Оборудование, инструмент и материалы, используемые
при выполнении работы
Маятниковый копер МК-30 (максимальная энергия – 300 Дж) ………..1 шт.
Штангенциркуль ШЦ-1 (пределы измерений – 0…125 мм,
точность – 0,1 мм) …………………………………………………………2 шт.
Шаблон для центрирования образцов …………………………………... 1 шт.
Комплект образцов различной формы ………………………………… 3 шт.
4. Порядок выполнения работы
Во время самоподготовки к выполнению работы заполнить пп.1 и 2 протокола лабораторной работы;
На занятии, перед выполнением работы ответить на вопросы билета контроля;
Получить у преподавателя задание, у лаборанта – образцы исследуемого материала и инструмент;
Уточнить характеристики используемого в эксперименте оборудования, приборов и инструментов, заполнить данные по п. 3.2 протокола лабораторной работы;
Определить размеры сечения образцов;
Определить геометрические параметры концентраторов напряжения;
Провести испытания, записать данные измерений работы разрушения и расчетов в таблицу 3.3;
Сделать выводы о зависимости ударной вязкости от формы концентратора напряжений;
Закончить оформление отчета и представить его преподавателю для защиты и окончательной оценки.
4. Микроанализ металлических материалов, используемых при постройке и ремонте судов
1. Цель работы
1.1. Ознакомиться с методикой и приборами для проведения микроанализа.
1.2. Изучить микроструктуру основных конструкционных и специальных материалов СТС.
2. Основные теоретические положения и методические указания
Все материалы, применяемые при изготовлении и ремонте судовых технических средств, можно разделить на конструкционные и специальные. Конструкционные материалы предназначены для изготовления тех деталей, которые воспринимают во время работы значительные внешние силовые нагрузки — коленчатые валы, шатуны, шестерни, плунжеры топливных насосов, поршни компрессоров и т.п. Специальные материалы обеспечивают выполнение тех функций, без которых невозможно реализовать заложенные в устройства принципы — антифрикционные покрытия в подшипниках скольжения, трубки теплообменных аппаратов, элементы электропроводки и др.
Определить принадлежность материала к той или иной группе можно путем изучения строения предварительно протравленного химически активным веществом образца или детали из этого материала:
невооруженным глазом или при незначительных увеличениях (до 30 раз) — макроанализа;
при увеличениях свыше 70 раз с помощью оптических и электронных микроскопов — микроанализа (обычно проводится после макроанализа). Наиболее часто для этих исследований применяют оптические микроскопы, имеющие сравнительно простое устройство и дающие увеличение до 2000 раз (рис. 4.1).
Получаемое при этом изображение называют соответственно макро- или микроструктурой. Анализ микроструктуры основан на визуальной идентификации микроструктурных составляющих — участков изображения, имеющих под микроскопом одинаковый вид (однородные участки, участки с полосами, участки с зернами и пр.).
Каждый материал имеет свое, отличное от других строение. В его микроструктуре можно всегда выделить одну или несколько микроструктурных составляющих. Среди них важно найти характерную, которая и позволяет идентифицировать исследуемый материал (табл. 4.1).
Таблица 4.1
Микроструктурные составляющие наиболее распространенных материалов
в судостроении и судоремонте
Название |
Микроструктурные составляющие |
Влияние на свойства материала |
Сталь углеродистая конструкционная (до 0,7 % С) |
Феррит (Ф) – светлые зерна неправильной формы Перлит (П) – темные зерна неправильной формы; при больших увеличениях становятся светлее |
Увеличение площади, занимаемой П, приводит к повышению прочностных характеристик и снижению показателей пластичности. Влияние Ф — противоположно. |
Чугун со структурно свободным углеродом (графитом) |
Феррит (Ф) – основа Перлит (П) – основа Графит (Г) – темные (практически черные) включения различной формы. Возможные сочетания: Ф+Г; П+Г; Ф+П+Г |
Основная функция графита — твердая смазка в трибосопряжениях. Г пластинчатой формы – серый чугун; Г хлопьевидной формы – ковкий чугун; Г глобулярной (шаровидной) формы - высокопрочный чугун. Роль Ф и П описана выше. |
Свинцовистая бронза Бр.С30 |
Сu – основа, зерна красного цвета Pb – темные включения небольших размеров |
Образует одну из трибоповерхностей подшипника Являясь мягкой составляющей, вырабатывается и образует "карманы" для смазки |
Продолжение табл. 4.1
Баббит Б83 |
Темное поле – основа (твердый раствор сурьмы и меди в олове)
SnSb – светлые крупные кристаллы прямоугольной или треугольной формы Cu3Sn – светлые мелкие кристаллы в виде звездочек или удлиненных игл |
Являясь самой мягкой составляющей, она вырабатывается в первую очередь и образует каналы, улучшающие смазку подшипника Самая твердая из составляющих, на включения этого химсоединения опирается шейка вала Образуя "скелет", препятствуют зональной ликвации кристаллов SnSb |
Медь |
Сu – основа, зерна от розового до красного цвета
Двойники - параллельные линии в пределах отдельных зерен
|
В зависимости от назначения, выполняет одну из специальных функций Представляют собой результат скольжения частей зерна при пластической деформации – чем их больше, тем большей деформации подвергся материал |
Примечание: характерные микроструктурные составляющие выделены жирным шрифтом |
||
Конструкционные материалы занимают до 95 % массы судна — с учетом размеров его и отдельных деталей это составляет десятки и сотни тонн. Поэтому для их изготовления могут быть использованные лишь материалы на основе химических элементов, наиболее распространенных в земной коре: железа, алюминия, магния, титана. Безусловным приоритетом среди них обладают сплавы на основе железа: стали — содержат до 2,14 % С; чугуны — 2,14…6,67 %С (рис.4.2).
На современных морских судах применяются разнообразные специальные материалы — это обуславливает существенно бόльшие различия в строении. Однако наиболее распространены антифрикционные, предназначенные для образования поверхностей трения в подшипниках скольжения и имеющие низкий коэффициент трения.
Баббитом называется гетерофазный сплав на основе олова или свинца, в мягкой основе которого равномерно распределены более твердые включения. Во время работы мягкая составляющая вырабатывается, в результате чего возникают каналы, которые улучшают доставку смазки в зону трения (рис. 4.2).
Свинцовая бронза также имеет высокие антифрикционные свойства — в ней роль мягкой составляющей играют включения свинца в медную матрицу.
Чугуны тоже довольно часто применяют в парах трения (например, "втулка цилиндра – поршневое кольцо" СДВС), поскольку содержащиеся в нем включения графита выполняют функцию твердой смазки.
