Отправлено: 16.04.08 19:23. Заголовок: Методические материалы (чёрн. металлургия), (материал. ТКМ для каф."МА" и для студентов - механиков

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОУ ВПО «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ-УПИ»
ФИЛИАЛ УГТУ-УПИ в городе КРАСНОТУРЬИНСКЕ


МЕТАЛЛУРГИЯ ЧЁРНЫХ МЕТАЛЛОВ
Методические указания к лабораторным работам для студентов кафедры «Металлургия алюминия»


ЕКАТЕРИНБУРГ
2006

УДК ___669. 18____
Составитель Г. И. Никонов
Научный редактор проф., д-р техн. наук М. А. Филиппов


МЕТАЛЛУРГИЯ ЧЁРНЫХ МЕТАЛЛОВ: методические указания к лабораторным работам / Г.И. Никонов. Екатеринбург : ГОУ ВПО
УГТУ – УПИ, 2006. 14с.


Методические указания предназначены для студентов специальности “Металлургия цветных металлов” III курса дневной формы обучения Краснотурьинского филиала УГТУ-УПИ. Методические указания предназначены для проведения лабораторных работ по курсу «Металлургия чёрных металлов», из расчёта 16 часов лабораторных занятий. Методические указания содержат описание шести лабораторных работ, две из которых – четырёхчасовые, и четыре двухчасовые.

Рис. 2

Подготовлено кафедрой «Металлургия алюминия»



ГОУ ВПО «Уральский государственный
технический университет - УПИ», 2006



П Р Е Д И С Л О В И Е


Методические указания посвящены получению чугунов, сталей и ферросплавов. Предназначены для студентов кафедры «Металлургия алюминия», обучающихся по специальности «Металлургия цветных металлов».
На основе данных указаний возможна постановка учебно-исследовательской работы студентов на филиале УГТУ-УПИ города Краснотурьинска.
В первой работе исследуется магнетит. Возможно исследование боксита. Во второй работе исследуются ферромедь и ферроалюминий, возможно исследование ферросилиция. В третьей работе исследуется сталистый чугун и возможно получение и исследование белого чугуна, предназначенного для ускоренного преобразования в ковкий чугун. В четвёртой работе – введение меди и молибдена в износостойкий чугун, - возможно исследование и иных добавок. В пятой работе – получение ферротитана, возможны вариации химического состава. В шестой работе – получение из руды чугуна, возможно исследование влияния микро-токов утечки на результаты опытов.
Запасов богатых бокситов на Северном Урале остаётся не так много; лет на двадцать, поэтому актуально рассмотрение, как альтернативных способов переработки бедных бокситов, так и способов переработки отходов производства, – красных шламов, содержащих окислы железа.. В соответствии с этим в данный список лабораторных работ и добавлена последняя, шестая работа, которая, кроме демонстрации влияния микро-токов утечки, позволяет проверить способ переработки красного шлама на чугун и шлак..


Лабораторная работа №1

«Структура и некоторые свойства магнетитовой руды Северного Урала»
(2 часа)

Цель работы: 1- Определить твёрдость магнетита шахты «Северопесчанская»
2 – Выявить микроструктуру магнетита до и после термообработки
3 – Проверить высокочастотные свойства магнетита

Ход работы: 1. Произвести шлифовку и полировку образцов магнетита. С этой целью использовать наждачный круг, абразивные шкурки, вращающийся диск с натянутым на него сукном, на которое нанесена тонкодисперсная паста или суспензия. Диск, имеющий осевой стержень, может быть зажат в патроне сверлильного станка и помещён в сосуд, в который будет стекать суспензия с поверхности натянутого на диск сукна.

2. Замерить твёрдость образца при испытании на прессе Роквелла при нагрузке 60 кГс алмазным конусом или конусом из твёрдого сплава. Или применить индентор с шариком 1,58 мм и нагрузку на индентор 100 кГс. На одну экспериментальную точку производить не менее 3-х замеров твёрдости.
Испытания также могут быть осуществлены с помощью пресса Бринелля, с установленным на нём индентором, имеющим шарик 2,5 мм. Диаметр отпечатка в этом случае замеряется с помощью измерительного микроскопа МИ-1 или МПБ-2.

3. Исследовать образец магнетита под микроскопом (при увеличении 50-500 раз); зарисовать микроструктуру без травления и после травления 4% HNO3.

4. Нагреть образец в муфельной печи до температуры 1000 – 1100С. После выдержки при этой температуре охладить образец в песке, затем на воздухе и, после этого, в горячей воде.

5. Отшлифовать и отполировать, выполнить пункты 1 и 2; исследовать под микроскопом по пункту 3. Сделать выводы в результате подобного исследования.

6. На других 2-х образцах, намотать медным или алюминиевым лакированным проводом, диаметром 0,2 мм, обмотки по 300 витков и 1000 витков. Между слоями обмоток проложить прокладки из тонкой сухой бумаги. В итоге получатся два дросселя.

7. Первый дроссель подключить к генератору сигналов. Второй дроссель расположить на расстоянии 10 мм от первого и подключить к осциллографу. Изменяя частоту генератора, найти с помощью осциллографа несколько точек резонанса в диапазоне 0,01 – 10 мГц. Затем по сетке на экране осциллографа замерить амплитуду колебаний в резонансных точках и между ними. Построить график изменения измеренного напряжения от частоты генератора.

8. Сделать выводы по проделанной работе. Составить отчёт.



Лабораторная работа №2
«Приготовление ферросплавов»
(4 часа)

Цель работы: Выплавить и исследовать ферромедь, ферроалюминий.

Ход работы: 1. Для плавки воспользоваться электродуговой микро-печью типа «тигель-графитовый» электрод, то есть моделированием работы электродуговой печи.

2. Использовать, имеющиеся в литературе, двойные диаграммы Fe-Cu и Fe-Al. (См. справочник «Металловедение и термическая обработка» и приводимые ниже диаграммы).

3. Приготовить сплав Fe – (20-50%)Cu и сплав Fe – (20-30%)Al. В соответствии с диаграммами состояния первый сплав является заэвтектоидным, а второй – не магнитным твёрдым раствором-2Н.

4. Взвесить отрезок сварочного электрода (Сталь 08) и отрезок прутка из меди, а также литую алюминиевую заготовку.

5. Использовать источники переменного тока - трансформаторы. Первый – с заземлённой вторичной обмоткой. Второй – с изолированной вторичной обмоткой. Плавильный тигель в первом случае соединён с заземляющим проводом, а во втором случае изолирован.

6. Выплавить по два образца каждого сплава, применяя оба источника тока.

7. Охладить закристаллизовавшиеся выплавленные образцы под струёй воды, испытать магнитом.

8. Обработать образцы на наждаке для замера исходной твёрдости HRC60.

9. Приготовить микрошлифы на всех четырёх образцах, исследовать под микроскопом и выполнить зарисовки микроструктур. Ферроалюминий травить 4% раствором HNO3.
Феррокупрум – сначала насыщенным раствором ZnCl2, затем 4 % раствором FeCl3 и также исследовать под микроскопом.

10. Подвергнуть образцы отжигу при 1000C для получения равновесных структур, более точно описываемых диаграммами состояния.

11. Выполнить снова пункты 8 и 9.

12. Сделать выводы по работе, в соответствии с полученными данными. Осветить возможности применения полученных ферросплавов. Отметить цвет образцов ферромеди, имеющих аналогичный химический состав, но полученных с помощью первой и второй установок.
Дополнительное задание: нагретый до 950 образец ферромеди подвергнуть горячей деформации.


Диаграмма состояния системы «железо - алюминий»
На диаграмме приведены магнитные и немагнитные альфа-фазы. Некоторые из этих
фаз обладают повышенной магнитострикцией, то есть изменением размеров в переменных магнитных полях. Обозначенная на рисунке фаза обладает повышенной твёрдостью.


Диаграмма состояния системы «железо - медь» .
Заэвтектоидные сплавы можно прокатывать в «горячую». Они имеют цвет меди.



