|
Содержание работы или список заданий
|
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 1
МАКРОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ СПЛАВОВ
Цель работы: ознакомиться с методами макроструктурного анализа и изучить характерные виды макроструктур.
Порядок выполнения работы:
1. Ознакомиться и законспектировать теоретические сведения.
2. Ознакомиться с раздаточным материалом (фото макроструктур, образцы с изломами, макротемплет, Атлас структур- стр. 31).
3. Зарисовать и подписать рисунки макроструктур :
- макроструктура поверхности пера сопловой лопатки (изготовлена методом литья из жаропрочного сплава);
- макрошлиф сварного соединения (соединение выполнено методом электронно-лучевой сварки);
- усталостный излом на пере рабочей лопатки (указать очаг - место зарождения трещины, зону распространения усталостной трещины и зону «долома»;
- текстура деформации на образце из деформированного сплава.
4. Выводы.
5. Составить по 3-5 контрольных вопроса к данной работе (записать их в отчете после выводов).
Краткие сведения о макроанализе.
Металлографический анализ включает изучение макроструктуры - макроанализ и микроструктуры – микроанализ.
Металлографический анализ нашел широкое применение в промышленности при разработке и технологии литья, ковки, штамповки, сварки, при разработке новых сплавов и методов обработки, для контроля качества технологических операций, а также для установления причин аварий конструкций.
МАКРОАНАЛИЗ заключается в определении строения металла путем просмотра его поверхности невооруженным глазом или при небольшом увеличении – до 30 раз .
Макростроение изучают непосредственно на поверхности металла (например – отливок, поковок), в изломе, а также после предварительной подготовки исследуемой поверхности, заключающейся в ее шлифовании (абразивным кругом на шлифовальном станке или вручную на грубой шлифовальной шкурке) и травлении специальными реактивами. Шлифованный и протравленный образец называют макрошлифом. Отсюда основные методы макроанализа: макроанализ излома металла и макроанализ шлифов.
Макроанализ излома металла . По характеру поведения металла при разрушении различают: кристаллический или зернистый излом (блестящий с фасетками) – он наблюдается при хрупком разрушении металлов пониженной вязкости; матовый или волокнистый излом - наблюдается при вязком разрушении, которому предшествует значительная пластическая деформация и т.д.
Характерное строение имеет усталостный излом . Усталость – это процесс постепенного накопления повреждений в материале под действием повторных знакопеременных (циклических) нагрузок , величина которых не превышает предела текучести. Процесс усталости состоит из трех этапов, и эти этапы хорошо прослеживаются на усталостных изломах (см. рисунок на доске) : 1- образование трещины в наиболее нагруженной части сечения; 2- притертая часть с концентрическими линиями, показывающими распространение усталостной трещины; 3- окончательное разрушение - зона «долома».
Исследование изломов, таким образом, является простым, но весьма важным методом исследования, в частности, при выявлении причин разрушения деталей машин.
Макроанализ шлифов. Макрошлифы могут быть подготовлены непосредственно на поверхности изделий, либо на образцах, специально вырезанных из деталей (темплетах). При исследовании макрошлифа можно определить :
1. Нарушение сплошности металла : усадочную рыхлоту, газовые пузыри и раковины, трещины, пустоты, непровары сварных соединений.
2. Строение сплавов. Макроанализ выявляет величину, форму и расположение зерен и, в частности, дендритное строение литого металла.
3. Химическую неоднородность (так называемую ликвацию) в распределении некоторых элементов (чаще серы, фосфора, углерода ) по сечению (объему) заготовки , вызванную процессом кристаллизации из жидкости.
4. Неоднородность строения сплава, вызванную его последующей обработкой давлением. Зерна, а также неметаллические включения в стали - сульфиды, оксиды при обработке давлением (прокатке, ковке, штамповке и т.д.) дробятся и вытягиваются вдоль направления деформации, образуя текстуру деформации. Образование текстуры способствует появлению анизотропии механических свойств. Например, ударная вязкость образцов, вырезанных вдоль прокатки, выше, чем у образцов, вырезанных поперек прокатки.
5. Неоднородность сплава, созданную термической обработкой и т.д.
Макроструктурный анализ в сочетании с микроструктурным, которому он предшествует, позволяет наиболее полно анализировать строение металла.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 2
МИКРОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ СПЛАВОВ
Цель работы: ознакомиться с методом микроструктурного анализа и изучить характерные виды микроструктур.
Краткие сведения о микроанализе.
Микроструктурным анализом называется исследование структуры металлов с помощью микроскопа при увеличении до 2000 раз.
