Варіанти завданнь до лабораторної роботи №5

варіант 1.

сталі

Феритний високоміцний чавун

ВАРІАНТ 2

сталі

Високоміцний феритний чавун

ВАРІАНТ 3

Сталі

Феритний сірий чавун

ВАРІАНТ 4

Сталі

Феритний ковкий чавун

ВАРІАНТ 5

Сталі

Феритний ковкий чавун

ВАРІАНТ 6

Сталі

Феритний високоміцний чавун

ВАРІАНТ 7

Сталі

Феритний сірий чавун

ВАРІАНТ 8

Сталі

Феритний високоміцний чавун

ВАРІАНТ 9

Сталі

Феритний сірий чавун

ВАРІАНТ 10

Сталі

Феритний високоміцний чавун

ВАРІАНТ 11

Сталі

Феритний сірий чавун

ВАРІАНТ 12.

сталі

25

Феритний високоміцний чавун

ВАРІАНТ 13

сталі

Високоміцний феритний чавун

ВАРІАНТ 14

Сталі

Феритний сірий чавун

ВАРІАНТ 15

Сталі

28

Феритний ковкий чавун

ВАРІАНТ 16

Сталі

Феритний ковкий чавун

ВАРІАНТ 17

Сталі

Феритний високоміцний чавун

ВАРІАНТ 18

Сталі

Феритний сірий чавун

ВАРІАНТ 19

Сталі

Феритний високоміцний чавун

ВАРІАНТ 20

Сталі

Феритний сірий чавун

34

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №6

Дослідження впливу величини зерна феріту на механічні властивості відпаленої сталі

Мета роботи: ознайомлення з методикою визначення розміру зерна сплавів.

Прилади, матеріали, довідкове і програмне забезпечення роботи

1. Стенд для проведення металографічних досліджень до складу якого входять: металографічний мікроскоп МІМ - 8, веб-камера, компʹютер.

2. Мікрошліфи сплавів.

3. Державний стандарт України ДСТУ ISO 14250:2010

Сталь. Металографічна характеристика розміру зерна.

4. Програма для обробки зображень JmicroVision (http://www.jmicrovision.com/)

Теоретичні відомості

Полікристалічна речовина. Зерно (кристаліт) — визначення. Більшість металів та сплавів мають кристалічну будову головною характеристикою якої є тип елементарної комірки. Так для α-Fe (залізо при температурі нижчий 911⁰С) елементарна комірка зветься об’ємноцентрованою кубічною (оцк) і

а б

Рис.1. Елементарна комірка оцк решітки

а – просторове зображення, б- схематичне зображення

має вигляд, що показаний на рис.1. Шляхом переміщення комірки по осях координат можна побудувати увесь кристал. Сплав отримують шляхом повного розплавлення його компонентів з подальшою кристалізацією. СРозмір зерна сплаву істотно впливає на його міцнісні властивості. Так зі зменшенням розміру зерна збільшується границя текучості, границя міцності. Тому розмір зерна сплаву регламентують державними стандартами (додаток 1) і контролюють різними методами найпоширенним з котрих є металографічний.

36

Рис.2. Схема кристалізації метала та просторова орієнтація

елементарних комірок у сусідніх зародках

Металографічний метод визначення розміру зерна. Металографічним аналізом звуть метод дослідження структури сплавів за допомогою оптичного (або електронооптичного) металографічного мікроскопу. В лабораторній роботі використовується металографічний мікроскоп МІМ — 8, у якому замість оптичного окуляра у тубусі закріплена веб — камера (рис.3)

Рис.3. Загальний вигляд стенда для металографічного дослідження

1 -зразок, 2 — предметний столик, 3- веб-камера, 4- гвинт грубого фокусування, 5-гвинт тонкого фокусування, 6 — гвинти переміщення предметного столика

37

Рис.4. Обєктиви мікроскопу МІМ-8

Обʹєктиви мікроскопу (рис.4) створюють збільшене дійсне зображення поверхні зразка, веб- камера 3 фіксує зображення та проводить цифрову обробку зображення. Фокусування зображення здійснюється гвинтами 4 та 5. Визначення загального збільшення зображення обʹєктивом та вєб-камерою проводять за допомогою обʹєкт мікрометру (рис.5) — лінійки на яку нанесено 1мм

