Преподаватель Ларионова Екатерина Владимировна к т н E-mail

Преподаватель: Ларионова Екатерина Владимировна, к. т. н. E-mail: cf. 82@mail. ru Id (vk. com): se 2009 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ И ПОКРЫТИЙ

1. Металловедение и термическая обработка стали: справочпик в 3 -х т. Т. 1. Методы испытаний и исследования. Кннга 1, 2 / под ред. М. Л. Бернштейна и А. Г. Рахштадта. – М. : Металлургия, 1991. 2. Уманский Я. С. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия/ Я. С. Уманский. Ю. А. Скаков, А. Н. Иванов, Л. Н. Расторгуев. – М. : Металлургия, 1982. 6. 1. 2. Дополнительная литература 3. Новиков И. И. Металловедение, термообработка и рентгенография/ И. И. Новиков, Г. Б. Строганов, А. И. Новиков. 1995. 4. Геллер Ю. А. Материаловедение. Методы анализа, лабораторные работы и задачи / Геллер Ю. А. , Рахштадт А. Г. – М. : Металлургия, 1989. 5. Избранные методы исследования в металловедении. /Под ред. Г. И. Хунгера. - М. : Металлургия, 1985. 6. Брандон Д. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля/ Брандон Д. , Каплан У. – М. : Техносфера, 2006 7. Методы исследования материалов и процессов, УМК , СЗТУ, 2008

МАКРОСКОПИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ - заключается в определении строения металла путем просмотра его излома или специально подготовленной поверхности невооруженным глазом или через лупу при небольших увеличениях — до 30 раз Определяют 1. Нарушение сплошности металла 2. Дендритное строение и зону транскристаллизации в литом металле; 3. Химическую неоднородность сплава (ликвацию); 4. Неоднородность строения сплава, вызванную обработкой давлением; 5. Неоднородность, созданную термической или химико-термической обработкой

Виды дефектов макроструктуры: а - центральная пористость; б - точечная ликвация; в- общая пятнистая ликвация; г - краевая пятнистая ликвация; д - ликвационный квадрат; е - подусадочная ликвация; ж - подкорковые пузырьки; з - межкристаллитные трещины; и -послойная кристаллизация; к - светлая полоска

б) а) Макроструктура: а - литая сталь (поперечное сечение слитка); в) б - кованая деталь; в - деталь, вы резанная из проката Изломы образца: а) а _ нафталинистый; б - камневидный б)

МИКРОСКОПИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ - заключается в исследовании их структуры с помощью оптического микроскопа (использующего обычное белое или ультрафиолетовое излучение) и электронного микроскопа. Принципиальная схема металлургического микроскопа

Максимальная разрешающая способность микроскопа соответствует условию: Апертура - характеристика оптического прибора, описывающая его способность собирать свет и противостоять дифракционному размытию деталей изображения -Числовая апертура — равна произведению показателя преломления среды между предметом и объективом на синус апертурного угла* * угол между крайними лучами конического светового пучка на входе (выходе из) оптической системы

СИСТЕМАТИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ а - однофазно-полиэдрическая, б - многофазно-полиэдрическая, в - сетчатая, г - матричная, д - ориентированная

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ МЕТАЛЛОГРАФИЯ Основные методы Анализ по площадям. Определение объемной доли отдельных фаз в структуре сплава и распределение микрочастиц различных фаз по размерам. Планиметрирование сечений элементов структуры при проведении анализа по площадям

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ МЕТАЛЛОГРАФИЯ Основные методы Определение среднего размера зерен. где u - число зерен, полностью попавших в пределы заданной измеряемой площади; v - число зерен, по которым проходит граничная линия измеряемой площади; w - число зерен, находящихся в углах измеряемой площади Принцип определения средней площади зерна в однофазной полиэдрической структуре

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ МЕТАЛЛОГРАФИЯ Основные методы Точечный метод. Подсчитывается число точек, лежащих в сечении микрочастиц исследуемой фазы Объемная доля β -фазы определяется как Vβ = (m/z)100 %, где m - число точек, попавших на частицы вфазы; z - общее число точек в сетке Принцип точечного анализа (х - перекрестья наложенной сетки)

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ МЕТАЛЛОГРАФИЯ Основные методы 4. Линейный анализ. где L общая длина измерительных линий, мкм; Naa — число точек пересечения границ зерен с измерительными линиями; М - увеличение микроскопа. Удельная поверхность зерен Saa Принцип линейного анализа однофазно-полиэдрической структуры: 1 - измерительная линия, х - точки пересечения прямых линий с границами зерен

Использование линейного анализа для матричной структуры Принцип линейного анализа матричной структуры: 1 - измерительная линия, х - точки пересечения прямых линий с границами фаз Объемная доля распределенной в матрице β-фазы, %: - где L - суммарная длина всех измерительных линий, Lβ - сумма всех длин хорд в β -фазе, мкм; mβ - число хорд в β-фазе, Средний линейный размер частиц β -фазы, мкм:

Анализ многофазно-полиэдрической структуры Принцип линейного анализа многофазной полиэдрической структуры Средний линейный размер частиц α -фазы, мкм:

Анализ ориентированной структуры На изображение накладываются две группы измерительных линий параллельно и перпендикулярно ориентации структуры и для описания структуры приводятся два линейных параметра Принцип линейного анализа ориентированной структуры

МЕХАНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ Механические свойства характеризуют способность материалов сопротивляться действию внешних сил. К основным механическим свойствам относятся прочность, твердость, ударная вязкость, упругость, пластичность, хрупкость и др. Прочность — это способность материала сопротивляться разрушающему воздействию внешних сил. Твердость — это способность материала сопротивляться внедрению в него другого, более твердого тела под действием нагрузки. Вязкостью называется свойство материала сопротивляться разрушению под действием динамических нагрузок. Упругость — это свойство материалов восстанавливать свои размеры и форму после прекращения действия нагрузки. Пластичностью называется способность материалов изменять свои размеры и форму под действием внешних сил, не разрушаясь при этом. Хрупкость — это свойство материалов разрушаться под действием внешних сил без остаточных деформаций.