Микроанализ применяют для определения формы и размеров зерен; изменений внутреннего строения сплава, происходящих под влиянием различных процессов (технологических, эксплуатационных); выявления микродефектов – микротрещин, микропор и т.п.; обнаружения неметаллических включений – сульфидов, окислов и др.
Для микроанализа вырезают небольшой образец, одну из плоскостей которого шлифуют, полируют и травят. Подготовленная таким образцом поверхность образца называется микрошлифом.
При травлении, т.е. при обработке поверхности растворами кислот или солей, одни структурные составляющие вытравливаются больше, а другие меньше. При освещении микрошлифа на микроскопе лучи света по-разному отражаются от различно протравившихся составляющих. Места, протравленные сильнее, больше рассеивают отраженные лучи, поэтому видны более темными. Например, границы зерен травятся сильнее. Лучи света, падающие на границы, отражаются в стороны, не попадают в объектив микроскопа и поэтому границы зерен кажутся темными (см. рис. на доске).
Для исследования металлов и сплавов применяют микроскопы отраженного света, называемые металлографическими. Металлографический микроскоп состоит из следующих систем : оптической, осветительной и механической.
Порядок выполнения работы:
1. Ознакомиться и законспектировать теоретические сведения.
2. Изучить характерные микроструктуры железоуглеродистых сплавов : феррит, аустенит, цементит, перлит зернистый и пластинчатый , ледебурит ( Атлас структур- стр. 14-16,18,19,21).
3. Зарисовать и описать схемы микроструктур феррита, аустенита, цементита, перлита зернистого и пластинчатого, ледебурита (вместо многоточия вставить название) :
А). Микроструктура … как твердого раствора углерода и др. легирующих элементов в γ-железе состоит из светлых зерен с характерными двойниками.
Б). Микроструктура … как твердого раствора углерода и др. легирующих элементов в α-железе состоит из светлых зерен.
В). Ледебурит . Эвтектика – механическая смесь, состоящая из аустенита и цементита, образованная при 1147 градусах из жидкого сплава, при температуре ниже 727 градусов состоит из перлита и цементита. Микроструктура – характерные округлые темные включения перлита, расположенные в светлой цементитной основе.
Г). Перлит. Эвтектоид – механическая смесь, состоящая из феррита и цементита, образованная при 727 градусах из аустенита (т.е. из твердой фазы).
Перлит пластинчатый –состоит из тонких пластинок цементита, расположенных в ферритной основе.
Перлит зернистый – состоит из мелких зернышек цементита, расположенных в ферритной основе.
Д). Микроструктура … как химического соединения железа с углеродом имеет светлый выпуклый вид , например, выделившийся в виде сетки из аустенита (цементит вторичный).
Рисунки микроструктур в отчете расположить в следующем порядке : феррит, аустенит, цементит, перлит зернистый и пластинчатый, ледебурит - вблизи рисунка расположить описание.
4. Выводы.
5. Контрольные вопросы:
- Для каких целей применяют микроструктурный анализ?
- Что такое микрошлиф? С какой целью проводят травление?
- Дать определение фаз и структурных составляющих, изученных в работе.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 3
ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Цель работы: Ознакомиться с методами измерения твердости
Порядок выполнения работы:
1. Дать определение твердости
2. Зарисовать схемы измерения: по Бринеллю (В.М. Никифоров, стр. 59); по Виккерсу
( учебник «Материаловедение и технология конструкционных материалов», стр.29).
3. Свести данные по измерению твердости по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу в единую таблицу:
Наименование способа Обозначение Индентор Нагрузка Стандартные условия (нагрузка и диаметр шарика ) для Бринелля Шкала при определении твердости по Роквеллу Формулы и условия факультативных пересчетов Области применения
.
4. Определить диаметр отпечатка на конкретном образце углеродистой стали (отпечаток получен на твердомере Бринелля , при стандартных условиях- диаметр шарика 10мм, нагрузка 3000кгс) и определить твердость НВ (Справочник «Машиностроительные стали»,приложение на стр. 372).
5. Перевести полученную твердость в единицы по Роквеллу и Виккерсу по формулам.
6. Осуществить перевод полученной твердости по Бринеллю в единицы твердости по Роквеллу и Виккерсу по переводной таблице (Справочник «Машиностроительные стали»,приложение на стр. 372).
7. Выводы. В выводах сформулировать преимущества и недостатки методов.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 4
МИКРОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ В РАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ.
Цель работы: научиться проводить микроструктурный анализ стали в равновесном состоянии.
