Протокол 1.2

Измерения твёрдости по методу Роквелла

Контрольные вопросы к работе №1

1.Какова размерность единиц твёрдости по Роквеллу?

2.Назовите оптимальный диапазон измерения твёрдости на твердомере Бринелля.

3.Каковы требования к образцу для измерения твёрдости?

4.Расскажите о порядке измерения твёрдости на твердомере Бринелля (Роквелла).

5. Какую шкалу следует использовать при измерении твердости закаленного инструмента?

6. Как измерить твердость алюминиевого сплава при толщине листа более 6 мм?

7. Как измерить твердость цветного сплава – баббита при толщине изделия менее 3 мм?

8. Почему нельзя измерять на прессе Бринелля твердость закаленных сталей?

9. Какие шкалы твердости имеются на приборе Роквелла?

10. Как измерить твердость стального вала диаметром 50 мм, длиной 500 мм на прессе Бринелля?

11. Как измерить твердость стального вала диаметром 20 мм, длиной 500 мм на приборе Роквелла?

12. Как определить твердость инструмента?

13. Определите предел прочности инструмента?

14. Определите предел прочности стали, если твердость ее HRC 25.

15. Определите предел прочности стали, если ее твердость HRB 95.

16. Твердость инструмента HRA 86, определите твердость по шкале HRC.

17. Твердость материала составляет HB 269, переведите данное значение в число твердости по шкале Роквелла.

18. Как влияет закалка стали на ее твердость?

19. Как влияет содержание углерода на твердость углеродистой отожженной стали?

Учебно-исследовательская работа №2

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОВ НА МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКОМ МИКРОСКОПЕ МАКРО- И МИКРОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Методические указания к выполнению работы

Перед выполнением работы следует ознакомиться с методами оптической микроскопии, с конструкцией, механической и осветительной системами металлографических микроскопов и их типами, ознакомиться с метода ми макроструктурного и микроструктурного анализов, с оборудованием для изготовления шлифов, способами травления образцов / 7, с. 17-30/.

Цель работы: Изучить устройство металлографического микроскопа, основные приемы работы на нем, закрепить понятия зерно, эвтектика, твердый раствор. Научиться зарисовывать простейшие микроструктуры и определять структурные характеристики металла (величину зерна, толщину упрочненного слоя). Ознакомиться с методикой проведения макроструктурного анализа, приобрести практические навыки изучения изломов, макрошлифов, а также изготовления макрошлифов и научиться зарисовывать микроструктуру углеродистой отожженной стали.

Задание:

1. Записать основные правила обращения с металлографическим микроскопом.

2. Указать основные узлы микроскопа.

3. Разобраться с основными характеристиками микроскопа – разрешающей способностью, полезным увеличением и апертурой.

4. Привести расчет цены деления (Ц) окуляр-микрометра и определить цену деления для данного увеличения.

5. Зная цену деления Ц определить величину зерна в заэвтектоидной отожженной стали У12. Результаты занести в протокол.

6. Определить величину зерна в образце стали методом сравнения по эталонной шкале (ГОСТ 5639-82).

7. Зарисовать структуру цветного сплава (баббита марки Б83) с указанием выбранного увеличения.

8. Изучить макростроение изломов металла при воздействии статических, динамических и циклических нагрузок.

9. Зарисовать микроструктуру горячедеформированного металла.

10. Изучить микроструктуру изделий – цементованных, с защитными покрытиями и сварного соединения.

11. Изготовить и протравить микрошлиф из углеродистой стали, зарисовать структуру при увеличении в 200 раз.

12. Зарисовать структуру серого чугуна на нетравленом микрошлифе.

13. Составить отчет о проделанной работе и сделать выводы.

Протокол 2.1

Измерения цены деления окуляр-микрометра и величины зерна

Оборудование и материалы.

Металлографический микроскоп МИМ-7 (ММУ-3,ММР-2) с набором объективов и окуляров, объект-микрометр, окуляр-микрометр, образцы (микрошлифы) отожженной стали У12, баббита В83, шкала балльности зерна, коллекция образцов из стали и чугуна, заточной и шлифовальный станки, реактивы для травления, шлифовальная бумага, фетр, паста ГОИ. В работе используется также атлас микроструктур.

Техника безопасности.

Преподаватель показывает токоопасные места и демонстрирует правильные приемы обращения с микроскопом. Студент должен усвоить правила обращения с заточным и шлифовальным станками, с микроскопами и с химическими реактивами

В н и м а н и е! Обязательные правила обращения с микроскопом.