Лабораторная работа № 3
(4 часа)

«Получение сталистого чугуна и чугуна для термообработки на ковкий чугун»

Цель работы: Исследовать «синтетические» чугуны, получаемые в лаборатории
с помощью электродугового метода.

Ход работы: 1. Удалить кремний из чугуна с помощью его окисления.
а) взвесить образец серого чугуна, рассчитать количество кремния из условия –
2,5% кремния в навеске серого чугуна (навеска 20 – 30 граммов).
б) написать реакцию окисления кремния и рассчитать количество окислителя,
- магнетита. Количество окислителя, полученное в результате расчёта,
УВЕЛИЧИТЬ для его избытка в плавильной ванне.
в) используя готовый шлак, переплавить навеску с применением графитового
электрода и углеграфитового тигля на установке «без утечки» слабых
электротоков на Землю (трансформатор 90 кВт).
2. Взвесить второй образец серого чугуна. Взвесить стальной электрод (без обмазки).
3. Выполнить расплавление металлов в графитовом тигле. Из расчёта: 50% серого
чугуна (3%С) + 50% Сталь 08, то есть электродная сталь или электрод с обмазкой.
4. Извлечь образец из тигля, отбить на железном столе шлак. Если необходимо, то
разрезать образец абразивным диском.
5. На всех образцах, обработкой на наждачном станке, на двух противоположных
сторонах, изготовить две плоские параллельные поверхности.
6. Замерить твёрдость по Роквеллу при нагрузке 60 кгс или по Бринеллю при нагрузке
1000 кгс шариком 5 мм. По Роквеллу выполнять три замера и определять среднее
арифметическое значение.
7. На обоих образцах приготовить микрошлифы, протравить 4% раствором азотной
кислоты, промыть, просушить и исследовать под микроскопом при увеличении
в 50 – 500 раз. Сделать зарисовки микроструктур с указанием структурных
составляющих.
8. Сталистый чугун (по пункту 3) нагреть до Ацм и охладить вместе с печью или
охладить путём медленного перемещения из нагретой зоны печи в более
холодную зону. Если действительно было получено состояние заэвтектоидной
стали, то замедленное охлаждение вызовет образование вторичного цементита
по границам зёрен перлита. Так можно по структуре ориентировочно судить о
среднем составе сплава. Исследовать и зарисовать полученную микроструктуру.
Пункт 8 провести, также, используя термоциклическую обработку, полученных,
путём плавления, железоуглеродистых материалов. Для этого, нагретый в
муфельной электропечи, образец, следует переместить к краю печи, чтобы дать
возможность охладиться металлу ниже линии PSK диаграммы железо-цементит.
Затем снова вдвинуть образец в середину рабочего пространства муфельной
электропечи. Далее, снова переместить на край печи, дать образцу остыть до
тёмно-красного свечения и повторно вдвинуть в печь. В структуре, при исследо-
вании в микроскоп, должны появиться частицы цементита округлой формы и ма-
лого размера.
9. Сделать выводы по всем опытам данной лабораторной работы и составить отчёт
о проделанной работе. Привести в нём зарисовки структур полученных сплавов
в неравновесных и равновесных условиях. Указать структурные составляющие.


Лабораторная работа № 4.
(2 часа)

«Введение меди и молибдена в износостойкий чугун»

Цель работы: Анализ структуры, прочностных свойств, получение нового
состояния сплава.

Ход работы: 1. Использовать ферромедь, полученную при выполнении предыдущих
лабораторных работ.

2. Взвесить образец сплава ИЧХ28Н2, рассчитать необходимое количество 50%-ной фер-
ромеди и вес молибденовой проволоки, из расчёта получения добавки – 4% Cu и
и 2% Mo.

3. Поместить компоненты на дно углеграфитового тигля. Приварить электродом ферромедь и молибден к образцу сплава ИЧХ28Н2.

4. Засыпать, затем, заранее приготовленным легкоплавким шлаком или флюсом АН-26, за-
жечь угольным электродом дугу, расплавить шлак сверху навески металла. Погрузить
в шлак электрод и расплавить навеску, хорошо перемешать и прогреть.

5. После плавки извлечь «корж» из тигля (после затвердевания шлака), отбить и собрать
шлак в ёмкость. Образец сплава охладить и обработать на наждаке.

6. Замерить твёрдость HRC60, HB1000, или HB3000. Испытать магнитом.

7. Приготовить микрошлиф, протравить FeCl3 + HCl + HNО3 + глицерин, изучить под
микроскопом, зарисовать микроструктуру.

8. Поместить в печь на 15 минут при T=1150С, охладить на воздухе и выполнить снова
пункты 6 и 7.

9. Составить отчёт по лабораторной работе, привести в нём выводы о полученных
результатах.




Лабораторная работа №5
(4 часа)

«Выплавка и исследование износостойкого материала на основе ферротитана»


Цель работы: исследовать сплав с титаном на основе железа, а также с добавкой
молибдена в этот сплав.


Ход работы: 1. Получить образцы вторичного титана или титана из отходов и взвесить их.

2. Взвесить электрод диаметром Ф5, из стали 08КП. Определить его необходимую длину для получения сплавов: железо - (7-14%) титана, железо – (10%) титана – (5%) молибдена и железо – (47-49%) титана.
Взвешивать электрод без обмазки. Обмазка на основе рутила типа МР-3.

3. Взвесить образцы молибдена.

4. Расплавить образцы электродами с обмазкой в углеграфитовых тиглях на большом токе
до 350 Ампер. Вводимая в ванну мощность до 16 кило-Ватт. Плавку производить на
установке без утечки слабых токов на Землю.

5. Извлечь образцы из тиглей и обработать на наждаке.

6. Приготовить микрошлифы и исследовать под микроскопом с увеличением в 200-500 раз.
7. Выполнить замеры твёрдости по Бринеллю или Роквеллу, как в предыдущих лаборатор-
ных работах.

8. Поместить в печь Т=1000С, выдержать 15 минут, медленно охладить, вновь выполнить
пункты 6 и 7.

9. В отчёте привести теоретические пояснения (из книги И.И.Корнилов «Титан» или из лекционного курса).
Привести диаграмму состояния системы железо – титан.

10. Сделать выводы по работе.

Дополнительное задание: нагретый до 950С, выплавленный образец, подвергнуть
горячей деформации в клети дуо, затем опробовать обработку
его напильником, наждачным кругом.



Лабораторная работа №6
(4 часа)

«Получение из руды чугуна и его свойства»

Цель работы: Выплавить белый, половинчатый или серый чугун из магнетита,
боксита и красного шлама.

Ход работы: 1. Взвесить руду в количестве 40 граммов, отдельно боксит и красный
шлам, взятые в тех же количествах.
2. Рассчитать, сколько надо взять графитового порошка для прямого восстановления руды.
3. Взвесить графитовый порошок, взяв его в большем количестве. Измельчить руду.
4. На дно тигля засыпать руду, затем графитовый порошок, перемешать. Сверху добавить
плавленый ранее, готовый шлак, от предыдущих плавок. Взять два графитовых тигля:
для магнетита и боксита или для магнетита и красного шлама.
5. Зажечь дугу графитовым электродом о край тигля, прогреть тигель и его содержимое по
периметру (изнутри тигля), затем, после уменьшения электросопротивления шлака, про-
греть в центре тигель. Дождаться появления языков пламени моно-окиси углерода (СО).
Прогревать тигель до момента исчезновения выбросов пламени и уменьшения шлака в
объёме, как бы оседания шлака, (из-за ухода СО и окончания реакции восстановления).
6. Удалить из тигля «корж» шлака, и после охлаждения разбить, извлечь «монету» метал-
ла из шлака, охладить в воде.
7. Обработать образец на наждаке, замерить его твёрдость HRC60, HB1000, или HB3000,
приготовить микрошлиф.
8. Протравить FeCl3 + HCl + HNO3 + глицерин, исследовать под микроскопом, зарисовать
микроструктуру, указать структурные составляющие.
9. Отжечь в муфельной печи при Т = 950С (применить возможно термоциклирование че-
рез критическую точку Ас1), снова замерить твёрдость и выполнить пункты 7 и 8.
10. Сделать непосредственные и технологические выводы в результате выполнения лабо-
раторной работы.
11. Составить отчёт о выполненной лабораторной работе.