Дано: содержание углерода в стали составляет…
Порядок выполнения работы:
1. Начертить диаграмму Fе- Fе3С.
2. Провести вертикальную прямую I-I согласно заданному процентному содержанию углерода (конкретно для Вашего варианта).
3. Точки пересечения прямой I-I с линиями диаграммы обозначить цифрами.
4. Описать превращения, происходящие при нагреве и охлаждении стали ( с содержанием углерода согласно Вашему варианту).
Например: сталь с 0,8 % углерода – эвтектоидная сталь .
При нагреве: До т.3 (727 о С) превращений нет, и сталь имеет перлитную структуру. При температуре т. 3 происходит превращение перлита в аустенит . От т.3 до т.2 сталь имеет аустенитную структуру. В т.2 начинается плавление аустенита. От т. 2 до т.1 происходит плавление, и сталь состоит из аустенита и жидкого сплава. Выше точки сталь находится полностью в жидком состоянии.
При охлаждении: До т. 1 сталь находится в жидком состоянии. В т.1 начинается кристаллизация аустенита. От т.1 до т.2 происходит кристаллизация аустенита и сталь состоит из аустенита и жидкого сплава , От т.2 до т.3 сталь состоит из аустенита. В т.3 происходит превращение аустенита в перлит. Ниже т.3 сталь имеет структуру перлита (см. Атлас, стр18).
5. Зарисовать структуру стали (с содержанием углерода согласно Вашему варианту) при комнатной температуре, воспользовавшись фотографиями микроструктур из «Атласа макро- и микроструктур металлов и сплавов» Н.Ф.Болховитинов,Е.Н. Болховитинова, М, 1959, (стр.22 и далее), принимая во внимание, что в доэвтектоидных сталях с увеличением содержания углерода , количество феррита уменьшается, а перлита – возрастает; в заэвтектоидных сталях - количество цементита увеличивается пропорционально содержанию углерода. Под рисунками сделать надписи, поставить увеличение.
Выводы:
Контрольные вопросы:
1. Свойства фаз и структурных составляющих углеродистых сталей.
2. Области существования фаз и структурных составляющих на диаграмме Fe-Fe3C.
Микроструктуры сталей, связь со свойствами
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 5
ВЫБОР ТЕРМООБРАБОТКИ ДЛЯ ЗАДАННОЙ ДЕТАЛИ.
Цель работы: научиться назначать режим термообработки для конкретной детали.
Задание : а). Выбрать режим окончательной термообработки для колеса зубчатого из стали 45;
в процессе эксплуатации к детали предъявляются требования высокой прочности и повышенной ударной вязкости.
б). Выбрать режим термообработки для улучшения обрабатываемости резанием заготовки из стали с содержанием углерода 0,9% - сталь У9 (У9- обозначение углеродистой инструментальной стали с содержанием углерода 0,9 % , т.е. число указывает содержание углерода в десятых долях процента).
Порядок выполнения работы:
1). Выбрать вид термообработки заданной детали, исходя из цели проведения термообработки; при окончательной термообработке - исходя из условий эксплуатации детали.
2). Обосновать свой выбор.
3). Нарисовать стальной угол диаграммы железо-углерод (с соблюдением пропорций).
4). Выбрать по диаграмме температуру нагрева термообработки.
Расчет времени выдержки в данной работе не проводится (выдержка при термообработке необходима для полного нагрева детали по всему сечению и для выравнивания состава аустенитных зерен; время выдержки зависит от формы и размеров изделия и от состава стали ).
При выборе закалочной среды, руководствоваться следующим:
- вода – обеспечивает наиболее быстрое охлаждение; применяется для углеродистых сталей (у этих сталей большая критическая скорость закалки Vкр.);
- масло – обладает небольшой скоростью охлаждения в области температур мартенситного превращения; применяется для деталей малых сечений из легированных и высоколегированных сталей (они имеют малую критическую скорость закалки).
5). Выбранный режим термообработки представить в виде графика в координатах температура – время; график пояснить надписями: название детали, марка стали, вид термообработки, Тнагрева, охлаждение ( с печью, на воздухе и т.д.).
6). Определить, какая структура должна получиться после проведения назначенной термообработки.
Выводы:
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 6
КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ. МАРКИРОВКА. ТЕРМООБРАБОТКА. НАЗНАЧЕНИЕ.
Цель работы: научиться подбирать материалы по их назначению и условиям эксплуатации.
Порядок выполнения работы:
1). Переписать вопрос 1,а задания.
2). Дать ответ на вопрос 1,а
3). Переписать задание 1,б.
