Методические указания по выполнению лабораторных работ МДК 01.02 Эксплуатация нефтяных и газовых месторождений


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ

«О Т Р А Д Н Е Н С К И Й Н Е Ф Т Я Н О Й Т Е Х Н И К У М»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
МДК 01.02 Эксплуатация нефтяных и газовых месторождений
Раздел 1 Способы эксплуатации нефтегазовых скважин
Тема 2.1 Материаловедение

по специальности
21.02.01 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений
Для студентов очной формы обучения
г.о. Отрадный, 2017
РАССМОТРЕНО
Цикловой комиссией 21.02.03, 21.02.01
Председатель ЦК ПЦ
_________  Абдрахманова Т. К.
Протокол № 2
«_15_» 09 2017 года
УТВЕРЖДЕНА
Методическим советом
ГБПОУ «ОНТ»
Председатель МС
_________  Светлышева Г. В.
Протокол №2
«16» ноября 2017 года
Методические указания по выполнению лабораторных работ являются частью ППССЗ ГБПОУ «ОНТ» по специальности 21.02.01 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений в соответствии с требованиями ФГОС СПО.
Методические указания по выполнению лабораторных работ адресованы студентам очной формы обучения.
Методические указания включают в себя учебную цель, перечень образовательных результатов, заявленных во ФГОС СПО, задачи, обеспеченность занятия, краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме, вопросы для закрепления теоретического материала, задания для лабораторных работ студентов и инструкцию по их выполнению.

Составитель: Головина В.С., преподаватель ГБПОУ «ОНТ», 1КК
Рецензент: Абдрахманова Т.К., преподаватель ГБПОУ «ОНТ», ВКК
СОДЕРЖАНИЕ
Пояснительная записка………………………………………………………………………................ 4
Содержание отчета выполненной работы…………………………………………………................. 5
Инструкция по безопасности при выполнении лабораторных работ……………………................ 6
Лабораторная работа № 1 Ознакомление с методикой измерения твердости по Роквеллу и Бринелю…………………………………………………………………………………………………. 7
Лабораторная работа № 2 Изучение структуры и свойств отожженной стали…………………. 13
Лабораторная работа № 3 Изучение структуры и свойств чугунов……………………................ 18
Лабораторная работа № 4 Демонстрация закалки и отпуска углеродистой стали (влияние температуры нагрева и скорости охлаждения при закалке и температуры отпуска на свойства стали)……………………………………………………………………………..................................... 23
Лабораторная работа № 5 Испытание на ударную вязкость……………………………………… 32
Приложения к лабораторным работам……………………………………………………………….. 37
Информационные источники…………………………………………………………………………. 45
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Уважаемый студент!
Методические указания по междисциплинарному курсу МДК 01.02 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений Раздел 1 Способы эксплуатации нефтегазовых скважин тема 2.1 «Материаловедение» для выполнения лабораторных работ созданы Вам в помощь для работы на занятиях, подготовки к лабораторным работам, правильного составления отчетов.
Цель проведения лабораторных работ: отработка и закрепление на практике умений и навыков, полученных на теоретических занятиях.
Приступая к выполнению лабораторный работы Вы должны внимательно прочитать инструкцию по безопасности при выполнении лабораторных работ, цель и задачи занятия, ознакомиться с требованиями к уровню Вашей подготовки в соответствии с федеральными государственными стандартами (ФГОС СПО), краткими теоретическими и учебно-методическими материалами по теме лабораторной работы, ответить на вопросы для закрепления теоретического материала. Все задания к лабораторной работе Вы должны выполнять в соответствии с инструкцией, анализировать полученные в ходе занятия результаты по приведенной методике.
Наличие положительной оценки по лабораторным работам необходимо для получения допуска к дифференцированному зачету по МДК, поэтому в случае отсутствия на уроке по любой причине или получения неудовлетворительной оценки за лабораторную работу Вы должны найти время для ее выполнения или пересдачи.
Особенностями методической разработки является формирование умения проводить физический эксперимент и формирования общих компетенций с опорой на стремление обучающихся к самоопределению, самореализации, самообразованию, профильную ориентацию и обязательный минимум содержания общего образования.
Критерии оценок лабораторных работ:
Оценка «5» ставится в том случае, если обучающийся:
выполнил работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности проведения опытов и измерений;
самостоятельно и рационально смонтировал необходимое оборудование, все опыты провел в условиях и режимах, обеспечивающих получение правильных результатов и выводов; соблюдал требования безопасности труда;
в отчете правильно и аккуратно выполнял все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графика, вычисления;
Оценка «4» ставится в том случае, если были выполнены требования к оценке «5», но обучающийся допустил недочеты или негрубые ошибки.
Оценка «З» ставится, если результат выполненной части таков, что позволяет получить правильные выводы, но в ходе проведения опыта и измерений были допущены ошибки.
Оценка «2» ставится, если результаты не позволяют сделать правильных выводов, если опыты, измерения, вычисления, наблюдения производились неправильно.
Во всех случаях оценка снижается, если обучающийся не соблюдал требования безопасности труда.
Внимание! Если в процессе подготовки к лабораторным работам у Вас возникают вопросы, разрешить которые самостоятельно не удается, необходимо обратиться к преподавателю для получения разъяснений или указаний в дни проведения дополнительных занятий.
Время проведения дополнительных занятий можно узнать у преподавателя или посмотреть на двери его кабинета.
Желаем Вам успехов!!!
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА ВЫПОЛНЕННОЙ РАБОТЫ
Наименование выполняемой лабораторной работы.
Цель работы.
Образовательные результаты, заявленные во ФГОС СПО.
Задачи лабораторной работы.
Обеспеченность занятия (средства обучения):
Учебно-методическая литература
Технические средства обучения
Приборы, материалы и инструмент
Рабочая тетрадь
Калькулятор инженерный
Ручка
Карандаш простой
Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме лабораторной работы.
Контрольные вопросы по лабораторной работе.
Задание для лабораторной работы.
Инструкция по выполнению лабораторной работы.
Указания по безопасности при проведении лабораторной работы, если требуется в работе.
Порядок выполнения отчета по лабораторной работе.
ИНСТРУКЦИЯ ПО БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Требования безопасности перед началом занятий:
Подготовьте рабочее место к работе, уберите все лишнее (пакеты, мобильные телефоны, бутылки с водой, сумки и т.п.).
К выполнению работ допускаются студенты, прошедшие инструктаж, имеющие четкие представления о работе прибора или устройства, знакомые с правилами безопасности при его обслуживании и способами оказания первой помощи пострадавшим.
Приступать к выполнению работы необходимо с разрешения преподавателя.
Студенты обязаны:
1. Знать и строго соблюдать правила по безопасности, установленные для лабораторий.
2. В процессе работы неукоснительно выполнять все указания преподавателя, руководящего занятиями, и обслуживающего персонала лаборатории в части соблюдения Правил безопасности и эксплуатации электроустановок.
3. После окончания работы убрать рабочее место.
4. Выполнять работу в строгом соответствии с методическими указаниями.
5. В случае неисправности перегрев, искрение, отклонение приборов от нормы и т.д./ немедленно отключить установку и поставить в известность преподавателя.
Строго запрещается:
1. Выполнять операции на оборудовании и стендах с неисправностями, могущими привести к загораниям и пожарам.
2. Вешать на штепсельные розетки, выключатели и электропровода различные вещи.
3. Переносить включенные электроприборы.
4. Ремонтировать электроприборы самостоятельно.
5. Загромождать свое рабочее место одеждой, портфелями, книгами и другими вещами, не относящимися к работе.
ПОМНИТЕ!
Нарушение правил безопасности на любом участке работ может привести к несчастным случаям с вами и вашими товарищами.
Напряжение свыше 50 В может быть опасным дли жизни.
Студенты, нарушившие требования безопасности, привлекаются к дисциплинарной ответственности!
Тема 2.1.1 Основы металловедения
Тема 2.1.1.1 Строение и свойства металлов, методы их испытаний
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
ОЗНАКОМЛЕНИЕ С МЕТОДИКОЙ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ПО РОКВЕЛЛУ И БРИНЕЛЮ
Цель работы – ознакомиться с различными методами и средствами для определения твердости металлов и углубить знания по материаловедению и технологии конструкционных материалов.
Образовательные результаты, заявленные во ФГОС СПО:
Студент должен
уметь:
проводить испытания на твердость по Бринелю вдавливанием в испытываемый образец стального шарика определенного диаметра под действием заданной нагрузке в течении определенного времени;
проводить испытания на твердость по Роквеллу вдавливанием в испытываемый образец (деталь) алмазного конуса с углом 1200или стального закаленного шарика диаметром 1, 588 мм.
знать:
по Бринелю:
устройство автоматического рычажного пресса для определения твердости;
выбор диаметра шарика и нагрузки;
порядок подготовки образца;
порядок проведения испытания на пресс;
устройство лупы и методику измерения полученного отпечатка;
порядок определения твердости по таблице.
по Роквеллу:
устройство прибора типа Роквелла;
выбор нагрузки и наконечника;
порядок подготовки образцов;
контроль прибора;
порядок проведения испытания.
Время - 2академических часа
Задачи лабораторной работы
Изучить методы определения твердости по Бринули, Роквеллу, и область их применения;
Изучить устройство автоматического рычажного пресса для определения твердости;
Изучить устройство лупы и методику измерения полученного отпечатка;
Изучить устройство твердомера и приобрести навыки пользования твердомером;
Определить твердости заданных образцов по шкале А,В,С.
Обеспеченность занятия (средства обучения):
1. Учебно-методическая литература
Материаловедение и технология металлов : учебник для вузов / под ред. Г. П. Фетисова. – 4-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2006. – 862 с.
Ф.И.Масленников. Лабораторный практикум по металловедению.
Лабораторные работы по «Металловедению и термической обработки металлов». И.А. Самоходский., М.Н. Куняшевский стр. 184
2. Технические средства обучения
Системы мультимедиа
3. Приборы, материалы и инструмент:
автоматический рычажный пресс;
образцы стали и сплавов цветных металлов различной толщины;
лупа для измерения диаметра отпечатка;
наждачное точило;
напильник;
прибор типа Роквеллу;
образцы стали в отожженном и закаленном состоянии;
шлифовальная шкурка.
Рабочая тетрадь (обычная в клетку)
Калькулятор инженерный.
Ручка.
Карандаш простой (при необходимости, цветные карандаши – для построения графиков, диаграмм, проекций точек на поверхности детали).
Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме лабораторной работы
Твердость – это свойство металла сопротивляться проникновению в него другого более твердого тела определенной формы и размеров.
Из различных методов испытания твердости металлов наибольшее распространение получили:
1) метод вдавливания стального шарика диаметром 10; 5; 2,5 мм (испытание по Бринелю);
2) метод вдавливания алмазного конуса или шарика диаметром 1,588 мм (испытание по Роквеллу);
Оборудование, применяемое при испытании твердости по Бринелю показано на рис. 1.
Стационарные твердомеры HB-3000B и TH600 могут использоваться для измерения твердости незакаленных сталей, чугуна, цветных металлов, мягких сплавов.