Примечание: 1. При отсутствии готового шлака взвесить до 30% мела, до 30% песка, до
30% глинозёма и до 10% флюса АН-26. Расплавить в отдельном тигле (тол-
стостенном, изготовленном из углеграфитового электрода для дуговой элек-
тропечи), охладить и выбить из тигля.
2. Плавку магнетита производить на установке с утечкой слабых электрото-
ков на Землю.
3. Плавку красного шлама производить на установке без утечки слабых
электротоков на Землю.
4. Плавку боксита выполнить на двух установках.
5. Во всех опытах использовать аналогичные шлаки.
6. Разные опыты поручаются разным студенческим бригадам.
7. «Футеровка» графитового тигля считается нейтральной.


МЕТАЛЛУРГИЯ ЧЁРНЫХ МЕТАЛЛОВ


Составитель Никонов Геннадий Иванович


Методические указания к лабораторным работам по курсу «Металлургия чёрных металлов» для студентов кафедры «Металлургия алюминия».



Научный редактор _______М. А. Филиппов______________________


Редактор_________________Е.А. Ишунина________________________


Компьютерный набор ______Н. Г. Никонова_______________________





Лицензия: серия___ИД______, №_06263 от 12.11.2006 г.____



Подписано в печать___30.06.06 г. Формат______А4

Бумага писчая Плоская печать Усл.печ.л.____0,93

Уч.-изд.л.___0,8 Тираж____50__ Заказ__3035_______ Цена «С»


Редакционно-издательский отдел ГОУ ВПО УГТУ-УПИ
620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19


2006 г. Отпечатано в типографии ООО ПТЦ «ЯСА»_________

Адрес типографии: Свердловская обл., г. Краснотурьинск, ул, Чкалова, 4.
Заказ 3035, тираж 50х14

 Отправлено: 16.04.08 19:36. Заголовок: Студенты могут пользоваться

Методические материалы на данном сайте публикуются с целью помощи студентам в практическом освоении дисциплины.

 Отправлено: 19.04.08 09:06. Заголовок: ..

Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет-УПИ»


МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ
КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Методические указания к лабораторным работам для студентов кафедры
«Металлургия алюминия»


Екатеринбург
2007

УДК 669.18

Составители: Г. И. Никонов, Л. А. Мальцева

Научный редактор проф., д-р техн. наук М.А. Филиппов

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ КОНТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ: методические указания к лабораторным работам /
Г. И. Никонов, Л. А. Мальцева. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ – УПИ, 2007. 16 с.

Методические указания предназначены для студентов специальности «Металлургия цветных металлов» II – IV курсов дневной формы обучения Краснотурьинского филиала УГТУ – УПИ, раскрывают содержание и алгоритм проведения лабораторных работ по курсу «Материаловедение и технология конструкционных материалов». Содержат описание нескольких вновь поставленных лабораторных работ.

Рис.1.

Подготовлено кафедрами «Металловедение»
и «Металлургия алюминия».



@ ГОУ ВПО «Уральский государственный
технический университет - УПИ», 2007




Предисловие



Методические указания составлены старшим преподавателем кафедр Металловедение»
и «Металлургия алюминия» на Филиале УГТУ – УПИ города Краснотурьинска, Никоновым Г.И. и доцентом кафедры «Металловедение» УГТУ – УПИ Мальцевой Л.А..

Они предназначены для проведения лабораторных работ по «Материаловедению и ТКМ», студентов кафедры «Металлургия алюминия», обучающихся по специальности «Металлургия цветных металлов».

Методические указания составлены для студентов специальности «Металлургия цветных металлов» 2 - 4 курсов дневной формы обучения Краснотурьинского филиала УГТУ – УПИ, обучающихся на кафедре «Металлургия алюминия», расположенной в стенах филиала УГТУ – УПИ города Краснотурьинска.

Методические указания содержат описание нескольких лабораторных занятий (двух и
четырёх – часовых). В основном это вновь поставленные лабораторные работы. Вторая лабораторная работа – это традиционная в УПИ лабораторная работа, которая, как выяснилось, может быть углублена в плане получения результатов опытов. Это проведение работы на образцах из электролизных ванн с утечкой слабых электротоков на землю и без таковой. Могут быть применены специально выплавленные в лаборатории образцы, отлитые в кокиль.

На основе данных указаний возможна постановка учебно-исследовательской работы
студентов в Филиале УГТУ - УПИ города Краснотурьинска.


Лабораторная работа №1
«Испытания на твёрдость»
(2 часа)

Цель работы: 1. Определить твёрдость образцов мягких сталей по методу
Роквелла при разных нагрузках на индентор.
2. Определить твёрдость образцов латуни по методу Бринелля.
3. Произвести сравнительные испытания сталей и латуни по
обеим методикам при установке параметров, позволяющих
использовать таблицу перевода данных, полученных на прессе
Бринелля, в данные, полученные на прессе Роквелла.

Ход работы: 1. Получить образцы для испытаний, зачистить их поверхность на абразивных шкурках, напильником, или с помощью наждачной обработке на станке.
2. Познакомиться с работой на прессе Роквелла, путём наблюдения за испытаниями, производимыми преподавателем.
3. Соблюдая технику безопасности, произвести по аналогии, собственные испытания на прессе Роквелла, применяя индентор из твёрдого сплава при нагрузке 60 кГс, и индентор, содержащий шарик, диаметром 1,58 мм, при нагрузке 100 кГс. Сравнить полученные данные с помощью таблицы перевода из данных одной шкалы испытаний в данные другой шкалы испытаний. Примечание: выполнять по три испытания на одну экспериментальную точку, затем определять среднее значение.
4. Составить таблицу испытаний по методу Роквелла.
5. Аналогично, познакомиться с методикой испытаний твёрдости на прессе Бринелля, наблюдая за испытаниями, производимыми учебным мастером или преподавателем.
6. Произвести собственные испытания образцов.
7. Произвести испытания при различных нагрузках, указанных преподавателем. Соблюдать при этом технику безопасности при замене грузов, навешиваемых на штангу, расположенную с обратной стороны пресса Бринелля. Использовать для определения твёрдости, при стандартных нагрузках, таблицу перевода диаметров отпечатков в числа твёрдости по Бринеллю. При нестандартных нагрузках произвести расчёты твёрдости по формуле Бринелля, в которую входят диаметр шарика для испытаний, нагрузка на индентор (сумма грузов, установленных на подвеску штанги), а также – диаметр отпечатка шарика на поверхности экспериментального образца.
8. Диаметр отпечатка замерять с помощью переносного микроскопа МПБ – 2 (при большом диаметре отпечатка, когда шарик 10 мм), а также с помощью измерительного микроскопа МИ – 1, применяемого при малом диаметре отпечатка или в случае применения для испытаний индентора, в котором закреплён шарик 5 мм или 2,5 мм.
Если отпечаток получился в виде явного эллипса, следует повторить два раза испытания, и при повторении результатов, замерять большую и малую оси эллипса и брать среднее значение, как результат испытаний.
9. Воспользоваться таблицей, содержащей рекомендации по выбору шариков и нагрузок, в зависимости от ожидаемой твёрдости образцов, и толщины экспериментальных образцов.
10. Перевести данные замеров твёрдости по Роквеллу в данные по Бринеллю, воспользовавшись специальной таблицей перевода одних чисел твёрдости в другие.
11. Результаты работы оформить в виде таблиц, привести выводы по проделанной работе в отчёте о работе.