4).Найти и выписать из справочника (Ф.Д.Гелин «Металлические материалы», Минск «Вышэйшая школа», 1987.) заданные параметры.
5). Вопросы 2-5 - в аналогичном порядке.
6). Выводы.
Задание:
1 вариант
1,а). Какой примерный химический состав и назначение стали 10?
б). Определите химический состав и применение стали 10 по справочнику.
2,а) Какой примерный химический состав и назначение стали 40ХН2МА?
б). Определите режим термообработки, свойства и применение стали 40ХН2МА по справочнику.
3, а). Какой примерный химический состав и назначение стали 80?
б). Определите режим термообработки, свойства и применение стали 80 по справочнику.
4, а). Какой примерный химический состав и назначение стали ШХ15СГ?
б). Определите химический состав и режим термообработки стали ШХ15СГ по справочнику.
5,а). Какой примерный химический состав и назначение стали ХВГ?
б). Определите назначение стали ХВГ по справочнику.
2 вариант
1,а). Какой примерный химический состав и назначение стали 15?
б). Определите химический состав и применение стали 15 по справочнику.
2,а) Какой примерный химический состав и назначение стали 40Х?
б). Определите режим термообработки, свойства и применение стали 40Х по справочнику.
3, а). Какой примерный химический состав и назначение стали 50ХФА?
б). Определите режим термообработки, свойства и применение стали 50ХФА по справочнику.
4, а). Какой примерный химический состав и назначение стали ШХ15?
б). Определите химический состав и режим термообработки стали ШХ15 по справочнику.
5,а). Какой примерный химический состав и назначение стали У7А?
б). Определите назначение стали У7А по справочнику.
3 вариант
1,а). Какой примерный химический состав и назначение стали 40?
б). Определите химический состав и применение стали 40 по справочнику.
2,а) Какой примерный химический состав и назначение стали 15Х?
б). Определите режим термообработки, свойства и применение стали 15Х по справочнику.
3, а). Какой примерный химический состав и назначение стали 60С2ХА?
б). Определите режим термообработки, свойства и применение стали 60С2ХА по справочнику.
4, а). Какой примерный химический состав и назначение стали ШХ15СГ?
б). Определите химический состав и режим термообработки стали ШХ15СГ по справочнику.
5,а). Какой примерный химический состав и назначение стали 9ХФ?
б). Определите назначение стали 9ХФ по справочнику.
4 вариант
1,а). Какой примерный химический состав и назначение стали 45?
б). Определите химический состав и применение стали 45 по справочнику.
2,а) Какой примерный химический состав и назначение стали 12ХН3А?
б). Определите режим термообработки, свойства и применение стали 12ХН3А по справочнику.
3, а). Какой примерный химический состав и назначение стали 70?
б). Определите режим термообработки, свойства и применение стали 70 по справочнику.
4, а). Какой примерный химический состав и назначение стали ШХ15?
б). Определите химический состав и режим термообработки стали ШХ15 по справочнику.
5,а). Какой примерный химический состав и назначение стали Р6М5Ф3?
б). Определите назначение стали Р6М5Ф3 по справочнику.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №7
ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЕЙ
Цель работы : научиться выбирать материалы для изготовления основных деталей двигателей.
Порядок проведения работы:
1. Представить в свой отчет эскиз ГТД с температурами нагрева различных частей двигателя. ( Учебник «Конструкция и основы проектирования авиационных ГТД», С.И.Ловинский и др., стр.6 (далее – Учебник), плакаты)
2. Кратко представить основные принципы выбора материала основных деталей двигателей, ответив на следующие вопросы:
2,а Материалы для деталей компрессоров (учебник, стр. 73) :
- Чем определяется выбор материала деталей компрессора?
- Из каких материалов изготавливают диски?
- Из каких материалов изготавливают рабочие лопатки?
- Из каких материалов изготавливают направляющие лопатки?
2,б Материалы деталей камер сгорания (учебник, стр. 114):
- Требования к материалу жаровых труб;
- Из каких материалов изготавливают жаровые трубы?
2,в Материалы деталей турбин (учебник, стр. 151):
- Чем определяется выбор материала деталей турбин?
- Из каких материалов изготавливают сопловые лопатки?
- Из каких материалов изготавливают рабочие лопатки?
- Какие дополнительные меры проводят для увеличения жаростойкости лопаток?
3. Заполнить таблицу:
Наименование детали материал Свойства материала по справочнику
1.Рабочая лопатка компрессора V11 ступени ВТ3-1
2. Жаровая труба ХН78Т(ЭИ435)
3. Сопловая лопатка 1 ст. ЖС6-К
4. Выводы
|