Рисунок - 1 Стационарные твердомеры для измерения твердости по Бринелю:
а) HB-3000B, б) TH600: 1 - основание, 2 - стол, 3 - наконечник со стальным шариком,
4 - ЖК-дисплей
1. Сущность испытания на твердость по БринелюИспытание производится путем вдавливания в испытуемый образец стального шарика в течение определенного времени. Время выдержки под нагрузкой при измерении твердости по Бринелю колеблется от 10 с (для черных металлов) до 30 с (для цветных металлов – медь, латунь, бронза) и 60 с (для цветных металлов – алюминий, подшипниковые сплавы). В результате вдавливания шарика получается отпечаток (лунка). Число твердости по Бринелю находиться по формуле:
HB=PF , кг/мм2 (1)
где P- нагрузка, ×9,8 Н; F- площадь поверхности полученного отпечатка, мм2.F=πDhh- глубина отпечатка, мм.
Так как глубину отпечатка h измерить трудно, а гораздо проще измерить диаметр отпечаткаd, то целесообразно величину h выразить через диаметры шарика D и отпечатка d:
h=D-D2-d22, мм (2)
Тогда поверхность Fполученного отпечатка
F=πD2D-D2-d2, мм2 (3)
А число твердости по Бринелю будет характеризоваться формулой
HB=2PπDD-D2-d2 , (4)
где D- диаметр стального шарика, вдавливаемого в образец, мм;
d- диаметр отпечатка, полученного на образце, мм.
На рис. 2 показана схема испытания на твердость по Бринелю.

Рисунок - 2 Схема испытания на твердость по Бринелю
Методика проведения испытаний на твердость по Бринелю при помощи
стационарных твердомеров:
1. Выбрать необходимую нагрузку.
2. Наконечник с шариком закрепить в шпинделе.
3. На столик поместить испытуемый образец.
4. Поднять столик и предварительно прижать образец к шарику без приложения нагрузки.
5. Запустить твердомер для приложения к детали необходимой нагрузки.
6. После сигнала, опустить столик, образец передвинуть и повторить испытание.
7. Измерить диаметр отпечатка.
8. По измеренному отпечатку сделать вывод о твердости образца.
2. Сущность испытания на твердость по РоквеллуИспытание на твердость по Роквеллу производят вдавливанием в испытуемый образец алмазного конуса с углом 1200 или стального закаленного шарика диаметром 1,588 мм. Наконечник с шариком или конусом вдавливают в испытуемый образец под действием двух последовательных нагрузок: предварительной P0 и основной P1. Общая нагрузка P находиться по формуле:
P=P0+P1= (5)
где P0- предварительная нагрузка, ×9,8 Н; P1- основная нагрузка, ×9,8 НСхема испытания металлов на твердость по Роквеллу показана на рис. 3.

