Шаблоны отчетов по материаловедению

реклама
ПЛАCТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ, НАКЛЕП
И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ
Цель работы:
1) Изучить влияние пластической деформации на структуру и механические
свойства металлов.
2) Изучить влияние нагрева на механические свойства деформированного
металла.
Теоретические сведения по теме работы
I. Пластическая деформация металлов
Важнейшим и наиболее характерным свойством металлов является
пластичность – способность претерпевать деформацию без разрушения. Если
деформация металлов исчезает после снятия нагрузки, то это упругая
деформация, а если остается – то это пластическая деформация.
Механизм упругой деформации: ________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Что такое дислокация? _________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Механизм пластической деформации в реальных кристаллах (теория
дислокаций):
_______________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
II. Наклеп и рекристаллизация металлов
Наиболее впечатляющим свойством металлов является деформационное
упрочнение
это
способность
металлов
_____________________________________
_________________________________ Это явление называется ______________
Механизм наклепа металлов – _________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Плотность дислокаций – это ___________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Пластическая деформация оказывает существенное влияние на механические
свойства металла и его структуру.
Рис. 1. Как изменяются структура,
свойства деформированного
металла и плотность
дислокаций в зависимости
от степени деформации?
Кристаллическая решетка деформированных зерен становится искаженной,
несовершенной. Деформированный металл обладает повышенным запасом
внутренней энергии, и поэтому структура наклепа термодинамически
неустойчива.
Для снятия наклепа деформированный металл нагревают. При нагреве
происходят процессы _________________________________________________
____________________________________________________________________
Рекристаллизация – это _________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Механизм рекристаллизации заключается в ______________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Рис. 2. Как изменяются структура,
свойства и плотность
дислокаций деформированного
металла в зависимости
от температуры нагрева?
Температурой рекристаллизации ТР
называют ________________________
_________________________________
_________________________________
_________________________________
_________________________________
____________________________________________________________________
Температура рекристаллизации зависит от температуры плавления и чистоты
металла:
ТР = (__________)ТПЛ, (K) для чистых металлов;
ТР = (__________)ТПЛ, (K) для технически чистых металлов;
ТР = (__________)ТПЛ, (K) для сплавов-твердых растворов;
где ТПЛ – ____________________________________________________________
____________________________________________________________________
Температуру начала рекристаллизации можно определить металлографическим
или рентгеноструктурным методом, а также по изменению свойств. Если ТР
определяют по изменению твердости, то за ТР принимают температуру, при
которой
_________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Рекристаллизационный отжиг – это ___________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Рис. 3. Определение температуры
рекристаллизации по
изменению твердости
при нагреве
Величина зерен после рекристаллизационного отжига в основном зависит от
____________________________________________________________________
_____________________________________
Рис. 4. Как влияет степени деформации
на величину рекристаллизованного
зерна?
Что такое критическая деформация?____________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Почему размер рекристаллизационных зерен зависит от степени деформации
при наклёпе?_________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
По отношению температуры деформации к температуре рекристаллизации
различают холодную и горячую пластическую деформацию металлов.
Холодная деформация (пластическая) – это _____________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Горячая деформация (пластическая) – это _______________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Экспериментальная часть
Задание:
1. Определить температуру рекристаллизации меди по изменению
твердости медных образцов, предварительно деформированных на 30–40 %,
после нагрева (по графической зависимости «твердость – температура»). За
центр температурного интервала принять температуру рекристаллизации меди,
определенную по формуле Бочвара. Температурный шаг от центра интервала в
сторону уменьшения и увеличения температуры принять 25 С (табл. 1).
Температура плавления меди tпл = 1083 С. Сравните теоретическую
температуру рекристаллизации меди с определенной в работе.
2. Провести холодную деформацию образцов технически чистой меди с
различной степенью деформации и определить изменение твердости
деформированных образцов в зависимости от степени деформации.
Степень деформации рассчитывается по формуле:
 = (h0 – hк)100/h0, %,
где h0 – толщина образца до деформации, мм;
hк – толщина образца после деформации, мм (рис. 5).
Результаты измерений внести в табл. 2 и построить графическую
зависимость твердости от степени деформации.
Рис. 5. Вид образца меди до и после
деформации:
3. Провести горячую деформацию образцов технически чистой меди с
различной степенью деформации и определить изменение твердости
горячедеформированных образцов в зависимости от степени деформации.
Результаты измерений внести в табл. 2 и построить графическую зависимость
твердости от степени горячей деформации.
4.
Холоднодеформированные
образцы
меди
подвергнуть
рекристаллизационному отжигу в течение 15 минут и определить изменение
твердости отожженных образцов в зависимости от степени деформации.
Результаты измерений внести в табл. 2 и построить графическую зависимость.
Результаты эксперимента:
I. Определение температуры рекристаллизации меди по изменению
твердости
1. Теоретическое определение температуры рекристаллизации меди по
формуле Бочвара:
ТР = ТПЛ, (K);
tР теор = _________________________, С.
