Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУР ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ
Цель работы: ознакомить студентов с микроструктурами и маркировкой цветных сплавов. Приборы, материалы, инструменты: 1) металлографический микроскоп МИМ-10; 2) коллекция шлифов; 3) атлас микроструктур. Все металлы и их сплавы, за исключением железа и его сплавов, относятся к цветным. Сплавы на основе меди, алюминия и титана составляют основную группу применяемых в машиностроении цветных сплавов. Они разнообразны и в большинстве случаев имеют сложный состав. Основными структурными составляющими медных и алюминиевых сплавов являются твердые растворы, механические смеси, химические или интерметаллические соединения. Структура цветных сплавов по сравнению со структурой сталей отличается большим размером зерен, поэтому микроанализ их производится при увеличении в 100, 200 раз. Структурные составляющие многих цветных сплавов под микроскопом имеют одинаковый вид, что затрудняет микроанализ и требует предварительных данных об их составе и термообработке. Алюминиевые сплавы Малый удельный вес, высокая коррозийная стойкость, высокие показатели удельной (относительной) прочности алюминиевых сплавов обеспечивают их широкое применение во всех областях техники в качестве конструкционного материала. Все алюминиевые сплавы в зависимости от технологии изготовления из них полуфабрикатов и деталей делятся на две группы – деформируемые и литейные. 1. Деформируемые (дуралюмин и кованные) – сплавы алюминия с медью, магнием и другими элементами (железом, марганцем, кремнием). К этим сплавам предъявляются в основном два требования: высокая прочность и способность поддаваться пластической деформации. Деформируемые сплавы алюминия приготовляют в виде листов, лент, профилей, прутков, труб, проволоки и в виде поковок. Наиболее распространенным является дуралюмин, который после термообработки (закалка-старение) дает высокую прочность. Для повышения коррозийной стойкости изделия из дуралюмина подвергают плакированию. Микроструктура отожженного дуралюмина содержит светлые зерна твердого раствора и темные включения Mg2Si, CuAl2, FeAl3. После закалки структура содержит только зерна α -твердого раствора. При старении по границам зерен выделяются мелкие фазы CuAl2, CuMgAl2, чем и объясняется резкое повышение свойств дуралюмина после термообработки. Марки деформируемых сплавов: Д1, Д2, Д6, АК2, АК4. 2. Литейные (силумины) – сплавы алюминия с кремнием (до 14 % Si), применяют для фасонного литья. Требования к ним следующие: хорошая жидкотекучесть, малая усадка, высокая прочность, хорошая обрабатываемость. Высокая прочность силуминов достигается после модифицирования натрием и термообработки (закалка + искусственное старение). Добавка меди повышает механические свойства и обрабатываемость. Микроструктура силуминов содержит светлые пятна твердого раствора и эвтектику из твердого раствора и кремния. Марки литейных сплавов: АЛ2, АЛ4, АЛ17В, АЛ8, ВЗ00 и т.д. Медные сплавы Чистая медь применяется в качестве электропроводящего, теплопроводящего и уплотнительного материала. Марки M1, M2. В промышленности широкое применение нашли сплавы меди – латунь и бронза. Латунь – сплав меди с цинком. Техническое применение имеют сплавы, содержащие до 45 %цинка. При содержании цинка до 39 % будет однофазная латунь (пластичная), она может применяться для производства тонких листов и проволоки. Структура однофазной латуни после отжига состоит из характерных зерен твердого раствора с двойниками. Различная окраска зерен объясняется анизотропией свойств. Если цинка в латуни содержится более 39 %, то это будет двухфазная латунь (хрупкая), используемая для прокатки в горячем состоянии. Структура двухфазных латуней состоит из светлых зерен твердого α -раствора, окруженного твердым раствором β . Применяют также специальные латуни, содержащие и другие элементы – алюминий, свинец, олово и т.д. Марки латуней: Л70, Л92, Л62, ЛС59-1 и т.д. Бронзы –сплав меди со всеми элементами, кроме цинка, с Al, Be, Sn, Pb, P, Fe, Mn, Si. В зависимости от элемента, введенного в медный сплав, бронзы бывают алюминиевые, оловянистые, свинцовые, бериллиевые, кремнистые. Бронзы обладают высокой коррозийной устойчивостью и хорошей обрабатываемостью резанием. Многие из них имеют также хорошие литейные свойства и высокие антифрикционные свойства. Большое разнообразие бронз и различное влияние добавок и видов обработки на структуру бронзы значительно затрудняет их металлографический анализ. Микроструктура конкретной бронзы определяется диаграммой состояния и термообработкой. При малом содержании элементов получаются однофазные бронзы, имеющие структуру однородного твердого раствора. При количестве элементов, превышающем необходимое для образования твердого раствора, получаются двухфазные бронзы, имеющие структуру из твердого раствора и эвтектоида. Марки бронз: Бр.ОФ10-1, Бр. АЖМц10-3-15, БрКМцЗ-1, Бр.Б2. Титан и его сплавы Титан обладает низкой плотностью, высокими прочностью и коррозионной стойкостью. Охрупчивается водородом, чувствителен к содержанию примесей, из-за которых резко теряет пластические свойства. Преимущественное применение титан получил в авиа- и ракетостроении, морском судостроении. Технический титан – технологичный металл. Из него изготавливают различные полуфабрикаты. Он хорошо деформируется и сваривается. Твердость НВ = 600-700 МПа. Марки ВТ1-0, ВТ1-00. Обладает полиморфным превращением. aÛ b. Подобно классификации легированных сталей, титановые сплавы классифицируют по структуре, которую они получают после охлаждения на воздухе (нормализация), соответственно с этим сплав разделяют на α -сплавы; α +β -сплавы и β -сплавы. Современные промышленные α -сплавы сравнительно малопластичны, не охрупчиваются при термической обработке. К сплавам этого класса относится чистый титан и сплавы титана с алюминием; β -сплавы наиболее пластичны, но наименее прочны: при нагреве не испытывают фазовых превращений. Сплавы α +β более прочны, чем однофазные, хорошо куются и штампуются, поддаются термической обработке, охрупчиваются лишь при известных условиях термической обработки (появление β -фазы).При закалке титановых сплавов образуется мартенситная структура игольчатого строения. Легирующие элементы Al, O, N, C в титановом сплаве расширяют a-область (a-стабилизаторы), а V, Cr, Fe, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Sn – b-область (b-стабилизаторы). Титановые сплавы разделяют на a, b, a+b сплавы. a- сплавы сравнительно мало пластичны и не охрупчиваются при ТО; b-сплавы наиболее пластичны, но наименее прочны, не испытывают полиморфных превращений; a+b сплавы – более прочные, чем однофазные, хорошо деформируются, обрабатываются ТО (закалка и старение, азотирование) и слабо охрупчиваются.
