэтому применяется для травления поверхности образца.
Микрошлиф исследуемого сплава установить на столик микроскопа и изучить структуру образца. Описать структуру и структурные составляющие.
Структура состоит из структурных составляющих, разделенных некогерентными границами. Характеризуется рядом параметров, среди которых: вид, определяющийся кристаллической структурой и химическим составом; количество, размер, форма и распределение структурных составляющих.
Структурные составляющие различаются по кристаллографической ориентации, кристаллической структуре, химическому составу. Например, структура чистых металлов (аналогично, и ВВ) состоит из зерен и границ зерен; сплавы – из границ зерен компонентов сплава, границ фаз сплава; выделяются неметаллические или другие включения. Вторичная структура образуется в результате фазовых превращений, деформаций или термической обработки.
Исследуемые структуры зарисовать. Проанализировать взаимосвязь структуры исследуемых материалов и их свойств (прочность, пластичность и т.д.).
Ниже представлены примеры структур микрошлифов разных металлов и сплавов. Необходимо научиться объяснять наблюдаемые структуры металлов, выполнив контрольные задания.
Контрольные задания:
1 задание: определить тип металлов и сплавов по структурам, представленным на рис.11.
Исходные данные: 6 микрошлифов.
Образец № 1
Образец № 2
Рис.11. Микрошлифы образцов металлов
Образец № 3
Образец № 4
Продолжение рис.11. Микрошлифы образцов металлов
Образец №5
Образец № 6
Окончание рис.11. Микрошлифы образцов металлов
В таблице 1 дано описание и обоснование структуры образцов в зависимости от природы материала.
Таблица 1. Обоснование структуры металлов и сплавов
Номер образца |
Тип сплава или металла |
Обоснование |
1. |
Баббит |
Матрица с характерной литой структурой (дендритное строение) с выделениями интерметаллидных включений квадратной и треугольной формы |
2. |
Латунь двухфазная |
Двухфазное состояние сплава, в светлых зернах видны двойники, что характерно для гранецентрированных кубических (Г.Ц.К.) металлов |
3. |
Сталь У8 |
Структура пластинчатого перлита. Незначительное количество избыточной фазы свидетельствует об эвтектоидном состоянии |
4. |
Техническое железо |
Однофазная структура. Отсутствие двойников указывает на объемно-центрированный кубический (О.Ц.К.) металл. Возможно присутствие цементита (3). Наличие большеугловых границ. |
5. |
Медь |
Однофазная структура, цвет зерен красный, наличие двойников указывает на металл с Г.Ц.К. решеткой. |
6. |
Алюминий |
Однофазная литая структура, о чем свидетельствуют недостроенные границы зерен |
2 задание: Определить виды обработки материала.
Исходные данные: 8 микрошлифов стали 20 после различных видов обработки
Образец № 1 Образец № 2
Образец № 3 Образец № 4
Рис. 12. Образцы микрошлифов стали 20
Образец № 5 Образец № 6
Образец № 7 Образец № 8
Окончание рис. 12. Образцы микрошлифов стали 20
Описание и обоснование структуры образцов стали 20 приведено в зависимости от вида обработки (табл. 2).
Таблица 2. Обоснование структуры стали 20 после
соответствующей термообработки
Номер образца |
Вид термообработки |
Обоснование |
1. |
Отжиг |
Феррито-перлитная структура |
2. |
Холодная деформация с последующей рекристаллизации при температуре ниже АС3 |
Текстура прокатки, феррито-перлитная структура с глобулярным цементитом |
3. |
Холодная деформация |
Текстура прокатки, феррито-перлитная структура, пластинчатый цементит |
4. |
Цементация |
Возможно присутствие на поверхности обезуглероженного слоя. Второй слой высокоуглеродистый со структурой перлита, ближе к сердцевине – феррито-перлитная структура |
5. |
Объемная закалка с перегревом |
Крупное зерно бывшего аустенита, с крупными иглами мартенсита |
6. |
Цементация + закалка |
Возможно присутствие на поверхности обезуглероженного слоя. Второй слой мелкодисперсный мартенсит, сердцевина состоит из феррита и перлита |
Окончание таблицы 2
7. |
Поверхностная пластическая деформация |
В поверхностном слое материала зерна феррита и перлита вытянуты в направлении деформирования |
8. |
Борирование |
В поверхностном слое наблюдаются игольчатые кристаллы боридов, затем область с феррито-перлитной структурой с аномально крупным размером зерна, в сердцевине феррито-перлитная структура с размером зерна, как до химико-термической обработки |
Фотографии структур металлов и сплавов получены из Новосибирского государственного технического университета с Всероссийской студенческой олимпиады по материаловедению и технологии конструкционных материалов (2009 г.).