Микроскоп - сложный оптический прибор, требующий аккуратного и бережного обращения с ним.

1. Нельзя быстро и резко производить наводку объектива на фокус, следует аккуратно вставлять и вынимать объектив и окуляр. Если вращение винтов затруднено, нельзя применять силу, это ведет к поломке.

2. На предметный столик следует класть чистый и сухой шлиф, остатки реактива выведут объектив из строя.

3. Нельзя водить шлифом по столику.

4. При наводке на фокус следует пользоваться только макро- и микрометрическими винтами.

5. В начале наводки следует убедиться, что стопорный рычаг (микроскоп МИМ-7) приведен в нейтральное положение.

Содержание отчета:

1. Цель работы.

2. Перечень основного оборудования.

3. Основные правила обращения с микроскопом.

3. Перечень основных узлов микроскопа.

4. Протокол измерений.

5. Зарисовка макроструктуры образцов при визуальном изучении. Зарисовка микроструктуры баббита.

6. Зарисовка микроструктуры травленого образца из углеродистой стали в отожженном состоянии.

7. Зарисовка микроструктуры нетравленого образца из серого чугуна.

8. Выводы.

Справочные материалы:

Таблица 1.2

Таблица увеличений микроскопа МИМ-7

2. Атлас микроструктур и шкала балльности зерна по ГОСТ 5639-82

Контрольные вопросы к работе №2

1. Расскажите о назначении металлографического микроскопа.

2. Укажите основные узлы микроскопа МИМ-7.

3. Укажите типы объективов и окуляров, их увеличение.

4. Расскажите о понятии «разрешающая способность микроскопа»

5. Как определить величину зерна в металле?

6. Что такое полезное увеличение микроскопа?

7. Как определить величину зерна в металле?

8. Расскажите о порядке действий при работе с микроскопом.

9. Каковы правила обращения с микроскопом и исследуемым образцом?

10. Как установить на микроскопе увеличение 100 (200, 300) крат?

11. Как определить размер зерна в стали, используя шкалу балльности по ГОСТ 5639-82?

12. Какова величина разрешающей способности оптической системы металлографического микроскопа?

13. Какие увеличения применяются при изучении металлов?

14. Назовите виды излома при разрушении металла.

15. Опишите признаки вязкого излома.

16. Опишите признаки хрупкого излома.

17. Опишите признаки усталостного излома.

18. Объясните понятие - волокнистое строение стали.

19. Как изготовить макрошлиф?

20. Какие дефекты металла можно выявить при изучении макрошлифа?

21. Как проводится макроанализ сварного шва?

22. При каких увеличениях микроскопа проводится макроанализ металлов?

23. При каких увеличениях микроскопа проводится микро­анализ металлов?

24. Расскажите о порядке операций при изготовлении микрошлифа.

25. Какие особенности структуры выявляются при изучении нетравленых микрошлифов из стали и серого чугуна?

26. Каким образом выявляется структура металла на мик­рошлифе?

27. Как определить толщину цементованного слоя?

Лабораторная работа №3

ИЗУЧЕНИЕ ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД

Методические указания к выполнению работы

Перед выполнением работы следует ознакомиться с диаграммой железо-углерод в стабильном и метастабильном состоянии, типичными структурами стали и чугуна в равновесном состоянии.

Цель работы

Изучить структурное и фазовое состояние сплавов системы железо-углерод, закрепить понятие о структурных составлявших - перлите, аустените, ледебурите, феррите и цементите: нау­читься применять правило отрезков и использовать справочные материалы при решении вопросов о конкретной применении той или иной марки стали и чугуна.

Задание.

1. Начертить диаграмму состояний Fe-Fe₃C.

2. Указать фазы и структурные составляющие в различных
областях диаграммы Fe-Fe₃C.

3. Разобрать превращения при охлаждении доэвтектоидной,
эвтектоидной и заэвтектоидной стали, доэвтектического, эвтектического и заэвтектического чугуна с построением кривых
охлаждения, с использованием правила отрезков и написанием
реакций, происходящих при охлаждении сплавов на изотермах
ЕСР и PSK. Определить также состав и количество структурных
составляющих при различных температурах. При рассмотрении
структур схематично изобразить микроструктуры сплавов с различным содержанием углерода.

4. При заданном отношении структурных составляющих определить состав стали, например, при содержании перлита 25% и феррита 75% или содержании перлита 95% и вторичного цементита 5%.