Лабораторная работа №2

«Пластическая деформация прокаткой технически чистого алюминия и
рекристаллизация полученных образцов, взятых из электролизных ванн»
(4 часа)

Цель работы: 1. Построить кривую наклёпа алюминия, взятого в виде проб из
электролизных ванн «ОАО СУАЛ – Филиал БАЗ СУАЛ».
2. Смягчить алюминий после первых циклов прокатки.
3. Исследовать макроструктуру после равномерной и градиентной
деформации, и рекристаллизации.

Ход работы:1. Получить образец и подвергнуть его опиловке и выравниванию напильником. Удалить технологические выступы на образцах с помощью слесарной ножовки. Соблюдать технику безопасности.

2. Произвести испытание на твёрдость по Бринеллю при нагрузке 500 кГс, шариком 10 мм.

3. Замерить высоту образца для последующего определения степени обжатия.

4. Произвести прокатку образца на первую степень обжатия. Соблюдать требования техники безопасности, излагавшиеся при вводном инструктаже по технике безопасности! (Прокатку проводит преподаватель или учебный мастер).

5. Снова произвести замер высоты образца и определить твёрдость по Бринеллю.

6. Повторить циклы прокатки и испытаний на твёрдость по Бринеллю с замером высоты пластинки после каждого цикла прокатки. Данные занести в таблицу испытаний.

7. Степень обжатия рассчитывать, как изменение высоты, отнесённое к первоначальной высоте и умноженное на 100%. Степени обжатий при каждом цикле, занести в таблицу. По данным таблицы построить кривую наклёпа в виде графика, по горизонтальной оси которого нанести степени обжатия, а по вертикальной оси – данные замеров твёрдости, соответствующие указанным степеням обжатия.

8. Поместить образец в печь при температуре 500 – 550С, выдержать 20 минут, охладить на воздухе и замерить снова твёрдость по Бринеллю. Подвергнуть травлению слабо разбавленной соляной кислотой, с добавкой плавиковой кислоты (10%). Соблюдать технику безопасности! Промыть, просушить, зарисовать макроструктуру.

9. Деформировать путём пробивки отверстия, после чего образец снова поместить в электропечь для отжига по пункту 8. После охлаждения – протравить и зарисовать макроструктуру исследуемого образца.

10. Составить отчёт по работе и сделать выводы.


Лабораторная работа № 3
(2 часа)

«Изучение структур рекристаллизации технически чистого алюминия»

Цель работы: 1. Определить средний размер зерна в литом состоянии, а также после
осадки и рекристаллизации.
2. Определить средний размер “восстановленного” зерна после
критической степени деформации, путём осадки, и рекристаллизации.
3. Определить скорость деформации и напряжение течения в конце
процесса осадки на прессе ПГПр (с реверсором).

Ход работы: 1. Приготовить цилиндрический образец диаметром 9 – 10 мм и высотой 10 – 12 мм путём резки ножовкой, опиловки напильником, пробы алюминия, отлитой в чугунный кокиль или в землю.

2. Отшлифовать одно из оснований цилиндра, протравить 50% соляной кислотой с добавкой HF. Соблюдать технику безопасности! С помощью измерительного микроскопа МИ – 1 или МПБ – 2 замерить средний размер зёрен. Зарисовать структуру.

3. Осуществить медленную осадку (выполняет преподаватель, учебный мастер) на 30 – 40 % с помощью пресса ПГПр, фиксируя время деформации в секундах.

4. Замерить новое значение высоты образца. Рассчитать степень обжатия, как отношение изменения высоты к первоначальной высоте, умножив на 100%. Рассчитать конечную скорость деформации, разделив полученный результат на время деформации в секундах. Результат имеет размерность [1/сек]. Определить механическое напряжение в конце осадки, как произведение давления масла в прессе [атм] на переводной коэффициент {2641[мм2]*0,01}; отнесённое к сечению образца. Результат имеет размерность [кГс/мм2].

5. Поместить образец на 15 – 20 минут в печь с температурой 500 - 550С. После выдержки охладить на воздухе.

6. Протравить кислотой после обработки на шкурках с разным размером зерна, переходя от обработки на более грубой шкурке к более тонкой. Сделать зарисовку макроструктуры образца. Замерить размер зёрен.

7. Снова осадить образец. Степень деформации выбирать от 7% до 12%, то есть соответствующую ожидаемой критической степени деформации – крит., задаваемой во время осадки. Время деформации и давление масла не фиксируются.

8. Рекристаллизовать при тех же условиях. После охлаждения обработать на шкурках и протравить соляной кислотой. Замерить размер зерна и зарисовать макроструктуру в том же масштабе.

9. Сделать выводы по работе. В теоретических пояснениях (перед выводами) привести кривые размера зёрен после рекристаллизации, от степени холодной деформации, при крупном исходном и мелком зерне.

Лабораторная работа № 4.
(2 часа)

«Получение алюминиевой бронзы и исследование её на ликвацию»

Цель работы: Анализ структуры, твёрдости, выявление ликвации по удельному весу.

Ход работы: 1. Рассчитать и взвесить необходимое количество меди и алюминия. Суммарное количество меди и алюминия задаётся преподавателем (от 4 до 40 грамм).

I бригада - медь-10% алюминия; литьё;
II бригада - медь-12% алюминия; литьё;
III бригада - медь-14% алюминия; литьё;
IV бригада - медь-16% алюминия; литьё;
V бригада - медь -12% алюминия; закалка;
VI бригада - медь – 12% алюминия; закалка;

2. Подготовить графитовый тигель и электроды. Обращаться с ними аккуратно, не бросать, не подвергать ударам! Особенно аккуратно обращаться с электродом из графита, навинченным на стальную державку или зажатым в кольцо!

3. Тигель поместить на сварочный столик, загрузить в него медь и алюминий, державку закрепить в электрододержателе. Включить сварочный трансформатор, зажечь дугу и расплавить навески; добиться перемешивания расплава. Соблюдать технику безопасности!

4. Перенести щипцами тигель со сварочного столика на стальной стол для извлечения образца. Извлечь образец, доохладить под проточной водой, затем обработать на наждаках, снять «лыску» и подготовить площадку для замера твёрдости.

5. Замерить твёрдость HRC60, рассчитать среднее значение.

6. Обработать на шкурках, отполировать, промыть, протравить, просушить.
7. Исследовать под микроскопом, обращая внимание на структуру по высоте образца и на наличие ликвации в приготовленном образце. Сделать зарисовки структур образца в верхней, средней и нижней частях заготовки. Определить структурные составляющие.
8. Образцы Cu-12%Al закалить с 850С в воде, выполнить пункты 5, 6, 7, определить структурные составляющие.

9. В отчёте по работе привести теоретические пояснения. В соответствии с диаграммой состояния описать кристаллизацию сплавов, записать металловедческие реакции. На основании описания уточнить тип структурных составляющих в сплавах.

10. Сделать выводы по работе.

Дополнительное задание: при плавке в первом опыте заземлять графитовый тигель; во втором опыте (для одного химического состава) тигель отключать от заземления.


Лабораторная работа №5

«Изучение кинетики кристаллизации на примере сплавов-теплоносителей»
(2 часа)

Цель работы: 1. Выплавить доэвтектический, эвтектический и заэвтектический сплавы
системы висмут – свинец.

2. Описать кристаллизацию, проанализировать структуры.

3. Достижение равновесного состояния сплавов путём деформации
прокаткой при комнатной температуре.



Ход работы: 1. Взвесить компонеты из расчёта – малый и средний 20 гр. большой (заэвтектический) образец – 100 грамм (и 20 грамм). Ориентироваться на химические составы: малый образец – Bi-30%Pb; средний – Bi-44%Pb; большой - Bi-60%Pb.


2. Поместить навески, как шихту, в тигель, расплавить в муфельной печи.

3. После расплавления произвести выливку сплавов в песок (в бумажную форму; 20 граммовых образцов), а 100 граммовый образец – в кокиль.

4. Охладить и извлечь образцы из форм; доохладить в воде.

