Шаблоны отчетов по материаловедению
advertisement
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: ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________
