2. Порядок выполнения работы

1. Изучить основные методы механических испытаний металлов на прочность (статическую и динамическую), пластичность и твердость.

2. Провести исследования по определению твердости на образцах среднеуглеродистой конструкционной стали по методу Бринелля или Роквелла (по выбору).

3. По полученным значениям твердости определить (рассчитать) статическую прочность, пластичность и предел выносливости металла, указать его марку.

3. Содержание отчета

1. Краткое описание методики испытаний механических свойств металла.

2. Основные формулы по расчету механических свойств металла.

3. Расчет значений твердости и марка стали, ориентировочно выбранная по полученным данным.

4. Заполненная таблица с результатами исследований механических свойств испытуемых образцов.

Механические свойства испытуемых образцов ,%

Образец	Значение твердости					, %
	HB	HRC	HRB	HRA	HV
1 2

4. Вопросы для самоконтроля

1. Какие свойства металла относятся к физическим, химическим, технологическим? Приведите примеры.

2. Какие свойства металла относятся к механическим? Дайте определение основных механических свойств.

3. Как проводят испытания по определению предела прочности металла на растяжение?

4. Как проводят испытания по определению ударной вязкости металла?

5. Какие методы испытаний по определению твердости металла известны?

6. Что понимают под усталостью металла и как ее определяют?

7. Какие методы определения твердости рекомендованы для очень твердых и мягких материалов?

8. Пластичность металла, ее характеристики и их определение.

Лабораторная работа № 2

МИКРОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ

Цель работы

1. Ознакомиться с микроструктурой металлов и сплавов и методами её исследования.

2. Научиться самостоятельно проводить микроанализ.

Пояснение к работе

В зависимости от величины, вида изучаемых частиц, из которых состоят металлы и сплавы, и методов их исследо­вания в современном металловедении приняты три опреде­ления структуры металлических твердых тел:

1. Микроструктура – это поликристаллическое многозернистое строение металлов и сплавов, видимое с помощью оптического микроскопа. При изучении микроструктуры оп­ределяют и ее пороки: неметаллические включения, поры, трещины. Наименьшая величина деталей микроструктуры или ее пороков, доступная наблюдению оптическим микроско­пом, 0,8 мкм, т. е. 8000 ангстремов, максимальное полезное увеличение оптического микроскопа в 2000 раз.

2. Тонкая структура или субструктура –это детали строения самих зёрен металлов и сплавов, измеряемые десятками ангстремов и обнаруживаемые электронными и ионными микроскопами как просвечивающими, так и отражающими, с применением увеличений до 100 000 раз.

3. Атомная или кристаллическая структура металлов и сплавов – это упорядоченное расположение атомов в пространстве, т.е. тип кристаллической решётки. Для непосредст­венного наблюдения расположения атомов в кристалличес­кой решетке и междуатомных расстояний в последнее время применяют электронные и ионные проекторы, которые дают возможность различать детали структуры величиной до единиц ангстремов и допускают увеличение до 3000000 раз.

Более широкое применение для исследования атомного строения металлов и сплавов имеют рентгенографические и электронографические методы, не дающие прямого изобра­жения местоположения атомов в решетке, но показывающие дифракционные изображения ее атомных плоскостей на рентгенограммах и электронограммах, по которым опреде­ляют тип решетки и рассчитывают межатомные расстояния с точностью до тысячных долей ангстрема. Микроструктур­ный анализ является одним из самых распространенных ме­тодов исследования и проводится на специально приготов­ляемых образцах, называемых микрошлифами.

Микроанализ нетравленых шлифов позволяет определить форму, размеры, расположение неметаллических и инородных включений, наличие микротрещин, пор, раковин и других дефектов металла.

На травленых микрошлифах выявляется форма, размеры, вид и взаимное расположение зерен.

В настоящей работе производится изучение структуры стали с помощью микровизера.

Работа с микроскопом. Исследуемый шлиф помещают на предметный столик полированной поверхностью вниз. Грубая наводка (фокусировка) для получения четкого изображения производится путем поднимания или опускания предметного столика посредством винта. Добившись четкого изображения, положение предметного столика за­крепляют стопором и производят точную наводку на фокус вращением микрометрического винта.

Изучение структуры следует начинать с малых увеличений, переходя на большие для изучения подробностей структуры. Во избежание порчи микрошлифа не рекомендуется передвигать его руками по поверхности столика, а следует пользоваться винтами столика.

Разрешающая способность микроскопа d – это предельно малая величина расстояния между двумя точками исследуемой поверхности, микрошлифа, раздельные изобра­жения которых даст микроскоп. Разрешающая способность тем больше, чем меньше d.

При расстоянии между точками, меньшем предельного, они становятся неразличимыми. Например, если в структуре сплава имеются зерна в виде тончайших пластинок или округлой формы, у которых толщина или диаметр (расстоя­ние между противолежащими точками контура) меньше разрешающей способности микроскопа, они микроскопом не обнаруживаются.

Разрешающая способность определяется формулой

d =λ/a, (1)

где λ – длина волны применяемого света;

а – числовая апертура объектива.

Длина волны колеблется от 0,4 мкм в синей части спектра до 0,7 мкм – в красной и может быть выбрана путем при­менения фильтра соответствующего цвета, обеспечивающего монохроматическое освещение.

Числовая апертура а определяется формулой

a=n∙sinα, (2)

где n—показатель преломления среды между шлифом и объективом; α—половина отверстного угла объектива (рис. 1).

Если между объективом и микрошлифом имеется воз­дух, то n=1 и объектив называется сухим. При внесении между объективом и микрошлифом капли кедрового масла n=1,50, и объектив в таком случае называют иммерсионным.

У наиболее сильных объективов угол α=720, sinα = 0,95, и по формуле (2) α = 0,95 для сухого объек­тива.

Рис. 1. Ход лучей в сухом и иммерсионном объективе

Разрешающая способность при выборе оранжевого фильтра (λ=0,6µ) по формуле (1):

d= =0,63 мкм.

Разрешающая способность иммерсионного объектива с апертурой

а= 1,5∙0,95 = 1,43 и синим фильтром (λ=0,4µ):

d = =0,28 мкм.