5. Обработать напильником торцы и замерить твёрдость НВ250; затем обработать на шкурках и полировальном станке. Промыть, просушить, исследовать под микроскопом при увеличении 300-600 раз. (Не перетравливать!).

6. Прокатать большой образец, замерить НВ250 на концах пластинки.
Приготовить микрошлиф, зарисовать микроструктуру.
(Отметить приближение структуры к равновесной).

7. Описать процессы кристаллизации, с указанием изменений химического состава фаз и записью металловедческих реакций (эвтектической и перитектической).

8. В отчёте привести цель и ход работы, результаты экспериментов, теоретические пояснения и выводы.


Лабораторная работа №6
«Приготовление и испытание модельного сверхпластичного сплава»
(4 часа)

Цель работы: 1. Определить максимальное относительное удлинение.
2. Установить значение скорости деформации.
3. Определить максимальное напряжение течения.
4. Построить кривую истинного напряжения течения до 60%.

Ход работы: 1. Исследовать сплавы Pb-17%Cd; Pb-17%Cd-3%Sn ; Pb-17%Cd-3%Bi,
или Pb-17%Cd-3%Zn.

2. Массу навесок выбирать 200 граммов (суммарный вес компонентов).

3. Сначала расплавлять свинец, затем олово или цинк, в последнюю очередь кадмий.

4. После отливки в кокиль (из чугуна), произвести замер твёрдости по Бринеллю при нагрузке 500 кГс, шариком 10 мм.

5. Подвергнуть образец прокатке при комнатной температуре до толщины 4-6 мм, затем замерить твёрдость по Бринеллю в будущих головках образца. (Соблюдать технику безопасности!) Прокатку осуществляет учебный мастер или преподаватель.

6. В соответствии с эскизом, приведённым на аудиторной доске в лаборатории, выполнить разметку пластинки для последующего изготовления образца, резкой ножовкой, слесарной рубкой в тисах, с помощью зубила, и опиловкой напильником. (Соблюдать требования техники безопасности при опиловке, резке и рубке!) Для впервые работающих слесарным инструментом, учебный мастер или преподаватель демонстрирует рубку зубилом в слесарных тисах.
7. После изготовления образец обмерить штангенциркулем.

8. Составить таблицу для записи результатов испытаний, в соответствии с заготовкой её, приведённой на доске в аудитории учебной лаборатории.

9. Поместить образец в реверсор пресса ПГПр и подвергнуть медленному растяжению, записывая через каждые десять секунд испытания, давление масла на индикаторе пресса.

10. Рассчитать возникающие усилия, напряжения, относительные удлинения, изменение сечения образца из условия постоянства его объёма, истинные напряжения течения, и построить кривую изменения истинного напряжения течения в зависимости от относительного удлинения образца.

11. Определить максимальное относительное удлинение при данных температурно-скоростных условиях испытаний и скорость деформации к концу процесса испытания.

12. Рассчитать усилие пресса для детали сечением 1000 мм2.

13. Составить отчёт. Сделать выводы по работе.



Лабораторная работа №7
«Испытание на растяжение наклёпанного алюминиевого сплава»
(2 часа)

Цель работы: 1. Определить предел прочности и относительное удлинение.
2. Вычислить скорость деформации, при которой они определены.
3. Построить по точкам кривую растяжения.

Ход работы: 1. Получив пластинку алюминия, нанести на неё шариковой ручкой контуры
образца, эскиз которого изображён на доске в аудитории. Размеры образца определяются тем, какого типа применён реверсор учебного пресса ПГПр, с усилием 4 тонны.

2. Изготовить образец с помощью ножовки по металлу, рубкой в тисах с помощью зубила, опиловкой напильником и удалением острых кромок перед обмером.

3. В середине «пролёта» образца, между его головками, нанести «базу» образца, для принудительной локализации деформации образца в заданном месте. Эту процедуру выполнить торцом плоского напильника. Следить за симметричностью пропила «базы» образца, чтобы избежать «внецентренной» деформации при его растяжении.

4. Выполнить обмер образца с помощью штангенциркуля.

5. Замерить а0, мм, ширину базы образца; b0, мм, толщину базы образца; L0, мм, длину базы образца; рассчитать исходное сечение образца F0, мм2.

6. Установить образец в реверсор пресса ПГПр, выбрать зазоры, подачей вверх поршня гидравлического пресса и подготовиться к испытанию.

7. Опыт проводить бригадой 2 человека. Один из них смотрит на часы и через каждые 10 секунд извещает второго студента о необходимости снять показания с индикатора давления масла в прессе ПГПр и занести эти данные в таблицу испытаний. Опыт продолжается до полного порыва образца, после чего, обе половины образца извлекаются из реверсора, соединяются вместе и снова производится замер ширины, толщины базы образца, а также длины базы образца. Составляется вторая таблица.

8. На основании полученных данных производится расчёт относительного удлинения, относительного сужения, предела прочности, истинного напряжения течения в момент порыва образца, скорости движения захвата образца и скорости деформации.

9. Построить график напряжения течения, в зависимости от относительного удлинения образца при его растяжении при данной скорости деформации.

10. Сделать выводы по работе.

Дополнительное задание: Использовать пластинки, прокатанные из образцов, взятых, как пробы из электролизных ванн, имеющих утечку слабых электротоков на землю и не имеющих таковой. (Возможно наблюдение относительного удлинения более 100%).



Лабораторная работа №8

«Передел чугуна в сталь методом переплава»
(2 часа)

Цель работы: 1. Изучение структуры чугуна в исходном состоянии.
2. Контроль структуры полученной стали до и после термообработки.
3. Моделирование разбавления чугуна железом для целей литейного
производства, реализуемого путём электродуговой плавки.

Ход работы: 1. Отпилить от пластины образец серого чугуна или получить готовый образец чугуна. Удалить напильником или с помощью наждака острые кромки.

2. Приготовить микрошлиф исходного образца; замерить твёрдость по Роквеллу исходного образца чугуна: HRC60. Взвесить образец. Ориентировочный вес образца 4-5 грамм. Если использован образец серого чугуна, то при исследовании его в микроскоп, зарисовать микроструктуру образца перед травлением и после травления, для более чёткого выявления формы пластин графита.

3. Используя сварочный трансформатор, выпрямитель из четырёх диодов
{В – 200 (2 шт.) + ВЛ – 200 (2 шт.)}, электроды диаметром 3 мм; подключение углеграфитового тигля и электрододержателя в соответствии с прямой полярностью (плюс на тигле, минус на электроде), осуществить толстопокрытым электродом проплавление образца чугуна, помещённого на дно тигля. Электроды брать с рутиловым покрытием. Соблюдать технику безопасности!

4. После охлаждения образца в тигле до красного оттенка, произвести извлечение его из тигля и удаление шлака, образовавшегося от плавления обмазки электрода. Образец брать металлическими щипцами; поместить его в железную тарелку с водой для окончательного охлаждения. Снова взвесить образец.

5. Обработать образец на наждаке; изготовить шлифованием две параллельные площадки на фронтальной и обратной сторонах образца. Затем замерить твёрдость по Роквеллу на этих площадках. Вычислить среднее значение.

6. Приготовить микрошлиф, замерить твёрдость образца HRC60.

7. Поместить образец в печь и выполнить его нормализацию.

8. После нормализации, обновить микрошлиф, снова зарисовать микроструктуру образца; замерить твёрдость образца HRC60.

9. Вычислить ожидаемый коэффициент разбавления или отношение веса образца после плавки к весу образца до плавки.

10. Отметить наблюдаемое превышение коэффициента разбавления образца, связанное с наличием добавок руды в обмазке электродов. Сделать выводы.



Лабораторная работа №9

«Приготовление концентрированной бронзы железистой»
(2 часа)

Цель работы: 1. Выплавить электродуговым способом сплав Cu – 50%Fe.
2. Исследовать его структуру и твёрдость после плавки и
после термообработки.

Ход работы: 1. Взвесить образец меди. Ориентировочно, навеска весом 4-5 грамм.

