Макроструктура металла и сплавов

2

Лабораторная работа №1



Тема: Макроструктурный метод исследования



Цель: Научиться исследовать дефекты и структуру сталей макроструктурным методом. 

Ход работы. 

Приготовление макрошлифов. 

Для приготовления макрошлифов необходимо: 

Взять образец заготовки; 

Обработать ее на токарном станке; 

Отшлифовать ее наждачной бумагой; 

Обезжирить заготовку спиртом для удаления остатков абразива, металлической пыли и масла; 

Затем производим травление заготовки. 

После чего мы ясно наблюдаем структуру металла и его дефекты, которые могут привести тот или иной агрегат к быстрому износу. 



А

В



А. Штампованный крюк.				В. Кованный крюк. 




Строение и дефекты стального слитка



Слитки формируются при затвердевании расплавов в изложницах, заданной формы и размера, и предназначена для последующей обработки давлением. 

При травлении продольного и поперечного сечения слитка выявляется расположение и размеры кристаллов дендритов в центре и на периферии. Наблюдается также различная травимость макрошлифов по сечению, что указывает на хим. неоднородность слитка. Степень неоднородности зависит от способа пр-ва сталей, размеров слитка, химического состава, способа и температуры разливки, скорости охлаждения. 

Различают по структуре слитки, спокойной стали – раскисленные (Al, Si и др.), кипящие стали, полуспокойные стали. 



Строение и дефекты слитка спокойной стали



Выявляем 3 кристаллических зоны. 

Расположенная у поверхности слитка представляет собой тонкий слой металла состоящий из мелких неориентированных кристаллов, образующихся в условиях большего переохлаждения. 

Состоит из крупных вогнутых от поверхности к центру дендритов – называется зоной столбчатых кристаллов или зоной транскристаллизации. Размер 2 зоны тем больше чем больше скорость охлаждения, зависит от высоты слитка и поперечного сечения. 





Открытая усадочная раковина

Зона крупных неориентированных кристаллов, которая образуется в центральной части слитка при условии малой скорости охлаждения. 



Быстроохлажденный слиток.





Асимметричная усадочная раковина.





Закрытая усадочная раковина





Усадочные раковины по форме и расположению бывают открытые симметричные, в случае если слиток охлаждается равномерно с боковых сторон и при утеплении сверху. 

Закрытые симметричные - если слиток охлаждается без утепления сверху, в этом случае усадочная раковина перекрывается мостиком. 

Асимметричные – если скорость охлаждения с одной стороны больше чем с других. 

Удлиненная при большей разнице размеров, по высоте и ширине сечения усадочной раковины. 


Удлиненная усадочная раковина.

 





Химическая неоднородность слитка (ликвация, сегрегация)





Ликвационный квадрат спокойной стали.

Ликвационный квадрат кипящей стали.Зональная ликвация – неравномерность химического состава по объему слитка и дендритную ликвацию, т.е. неравномерность химического состава в пределах одного кристалла дендрита. Длительное пребывание закристаллизовавшегося сплава при высоких температурах облегчает выравнивание состава, т.е. уменьшает химическую неоднородность дендритов. 





Зональная ликвация наблюдается в объеме слитка. Застывающая в первую очередь поверхностная зона является наиболее чистой от примесей частью слитка, которая застывает последней. В поперечном сечении слитка спокойной стали могут наблюдаться концентрические слои обогащенного примесями металла в слитках квадратного сечения – это так называемые ликвационные квадраты. 




Строение и дефекты слитка кипящей стали



Слитки кипящей стали, отличаются структурной и химической неоднородностью. К основным дефектам кипящей стали, относятся: рыхлость в головной части, что влечет за собой большую обрезь с головного конца раскатанной полосы из-за возможности расслоения металла. Близкое расположение к поверхности слитка сотовых пузырей, большая неоднородность, что приводит к 18-20% несоответствия по составу в сечении заготовки по фосфору, сере, углероду – установленному к данной марке стали. 


Лабораторная работа №2



Тема: Выявление распределения серы в стали (травление по Бауману)



Цель: Научиться выявлять распределение серы в стали. 

Ход работы. 

Для выявления распределения сернистых включений стали, используют метод снятия отпечатка по Бауману. 