Рисунок - 3 Схема испытания на твердость по Роквеллу
Методика проведения испытаний на твердость по Роквеллу при помощи стационарных твердомеров:
1. Выбрать необходимую нагрузку.
2. Наконечник с алмазным конусом закрепить в шпинделе.
3. На столик поместить испытуемый образец.
4. Поднять столик и прижать образец к конусу, приложив предварительную нагрузку.
5. Снять предварительную нагрузку. Повторить предварительное нагружение в другом месте образца.
6. Вращением барабана установить нуль шкалы против конца большой стрелки индикатора.
7. Запустить механизм для приложения к детали необходимой нагрузки.
8. После сигнала опустить столик, передвинуть образец и повторить испытание в другом месте.
9. Измерить глубину отпечатка h0, полученного при приложении предварительной нагрузки, и измерить глубину отпечатка h полученного при приложении окончательной необходимой нагрузки.
10. По измеренному отпечатку сделать вывод о твердости образца.
За единицу твердости по Роквеллу принята величина, соответствующая перемещению наконечника на 0,002 мм. Твердость по Роквеллу определяется по формуле (для шкал А и С):
HR=100-е0, (6)
где е0 - параметр твердости.
е0=h-h00,002, (7)
Существуют также и переносные твердомеры для измерения твердости металлов.
Контрольные вопросы для лабораторной работы
1. Какие виды испытаний на твердость вы знаете.
2. В чем особенности испытаний по Бринелю?
3. В чем особенности испытаний по Роквеллу?
4. Зарисуйте схему и расскажите о схеме по Бринелю.
5. Зарисуйте схему и расскажите о схеме по Роквеллу.
Задание для лабораторной работы
1. Изучить особенности различных методов испытания твердости металлов (испытание по Бринелю, испытание по Роквеллу).
2. Используя программный комплекс лабораторной работы, выполнить расчет числа твердости по Бринелю.
3. Определить число твердости по Бринелю табличным методом и сопоставить твердость, полученную расчетом и табличным методом.
4. Определить погрешность определения твердости табличным методом.
5. Составить отчет.
Инструкция по выполнению лабораторной работы
При помощи таблицы чисел твердости определите по диаметру отпечатка, оставленного на образце, твердость образца.
В соответствии с выданным заданием определить твердость образца по Бринелю.
Таблица 1
Примеры заданий к лабораторной работе
Вариант (n) D – диаметр
шарика, мм Приложенное
усилие, х9,8 Н d – диаметр отпечатка,
полученного на образце,
мм, n – вариант
1,11,21 2,5 187,5 0,72+0,01 n
2,12,22 5 250 1,57+0,01 n
3,13,23 10 750 3,4+0,01 n
4,14,24 2,5 62,5 0,83+0,01 n
5,15,25 5 750 1,7+0,01 n
6,16,26 10 1000 3,88+0,01 n
7,17,27 2,5 62,5 0,95+0,01 n
8,19,28 5 750 1,8+0,01 n
9,18,29 10 3000 3,65+0,01 n
10,20,30 2,5 187,5 0,86+0,01 n
Примечание.* Обозначения 2d5 и 4d2,5 в таблице приложений указывают на что для отыскания по таблице (Приложение 1) числа твердости при испытании шариком диаметром 5 мм диаметр полученного отпечатка надо умножить на 2, а при испытании шариком 2,5 – умножить на 4.
Например, для отпечатка диаметром 1,65 мм, полученного при испытании шариком диаметром 5 мм под нагрузкой 750, х 9,8 Н; число твердости необходимо искать в таблице для отпечатка 2·1,65=3,3 мм; оно равно 341.
Погрешность определения твердости табличным методом находим по формуле:
ξ=HBрас-HBтабHBрасх100%, (8)
где HBрас- расчетная твердость по Бринелю, определенная по формуле (1).
HBтаб- твердость по Бринелю, определенная табличным методом при помощи таблиц твердости (см. Приложение 1).
Порядок выполнения отчета по лабораторной работе
Отчет о проведенной лабораторной работе должен содержать следующее:
Задание.
Цель работы.
По БринелюУсловия выбора диаметра шарика и нагрузки.
Описание способа измерения отпечатка и определение твердости.
Схема испытания на твердость по Бринелю.
По РоквеллюСхема прибора типа Роквелла и краткое описание его устройства.
Условия выбора нагрузки и наконечника.
Схема испытаний и величина твердости по Роквеллю.
Тема 2.1.1.3 Стали. Чугуны
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ОТОЖЖЕННОЙ СТАЛИ
Цель работы - изучение микроструктуры отожженных углеродистых сталей
Образовательные результаты, заявленные во ФГОС СПО:
Студент должен
уметь:
пользоваться металлографическим микроскопом;
ориентироваться в наборе микрошлифов железа и углеродистых сталей;
определять микроструктуру технического железа и углеродистых сталей в равновесном состоянии на диаграмме железо-цементит.
знать:
составы травителей применяемые для микроструктур;
структуры железо, углеродистых сталей в связи с диаграммой состояния железо-цементит;
порядок определения содержания углерода в доэвтектоидной стали по ее микроструктуре.
Время - 2академических часа
Задачи лабораторной работы
Изучить микроструктуру доэвтектоидной и эвтектоидной стали.
Изучить микроструктуру заэвтектоидной стали.
Обеспеченность занятия (средства обучения):
1. Учебно-методическая литература
Материаловедение и технология металлов : учебник для вузов / под ред. Г. П. Фетисова. – 4-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2006. – 862 с.
Лабораторные работы по «Металловедению и термической обработки металлов». И.А. Самоходский., М.Н. Куняшевский стр. 184
2. Технические средства обучения
Системы мультимедиа
3. Приборы, материалы и инструмент:
металлографический микроскоп;
набор микрошлифов железа, углеродистых сталей в равновесном состоянии;
циркуль;
линейка.
4. Рабочая тетрадь (обычная в клетку)
5. Калькулятор инженерный.
Ручка.
Карандаш простой (при необходимости, цветные карандаши – для построения графиков, диаграмм, проекций точек на поверхности детали).
Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме лабораторной работы
На диаграмме состояния железо–углерод (рис. 4) сплавы, относящиеся к сталям, расположены в интервале концентраций углерода до 2,14 %, т.е. левее точки Е. При температурах ниже 727 С все отожженные углеродистые стали состоят из двух фаз феррита и цементита. Феррит это твердый раствор углерода в железе с объемно-центрированной кубической решеткой (Fe). Максимальная растворимость углерода в Fe составляет около 0,02 % (точка Р). Цементит это карбид железа Fe3C, содержащий 6,67 % С.
При температурах выше линии GSE равновесной фазой является аустенит твердый раствор углерода в железе с гранецентрированной кубической решеткой (Fe). Предельная растворимость углерода в Fe 2,14 % (точка Е).
В результате фазовых превращений в твердом состоянии при малых скоростях охлаждения в стали образуются следующие структуры: перлит, избыточный феррит, вторичный цементит и третичный цементит.
Рисунок - 4 Диаграмма Fe - Fe3C
На линии GS из аустенита начинает выделяться избыточный феррит, а на линии SE вторичный цементит. На линии РQ из феррита выделяется третичный цементит. Во всех сплавах правее точки Р при небольшом переохлаждении до температур ниже 727С аустенит эвтектоидного состава (0,8 % С) распадается на эвтектоидную смесь феррита и цементита, называемую перлитом, причем цементит может быть в виде пластинок или зерен (Приложение 2, рис. 4).
Сталь, содержащую 0,8 % С, называют эвтектоидной. Стали, содержащие менее 0,8 % С называют доэвтектоидными, а более 0,8 % С заэвтектоидными.
Металлографический анализ металлов и сплавов заключается в исследовании структуры материалов при больших увеличениях с помощью микроскопа, а наблюдаемая структура называется микроструктурой. Изучение под микроскопом структуры металлов возможно лишь при достаточно интенсивном отражении световых лучей от исследуемой поверхности. Поэтому поверхность образца должна быть специально подготовлена. Образец, поверхность которого подготовлена для металлографического анализа, называется микрошлифом. Для изготовления микрошлифа необходимо вырезать образец из исследуемого металла, получить на нем плоскую, блестящую поверхность, а затем шлиф травят. Существует несколько методов травления, из которых наиболее распространен метод избирательного растворения фаз. Метод основан на различии физико-химических свойств отдельных фаз и пограничных участков зерен. В результате различной интенсивности растворения создается рельеф поверхности шлифа. Для травления микрошлиф погружают полированной поверхностью в раствор избранного состава и через некоторое время вынимают. Если полированная поверхность станет слегка матовой, травление считается законченным, шлиф сразу же промывают водой, затем спиртом и высушивают фильтровальной бумагой.
Микрошлифы сталей травят 3-4% раствором НNO3 в спирте, после чего структурно свободные феррит и цементит по сравнению с темным (коричневатым) перлитом выглядят белыми.
При охлаждении доэвтектоидной стали из аустенита вначале выделяется феррит. Размер ферритных зерен в значительной степени зависит от скорости охлаждения аустенита. При рассмотрении в микроскоп феррит наблюдается в виде светлых зерен неодинаковой яркости (Приложение 2, рис. 1). По мере увеличения концентрации углерода в доэвтектоидной стали количество зерен феррита убывает (Приложение 2, рис. 2), а количество перлита увеличивается.
В сплавах, содержащих 0,5-0,75 % C зерна феррита располагаются по границам зерен другой структурной составляющей перлита в виде разорванной сетки (Приложение 2, рис. 3).
В доэвтектоидной стали перлит в большинстве случаев имеет пластинчатое строение. Темные пластинки, видимые в перлите, представляют собой тени, отбрасываемые на участки феррита выступающими после травления участками цементита. Форма выделения перлита в доэвтектоидных и заэвтектоидных сталях определяется условиями выполнения отжига. Форма и размер частиц цементита в перлите существенно влияют на свойства стали. Так, например, зернистый перлит более пластичен и имеет меньшую твердость, чем пластинчатый. Твердость зернистого перлита 160-220 НВ, а пластинчатого 200-250 НВ. С уменьшением размера цементитных частиц твердость и прочность перлита возрастает. Форма цементитных частиц влияет на обрабатываемость стали резанием. Доэвтектоидные стали хорошо обрабатываются резанием, если имеют структуру пластинчатого перлита, а эвтектоидные и заэвтектоидные зернистого.
В заэвтектоидных сталях возможно выделение вторичного цементита в виде сетки по границам зерен перлита (Приложение 2, рис. 5). Это происходит в результате окончания горячей обработки при излишне высокой температуре и является значительным дефектом заэвтектоидной стали, ухудшает ее прочность и вязкость. Еще одной, но более редко встречающейся формой выделения цементита, также сильно ухудшающей механические свойства, является образование его в виде игл (вследствие значительного перегрева).
Итак, можно выделить четыре типа структур сталей.
Первый тип структуры феррит и третичный цементит наблюдается в низкоуглеродистых сталях, содержащих до 0,02 % С (т. Р). Такие стали называются техническим железом.
Второй тип структуры феррит и перлит наблюдается в доэвтектоидных сталях, содержащих от 0,02 до 0,8 % С (т. S). Чем больше в доэвтектоидной стали углерода, тем больше в ней перлита.
Третий тип структуры перлит наблюдается в эвтектоидной стали, содержащей 0,8 % С.
Четвертый тип структуры вторичный цементит и перлит наблюдается в заэвтектоидной стали с содержанием углерода от 0,8 до 2,14 % (т. Е).
Отличие доэвтектоидных сталей от заэвтектоидных по микроструктуре
В доэвтектоидных и заэвтектоидных сталях имеется одна общая для обоих типов структур составляющая перлит. Отличить при микроанализе до- и заэвтектоидные стали друг от друга можно только по избыточным выделениям: если в структуре находится избыточный феррит, то сталь доэвтектоидная, а если вторичный цементит, то сталь заэвтектоидная.
Имеются три металлографических способа отличить доэвтектоидные стали от заэвтектоидных.
а) При травлении раствором азотной кислоты избыточные феррит и цементит имеют светлый оттенок. Относительное весовое количество избыточного феррита в доэвтектоидных сталях может изменяться от 100 % (сталь состава точки Р) до 0 % (сталь состава точки S). В то же время количество вторичного цементита в заэвтектоидных сталях может изменяться в узких пределах от 0 % (сталь состава точки S) до 20 % (сталь состава точки Е).
Таким образом, если в отожженной стали, наряду с темным перлитом, обнаруживается светлая составляющая, занимающая более 20 % всей площади поля шлифа, видимого в микроскоп, то эта составляющая является избыточным ферритом, и сталь, следовательно, доэвтектоидная.
б) Если относительное количество светлой составляющей меньше 20 %, или если при микроанализе трудно произвести количественную оценку, то эта светлая составляющая может оказаться как избыточным ферритом, так и вторичным цементитом. В этом случае следует использовать индикаторный травитель горячий щелочной раствор пикрата натрия, который окрашивает цементит в темно-коричневый цвет, оставляя феррит светлым.
в) Если избыточная фаза занимает менее 20 % площади шлифа, протравленного азотной кислотой, то при наличии некоторого опыта можно отличить вторичный цементит от избыточного феррита по форме и оттенку выделений.
Сетка избыточного феррита после отжига составлена из отдельных зерен, в то время как вторичный цементит на шлифе выявляется в виде почти непрерывной сетки. Сетка вторичного цементита выступает над перлитом в виде рельефа, так как твердый цементит после полировки слегка возвышается над более мягким и сильнее сполировывающимся перлитом. Вторичный цементит может выделяться из аустенита также в виде изолированных игл, как по границам, так и внутри колоний перлита. Наконец, цементит выглядит под микроскопом более светлым по сравнению с ферритом.
Металлографическое определение углерода в отожженных сталях
Если углеродистая сталь хорошо отожжена, т.е. приведена в равновесное состояние, то микроструктурным анализом можно определить содержание в ней углерода.
Такие определения фактически выполняют только для доэвтектоидных сталей, так как в заэвтектоидных сталях значительное изменение в содержании углерода мало и почти незаметно изменяет микроструктуру.
Углерод в доэвтектоидной стали распределен между избыточным ферритом и перлитом. В феррите содержатся тысячные доли процента углерода, которыми можно пренебречь и считать, что практически весь углерод в доэвтектоидной стали находится в перлите. В перлите содержится 0,8 % С. В доэвтектоидной стали на перлит приходится только часть сплава, и содержание углерода в весовых процентах пропорционально площади шлифа, занимаемой перлитом. Эта пропорция вытекает из примерного равенства удельных весов феррита и перлита; в противном случае по микроструктуре можно было бы судить только об объемном соотношении.
Содержание углерода в доэвтектоидной стали:
% С = 0,8FП / 100, (1)
где FП – площадь, занятая перлитом (в %) в поле зрения микроскопа.
Предположим, например, что 30% всей площади занято ферритом, 70% - перлитом. Содержание углерода в такой стали будет
С = 0,8FП / 100 = 0,8∙70/100 = 0,56%
FП чаще всего оценивают на глаз. Такой метод может показаться слишком грубым; в действительности же он дает хорошие результаты. Если абсолютная ошибка в оценке площади, занимаемой перлитом, составляет 10 %, то абсолютная ошибка в определении содержания углерода составляет всего 0,08 %.
Контрольные вопросы по лабораторной работе
Какое содержание углерода в эвтектоидной стали?
Какую кристаллическую решетку имеют - и -железо?
Что такое аустенит, феррит, перлит, цементит?
Укажите название областей на стальной части диаграммы.
Какие процессы протекают в стали при ее охлаждении в области 727С?
Какое максимальное содержание углерода в аустените?
Какое максимальное содержание углерода в феррите?
Как влияет содержание углерода на свойства стали?
Задание для лабораторной работы
Изучить содержание основных положений работы.
Разобраться с помощью тренажера со стальной частью диаграммы Fe – Fe3C.
Получить навыки определения под микроскопом элементов структуры стали: феррита, цементита, перлита, для чего:
а) рассмотреть фотографии микроструктур в альбоме;
б) рассмотреть под микроскопом подобранные шлифы для изучения структурных составляющих и зарисовать схемы рассмотренных структур.
Изучить микроструктуру трех-четырех образцов, относящихся к различным классам стали (доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные), определить к какому из названных классов относится каждый образец. Зарисовать схему микроструктуры рассмотренных образцов и обозначить на рисунках структурные составляющие.
В образце доэвтектоидной стали определить содержание углерода в %.
Инструкция по выполнению лабораторной работы
Студенты получают комплект шлифов стали с различным содержанием углерода. Их структуру надо тщательно изучить под микроскопом при увеличении 200-500, при этом, не ограничиваясь рассмотрением первого попавшегося поля микрошлифа, нужно просмотреть его в нескольких участках и выбрать тот, который дает наиболее четкое представление о структуре.
По каждому полученному микрошлифу необходимо выполнить следующее.
1. Схематично зарисовать изображение структуры каждого сплава с указанием структурных составляющих. Зарисовки должны как можно точнее изображать рассматриваемую микроструктуру, однако нет необходимости добиваться фотографической точности. Задача состоит в том, чтобы уловить характерные особенности и передать их на рисунке. Названия структурных составляющих выписываются вне рисунка и соединяются стрелками с соответствующими его участками. Под рисунком должно быть указано увеличение микроскопа.
2. По микроструктуре установить тип сплава (доэвтектоидная, эвтектоидная или заэвтектоидная сталь).
3. Оценить количественное соотношение структурных составляющих, при этом для доэвтектоидных сталей использовать эталонную шкалу ГОСТ 8233-56, для заэвтектоидных – оценить соотношение цементита вторичного и перлита визуально.
Порядок выполнения отчета по лабораторной работе
Отчет о проведенной лабораторной работе должен содержать следующее:
Задание.
Цель работы.
Основные положения по теме работы (кратко).
Описание отдельных стадий выполнения работы с указанием используемого оборудования, с необходимыми пояснениями, цифровыми данными, зарисовками микроструктур и их описаниями.
Анализ полученных результатов, выводы.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ЧУГУНОВ
Цель работы – изучить микроанализ серых, высокопрочных и ковких чугунов.
Образовательные результаты, заявленные во ФГОС СПО:
Студент должен
уметь:
пользоваться металлографическим микроскопом;
ориентироваться в наборе микрошлифов различных серых, высокопрочных и ковких чугунов в нетравленом и травленном виде.
знать:
классификацию графитных включений серых,высокопрочных и ковких чугунов;
структурные составляющиесерых,высокопрочных и ковких чугунов;
составы травителей, применяемых для выявления микроструктуры серых,высокопрочных и ковких чугунов.
Время - 2академических часа
Задачи лабораторной работы
Изучить классификацию графитных включений чугунов.
Изучить структурные составляющие чугунов.
Изучить составы травителей, применяемых для выявления микроструктуры серых,высокопрочных и ковких чугунов.
Обеспеченность занятия (средства обучения):
1. Учебно-методическая литература
Материаловедение и технология металлов : учебник для вузов / под ред. Г. П. Фетисова. – 4-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2006. – 862 с.
Лабораторные работы по «Металловедению и термической обработки металлов». И.А. Самоходский., М.Н. Куняшевский стр. 184
2. Технические средства обучения
Системы мультимедиа
3. Приборы, материалы и инструмент:
металлографический микроскоп;
наборы микрошлифовразличных серых, высокопрочных и ковких чугунов в нетравленом и травленном виде;
циркуль;
линейка.
4. Рабочая тетрадь (обычная в клетку)
5. Ручка.
Карандаш простой (при необходимости, цветные карандаши – для построения графиков, диаграмм, проекций точек на поверхности детали).
Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме лабораторной работы
Чугун – это железоуглеродистый сплав с содержанием углерода от 2,14 до 6 %. Кроме этих элементов, в чугуне содержится еще ряд примесей (кремний, марганец, сера, фосфор и др.). С целью улучшения свойств в чугуны могут вводиться легирующие элементы, такие как хром, никель, медь и др.
Чугун, по сравнению со сталью, имеет как преимущества, так и недостатки. Положительными свойствами этого материала являются: хорошие литейные свойства (более низкая, чем у стали, температура плавления, меньшая усадка, хорошая жидкотекучесть), хорошая обрабатываемость резанием (кроме одной разновидности – белого чугуна), достаточно высокая работоспособность в условиях трения, способность гасить вибрации, небольшая стоимость.
Недостатком чугуна являются его низкие пластические свойства и ударная вязкость, что препятствует использованию чугуна для изготовления деталей, работающих при значительных динамических, ударных нагрузках, и делает невозможным в большинстве случаев использование обработки давлением (ковки, штамповки, прокатки и т. д.) для изготовления чугунных изделий.
По структуре различают чугуны, в которых углерод находится в виде химического соединения с железом Fe3С – цементита, и чугуны, в которых углерод, в основном, находится в свободном состоянии, в виде графита.
Чугуны, в которых углерод находится в свободном виде, классифицируют по форме графитовых включений:
Серый чугун. В нем содержится графит в виде пластинчатых включений.
Ковкий чугун с хлопьевидными включениями графита.
Высокопрочный чугун, в котором графит имеет шаровидную форму.
Металлическая основа этих чугунов может быть перлитной, ферритной или феррито-перлитной. Схематические структуры рассматриваемых чугунов показаны на рис. 5