2. Взвесить электрод без обмазки. Определить, сколько весит 1 см электрода без обмазки, чтобы отметить ту длину электрода, которая потребуется для создания ориентировочного состава сплава. Электрод диаметром 3 мм.

3. Используя однофазный сварочный трансформатор с выпрямителем, осуществить плавку толстопокрытым железным электродом, для приготовления сплава, на токе прямой полярности. Если необходимо, переплавить снова образец, но уже углеграфитовым электродом, для получения более равномерной структуры в последующем (переплав возможен 2-3 раза).

4. Извлечь образец из углеграфитового тигля, удалить образовавшийся шлак, охладить образец в H2O, удалить окалину, зачистить две параллельные площадки на обеих сторонах плоского образца, приобретшего форму толстой монеты. Снова взвесить приготовленный образец.

5. Замерить твёрдость по Роквеллу HRC60 три раза, вычислить среднее арифметическое значение твёрдости.

6. Приготовить микрошлиф на одной из подготовленных площадок, протравить смесью (HCl + FeCl3 + H2O); промыть, просушить, исследовать под микроскопом. Зарисовать микроструктуру образца, отметить структурные составляющие: окрашенную  - фазу и эвтектоид ( + ).

7. С целью достижения более равновесного состояния сплава, произвести нормализацию полученного образца при 940С в течение 10-15 минут (охладить сначала в печи, затем на спокойном воздухе).

8. Обновить микрошлиф, протравить, промыть, просушить, исследовать под микроскопом, сделать зарисовку микроструктуры образца.

9. Повторно произвести замеры твёрдости по Роквеллу HRC60.

10. Сделать выводы по работе. Указать на возможное применение сплава.
Привести в отчёте диаграмму железо – медь, описать кристаллизацию сплава Cu – 50%Fe.

Дополнительное задание: сравнить твёрдость и структуру образцов выплавленных без утечки и с утечкой слабых электротоков с образца на землю. Аналогично: нормализованных в печах без утечки и с утечкой слабых электротоков.



Лабораторная работа №10

«Исследование износостойкого чугуна ИЧХ 28 Н2 или ИЧХ 22 Н2»
(2 часа)

Цель работы: изучить структуру и твёрдость до и после термической обработки.

Ход работы: 1. Получив образец, испытать его с помощью магнита, отметив ферромагнитные свойства.

2. Замерить твёрдость по Роквеллу при нагрузке 60 кгс и твёрдость по Бринеллю, шариком 10 мм при нагрузке 3000 кгс.

3. Приготовить микрошлиф с использованием алмазной пасты или окиси хрома. Протравить смесью – (50% соляная кислота + хлорное железо). Промыть, просушить, исследовать под микроскопом при увеличении 300 и 500 раз.

4. Поместить образец в электропечь, имеющую температуру 1100С,
(печь, включенную через тиристор Т-50, без утечки слабых электротоков с образца на Землю), выдержать в печи 20 минут, охладить на воздухе.

5. Выполнить снова пункты 1, 2, 3.

6. В теоретических пояснениях привести тройную диаграмму Fe-Cr-C при концентрации 2,8 %С, отметить на ней точки для сплавов 22% Cr и 28 % Сr; определить тип структуры.

7. Сделать выводы по работе в составленном отчёте.

Примечания: I. Воспользоваться литературным источником А. Герек, Л. Байка «Легированный чугун – конструкционный материал». М.: «Металлургия», 1978, 208 С.

II. Типы карбидов, выпадающие в чугунах без добавки никеля, представлены на тройной диаграмме (с углом 90) Fe-Cr-C. Добавка никеля 2% позволяет, при использовании оттарированного нагревателя (без утечки слабых электротоков на землю), сохранить после охлаждения на воздухе большой процент аустенитной фазы, так что для образцов ослабевает притяжение к магниту.

III. В глинозёмном производстве детали насосов для перекачки щёлочной абразивной пульпы, отливают из хромистого износостойкого чугуна. На некоторых предприятиях внедрено лишь литьё этого чугуна, без его термической обработки, заключающейся в смягчении, для механической обработки с целью уменьшения зазоров в собранных насосах, а потом в упрочнении, и низком отпуске. Так как повышенная твёрдость требуется для сопротивления абразивному износу. Для смягчения при отжиге предлагается вводить в этот чугун до 2% меди. Так как в соответствии с работами доктора технических наук, И. Н. Богачёва, добавки меди в хромистые чугуны, способствуют ускорению их отжига. В данной работе рассмотрен иной путь смягчения чугуна.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ
КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ


Составители Никонов Геннадий Иванович, Мальцева Людмила Алексеевна

Редактор Е. А. Ишунина

Компьютерный набор Н. Г. Никонова


ИД № 06263 от 12.11.2006 г.


Подписано в печать 30. 06. 07. Формат А4

Бумага писчая Плоская печать Усл. печ. л. 0,93

Уч.-изд. л. 0,8 Тираж 50 Заказ № 2884 Цена «С»

Редакционно-издательский отдел ГОУ ВПО УГТУ – УПИ
620002, Екатеринбург, Мира, 19

2007 г. Отпечатано в типографии ООО ПТЦ «Яса», г. Краснотурьинск, ул. Чкалова, 4.
Заказ № 2884 , тираж 506л.

 Отправлено: 19.04.08 09:12. Заголовок: ВАРИАНТЫ ДОМА..

ВАРИАНТЫ ДОМАШНИХ РАБОТ. РЕФЕРАТЫ ПО «МЧМ».

6-СЕМЕСТР

1. БЕССЕМЕРОВСКИЙ КОНВЕРТОР И ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ.
2. ТОМАСОВСКИЙ КОНВЕРТОР И ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ.
3. КИСЛОРОДНЫЙ КОНВЕРТОР С ПОДВОДОМ ГАЗА СВЕРХУ.
4. ПУДЛИНГОВЫЕ ПЕЧИ И ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ ПУДЛИНГОВАНИЕМ.
5. КРИЧНЫЙ СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ.
6. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ ИЗ МЕТАЛЛИЗОВАННЫХ ОКАТЫШЕЙ.
7. МЕТОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД.
8 . ВИДЫ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД И СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВОВ ЖЕЛЕЗА ИЗ НИХ.
9. ПРОИЗВОДСТВО КОКСА И ДРЕВЕСНОГО УГЛЯ –
ПРЕИМУЩЕСТВА, И НЕДОСТАТКИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЧУГУНОВ.
10. НЕМЕЦКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ В СТАРОМ ОСКОЛЕ.
11. ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ БЕССЕМЕРОВСКОГО И КИСЛОРОДНОГО
КОНВЕРТОРОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ.
12. ПРОДУКТЫ ДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА, ИХ ПРИМЕНЕНИЕ, А ТАКЖЕ
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ.
13. ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫЙ ПЕРЕПЛАВ СТАЛЕЙ.
14. МЕТОДЫ ВАКУУМНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЕЙ.
15. ВОДОРОД И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА СТАЛЕЙ.
16. СПОСОБЫ УДАЛЕНИЯ СЕРЫ И ФОСФОРА ПРИ ПЛАВКЕ СТАЛЕЙ.
17. ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ АГЛОМЕРАТА.
18. ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА, КАК СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ ТИТАНОВЫХ
И АЛЮМИНИЕВЫХ РУД.
19. МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО ТРАНСФОРМАТОРНЫХ СТАЛЕЙ.
20. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ В ДУГОВЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧАХ.
21. ПРОИЗВОДСТВО ФЕРРОХРОМА, ФЕРРОМАРГАНЦА, ФЕРРОТИТАНА.
22. ПРЯМОЕ И КОСВЕННОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ В ДОМЕННОМ ПРОЦЕССЕ.
23. КЛАССИЧЕСКОЕ МАРТЕНОВСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО СТАЛЕЙ.
24. ВНЕПЕЧНОЕ РАФИНИРОВАНИЕ СТАЛЕЙ.
25. ДВУХВАННЫЕ МАРТЕНОВСКИЕ ПЕЧИ И ПРОИЗВОДСТВО СТАЛЕЙ В НИХ.
26. РАСКИСЛЕНИЕ СТАЛЕЙ И ЕГО РАЗНОВИДНОСТИ.
27. МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ УТИЛИЗАЦИИ КРАСНОГО ШЛАМА.
28. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛЕЙ ДЛЯ ЛИТЬЯ В ДУГОВЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧАХ.
29. ВРАЩАЮЩИЙСЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЙ КОНВЕРТЕР. ПРОЦЕСС КАЛДО.
30. КАЧАЮЩИЕСЯ МАРТЕНОВСКИЕ ПЕЧИ И ПРОИЗВОДСТВО СТАЛЕЙ В НИХ.
31. ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ И ЧУГУНА В ИНДУКЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧАХ.
32. ПРИМЕНЕНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ И ДОМЕННЫХ ФЕРРОСПЛАВОВ.
33. УСТАНОВКИ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ.
34. СВЯЗЬ ПРОЦЕССОВ СТАЛЕВАРЕНИЯ И СВАРОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ.
35. ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ ОБЪЯСНЕНИЯ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ.