Методика получения отпечатка заключается в том, что после шлифования на наждачной бумаге, следует обезжиривание его, для чего прошлифованный образец протирают спиртом или содовым раствором для удаления следов абразивного материала, металлических частиц, следов масла, а затем идет снятие отпечатка. Для этого фотографическую бромосеребряную бумагу на свету смачивают в 5% растворе H2SO4, потом снимают с нее избыток раствора, слегка просушивая между двумя листами фильтрованной бумаги. После этого на подготовленную поверхность образца накладывают фотобумагу эмульсионным слоем вниз и, не смещая фотобумагу, слегка приглаживают ее резиновым валиком для удаления образующихся между бумагой и образцом пузырьков газа, т.к эти пузырьки могут отделить бумагу от металла и реакция в этом месте не пойдет. 

На тех участках поверхности металла, где имеются сернистые соединения, происходит реакция с H2SO4, оставшейся на фотобумаге. 

FeS(MnS) +H2SO4=FeSO4(MnSO4) +H2S

Затем

H2S+2AgBr=Ag2S+2HBr где Ag2S - коричневый осадок. 


Сернистый отпечаток крюка







Этот осадок и оседает на фотобумагу. 



Изучение структуры в чугунных отливках с отбеленной поверхностью



Отбеленная чугунная отливка состоит из 3 зон: 

Поверхностная зона – соприкасающаяся с кокилем, имеет структуру белого чугуна, обладающего твердостью и высоким сопротивлением к истиранию. Это так называемая зона отбела. 

Переходная зона - имеет структуру половинчатого чугуна, состоящего из участков белого и серого чугуна, относительного качества этих участков изменяются при удалении от поверхности отливки. 

Внутренняя зона, – закристаллизовавшаяся при медленном охлаждении, имеет структуру белого чугуна. 



Макроструктура отбеленной чугунной отливки.




Прочность отбеленной отливки определяется соотношением размеров всех зон. 


Лабораторная работа №3



Тема: микроструктурный метод исследования. 

Цель: приготовление микрошлифов. 

Ход работы. 



Приготовление микрошлифов



Микроструктурный анализ является одним из основных методов исследования металлов и сплавов, а так же контроля их качества. Микроструктура обычно изучается на специально приготовленных поверхностях образцах, называемых микрошлифами. 

Схема отражения световых лучей от поверхности шлифа, представлена на рисунке, из которого следует, что плоская поверхность дает четкую картину отражения. 



А)

Б)











А) шлифованная поверхность. 

Б) полированная поверхность. 

Вырезка образца производится пилой, фрезой, резцом. 

Твердые материалы; 

абразивным кругом, но чтобы образец не перегрелся. 

Затачивают на абразивном круге, не допуская его перегрева, опуская в воду. 

Шлифуют на шлифовальной бумаге, грубой, а затем мелкой. 

Полируют на бумаге с алмазной пастой или пастой гоя, а затем на сукне с водой. 

Травят. Реактивы для травления выбирают в соответствии от состава. 

Структуры сплава. 





Однофазная структура после травления. 



Изучение металлографического микроскопа



Металлографический микроскоп позволяет рассматривать непрозрачные тела в отраженном свете. 

Он состоит: 

оптическая система

осветительная система с фотографической аппаратурой

механическая система. 

Оптика включает: 

объектив

окуляр

ряд вспомогательных оптических элементов:

зеркала

призмы. 

Основные характеристики металлографического микроскопа. 

Рабочее увеличение равно произведению увеличений объектива и окуляра: 

 

Существуют увеличения окуляра, указанные на корпусе: 10х, 9х, 90х. 

Механическая система микроскопа и визуальное наблюдение микроструктуры. 

Имеет штатив, тубус, предметный столик. Шлиф устанавливается на предметный столик. В центре устанавливаются сменные подкладки с отверстием разного диаметра. Для четкого изображения наводят фокус, микрометрический винт. 




Лабораторная работа №4. 



Тема: изучение микроструктуры некоторых цветных металлов и сплавов. 

Цель: - изучить и описать состав, свойства и область применения латуни, бронзы, дюралюминия, силумина, баббита.

Зарисовать микроструктуры бронзы, марки БР010, латуни, марки Л68, силумина, марки АЛ2 модифицированного (1) и не модифицированного (2), баббита, марки Б83, дюралюминия, марки Д1. 



Ход работы. 