Рисунок - 5 Схематические структуры чугунов
Поскольку графитовые включения отрицательно сказываются на механических свойствах металла, особенно на пластичности, то чем менее разветвленную форму они имеют, тем меньше их отрицательное влияние. Самая неудачная, с точки зрения механических свойств, форма графита – пластинчатая (пластичность при этом самая низкая), а наиболее благоприятная – шаровидная форма включений, обеспечивающая максимальную пластичность (рис. 5). Это связано с тем, что графитовые включения играют роль трещин, пустот в чугуне и являются концентраторами напряжений. Чем более компактную форму имеют эти включения, тем более «мягкий» получается концентратор напряжений и тем меньше снижение механических свойств металла за счет графита.
Серый чугун
Серыми называют чугуны, у которых весь углерод или часть его присутствует в свободном состоянии в форме графита. Графит имеет практически нулевую прочность и пластичность. Он обеспечивает пониженную твердость, хорошую обрабатываемость резанием, высокие антифрикционные свойства вследствие низкого коэффициента трения, а также способствует гашению вибрации и резонансных колебаний. Кроме того, графит способствует при охлаждении отливки некоторому увеличению ее объема, чем обеспечивается хорошее заполнение формы.
Обыкновенный серый чугун - это сплав сложного состава. Химический состав серого чугуна колеблется в пределах: 3,2 -3,8 %С, 1 -5 %Si, 0,5 - 0,9 % Мп, 0,2 - 0,4 % Р, до 0,12 %S. Факторами, способствующими графитизации (выделению углерода в свободном состоянии), являются низкая скорость охлаждения и наличие в химическом составе чугуна графитизирующих элементов Si, Ni, Cu (препятствуют графитизацииMn, S, Cr, W).
Практически, изменяя в чугуне содержание кремния при постоянном количестве марганца, получают различную степень графитизации.
На рис.6 показана микроструктура обыкновенного серого чугуна на феррито-перлитной основе.