2. Экспериментальное определение температуры рекристаллизации меди:
Таблица 1
t, C
HB
20
Рис. 6. Зависимость твердости деформированной меди
от температуры нагрева
Температура рекристаллизации, определенная из графика tР эксп = _____.
3. Определение разности между теоретическим и экспериментально
полученным значением температуры рекристаллизации:
абсолютная погрешность t = tР эксп – tР теор = _____________________;
относительная погрешность  = (t/tР теор)100 = __________________ %.
Вывод:
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
II. Определение зависимости твердости от степени деформации
Таблица 2
№
п/п
I. 1
2
3
4
5
II. 1
2
3
4
5
III.1
2
3
4
5
Исходная
толщина h0,
мм
Конечная
Степень деТвердость,
толщина hк,
НВ
формации , %
мм
Примечание
Холоднодеформированный
образец
Горячедеформированный
образец
Образец
после рекристаллизационного
отжига
Значения толщины образца и диаметра отпечатка при замере твердости
по Бринеллю определяются с точностью до 0,1 мм.
Рис. 7. Графические зависимости HB = f() для горячего и холодного
деформирования и для рекристаллизационного отжига
Выводы:
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
ЗАКАЛКА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
Цель работы:
1) Изучить теоретические основы выбора температуры закалки для
углеродистых сталей.
2) Изучить влияние среды охлаждения (скорости охлаждения) на твердость
стали при закалке.
3) Установить влияние содержания углерода в стали на результаты закалки.
Теоретические сведения по теме работы
Цель любого процесса термической обработки заключается в том,
чтобы нагревом до определенной температуры, выдержкой и последующим
охлаждением с определенной скоростью вызвать желаемое изменение
структуры сплава и, соответственно, изменение свойств. Следовательно,
основными факторами воздействия при термической обработке являются
температура, время выдержки и скорость последующего охлаждения.
Практическая цель закалки конструкционных и инструментальных сталей –
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
В чем заключается сущность закалки? – _________________________________
____________________________________________________________________
За счет чего повышается прочность и твердость стали при закалке? – _________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Почему упрочняющий эффект закалки в сталях очень значителен? – _________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Какова растворимость углерода в -железе и в -железе? – _________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Критической скоростью охлаждения при закалке называется _____________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
На диаграмме изотермического превращения для стали с 0,8 % углерода
(рис. 1) укажите критическую скорость охлаждения и скорости охлаждения,
при которых образуются перлит, сорбит, троостит и мартенсит. Механизм их
образования и определение:
Перлит – это ________________________________________________________
____________________________________________________________________
Сорбит – это ________________________________________________________
____________________________________________________________________
Троостит – это ______________________________________________________
____________________________________________________________________
Мартенсит – это ____________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Рис. 1. Диаграмма изотермического распада
переохлажденного
аустенита стали
с 0,8 % С
Какие изменения в кристаллической решетке мартенсита определяют его
твердость и прочность? ________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Основным фактором, определяющим твердость мартенсита, является ________
____________________________________________________________________
На рис. 2 покажите, как влияет содержание углерода в мартенсите на его
твердость.
Рис. 2. Твердость мартенсита
в зависимости от
содержания углерода
Цель нагрева сталей при закалке:________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
На рис. 3 покажите интервал закалочных температур для доэвтектоидных и
заэвтектоидных сталей и поясните выбор этого интервала.
Рис. 3. Диаграмма состояния
Fe-Fe3C c интервалом
закалочных температур
Доэвтектоидные (конструкционные) стали закаливаются из однофазного
состояния – какого и почему? __________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Для получения оптимальных свойств доэвтектоидных (конструкционных)
сталей после закалки необходимо производить их нагрев до температур,
определяемых эмпирической формулой:
tзак. доэвт. = __________________________________________
Заэвтектоидные (инструментальные) стали закаливаются из двухфазного
состояния – какого и почему?___________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Для
получения
оптимальных
свойств
заэвтектоидных
(инструментальных) сталей после закалки необходимо производить их нагрев
до температур, определяемых эмпирической формулой:
tзак. заэвт. = _________________________________________
Как влияет превышение оптимальных температур нагрева сталей под закалку
на твердость и ударную вязкость образующегося мартенсита?
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Экспериментальная часть
Задание:
1. Определить содержание углерода в стали по обозначению марки.
2. Зная содержание углерода, выбрать по диаграмме состояния системы
железо – цементит оптимальную температуру закалки для данной стали.
3. Исходя из температуры нагрева и размеров образцов, выбрать время нагрева
образцов в печи.
Время нагрева стали под закалку складывается из времени прогрева образца
до заданной температуры и времени выдержки при температуре закалки,
необходимой для аустенитного превращения. Общее время нагрева под
закалку в лабораторных электрических печах можно определить по данным
табл. 1.