5. Затем студент получает вариант контрольной работы. Для ее выполнения согласно данному варианту выписать из справочника химический состав стали (чугуна), разобрать на диаграмме превращения Fe-Fe₃C этого сплава при охлаждении до комнатной температуры, описать практическое применение данного сплава в промышленности и указать при этом его технологические свойства.

Варианты заданий

Лабораторная работа №4

ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ СТАЛИ И ЧУГУНОВ
В РАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ

Методические указания к выполнению работы

Перед выполнением работы следует ознакомиться со структурой диаграммы железо-углерод, а также с описанием микроструктур доэвтектоидных, эвтектоидных, заэвтектоидных сталей в равновесном состоянии, эвтектических, доэвтектических, заэвтектических чугунов по стабильной и метастабильной диаграммах состояния.

Цель работы.

Изучить микроструктуру сталей в отожженном (равновесном) состоянии и микроструктуру чугунов с различной формой графитных включений и различной металлической основой.

Задание.

А. Изучение структуры стали

1. Дать описание структуры стали заданного химического состава.

2. Определить концентрацию углерода в образце стали, выданном преподавателем.

3. Определить марку стали, выписать ее химический состав и область применения.

4. Определить, пользуясь литературой механические свойства изучаемой стали.

5. Зарисовать микроструктуры технически чистого железа, сталей с содержанием углерода 0,1; 0,2; 0,4; 0,5; 0,6; 1,0 и 1,2.

Б. Изучение структуры чугуна

1. По диаграмме стабильного состояния охарактеризовать структурные составляющие серых чугунов.

2. Зарисовать микростроение нетравленых и травленых шлифов серого обыкновенного, ковкого и высокопрочного чугунов.

3. Составить отчет о проделанной работе с зарисовкой
микроструктур и оформлением протоколов, сделать выводы.

Оборудование и материалы.

Металлографические микроскопы, коллекция шлифов стали и чугуна, атлас микроструктур, справочник "Марочник сталей и сплавов".

Техника безопасности.

Студенты должны знать требования при работе с химическими реактивами.

Содержание отчета:

1. Цель работы.

2. Зарисовка диаграммы Fe-Fe₃C.

3. Краткая характеристика структурных составляющих стали и чугуна.

4. Оформление протокола

5. Зарисовка структур стали и чугунов.

6. Анализ полученных данных

7. Выводы.

Контрольные вопросы к работе № 4

1. Указать область существования феррита на диаграмме Fe-Fe₃C.

2. Указать содержание углерода а феррите и описать его микроструктуру.

3. Указать механические свойства феррита.

4. Указать область существования аустенита на диаграмме Fe-Fe₃C.

5. Что называется ферритом?

6. Что называется аустенитом?

7. Указать содержание углерода в аустените и описать его микроструктуру.

8. Что называется перлитом. Дать описание микроструктуры.

9. Какова твердость перлита?

10. Каково содержание углерода в перлите?

11. Что собой представляет цементит?

12. Каково содержание углерода в цементите?

13. Какой твердостью обладает цементит?

14. На фото феррито-перлитной микроструктуры 20 % составляет перлит, определить марку стали.

15. Назвать однофазные области на диаграмме Fe-Fe₃C.

16. Записать формулу реакции, протекающей в сплавах при t=727°С.

17. У стали 20 определить количество феррита при комнатной температуре.

18. У стали 40 определить количество перлита при комнатной температуре.

19. Нарисовать микроструктуру Стали 10.

20. Нарисовать микроструктуру Стали 60.

21. Нарисовать микроструктуру Стали У10.

22. Рассказать о преимуществах стали в сравнении с серым чугуном

23. Каковы преимущества использования чугуна для производства изделий в машиностроении.

24. Расшифровать сталь марки Ст2кп2.

25. В стали 60 определить количество перлита при комнатной температуре.

26. Расшифровать сталь марки Ст3 сп.

27. Расшифровать сталь марки У10.

28. В каком виде находится углерод в серых чугунах?

29. Расшифровать чугун марки СЧ 20.

30. Расшифровать чугун марки КЧ 35-10.

31. Расшифровать чугун марки ВЧ 60.

32. Как изменяются свойства отожженной стали при изменении концентрации углерода?

33. Расшифровать сталь марки 65.

34. Расшифровать сталь марки У9А.

35. Расшифровать сталь марки Ст5сп3.