3 задание: определить характер разрушения материалов по фотографиям изломов (табл. 3).
Таблица 3. Фотографии изломов и определение характера
разрушения
№ |
Фотография излома |
Ответы |
1. |
|
Поверхность разрушения имеет ручьистый вид, что характерно для хрупкого разрушения |
2. |
|
Поверхность разрушения состоит из чашек, которые образуются при вязком разрушении |
Продолжение таблицы 3
3. |
|
Справа наблюдается участок хрупкого (ручьистого) и слева вязкого (чашечного) разрушения. Смешанный излом
|
4. |
|
На фотографии представлена поперечная поверхность разрушения стали после поверхностно-пластического деформирования |
Окончание таблицы 3
5. |
|
Поверхность усталостного разрушения, наблюдаются характерные усталостные бороздки |
6. |
|
Не является поверхностью разрушения. На фотографии представлен участок шлифа углеродистой стали. Видны цементитные пластины |
4 задание: определить характер дислокационных построений в материалах по фотографиям микроструктур (табл. 4).
Таблица 4. Фотографии микроструктур
№ |
Фотография структуры |
Ответы |
1. |
|
Дислокационные стенки |
2 |
|
Структура деформации: трансформация клубковой структуры в ячеистую |
3. |
|
Полигональная структура |
Библиографический список
1. Козлова О. Г. Рост и морфология кристаллов / О. Г. Козлова. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1980. – 368 с.
2. Хамидуллин Д. И. Влияние способа кристаллизации на размеры поликристаллического энергонасыщенного материала / Д. И. Хамидуллин, А. Ф. Тазеева, А. Р. Хайруллин // Сборник докладов Международной конференции «XI Харитоновские тематические научные чтения» - Саров, РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2009. - С.132.
3. Маснавиева Л. Р. Физико-химический анализ высокодисперсного энергонасыщенного материала, полученного методом высаживания в условиях массовой кристаллизации / Л. Р. Маснавиева, Д. И. Хамидуллин, А. Р. Хайруллин // Сборник тезисов докладов «X Международной конференции Забабахинские научные чтения» - Снежинск, РФЯЦ-ВНИИТФ, 2010г. - С.115.
4. Материаловедение: Учебник для вузов / Б. Н. Арзамасов, В. И. Макарова, Г. Г. Мухин и др. – М.: Академия, 2007. – 448 с.
5. Структура, свойства и методы упрочнения твердых тел: Учебное пособие / Т. П. Евсеева, М. Р. Файзуллина, И. Ю. Суркова и др.; Казан. гос. технолог. ун-т. Казань, 2002. – 112 с.
6. Евсеева Т. П. Прикладное материаловедение: Учебное пособие / Т. П. Евсеева, Н. Б. Иванов, И. Ю. Суркова и др. - Казань: изд-во Казан. гос. технолог. ун-та, 2007. – 336 с.
7. Алексинский В. Н. Занимательные опыты по химии / В. Н. Алексинский. – М.: Просвещение, 1995. – 96 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ...................................................................................... 3
1. Процессы кристаллизации. Определения. Классификации технологических методов кристаллизации.................................... . 5
2. Общие закономерности кристаллизации из расплавов........ . .7
2.1. Переход «жидкость – твердое кристаллическое тело»..... ...7
2.2. Закономерности кристаллизации.......................................... .10
2.3. Отверждение расплавов…………………......................... .15
3. Закономерности кристаллизации из растворов.................... 21
Лабораторная работа №1 – Изучение процесса кристаллизации из расплава……………………………………………………… .27
Лабораторная работа №2 – Изучение процесса кристаллизации из раствора………………………………………………………....29
Лабораторная работа №3 – Изучение структуры микрошлифов различных сплавов…………………………………………...........32
Библиографический список....................................................... ... 46
Процессы кристаллизации
ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Методические указания к лабораторным работам
Составители: Татьяна Петровна Евсеева
Венера Аминовна Ахмедшина
Инна Юрьевна Суркова
Редактор
Лицензия № 020404 от 6.03.97 г.
Подписано в печать Формат 60х84 1/16
Бумага писчая. Печать Riso. 3,00 ус.печ.л.
уч.-изд.л. Тираж 100 экз. Заказ «С»
Издательство Казанского государственного
технологического университета
Офсетная лаборатория Казанского государственного
технологического университета