Порядок выполнения работы 1. Изучить маркировку цветных сплавов. Расшифровать обозначение каждого сплава коллекции. 2. Установить шлиф на предметный столик микроскопа и настроить микроскоп. 3. Зарисовать видимую под микроскопом микроструктур и указать стрелками структурные составлявшие. 4. Расшифровать предложенные преподавателем марки цветных сплавов.
Контрольные вопросы: 1. Что называется бронзой? 2. Как классифицируются и маркируются бронзы? 3. Где применяются бронзы? 4. Что называется латунью? 5. Как классифицируются и маркируются латуни? 6. Каково предельное содержание цинка в латуни? 7. Как изменяются механические свойства латуни с повышением содержания цинка? 8. Где применяются латуни? 9. Какие типы сплавов характерны для титановых сплавов? 10. Где применяются титановые сплавы? 11. Что называется модифицированием, как оно проводится и какова его сущность? 12. Как влияет модифицирование на структуру и свойства силумина? Лабораторная работа № 6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ Цель работы: 1. Изучить устройство прибора ТШ-2М. 2. Освоить методики определения твердости по методу Бринелля. Приборы, материалы, инструменты: 1) твердомер ТШ-2М; 2) образцы для измерения твердости; 3) микроскоп Типа МПБ-2 для измерения диаметра отпечатка. Твердость – это свойство металла сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела определенной формы и размеров. Твердость по методу Бринелля определяют путем вдавливания стального закаленного шарика диаметром 10, 5 мм или 2, 5 мм в испытуемую плоскую поверхность под действием заданной нагрузки в течение определенного времени (рис. 14).
Рис. 14. Схема испытания на твердость по способу Бринелля.
Выбор диаметра шарика, нагрузки и времени выдержки под нагрузкой производится в зависимости от рода и толщины испытуемого материала или образца. В табл. 1 приведены установленные ГОСТом нормы испытаний по Бринеллю. Число твердости по Бринеллю определяется как отношение нагрузки к сферической поверхности отпечатка и обозначается НВ. , (1) где Р – нагрузка на шарик, а F – площадь отпечатка (сегмента). Поверхность шарового сегмента , (2) где D – диаметр шарика в мм, а h – глубина отпечатка в мм. Но проще измерить диаметр отпечатка d, тогда: . (3) Подставляя значение h в формулу (2), получим: , (4) а подставляя в формулу (1) получим: (5) Чем тверже металл, тем меньше диаметр отпечатка. Диаметр отпечатка измеряется при помощи микроскопа МПБ-2, имеющего шкалу с ценой деления в 0, 1 мм. Во избежание сложных вычислений числа твердости для каждого отпечатка на практике пользуются готовыми таблицами, в которых приведены числа твердости в зависимости от диаметра отпечатков и нагрузки (табл. 2). Для определения твердости по Бринеллю пользуются твердомером типа ТБ (рис. 15). Прибор включает следующие механизмы, смонтированные на литой чугунной станине: 1. Механизм привода, состоящий из электродвигателя и червячного редуктора. 2. Механизм подъема стола. 3. Механизм подъема рычажного устройства. 4. Механизм переключения движения (реверсирования). 5. Механизмнагружения.
Рис. 15. Внешний вид прибора ТБ.
Определение твердости. На подвеску 1 устанавливают набор грузов 13. Сама подвеска создает нагрузку 1875 Н. В наборе имеются грузы а, б и в, создающие нагрузки 625 Н, 2500 Н, 5000 Н соответственно. В шпинделе 9 закрепляют наконечник с шариком 8. Образец 7 устанавливают на столик 6. Вращением штурвала 5 приводят в движение винт 4 и прижимают образец к шарику до совпадения указателя 10 с риской, при этом создается предварительная нагрузка 1000 Н. После этого нажатием кнопки включают электродвигатель 2, через эксцентрик 3 и шатун 11 опускается рычаг 12 с нагруженной подвеской 1. При этом нагрузка передается на шарик и последний вдавливается в образец в течение установленного времени. После этого рычаг с грузами поднимается и вращением штурвала 5 против часовой стрелки опускается столик 6. Образец снимают и измеряют оставшийся отпечаток микроскопом МПБ-2 диаметра отпечатка и подсчета по формуле или таблицам ГОСТа 9012-59 значения твердости.
Таблица 1 Выбор диаметра шарика и нагрузки в зависимости от твердости
Таблица 2 Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-03-22; Просмотров: 1728; Нарушение авторского права страницы