 Отправлено: 21.04.08 01:45. Заголовок: Методические материалы (материаловедение)

Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет-УПИ»


МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ


Методические указания к лабораторным работам для студентов - механиков


Екатеринбург
2008

УДК 669.18

Составители: Г. И. Никонов, Л. А. Мальцева

Научный редактор проф., д-р техн. наук М.А. Филиппов

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ: методические указания к лабораторным работам для студентов – механиков /
Г. И. Никонов, Л. А. Мальцева. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ – УПИ, 2008. 12 с.

Методические указания предназначены для студентов – механиков для направления
150400 – Технологические машины и оборудование, специальности
150404 – Металлургические машины и оборудование.
II – курса дневной формы обучения Краснотурьинского Филиала УГТУ – УПИ.
.Раскрывают содержание и алгоритм проведения лабораторных работ по курсу «Материаловедение». Содержат описание нескольких вновь поставленных лабораторных работ.

Подготовлено кафедрами «Металловедение»
и «Металлургия алюминия».





@ ГОУ ВПО «Уральский государственный
технический университет - УПИ», 2008


Предисловие



Методические указания составлены старшим преподавателем кафедр Металловедение»
и «Металлургия алюминия» на Филиале УГТУ – УПИ города Краснотурьинска, Никоновым Г.И. и доцентом кафедры «Металловедение» УГТУ – УПИ Мальцевой Л.А..

Они предназначены для проведения лабораторных работ по «Материаловедению», студентов - механиков, обучающихся на Краснотурьинском Филиале УГТУ – УПИ.

Методические указания содержат описание восьми лабораторных занятий (двух и
четырёх – часовых). В основном это традиционные работы. Шестая работа – это вновь поставленная работа «Выбор материалов и режимов термической обработки для конкретных деталей», которая является реальным примером решения задачи на тему
одноимённой домашней работы. Примером, решения с привлечением лабораторных исследований. Седьмая работа также имеет элементы исследования.

На основе данных указаний возможна постановка учебно-исследовательской работы
студентов в Филиале УГТУ - УПИ города Краснотурьинска.





Лабораторная работа №1

«Пластическая деформация и рекристаллизация металлов»
(4 часа)

Цель работы: 1. Построить кривую наклёпа алюминия, взятого в виде проб из
электролизных ванн «ОАО СУАЛ – Филиал БАЗ СУАЛ».
2. Смягчить алюминий после первых циклов прокатки.
3. Исследовать макроструктуру после равномерной и градиентной
деформации, и рекристаллизации.

Ход работы:1. Получить образец и подвергнуть его опиловке и выравниванию напильником. Удалить технологические выступы на образцах с помощью слесарной ножовки. Соблюдать технику безопасности.

2. Произвести испытание на твёрдость по Бринеллю при нагрузке 500 кГс, шариком 10 мм.

3. Замерить высоту образца для последующего определения степени обжатия.

4. Произвести прокатку образца на первую степень обжатия. Соблюдать требования техники безопасности, излагавшиеся при вводном инструктаже по технике безопасности! (Прокатку проводит преподаватель или учебный мастер).

5. Снова произвести замер высоты образца и определить твёрдость по Бринеллю.

6. Повторить циклы прокатки и испытаний на твёрдость по Бринеллю с замером высоты пластинки после каждого цикла прокатки. Данные занести в таблицу испытаний.

7. Степень обжатия рассчитывать, как изменение высоты, отнесённое к первоначальной высоте и умноженное на 100%. Степени обжатий при каждом цикле, занести в таблицу. По данным таблицы построить кривую наклёпа в виде графика, по горизонтальной оси которого нанести степени обжатия, а по вертикальной оси – данные замеров твёрдости, соответствующие указанным степеням обжатия.

8. Поместить образец в печь при температуре 500 – 550С, выдержать 20 минут, охладить на воздухе и замерить снова твёрдость по Бринеллю. Подвергнуть травлению слабо разбавленной соляной кислотой, с добавкой плавиковой кислоты (10%). Соблюдать технику безопасности! Промыть, просушить, зарисовать макроструктуру.

9. Деформировать путём пробивки отверстия, после чего образец снова поместить в электропечь для отжига по пункту 8. После охлаждения – протравить и зарисовать макроструктуру исследуемого образца.

10. Составить отчёт по работе и сделать выводы.




Лабораторная работа № 2
(2 часа)

«Изучение структуры и свойств сталей и чугунов»

Цель работы: доказать выделение заданных структурных составляющих
и описать кристаллизации сталей и чугунов.

Ход работы: 1. Просмотреть показ на экране проектора структур характерных сплавов, чугунов и сталей. Система железо-цементит.
2. Аналогично, просмотреть и зарисовать с экрана структуры
сплавов системы железо – графит.
3. Используя микроскопы МИМ-6 и МИИ-4 и металлографические коллекции, сделать зарисовки структур образцов сплавов из коллекций.
4. Зарисовать диаграмму железо - цементит, нанести линии фигуративных точек сплавов железо - 0,4% углерода, затем железо - 1,2% углерода, железо - 3% углерода и железо - 5% углерода.
5. Описать кристаллизации этих сплавов, объясняя образование структурных составляющих в этих сплавах.
6. На диаграмму железо – углерод нанести линию фигуративных точек для серого чугуна Fe – 3% C? И привести описание кристаллизации. Описать возникновение равновесной структуры сплава.
7. Пояснить разновидности серых чугунов в зависимости от формы выделения графита в них. Как это влияет на свойства?
8. Указать на области применения сплавов в технике.
9. Сделать выводы по выполненной работе.


Лабораторная работа № 3
(2 часа)

« Влияние скорости охлаждения на структуру и свойства
доэвтектоидных сталей»

Цель работы: дать объяснение возникновению различных структурных составляющих в сталях, в зависимости от скорости их охлаждения из аустенитного состояния.

Ход работы: 1. Четыре образца Сталь 45 нагреть до температуры (Ас3+50) град. Цельсия, выдержать 10-15 минут и охладить.
2. Охладить первый образец в воде, второй в масле, третий на воздухе и четвёртый – вместе с печью.
3. Удалить с торцов образцов окалину и обезуглероженный слой, сделать фаски, чтобы не порвать сукно полировального круга, отшлифовать на шкурках с разным размером зерна, промыть и отполировать на полировальном станке на первом диске, с алмазной пастой, затем на втором диске, с суспензией окиси хрома.
4. Промыть, протравить образцы, снова промыть, просушить, исследовать под микроскопом при увеличении в 500-600 раз.
5. Сделать зарисовки структур образцов.
6. Замерить твёрдость образцов и занести значения твёрдости в таблицу, четвёртая колонка в которой – среднее арифметическое значение по трём замерам твёрдости.
7. В отчёте по работе привести краткие теоретические пояснения.
Зарисовать С-образную диаграмму, нанести на неё линии применявшихся скоростей охлаждения (печь, воздух, масло, вода) и расставить точки пересечения этих линий с линиями С-образной диаграммы. Описать по точкам кристаллизации. Сделать выводы о возникающих структурных составляющих.
8, Привести выводы по цели выполненной работы.