Таблица 1
Нормы времени для нагрева стали в лабораторных электрических печах
Температура
Форма детали
нагрева, С
Круг
Квадрат
Пластина
Продолжительность нагрева в минутах
На 1 мм
На 1 мм толщины
диаметра
600
2,0
3,0
4,0
700
1,5
2,2
3,0
800
1,0
1,5
2,0
900
0,8
1,2
1,6
1000
0,4
0,6
0,8
4. Определить экспериментально скорость охлаждения, обеспечивающую
получение структуры мартенсита. Для этого охладить образцы, нагретые до
температур закалки, в различных средах: в воде, в минеральном масле и на
спокойном воздухе. Твердость закаленной стали с данным содержанием
углерода должна соответствовать значению на рис. 2.
5. Подготовить закаленные образцы для проведения следующей лабораторной
работы – «Отпуск закаленной углеродистой стали». Для этого закалить по 3
образца каждой марки стали, которые на следующем занятии нужно будет
отпустить при различных температурах.
6. Результаты проведенного эксперимента свести в табл. 2.
7. По результатам работы построить графики:
а) зависимость твердости закаленной стали от скорости охлаждения
(принимая скорость охлаждения: в воде – 600 С/с, в масле – 150 С/с, на
воздухе – 30 С/с);
б) зависимость твердости закаленной стали от содержания углерода.
Результаты эксперимента:
Температура
нагрева,
С
Режим закалки
Время
нагрева,
мин.
Среда
охлаждения
1
вода
2
вода
3
вода
Твердость,
НRС
Твердость,
HB
,
№
п/п
Марка стали
Таблица 2
Структура
вода
4
масло
воздух
Выводы:
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Выводы:
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
ОТПУСК ЗАКАЛЕННОЙ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ
Цель работы:
1) Ознакомиться с процессами, происходящими при отпуске закаленной стали.
2) Изучить влияние температуры нагрева закаленной стали на твердость.
Теоретические сведения по теме работы
Закаленные стали имеют высокие твердость и прочность, но очень низкие
пластические свойства. То есть, сталь в закаленном состоянии очень хрупка и
ненадежна в эксплуатации. Причиной высокой твердости и хрупкости является
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Пересыщенный твердый раствор углерода в -Fe (мартенсит) обладает
большим запасом свободной энергии, и поэтому не является стабильным.
Следовательно, при нагреве закаленной стали должен происходить __________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Какие изменения наблюдаются в строении закаленной стали при температуре
до 80 С? ____________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Какие изменения наблюдаются в строении закаленной стали при более высоких
температурах нагрева (до 160–180 С)? __________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
При какой температуре завершается процесс распада мартенсита?
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Какими свойствами обладает закаленная сталь после нагрева на 300–350 С?
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Как изменяются строение и свойства стали при температурах нагрева выше
450–500 С? _________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Коагуляция – это _____________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Сфероидизация – это _________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
В зависимости от процессов, происходящих при отпуске, и от изменений
структуры и свойств (рис. 1) различают три вида отпуска:
Низкий (низкотемпературный) отпуск применяется для _____________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
При таком отпуске получается структура, состоящая из _______________
__________________________________, она называется ___________________.
Средний (среднетемпературный) отпуск применяется для ___________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
При таком отпуске получается структура, состоящая из _______________
____________________________________________________________________
___________________________________, она называется __________________.
Высокий (высокотемпературный) отпуск применяют для ____________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
При таком отпуске получается структура, состоящая из _______________
____________________________________________________________________
______________________________________, она называется _______________.
Закалка в сочетании с высоким отпуском называется__________________.
Такому виду обработки подвергается особая группа конструкционных сталей,
которые называются ______________________. Они могут быть углеродистыми
и легированными, содержание углерода в них ________________.
Рис. 1. Укажите влияние температуры отпуска на механические свойства
закаленной углеродистой стали.
Экспериментальная часть
Задание:
1. Закаленные в ходе предыдущей лабораторной работы («Закалка
углеродистой стали») образцы различных марок углеродистых сталей
подвергнуть отпуску при температурах 200, 400 и 600 С.
Время отпуска принять равным 0,5 часа. Охлаждение – на воздухе.
2. Замерить твердость образцов после отпуска на приборе Роквелла,
результаты внести в табл. 1.
3. По результатам замеров построить графики зависимости твердости НRС от
температуры отпуска (рис. 2).
4. Сделать выводы.
Результаты эксперимента:
Таблица 1
№
п/п
1
2
3
4
Марка
стали
НRС
после
закалки
Температура
отпуска t, C
Время нагрева
и выдержки ,
мин.
НRС
после
отпуска
Структура
200
400
600
200
400
600
200
400
600
200
400
600
Рис. 2. Зависимость твердости закаленной стали от температуры отпуска
Выводы:
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
___________________________________________________________________
Скачать