Рисунок 6 - Микроструктура серого чугуна на феррито-перлитной основе
На свойства серого чугуна оказывают большое влияние вид графитовых включений, их размеры, характер металлической основы. От формы и количества графита зависит прочность и пластичность чугуна (от 0,5% относительного удлинения при пластинчатой форме графита до 20% - при шаровидной форме). Вытянутые пластинки графита фактически являются трещинами в металлической основе и сильными концентраторами напряжений, на их концах при приложении нагрузки напряжения быстро достигают разрушающих величин. Твердость и износостойкость чугунов растет с увеличением перлита в металлической основе серого чугуна (различают чугуны с ферритной, феррито-перлитной и перлитной основой).
Обыкновенный серый чугун является одним из важнейших литейных машино-строительных материалов и характеризуется высокими литейными и удовлетворительными механическими свойствами, хорошей обрабатываемостью резанием, высокой износостойкостью, нечувствительностью к поверхностным дефектам.
Высокопрочный чугун
Высокопрочными называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Их получают модифицированием магнием, церием, иттрием, которые вводят в жидкий чугун в количестве 0,02-0,08%. По структуре металлической основы высокопрочный чугун может быть ферритным (допускается до 20% перлита) или перлитным (допускается до 20% феррита). Шаровидный графит является более слабым концентратором напряжений, чем пластинчатый графит, поэтому меньше снижает механические свойства чугуна (рис.7). Высокопрочный чугун обладает более высокой прочностью и некоторой пластичностью.