Статические испытания на растяжение При статических испытаниях на растяжение определяют величины, характеризующие прочность, пластичность и упругость материала схема испытания диаграмма растяжения

Динамические испытания на изгиб образцов с надрезом Образец с U-образным надрезом для испытаний на ударный изгиб Образцы с V-образным концентратором (Менаже) используются при контроле металлических материалов для ответственных конструкций Образцы с U-образным надрезом (Шарпи) используются при выборе и приемочном контроле металлов и сплавов. Образцы Т-образным концентратором предназначены для испытания материалов, работающих в особо ответственных конструкциях.

Измерение твердости Под твердостью понимают способности поверхностного слоя материала сопротивляться упругой и пластической деформации или разрушению при местных контактных воздействиях со стороны другого, более твердого и не получающего остаточной деформации тела (индентора). Метод Бринелля основан на вдавливании в поверхность металла стального закаленного шарика под действием определенной нагрузки. Число твердости по Бринеллю НВ определяется отношением нагрузки, действующей на шарик, к площади поверхности полученного отпечатка. Метод Роквелла основан на вдавливании в испытуемый образец закаленного стального шарика (шкала В) или алмазного конуса (шкалы А и С). Число твердости по Роквеллу HRA, HRB и HRC определяется по разности глубин вдавливания. В методе Виккерса применяют вдавливание алмазной четырехгранной пирамиды. Число твердости по Виккерсу HV определяется отношением приложенной нагузки к площади поверхности отпечатка.

Определение твердости материалов методом Бринелля Метод измерения твердости по Бринеллю) основано на вдавливании в образец стального закаленного шарика (для материалов с твердостью более 450 НВ шариком из твердого сплава) диаметром 10, 5 или 2, 5 мм. Число твердости по Бринеллю определяется как отношение величины нагрузки Р, кг, действующей на шарик (индентор), к площади поверхности полученного отпечатка F, мм 2

Необходимо учитывать следующее: 1. Нельзя измерять твердость упрочненных поверхностных слоев, так как шарик продавливает такие слои. 2. Толщина испытуемого образца должна быть не менее десятикратной глубины отпечатка или полутора диаметров отпечатка. 3. Центр отпечатка должен отстоять от края образца и других отпечатков не менее чем на два диаметра отпечатка. 4. Для получения точных результатов опорная поверхность образца должна быть тщательно зачищена и параллельна измеряемой поверхности. Нагрузка и диаметр шарика выбираются в зависимости от вида материала и размера образца в соответствии с данными таблицы: Высота образца, мм более 6 мм от 6 до 3 мм Диаметр шарика, мм 10 5 2, 5 сплавы железа 30000 7500 1875 Нагрузка Р, Н сплавы меди 10000 2500 625 легкие сппавы 2500 625 156

Определение твердости материалов методом Роквелла Сущность метода заключается во внедрении в поверхность образца (или изделия) наконечника в виде алмазного конуса с углом при вершине 120° (шкалы А, С) или стального шарика (шкала В) под действием последовательно прилагаемых предварительной и основной нагрузок и в определении твердости по глубине внедрения наконечника после снятия основной нагрузки. α - угол при вершине алмазного конуса, градус; F 0, F 1 и F= (F 0+ F 1) - предварительное, основное и общее усилие при вдавливании индентора, Н (кгс); h 0, h 1 и h - глубина внедрения индентора.

Твердость по Роквеллу обозначают символом HR с указанием шкалы твердости, которому предшествует числовое значение твердости из трех значащих цифр (HRC, HRA, HRB). Например: 61, 5 HRC - твердость по Роквеллу 61, 5 единиц по шкале С. К образцам для испытаний предъявляют определенные требования: 1) толщина образца должна быть не менее 6 мм (для шкал С и В), площадь достаточной для проведения не менее 3 -х измерений на расстоянии не менее 4 мм друг от друга и от края образца; 2) на опорной поверхности образца после испытания не должно оставаться следов от испытательного наконечника; 3) образец для испытаний может быть составлен из нескольких более тонких образцов для обеспечения требуемой толщины. Составные образцы не должны иметь поверхностных дефектов и должны плотно соприкасаться; 4) опорные поверхности образца и стола прибора должны быть очищены от посторонних веществ и плотно прилегать друг к другу; 5) образец не должен качаться, сдвигаться и деформироваться (прогибаться, пружинить).

Определение твердости материалов методом Виккерса В поверхность образца вдавливают алмазный индентор в форме четырехгранной пирамиды с углом при вершине α = 136°. Число твердости HV определяют делением нагрузки на площадь боковой поверхности полученного пирамидального отпечатка: Значение твердости по Виккерсу является усредненным условным напряжением в месте контакта индентор-образец и характеризует сопротивление материала значительной пластической деформации.