Учебно-исследовательская работа №5

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ

Методические указания к выполнению работы

Перед выполнением работы следует ознакомиться со сведениями об основных характеристиках прочности и пластичности металла, с механизмом упругой и пластической деформации, а также явлением рекристаллизации

Цель работы:

Изучить изменение формы, размеров зерна и твердости Стали 10 после холодной пластической деформации и последующего отжига.

Задание.

1. Кратко изложить основные теоретические положения.

2. Изучить и зарисовать микроструктуру образцов стали в исходном состоянии и образцов, подвергнутых холодной пластической деформации (ε=20;40;60;80%).

3. Измерить твердость у образцов и построить график зависимости твердости металла от степени пластической деформации.

4. Измерить твердость деформированных (ε=60%) образцов после нагрева и построить графическую зависимость изменения твердости от температуры отжига (350, 600, 700, 800, 1000°С).

5. Определить примерную температуру порога рекристаллизации путем изучения структуры рекристаллизованных образцов.

6. Составить отчет и сделать выводы.

Оборудование и материалы

Коллекция шлифов, металлографические микроскопы, шкала эталонных микроструктур по ГОСТ 5639-82.

Техника безопасности.

Студенты должны знать правила техники безопасности при работе на приборах по измерению твердости.

Протокол 5.1

Влияние пластической деформации и нагрева на свойства стали

Контрольные вопросы к работе №5

1. Какие прочностные характеристики определяются при статических испытаниях материалов?

2. Что называется коэффициентом жесткости нагружения?

3. Какие напряжения вызывают хрупкое разрушение материала?

4. В каких условиях нагружения могут работать хрупкие материалы типа серого чугуна?

5. Какие характеристики определяют при динамических испытаниях материалов?

6. Какие напряжения вызывают деформацию образца при растяжении?

7. Какие процессы происходят при нагреве холодно- деформированного металла?

8. От чего зависит размер зерна рекристаллизованного металла?

9. Объяснить понятие наклеп металла.

10. Чему равна температура рекристаллизации технически чистых металлов?

11. Какой обработкой (горячей или холодной) является деформирование железа при 500°С?

12. В каких участках детали обычно начинается усталостная трещина?

13. Какие координаты применяются для построения кривых выносливости?

14. Как влияют концентраторы напряжений на усталостную прочность металлов?

Учебно-исследовательская работа №6

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

НА МИКРОСТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СТАЛИ 45

Методические указания к выполнению работы

Перед выполнением работы следует ознакомиться с основами термической обработки, с диаграммой изотермического распада аустенита и основными способами термической обработки, а также ознакомится с описанием структур, полученных при термической обработке стали.

Цель работы:

Изучить влияние содержания углерода на твёрдость при закалке стали, влияние скорости охлаждения нагретой стали и температуры отпуска на твердость стали 45, а также приобрести практические навыки при проведении операции термической обработки. Кроме того, изучить типичные микроструктуры углеродистой стали в неравновесном состоянии и установить связь между структурой и свойствами при термической обработке стали

Задание.

1. Ознакомится с устройством нагревательных печей и приборами для измерения и регулирования температуры.

2. Определить режим термической обработки для операции обжига, нормализации и закалке стали 45. При определении режима следует использовать данные протокол 6.1 и справочник «Марочник сталей и сплавов».

3. Каждое звено студент получает образцы из стали 45, загружает их в заранее разогретую печь и по окончании выдержки охлаждает в воде. На закаленных и нормализованных образцах проводят измерение твердости на твердомере Роквелла.

4. На контрольных образцах из стали 45 определяют твердость стали после отжига.

5. Вычертить «стальной» угол диаграмма железо-цементит и нанести температурные интервалы нагрева стали для отжига, нормализации и закалке стали.

6. На диаграмме изотермического превращения аустенита для стали 45 указать скорости охлаждения и наименование получаемых структур.

7. Изучить и зарисовать микроструктуры термически обработанной стали 45 по шести вариантам с указанием структурных составляющих и твердости.

8. Студентам выдаются образцы из стали 45, закаленные и отпущенные при температуре 200, 400 и 600 ⁰С. Данные измерений твердости заносятся в протокол 6.2.

9. Проанализировать изменение твердости стали при отпуске.

10. Студентам выдаются закаленные образцы из стали 20, У8, У12, на которых также измеряется твёрдость. Данные заносятся в протокол 6.3.

11. Составить отчет о проделанной работе и сделать выводы о влиянии скорости охлаждения, температуры отпуска и содержании углерода на механические свойства стали.

Протокол 6.1

Режим термической обработки и результаты измерений

твердости стали 45.