Рисунок 7 - Микроструктура высокопрочного чугуна на феррито-перлитной основе
Из высокопрочных чугунов изготавливают прокатные валки, кузнечно-прессовое оборудование, корпуса паровых турбин, коленчатые валы и другие ответственные детали, работающие при высоких циклических нагрузках и в условиях изнашивания.
Ковкий чугун
Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Их получают путем специального графитизирующего отжига (томления) отливок из белых доэвтектических чугунов. Отливки загружают в специальные ящики, засыпают песком или стальными стружками для защиты от окисления и производят нагрев и охлаждение по схеме (рис.8). При температуре 950 -1000°С происходит графитизация эвтектического и избыточного цементита (превращение метастабильного цементита в стабильный графит и аустенит). При второй выдержке при температуре 720 - 740°Сграфитизируется цементит образовавшегося перлита (иногда вместо выдержки проводят медленное охлаждение от 770°С до 700°С в течение 30 часов, при этом происходит кристаллизация по стабильной диаграмме с выделением углерода в свободном состоянии).

Рисунок 8 - Схема отжига белого чугуна на ковкий
В результате продолжительного отжига весь углерод выделяется в свободном состоянии. Обычный состав ковкого чугуна 2,4-2,8 %С; 0,8-1,4%Si; ≤1% Мп; ≤0,1%S; ≤ 0,2 % Р.
Структура - ферритная или феррито-перлитная (рис. 9).
Отсутствие литейных напряжений, снятых во время отжига, благоприятная форма и изолированность графитных включений обуславливают высокие механические свойства ковких чугунов.