Лабораторная работа №4

(2 часа)

«Закалка и отпуск инструментальных сталей»

Цель работы: построить кривые изменения твёрдости сталей в зависимости от температуры отпуска.

Ход работы: 1. По три образца сталей У10, ШХ15, Р6М5, Сталь 45, нагреть под закалку и закалить.
2. Зачистить образцы на наждаке, замерить твёрдость и убедиться, что все образцы закалились. Записать твёрдость образцов.
3. Затем разместить образцы в муфельных печах при 3-х температурах отпуска: 200, 400, 600 градусов Цельсия.
4. Выдержать при этих температурах образцы 30 минут и снова произвести измерения твёрдости на каждом образце, после их охлаждения.
5. Данные измерений оформить в виде таблицы. На основании которой построить график зависимости твёрдости марки стали от температуры отпуска.
6. Сделать выводы по работе.



Лабораторная работа №5

(2 часа)

« Термическая обработка и свойства стали 110Г13Л»

Цель работы: произвести термообработку и определение механических свойств стали Г13Л.

Ход работы: 1. Нагреть образец стали до 1050 град. Цельсия, в печи с утечкой слабых электротоков на Землю. Выдержать, охладить в воде.
2. Исследовать микроструктуру образца, испытать магнитом.
3. Выполнить замер твёрдости по Бринеллю шариком 5 мм при нагрузке 1000 кг.
4. Подвергнуть пластической деформации, выполнить п. 2 и 3.
5. Дать в отчёте по работе краткие теоретические пояснения.
6. Сделать выводы по выполненной работе.
7. Зарисовки микроструктур и значения твёрдости привести в отчёте в разделе « Результаты экспериментов».


Лабораторная работа №6

(2 часа)

«Выбор материала и режимов термической обработки
для конкретных деталей».

Цель работы – задание : Полоса из углеродистой инструментальной стали У8,
или малолегированной ШХ15, после нагрева и выдержки при 800 - 850 град. Цельсия, в электроизолированной нагревательной печи, получила структуру с большим количеством карбидов, выделившихся преимущественно по границам зёрен перлита, что исключает
нагрев и проведение закалки, так как может привести к образованию трещин.
Как можно было не допускать появления подобного дефекта?

Ход работы – поиск ответа:
1. Попробовать смоделировать подобные условия в лаборатории.
2. Поступить альтернативно. То есть не класть для нагрева заготовки в те печи, которые имеют этот эффект электроизоляции.
3. Поместить заготовки в электропечь, которая имеет утечку слабых электротоков на землю, например, утечку 6 – 100 килоОм.
4. Осуществить режим отжига на «зернистый цементит». Нагрев до темепературы аустенизации, растворение карбидов в аустените, охлаждение
на воздухе, затем нагрев чуть выше Ас1 и выдержку.
5. Проведение термоциклирования, с целью разбивки пластинчатых карбидов
перлита на мелкие частицы. Ускоренное получение «зернистого цементита»
с целью последующей закалки.
6. Проведение закалки и осмотр после неё на микротрещины.
7. Изготовлении необходимого количества микрошлифов.
8. Составление отчёта по работе с представлением описания опытов и
совокупности необходимых рассуждений.




Лабораторная работа №7
(3 часа)
«Изучение структуры цветных металлов и сплавов»

Цель работы: исследовать микроструктуру концентрированной латуни и литейных алюминиевых сплавов – силуминов.

Ход работы: 1. Ножовкой по металлу отпилить образец от прутка латуни типа
ЛС62, для приготовления микрошлифа, травления и зарисовки микроструктуры. Травление после шлифовки и полирования осуществлять раствором хлорного железа с добавкой соляной кислоты.
2. Зарисовать диаграмму медь – цинк (взять из учебника), ограничившись концентрацией 45% цинка, так латуни с более высокой
концентрацией цинка не применяются на практике из-за их низких характеристик пластичности (охрупчивания).
3. Нанести на диаграмме линию фигуративных точек сплава и
описать по точкам кристаллизацию сплава медь – 37% цинка. Сопоставить структуру по диаграмме и структуру реального образца латуни.
4. Взять образцы алюминиевого сплава АЛ-9 и исследовать их
структуру в состоянии, после литья в цехе. Приготовить микрошлиф.
5. Расплавить образец и сделать добавку кремния, что увеличит
процент кремния на 5-10%. Охладить в песчаной форме и исследовать микроструктуру полученного образца.
6. Сравнить структуры: до и после введения дополнительной дозы кремния. Дать описание по диаграмме алюминий – кремний .
7. Поместить образцы в раствор фосфорной кислоты и замерить ЭДС полученного элемента.
8. Сделать выводы по выполненной лабораторной работе.





Лабораторная работа №8

«Приготовление концентрированной бронзы железистой»
(2 часа)

Цель работы: 1. Выплавить электродуговым способом сплав Cu – 50%Fe.
2. Исследовать его структуру и твёрдость после плавки и
после термообработки.

Ход работы: 1. Взвесить образец меди. Ориентировочно, навеска весом 4-5 грамм.

2. Взвесить электрод без обмазки. Определить, сколько весит 1 см электрода без обмазки, чтобы отметить ту длину электрода, которая потребуется для создания ориентировочного состава сплава. Электрод диаметром 3 мм.

3. Используя однофазный сварочный трансформатор с выпрямителем, осуществить плавку толстопокрытым железным электродом, для приготовления сплава, на токе прямой полярности. Если необходимо, переплавить снова образец, но уже углеграфитовым электродом, для получения более равномерной структуры в последующем (переплав возможен 2-3 раза).

4. Извлечь образец из углеграфитового тигля, удалить образовавшийся шлак, охладить образец в H2O, удалить окалину, зачистить две параллельные площадки на обеих сторонах плоского образца, приобретшего форму толстой монеты. Снова взвесить приготовленный образец.

5. Замерить твёрдость по Роквеллу HRC60 три раза, вычислить среднее арифметическое значение твёрдости.

6. Приготовить микрошлиф на одной из подготовленных площадок, протравить смесью (HCl + FeCl3 + H2O); промыть, просушить, исследовать под микроскопом. Зарисовать микроструктуру образца, отметить структурные составляющие: окрашенную  - фазу и эвтектоид ( + ).

7. С целью достижения более равновесного состояния сплава, произвести нормализацию полученного образца при 940С в течение 10-15 минут (охладить сначала в печи, затем на спокойном воздухе).

8. Обновить микрошлиф, протравить, промыть, просушить, исследовать под микроскопом, сделать зарисовку микроструктуры образца.

9. Повторно произвести замеры твёрдости по Роквеллу HRC60.

10.Сделать выводы по работе. Указать на возможное применение сплава.


Привести в отчёте диаграмму железо – медь, описать кристаллизацию сплава Cu – 50%Fe.

Дополнительное задание: сравнить твёрдость и структуру образцов выплавленных без утечки и с утечкой слабых электротоков с образца на землю. Аналогично: нормализованных в печах без утечки и с утечкой слабых электротоков.




МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ



Составители Никонов Геннадий Иванович, Мальцева Людмила Алексеевна



Редактор (и.о.) Г.И. Никонов

Компьютерный набор Н. Г. Никонова


ИД № 06263 от 12.11.2006 г.


Подписано в печать 16. 04. 08 г. Формат А4

Бумага писчая Плоская печать Усл. печ. л. _______

Уч.-изд. л. ____ Тираж 50 Заказ ______ Цена «С»



Редакционно-издательский отдел ГОУ ВПО УГТУ – УПИ
620002, Екатеринбург, Мира, 19

Отпечатано в типографии ООО «ЯСА», Краснотурьинск.. Улица Чкалова 4.