Хід роботи

1. Опрацювати теоретичний матеріал.

2. Виконати завдання.:

2.1. Вивчити методику випробування металів на твердість.

3. Оформити звіт, зробити висновки

4. . Відповісти на контрольні запитання.

Контрольні запитання

1. Який порядок випробувань при визначенні твердості матеріалу методом Брінелля?

2. Який порядок випробувань при визначенні твердості матеріалу методом Роквелла?

3. Якими методами вимірюють діаметр відбитка, що залишається на зразку, після вдавлення в нього кульки при вимірюванні методом Брінелля?

4. Укажіть сферу застосування методів вимірювання твердості за Брінеллем, Роквеллом, Віккерсом.

5. Як записують величину твердості за Брінеллем, Роквеллом, Віккерсом?

6. Назвіть переваги і недоліки кожного методу вимірювання твердості.

Лабораторно-практична робота №2

Тема програми. Залізовуглецеві сплави (50 год.).

Тема уроку. Вивчення мікроструктури сталей і чавунів (2 год.)

Мета роботи: вивчити методику макроскопічного і мікроскопічного аналізу сплавів; придбати навики аналізу структури сплавів; вивчити мікрострукту­ру сталей, проаналізувати вплив вуглецю на механічні властивості сталей.

Місце проведення: лабораторія кафедри «Матеріалознавства» Кременчуцького національного університету ім. М.Остроградського.

Обладнання: електронний мікроскоп, мікрошліфи чавунів та вуглецевих сталей, фотографічні зображення мікроструктури різних видів чавунів та сталей.

Теоретична частина

При кристалізації сплавів в наслідок впливу багатьох факторів утворю­ється кристалічна будова, де зерна по-різному орієнтовані і мають різну ве­личину. Вид, кількість та розміщення зерен у структурі, домішок нерівномі­рне і веде до появи дендритної ліквації. На структуру також впливає викори­стана обробка виробу - гаряча чи холодна пластична деформація, зварюван­ня, термічна або хіміко-термічна обробка. Все це значно діє на механічні, те­хнологічні та експлуатаційні властивості сплавів. Тому дослідження структу­ри сплавів - один з основних методів контролю їх якості.

Мікроструктурний аналіз - це дослідження будови металу за допомо­гою оптичних або електронних мікроскопів, при значному збільшенні. Під мікроструктурою розуміють форму розміри та характер взаємного розташу­вання відповідних фаз в металах і сплавах. Фаза - це однорідна складова час­тина сплаву, що має однаковий склад, кристалічну будову і властивості та відокремлена від інших поверхнями розділу. Структурні складові сплаву це відокремлені частини сплаву, що мають однакову будову з характерними їм особливостями. Дослідження мікроструктури складається з виявлення числа, розмірів, форми, взаємного розташування і кількісного співвідношення фаз і структурних складових. При цьому можуть бути виявлені і макродефекти сплавів.

Мікроаналіз виконується на спеціальних зразках - мікрошліфах. Зразки сплаву шліфуються на різних номерах наждачного паперу, потім полірують­ся до дзеркального блиску. Це виконується для того, щоб всі точки досліджу­ваної поверхні знаходилися на рівній відстані від об'єктиву. Спочатку мік- рошліфи розглядають під мікроскопом в не травленому стані, з метою вияв­лення макроструктури, якості підготовки мікрошліфа. Під мікроскопом такий шліф має вид світлого круга, на якому можна помітити невеликих розмірів темні плямки (сірі чи чорні), а інколи жовтуватого кольору, це є сліди неме­талевих включень, чи хімічної неоднорідності. Також можна виявити мікро пористість - дефект, який зустрічається частіше всього у виливках.

Після перегляду непротравленого мікрошліфу для виявлення мікро­структури шліф протравлюють. Частіше за все для протравлення використо­вують метод вибіркового розчинення фаз. При протравлюванні, внаслідок неоднакової стійкості границь зерен, різних фаз і структурних складових до хімічного розчинника, виявляється мікрорельєф.

Найбільш розповсюдженим протравлювачем є 5%-ний розчин Н№0₃ в етиловому спирті. Для протравлювання мікрошліф занурюють полірованою поверхнею в розчин вибраного розчинника і через певний час виймають, при цьому поверхня стає матовою. Шліф промивають водою, підсушують і далі використовують для аналізу.

Досліджуючи отриманий мікрошліф під мікроскопом спостерігають форму, розміри зерен, фази, домішки. По мікроструктурі сплавів, що мають дві і більше фаз, можна встановити кількісне співвідношення цих фаз, і по відомим залежностям визначити хімічний склад основних компонентів.

В даній роботі досліджується мікроструктура залізовуглецевих сплавів. В сталях та чавунах залежно від вмісту вуглецю існують як окремі фази так і сукупність декількох фаз. Основними фазами залізовуглецевих сплавів є тверді розчини (ферит, аустеніт), механічні суміші (перліт, ледебурит), хіміч­ні сполуки (цементит) та графіт. На рисунку 1.1 представлені схеми мікро­структур сталі.

Рисунок 1.1. Схеми мікроструктури сталі:

а - феритної; б - ферито-перлітної; в - перлітної; г - перліто-цементитної.

Досліджуючи мікроструктуру можна з'ясувати кількісне відношення фазових складових структури, яке визначають по відліковій сітці окуляр- мікрометра. Для цього визначають дольові частини фаз у структурі по кіль­кості їх зерен. Так якщо в мікроструктурі сталі позначити ферит через Х, а перліт через У то використовуючи кількісне відношення фаз можна визначи­ти приблизний вміст вуглецю і твердість сталі по формулам: - вміст вуглецю в сталі:

де НВф - середня твердість фериту, НВф ~ 80...100; НВ_п – твердість перліту, НВ_п ~ 160...200; Х, У- кількісний вміст фаз, відповідно.

При дослідженні мікроструктури чавунів можна не тільки дослідити мікроструктуру (рис. 1.2), але й виявити форму графіту.

а б в

Рисунок 1.2. Схеми мікроструктури білого чавуну:

а - доевтектичного (перліт і ледебурит); б - евтектичного (ледебурит); в - за- евтектичного(ледебурит і цементит).

Конструкційні чавуни в структурі мають вільний графіт різної форми. Саме форма графіту визначає вид і властивості чавуну (рис.1.3). В сірому ча­вуні графіт має пластинчату форму, в ковкому - хлоп'євидний графіт; висо­коміцний чавун має кулясту форму графіту

а б в

Рисунок 1.3. Вид графіту в чавуні:а - пластинчатий; б - хлоп'євидний; в - ку­лястий.

Однак включення графіту в чавуні, порушуючи суцільність металевої матриці є концентраторами напружень, і тому негативно впливають на меха­нічні властивості чавуну.

В таблиці 1.1 приведені усереднені показники механічних властивостей сталі 45, що має ферито-перлітну структуру, і чавунів з подібною основою і різною формою графітових включень.

Сплав	Форма графіту	Границя міцності	Відновне видовження
Сталь 45	-	620	15
Високоміцний чавун	куляста	655	12
Ковкий чавун	хлоп'євидна	250	10
Сірий чавун	пластинчата	150	0,2

Таблиця 1.1 Порівняльні властивості сталі 45 і чавуну

З таблиці видно, що властивості чавуну в найменшій мірі знижує куляста форма графіту.