Рисунок 9 - Микроструктура ковкого чугуна
а - ферритная основа, б - ферритно-перлитная основа
Из ковкого чугуна изготавливают детали высокой прочности, работающие в тяжелых условиях износа, способные воспринимать ударные и знакопеременные нагрузки, в том числе клапаны, муфты, картеры редукторов, коленчатые валы и др.
Контрольные вопросы по лабораторной работе
Преимущества и недостатки чугуна.
Серый чугун (структура, механические свойства и применение).
Высокопрочный чугун (структура, механические свойства, получение и применение).
Ковкий чугун (структура, механические свойства, получение и применение).
Задание для лабораторной работы
Изучить микроструктуры: серых, высокопрочных и ковких чугунов.
Схематически зарисовать и описать изучаемые структуры.
Составить отчет по работе.
Инструкция по выполнению лабораторной работы
Методика микроанализа
Просмотреть и изучить микрошлифы при увеличении в 100 раз, а микроструктуры – при увеличениях от 100 до 500 раз.
Микроструктуры зарисовать в кругах диаметром -60 мм илив квадратах размером -60х60 мм.
Под каждой зарисованной микроструктурой дать подпись с указанием наименования структуры и т.д.
Порядок выполнения отчета по лабораторной работе
Отчет о проведенной лабораторной работе должен содержать следующее:
Задание.
Цель работы.
Рисунки микроструктур с соответствующими пояснениями (пример схемы зарисовки микроструктуры).
Тема 2.1.1.4 Основы термической и химико-термической обработки
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
ДЕМОНСТРАЦИЯ ЗАКАЛКИ И ОТПУСКА УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ (ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА И СКОРОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРИ ЗАКАЛКЕ И ТЕМПЕРАТУРЫ ОТПУСКА НА СВОЙСТВА СТАЛИ).
Цель работы - научиться определять оптимальную температуру нагрева сталей под закалку и отпуск.
Образовательные результаты, заявленные во ФГОС СПО:
Студент должен
уметь:
определять оптимальную температуру нагрева сталей под закалку методом пробной закалки;
определять влияние температуры нагрева под закалку иотпуска на структуру и твердость стали;
определять влияние содержания углерода в стали на твердость стали при закалке.
знать:
влияние скорости охлаждения (вида охлаждающей среды) на твердость стали при закалке;
температуры нагрева под закалку и отпуск;
методику проведения и режимы закалки и отпуска.
Время - 2академических часа
Задачи лабораторной работы
Изучить устройство муфельной печи;
Изучить методику проведения и режимы закалки и отпуска;
Обеспеченность занятия (средства обучения):
1. Учебно-методическая литература
Материаловедение и технология металлов : учебник для вузов / под ред. Г. П. Фетисова. – 4-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2006. – 862 с.
Лабораторные работы по «Металловедению и термической обработки металлов». И.А. Самоходский., М.Н. Куняшевский стр. 184
2. Технические средства обучения
Системы мультимедиа
3. Приборы, материалы и инструмент:
муфельная печь;
термоэлектрический пирометр;
масляная ванна и соляная ванна;
закалочный бак с водой, маслом;
прибор типа Роквелла;
образцы углеродистой стали;
клещи;
штангенциркуль;
шлифовальная бумага.
4. Рабочая тетрадь (обычная в клетку)
5. Ручка.
Карандаш простой (при необходимости, цветные карандаши – для построения графиков, диаграмм, проекций точек на поверхности детали).
Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме лабораторной работы
Термической обработкой называют технологические процессы, состоящие из нагрева, выдержки и охлаждения стальных деталей с целью изменения их структуры и свойств. Это один из самых распространенных в технике и самых эффективных способов изменения структуры и свойств сталей и сплавов, обусловленных протеканием различных фазовых превращений.
Закалкой стали называют процесс, при котором металл нагревают до температур, выше температур фазовых превращений и быстро охлаждают для получения неустойчивых состояний. При закалке сталь приобретает высокую твердость.
Отпуском предварительно закаленных сталей и сплавов называют технологические операции, проводимые с целью получения более устойчивых структурных состояний. Термин отпуск применяют в тех случаях, когда при закалке материал претерпевает полиморфные превращения.
Для проведения работы необходимо иметь муфельную печь. Она представляет собой металлический корпус, внутри которого помещен муфель, собранный из четырех шамотных плит. В каждой плите имеется по четыре продольных паза, в которых помещены нагревательные спирали.На поду печи установлена отдельная керамическая плита, на которую помещают нагревательные образцы. При необходимости керамическую плиту можно вымать, положить на вытяжной столик, расположить на плитке образцы и вновь поместить в печь. Пространство между плитами и корпусом заполнено теплоизоляционным материалом. Спереди рабочая камера закрывается керамической дверцей с металлической обшивкой. В задней стенке печи имеется отверстие для установки термопара.
Температуру в цепи регулируют рычажным реостатом, изготовленным ввиде подставки к печи. Реостат вводят и выводят передвижением ручки, расположенной на правой боковой стенке подставки, где сделаны надписи «Введен» и «Выведен».
На задней стенки подставки находится две клеммы для подключения шнура и три штепсельных гнезда с буквами А, Б и В. При включении штепсельной вилки гнезда А и Б печь потребляет полную мощность, а при подключении гнезд Б и В рабочую мощность.
Максимальная температура нагрева печи 1000 0С. Время разогрева до максимальной температуры 120 мин.
Перед тем как включить печь, реостат выводят, тоесть ручку ставят в крайнее правое положение, а штепсельную вилку включают в гнезда А и Б. Затем печь включают в сеть. Когда достигнута максимальная температура, штепсельную вилку переставляют в гнезда Б и В (рабочей режим печи). Если необходима меньшая температура, постепенно вводят реостат передвижением ручки справо налево.
Ментодика проведения закалки
Закалкой называют термическую обработку, состоящую из нагрева доэвтектоидных сталей до температур выше критической точки Ас3, а заэвтектоидной стали - выше Ас1, выдержке при этой температуре с последующим быстрым охлаждением с критической или более высокой скоростью. При закалке сталь приобретает высокую твердость. При закалке сталь нагревается до аустенитного состояния. Превращение перлита в аустенит происходит при температуре более высокой, чем указано на диаграмме железо-цементит. Кривые на рис. 10. показывают, что чем выше температура, тем быстрее протекает превращение, и что чем быстрее осуществляется нагрев, тем при более высокой температуре происходит превращение. В результате такого нагрева происходит полиморфное превращение в железе Feα → Feγ (кристаллическая решетка железа из объемно-центрированной кубической превращается в гранецентрированную кубическую), при этом весь углерод, который входил в состав перлита в виде цементита, растворится в гранецентрированной кубической решетке железа. Превращение перлита в аустенит сопровождается измельчением зерна, так как в одном зерне перлита возникает множество зародышей аустенита на границах пластин феррита и цементита. Дальнейший нагрев по окончании превращения вызывает укрупнение аустенитных зерен, скорость роста которых определяется тем, какая используется сталь – наследственно мелкозернистая или наследственно крупнозернистая.

Рисунок 10 - Превращение перлита в аустенит у эвтектоидной стали
Теперь резко охладим сталь, например, погружением в воду, т.е. проведем закалку. Температура стали резко понизится до комнатной. При этом неминуемо происходит обратная перестройка кристаллической решетки - из гранецентрированной в объемноцентрированную (Feγ → Feα). Но при комнатной температуре подвижность атомов углерода ничтожно мала, и они не успевают при быстром охлаждении выйти из раствора и образовать цементит. В этих условиях углерод как бы насильственно удерживается в решетке Feα- железа, образуя перенасыщенный твердый раствор. При этом атомы углерода распирают решетку железа, создавая в ней большие внутренние напряжения. Решетка вытягивается вдоль одного направления так, что каждая ячейка из кубической превращается в тетрагональную, т.е. принимает форму прямоугольной призмы, которая характеризуется показателем тетрагональности (с/a >1). Такое превращение сопровождается и структурными изменениями. Возникает игольчатая структура, известная под названием мартенсита. Кристаллы мартенсита представляют собой очень тонкие пластины ориентированные относительно друг друга под углом 60 или 120 °. В поперечном сечении, которое получается на микрошлифе, такие пластины под микроскопом представляются в виде игл.
Удельный объём мартенсита больше удельного объема аустенита, из которого этот мартенсит образуется, поэтому образование мартенсита сопровождается возникновением больших внутренних напряжений, а это приводит к появлению большого числа дислокаций в кристаллах мартенсита. Если закаленную сталь с мартенситной структурой попытаться деформировать, то многочисленные дислокации, двигаясь в различных направлениях, будут встречаться и блокировать друг друга, взаимно препятствуя их дальнейшему перемещению.
Таким образом создаются многочисленные препятствия для движения дислокаций, что повышает сопротивление пластической деформации, а следовательно, увеличивает твердость и прочность стали. Твердость мартенсита НВ 6000-7000 МПа, (HRC 62-66), а показатели пластичности δ, ψ и ударная вязкость КСU близки к нулю.
Мартенсит в структуре стали образуется только при охлаждении с критической скоростью Vкр или более высокой. При охлаждении с меньшей скоростью, например, в масле, а не в воде, образуется структура троостит, на воздухе - сорбит (названия даны по именам ученых Трооста и Сорби) По своему строению сорбит и троостит сходны с перлитом, т.е. представляют смеси феррита с цементитом, но отличаются степенью дисперсности (толщиной пластин) феррита и цементита. Критическая скорость охлаждения, обеспечивающая превращение аустенита в мартенсит, может быть определена по диаграмме изотермического распада аустенита (рис. 11). Диаграмма строится на основе исследования превращения переохлажденного аустенита при постоянных температурах. Начало и конец превращения перлита в аустенит на этой диаграмме представляются в виде двух С – образных кривых. Диаграмма строится в координатах температура - время. В этих же координатах изображаются и кривые охлаждения, что позволяет их совместить. В доэвтектоидных сталях превращению аустенита в перлит предшествует вьщеление феррита, а в заэвтектоидных - цементита.