Протокол 6.2

Влияние отпуска на свойства стали

Протокол 6.3

Влияние углерода на твердость закаленной стали

Оборудование и материалы.

Электрические печи для термической обработки, закалочный бак с водой и маслом, заточной станок, коллекция образцов, приборы для измерения твердости, металлографические микроскопы, коллекция микрошлифов и стали 45 после отжига, нормализация, закалке, отпуска.

Техника безопасности.

Студент обязан знать особенности работы на термических печах, а также должен соблюдать правила техники безопасности при работе на заточном станке и правила работы на металлографических микроскопах.

Содержание отчета.

1. Цель работы.

2. Методика исследования.

3. Перечень основного оборудования.

4. Определение основных операций термической обработки (отжига, нормализации, закалке, отпуска) с указанием их назначения.

5. Протоколы испытаний.

6. Диаграмма изотермического распада аустенита стали 45.

7. Выводы о влиянии термической обработки на механические свойства углеродистой стали.

Справочные материалы

Таблица 6.1

Ориентировочное время нагрева детали в электрической печи

Контрольные вопросы к работе №6.

1. Температура нагрева заэвтектоидной стали 750⁰С, охлаждение в воде. Какой это вид термообработки?

2. При какой температуре начинается интенсивный рост аустенитного зерна наследственно аустенитной стали?

3. В чем различие между перлитом, трооститом и сорбитом?

4. Какова оптимальная закалка стали с 0,5% С?

5. Какова температура закалки стали с 1,2 % С?

6. Какая структура образуется при охлаждении стали со скоростью выше τ_ср?

7. Какая термическая обработка является оптимальной для получения высокой твердости стали с 1,1% С?

8. Какая термическая обработка является оптимальной для получения высокой прочности и надежности детали и стали 45?

9. Какая структура образуется при закалке стали 45с температурой нагрева 740⁰С?

10. Какие охладители обычно применяются при закалке деталей из углеродистых сталей?

11. Какова температура нагрева для закалки стали с 1,0 % С?

12. В чем заключается цель закалки инструментальной стали?

13. Что называется мартенситом?

14. Какая операция термообработки является заключительной после закалки детали?

15. Какая из сталей (сталь 30, сталь 60) после закалки будет твердой?

16. Какова основная цель проведения отпуска стали?

17. Какова температура отпуска для высокоуглеродистых сталей, используемых для изготовления инструментов?

18. В чем заключается сущность термической обработки, именуемых улучшений?

19. Как изменяются механические свойства с повышением температуры отпуска стали?

20. Укажите температуру отпуска и структуру для конструкционных среднеуглеродистых сталей?

21. Какова структура среднеуглеродистой стали после закалки и низкого отпуска?

22. Из чего состоит структура углеродистой стали после отпуска, проведенного при 450⁰С?

23. Как называется технологическая операция, которая состоит из закалки и последующего высокого отпуска?

24. Для каких сталей применяется улучшение и покрова структуры улучшенной стали?

Учебно-исследовательская работа №.7.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ СТАЛИ

МЕТОДАМИ ЦЕМЕНТАЦИИ И ЗАКАЛКИ ТВЧ

Методические указания к выполнению работы.

Перед выполнением работы следует ознакомиться с методами химико-термической обработки и поверхностной закалки стали.

Цель работы.

Изучить микроструктуру и свойства при химико-термической обработке и поверхностной закалке сталей. Научиться правильно выбирать группу сталей и режим их упрочняющей обработки.

Задание и указание по его выполнению.

А. Химико-термическая обработка.

1. Составить режим цементации применительно к углеродистой стали 20 для конкретных размеров изделия и глубины цементованного слоя.

2. Измерить твердость образцов до цементации, после цементации – на поверхности в сердцевине.

3. На контрольных образцах изучить и зарисовать микроструктуру стали, в цементном слое у поверхности, в переходном слое и в сердцевине. Измерить полную толщину цементованного слоя.

4. Составить режим термической обработки цементованной стали 20.

5. На образцах, подвергнутых термической обработке, измерить твердость цементованного слоя и твердость сердцевины. Сравнить данные, полученные

до и после термической обработки. Изучить и зарисовать микроструктуру цементованного слоя и сердцевины.

Б. Закалка при нагреве ТВЧ

1. Изучить схему лампового генератора.

2. Измерить исходную твердость образцов из стали 45.

3. Измерить поверхностную твердость закаленных образцов.

4. На образцах из коллекции изучить и зарисовать структуру поверхностного закаленного слоя и сердцевины.

5. По разделам А и Б составить отчет.