Рис.5. Обєкт - мікрометр

розділений на 100 частин. Обʹєкт мікрометр встановлюється на предметному столику замість зразка і зображення рисок фокусуються на моніторі. Зображення частини лінійки накладається на мікроструктуру, що отримана при тому ж обʹєктиві (рис.6) Збільшення (×300) розраховується як відношення відстані на мікрофотографії між крайніми рисками (15Е3мкм) до

38

×300

Рис.6. Мікрофотографія сплаву титана з

з накладеними рисками обʹєкт - мікрометру

дійсної відстані між ними (500мкм) і записується під зображенням структури. Для дослідження мікроструктури сплаву, зокрема визначення розміру зерна, пласка поверхня вирізаного зразка послідовно проходить три операції обробки

• шліфування наждаковим камінням та папіром

• ретельне полірування

• травлення у розчинах кислот. лугів солей в залежності від хімічного складу сплаву

Виготовлений таким чином зразок для мікроструктурного аналізу звуть мікрошліфом. Межі зерен мають підвищену хімічну активність обумовлену, зокрема більш високою концентрацією домішкових включень. Тому на місці їх виходу на поверхню утворюються западини , світові промені на яких відзеркалюються у сторони, не попадають у обєктив мікроскопу і на зображенні виглядають у вигляді темних смуг (рис.7)

А

39

×350

б

Рис.7. Схема утворення контрасту при

витравленні меж зерен (а) та мікроструктура феріту (б)

Порядок проведення роботи

1. На металографічному мікроскопі МІМ – 8 з веб камерою одержати та зберегти у файлі зображення мікроструктури зразків технічного заліза, маловуглецевих та низьколегованих сталей.

2. встановити на компʼютері програму JMicroVision (http://www.jmicrovision.com/) (рис.8)

Рис.8. Скріншот початкового вікна програми JMicroVision

3. Клікнув File та Open Image ( у вікні, що випало) маємо (рис.9)

Рис. 8. Вікно вибору варіанту завдання

1. Відчиняємо свій варіант та отримаємо (рис.10)

Рис.10. Завантаження мікрофотографію структури

2. Послідовно виконуємо наступне: знімаємо прапорець з Thumbnail (ескіз), вводимо прапорець у Scale (Calibration) (масштаб, калібрування), клікаємо General Description (загальний опис) та у вікні, що випаде обираємо Spatial Calibration (просторове калібрування) (рис.11)

Рис.11. Вікно калібрування

3. У вікні калібрування обираємо Enter a distance, then draw a line (Введіть відстань, а потім намалювати лінію). На рис.11 показана частина шкали обʼєкт – мікрометра з 5 діленнями. Отже лінія між крайніми діленнями дорівнює 50мкм. Тобто Known distance (відома відстань) становить 50мкм, що вказуємо у вікні, далі клікаємо пряму у верхніх іконках, проводимо курсором лінію та у Output units обираємо мicrometers. Ця опція переводить збільшену відстань на мікрофотографії у дійсні відстані на мікрошліфу у мкм (рис.12)

Рис.12. Перехід від відстаней на мікрофотографії до дійсних відстаней на мікрошліфу

Далі: прапорець у Spatial Calibration, у вікні, що випаде - 1D Measurement (одномірні вимірювання), іконка - лінія та провести курсором діаметр зображення. Зʼявляється таблиця з якої потрібно лише значення довжини лінії L₁= 416,675мкм. Рахуємо кількість зерен (n₁), що перетинаються лінією. На рис. 13 показано приклад підрахунку. Повторюємо розрахунок для діаметру, що перпендикулярний вказаному та розраховуємо середній умовний діаметр зерна (d) та середню площину перетину зерна (а)

d = (L₁+L₂)/(n₁+n₂) (1)

а= L₁×L₂/n₁×n₂ (2)

Державний стандарт потребує повторення аналогічного підрахунку ще у чотирьох точках поверхні мікрошліфу для чого гвинтами 6 (рис.3) зразок переміщується відносно обєктиву (у роботі вимірювання проводиться в одній точці). Крім значень а та d величину зерна характеризують ще кількома параметрами. Для їх узагальнення уводять єдиний параметр, який зветься балом або номером зерна N. Між а та N є емпірична залежність

а = 500мкм×2^8-N (3)

Рис.13. Підрахунок кількості зерен, що перетинаються прямою

7. По співвідношенням (1,2) знайти а, d та з додатку 1 визначити N.

8. Повторити розрахунки для інших зразків та побудувати в Excel залежності d та а від вказаного параметру.