№п\п

Наименование сплава

Марка сплава

Химический состав сплава

Шифр образца

1

Латунь 

Л68

Zn-32%, Cu-основа

11-7

2

Бронза

БР010

Sn-10%, Cu-основа

11-4

3

Дюралюминий

Д1

Cu-4.5%, Mg-0.7%,Si-0.5%, Mn-0.6%, Fe-0.4%, Al-основа 

11-10

4

Силумин 1

АЛ2

Si-12.5%,Cu-0.8%, Al-основа

11-12

5

Силумин 2

АЛ2

------- // ------- // ---------

11-13

6

Баббит 

Б83

Sb-11%, Cu-6%, Sn-основа

11-15



В современной технике цветные металлы и сплавы на их основе находят широкое применение благодаря ряду ценных качеств, которыми они обладают. 

Латунь. 

Различают латуни двойные и многокомплектные, которые кроме цинка и меди содержат и другие элементы. Латунь самый распространенный из всех цветных сплавов. Прочность латуни повышается с повышением содержания цинка (бывают однофазные и двухфазные). Применяется в машиностроении. 






Латунь марка Л68. Химический состав: Zn-32%, Cu-основа. Прокатная листовая, после обжога при температуре 600С. Ярко выражено двойникование. Травление раствором двойной соли хлоридной меди и аммония в аммиаке. Увеличение 150х.    

Бронза. 







Бронза марки БР010. Содержание олова 10%, меди 90%. Литой образец. Дендритное образование в структуре твердого раствора. Травление раствором двойной соли хлоридной меди и аммония в аммиаке. Увеличение 150х.      

Сложные сплавы на основе меди, содержит олово, алюминий и некоторые другие металлы. Бронзу широко применяют как литейный материал для отливок фасонных деталей, иногда хорошо отожженная бронза подвергается обработке давлением. 

Дюралюминий. 

Такие сплавы широко применяют как конструкционные материалы в авиационной промышленности, автомобилестроении и др. Термическая обработка дюралюминия заключается в закалке и старении (искусственном или естественном). Естественное старение дюралюминия происходит при обычной температуре, а искусственное при нагреве. 

Дюралюминий марки Д1. Химический состав: Cu-4.5%, Mg-0.7%, Si-0.5%, Mn-0.6%,Fe-0.4%, Al-основа. Прокатный лист после отжига при температуре 420С. Видимая структура твердого раствора и кристаллы CuAl2 по их границам. Травление раствором фтористой кислоты. Увеличение 150х.  



 

Силумины. 



Эти сплавы обладают высокими литейными качествами, малой усадкой и пористостью, хорошей жидко текучестью и заполнению форм, вместе с тем имеют сравнительно высокие твердость и прочность. 

Не модифицированные силумины – низкие механические свойства и пониженные литейные, и коррозионные свойства. 

Литейный кремне алюминиевый сплав «Силумин» марки АЛ2. Химический состав: Si-12.5%, Cu-0.8%, Al-основа. Литое состояние после модификации. Светлые дендритовидные кристаллы алюминия на тем-ной двойной эвтектике (кристаллы Al+Si). Травление раствором фтористого водорода в воде. Увеличение 100х. 

Баббит на оловянной основе марки Б83. Химический состав: меди-6%, сурьмы-11%, олова- 83%. Литое состояние, светлые и квадратовидные кристаллы сурьмы, иглообразные кристаллы меди и темное поле – тройная эвтектика. Травление 5% спиртовым раствором азотной кислоты. Увеличение 150х.  






Модифицированный силумин – добавление натрия (0.2%), в следствии чего изменяется форма кристалла кремния и структура становится доэфтектической, так как натрий сдвигает эвтектику вправо. 

Литейный кремне алюминиевый сплав «Силумин» марки АЛ2. Химический состав: Si-12.5%, Cu-0.8%, Al-основа. Литое состояние без модификации. Темные иглы без кремния на фоне эвтектики (Al+Si). Травление раствором фтористого водорода в воде. Увеличение 150х.





Антифрикационные сплавы. 



Называют сплавы применяемые для изготовления деталей учавствующих в процессе трения, скольжения и хорошо сопротивляющийся износу, благодаря особенностям структуры. Чаще всего эти сплавы используются при изготовлении вкладышей подшибников, поэтому они называются подшибниковыми (баббитами). 






Качества: долговечность, малый коэффициент трения. 

Вывод: Врезультате проведенной работы изучил состав, свойства и область применения исследуемых цветных металлов. 

А также зарисовал микроструктуры этих металлов исследуя их через микроскоп.