- •Методические указания к лабораторным работам
- •Часть I
- •Содержание
- •Лабораторная работа №1. Классификация, маркировка и применение конструкционных материалов
- •1.1. Цель и задачи работы
- •1.2. Указания к самостоятельной работе
- •1.3. Классификация материалов
- •1.4. Способы маркировки металлических материалов
- •1.5. Углеродистые стали
- •1.5.1. Конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества общего назначения
- •1.5.2. Качественные конструкционные углеродистые стали для деталей машин
- •1.5.3. Инструментальные углеродистые стали
- •1.6. Маркировка легированных сталей
- •1.7. Особые способы маркировки сталей
- •1.7.1. Маркировка сталей для отливок
- •1.7.2. Маркировка автоматных сталей
- •1.7.3. Стали для подшипников
- •1.7.4. Маркировка быстрорежущих сталей
- •1.7.5. Маркировка строительных сталей
- •1.7.6. Магнитные стали
- •1.7.7. Стали специальных способов выплавки
- •1.7.8. Нестандартные легированные стали
- •1.8. Чугуны
- •1.9. Порошковые материалы
- •1.10. Медь и сплавы на основе меди
- •1.10.1. Латуни
- •1.10.2. Бронзы
- •1.11. Алюминий и сплавы на основе алюминия
- •1.12. Магний и сплавы на основе магния
- •1.13. Титан и сплавы на основе титана
- •1.14. Содержание отчета
- •1.15. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №2. Определение плотности дислокаций методом электронной микроскопии
- •2.1. Цель работы
- •2.2. Приборы, материалы, учебные пособия
- •2.3. Краткие теоретические сведения
- •2.3.1. Оптическая схема электронного микроскопа.
- •2.3.2. Способы исследования металлографических объектов на электронном микроскопе
- •2.3.3. Приготовление угольно-серебряных реплик.
- •2.3.4. Определение плотности дислокаций по электронно-микроскопическим фотографиям
- •2.3.5. Определение плотности дислокаций методом ямок травления
- •2.4. Порядок выполнения работы
- •2.5. Содержание отчета
- •2.6. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №3. Механические свойства конструкционных материалов
- •3.1. Цель и задачи работы
- •3.2. Условия работы и методы испытания материалов
- •3.3. Механические свойства конструкционных материалов
- •3.4. Определение количественных характеристик механических свойств
- •3.4.1. Испытания на статическое растяжение
- •3.4.2. Испытания на твердость
- •3.4.2.1. Твердость по Бринелю
- •3.4.2.2. Твердость по Роквеллу
- •3.4.2.3. Твердость по Виккерсу и микротвердость
- •3.4.3. Связь между твердостью и прочностью материалов
- •3.5. Программа и порядок выполнения работы
- •3.6. Содержание отчета
- •3.7. Контрольные вопросы
- •3.8. Варианты заданий
- •3.9. Рекомендуемая литература
- •4.3.2. Влияние температуры рекристаллизации на структуру и свойства холоднодеформированных металлов
- •4.4. Порядок выполнения работы
- •4.5. Содержание отчета
- •4.6. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №5. Термический анализ сплавов
- •5.3.2. Построение диаграмм состояния
- •5.3. Анализ диаграмм состояния
- •5.4. Порядок выполнения работы
- •5.5. Содержание отчета
- •5.6. Контрольные вопросы
1.4. Способы маркировки металлических материалов
Обозначение марок сталей и других сплавов в нашей стране производят по буквенно-цифровой системе. Но для различных металлов и сплавов способы маркировки различаются информацией, заложенной в марке. Известны 3 принципиально различных способа маркировки.
Самым распространенным способ является "марка-состав", когда в марке заложена информация о составе по основным компонентам, входящим в сплав. Так обозначаются качественные углеродистые и легированные стали, медные сплавы, твердые сплавы, часть алюминиевых сплавов.
Более узкое применение имеет способ "марка-свойство". Таким способом обозначаются графитсодержащие чугуны. В марке заложена информация о прочности и пластических свойствах чугунов.
Следует отметить, что это два наиболее простых и одновременно информативных способа. Специалисту для начала уже достаточно этой информации, чтобы получить представление о возможностях данного сплава. К тому же по сравнению с принципами обозначения сплавов в других странах наша система считается наиболее наглядной и простой, чего нельзя сказать о третьем способе маркировки "марка-каталог". Согласно этому способу сплавам присваиваются номера, перед которыми для углеродистых сталей общего назначения стоят буквы "Ст" (сталь), для высоколегированных сталей сложного состава - индексы "ИЭ" или "ЭП" (марки исследовательские или пробные). В этом случае для расшифровки состава или свойств нужны соответствующие ГОСТы, технические условия или каталоги марок.
1.5. Углеродистые стали
Основной продукцией черной металлургии является сталь-сплав железа с углеродом. Содержание углерода в стали колеблется в широких пределах от 0,1 до 2%. Сталь промышленного производства является сплавом сложным по химическому составу. Кроме основы-железа в ней содержится много элементов, наличие которых обусловлено различными причинами:
а) невозможностью их полного удаления: S,Р, О2, N2, Н2;
б) технологическими особенностями производства: марганец и кремний, например, вводятся как раскислители;
в) случайные примеси из руды или шихты: Сr, Мn, Ni, Сu, Аs и др.
Содержание всех этих примесей будет зависеть от состава шихты и способа выплавки стали: конверторный, мартеновский, электроплавка, специальные способы выплавки.
Один элемент - углерод вводится в простую сталь намеренно, умышленно. Объясняется это тем, что углерод очень сильно влияет на свойства сталей даже при незначительном изменении его содержания. Поэтому углерод и является основным элементом, изменяющим свойства сталей. С увеличением содержания углерода растут твердость - НВ, прочность - в, уменьшается пластичностьи вязкость (рис.5.1.)
Количество постоянных примесей в углеродистой стали ограничивается следующими пределами:
Мn ≤ 0,7%
Si ≤ 0,5%
Р ≤ 0,05%
S ≤ 0,05%
При большем содержании этих элементов сталь следует отнести к сорту легированных сталей, где эти элементы специально вводятся с целью изменения свойств стали.
Марганец и кремний в углеродистой стали являются технологическими добавками, без них невозможно выплавить сталь. Их вводят при выплавке как раскислители, элементы, удаляющие кислород из стали. Марганецrтому же устраняет вредное действие серы, называемое красноломкостью, переводя серу в тугоплавкое соединение МnS.
Сера и фосфор являются вредными примесями железа и попадают в сталь из руды. Сера придает стали красноломкость, образуя соединение, плавящееся в районе температур горячей обработки давлением. Фосфор сообщает стали хладноломкость, что делает его опасным для изделий, работающих в районах с холодным климатом.
Вредными примесями в стали являются газы, особенно такие как кислород и водород. Кислород образует окислы, снижающие усталостную прочность сталей, а водород может образовать трещинки-надрывы, называемые флокенами.
Углеродистые стали по назначению могут быть конструкционными и инструментальными. По качеству конструкционные стали делятся на стали обыкновенного качества и качественные, а инструментальные на качественные и высококачественные.