Рисунок 11 - Диаграмма изотермического распада аустенита в стали 40 и кривые
охлаждения 1 - начало превращения перлита в аустенит; 2- конец превращения перлита
в аустенит; 3 - начало выделения феррита
Линия V1, характеризующая медленное охлаждение, пересечет С – образные кривые при высокой температуре, и продуктом распада аустенита будет перлит с низкой твердостью. При повышении скорости охлаждении (V2, V3) кривые охлаждения пересекают линии диаграммы при более низких температурах и образуются более дисперсные смеси феррита и цементита - сорбит и троостит. Если же охлаждать аустенит со скоростью выше критической (V4), то распад аустенита в феррито-цементитные смеси не успевает произойти, аустенит переохладится до низких температур и превратится в мартенсит, т.е. произойдет закалка.
Минимальная скорость охлаждения, необходимая для переохлаждения аустенита до мартенситного превращения, называется критической скоростью закалки (Vкр).
Превращение аустенита в мартенсит протекает в определенном температурном интервале: начинается при температуре Мн и заканчивается при температуре Мк (эти температуры называют мартенситными точками). Положение мартенситных точек зависит от содержания углерода в стали. Точка Мк в заэвтектоидных сталях лежит в области отрицательных температур, что приводит присутствию в стали после закалки остаточного аустенита.
Результаты закалки во многом зависят от правильного выбора температур нагрева под закалку, которые определяются положением критических точек А1 или А3. В первом приближении температура нагрева при термической обработке может быть определена по диаграмме железо-цементит (рис.12), по следующим зависимостям: для доэвтектоидных сталей t = Ас3 + (30ч50)°С (полная закалка); для заэвтектоидных сталей t. =Aс1+(30ч50)°С (неполная закалка). В случае нагрева доэвтектоидной стали ниже оптимальной температуры происходит неполное превращение перлита и феррита в аустенит, и после закалки вместе с мартенситом будет присутствовать мягкий феррит. Нагрев заэвтектоидных сталей до температур ниже оптимальных практически не изменяет исходную структуру. Нагрев под закалку выше оптимальной температуры вызывает рост зерна аустенита, что приводит к образованию при охлаждении крупноигольчатого мартенсита и снижает ударную вязкость (надежность). Заэвтектоидные стали нагревают при закалке выше Ас1, т.к. присутствующий после охлаждения наряду с мартенситом цементит не снижает твердости, а перегрев не только вызывает рост игл мартенсита, но и увеличивает количество остаточного аустенита.

Рисунок 12 - Оптимальный интервал температур закалки углеродистой стали
Углеродистые стали содержат, наряду с железом и углеродом, постоянные примеси: Мn, Si , S, P и другие элементы, которые смещают положение критических точек. Поэтому для определения температуры закалки стали используют экспериментальный метод пробной закалки. Сущность метода состоит в том, что из исследуемой стали в отожженном состоянии изготавливают образцы, которые закаливают с различных температур в интервале предполагаемого нахождения критических точек (ниже предполагаемых Ас1 и выше Ас3). Охлаждение образцов производится со скоростью выше критической. Поскольку целью закалки является получение высокой твердости стали, то после закалки на образцах измеряется твердость и по максимальному значению твердости определяется оптимальная температура закалки данной стали. Скорость охлаждения выше критической при закалке исследуемой в данной работе стали 40 обеспечивает охлаждение в воде. Для изучения влияния скорости охлаждения на твердость стали после закалки проводится охлаждение ее в масле и на воздухе.
Охлаждающая способность этих сред показана в табл.2.
Таблица 2
Характеристика различных закалочных сред
Закалочная среда Скорость охлаждения в различных интервалах температур, град/с
350-6000С 200-3000С
Вода техническая, 200С 600 270
Минеральное масло 150 25
Воздух 3-5 1
На практике вид охлаждающей среды выбирают, в основном, в зависимости от назначения деталей, их конфигурации и степени легированности. При оптимальном режиме закалки в интервале температур до изгиба С-образных кривых (рис.11) необходимо охлаждать с высокой скоростью, а в интервале температур Мн – Мк охлаждать медленно. Такой режим исключает превращение аустенита в феррито-цементитные смеси в верхнем интервале температур и уменьшает напряжения при образовании мартенсита.
В связи с тем, что стали по-разному повышают свою твердость при закалке, вводится понятие закаливаемости. Под закаливаемостью понимают способность стали приобретать высокую твердость после закалки. Такая способность зависит главным образом от содержания углерода в стали: чем больше углерода, тем выше твердость. Объясняется это тем, что с повышением содержания углерода увеличивается число атомов углерода, насильственно удерживаемых при закалке в кристаллической решетке α-железа, т.е. увеличивается перенасыщенность мартенсита и его тетрагональность. В результате возрастают внутренние напряжения, что в свою очередь способствует увеличению числа дислокаций и возникновению блочной структуры. В работе исследуется закаливаемость стали 20 (0,2 %С), стали 40 (0,4 %С) и стали У7 (0,7 %С), для чего проводится закалка образцов из этих сталей с оптимальных (в зависимости от содержания углерода) температур и измеряется их твердость.
Высокие структурные и термические напряжения, а также повышенная твердость и хрупкость стали, закаленной на мартенсит, вызывают необходимость проведения отпуска.
Ментодика проведения отпуска
Отпуском называется заключительная операция термической обработки, состоящая в нагреве закаленной стали до температуры ниже критической АC1, выдержке при этой температуре и последующем медленном или быстром охлаждении. Цель отпуска - уменьшение напряжений в стали, повышение вязкости, пластичности и снижение твердости. В результате отпуска неустойчивые структуры закалки переходят в более устойчивые. В зависимости от температуры различают три разновидности отпуска: низкий, средний и высокий.
При низком отпуске закаленную сталь нагревают до температур 150-250 оС. Под действием повышенной температуры атомы углерода приобретают более высокую подвижность и благодаря этому частично выходят из мартенсита (перенасыщенного твердого раствора в α-железе).Они образуют метастабильный карбид Fe2C. При этом внутренние напряжения в кристаллической решетке железа и ее тетрагональность уменьшаются, а, следовательно, снижается склонность к хрупкости закаленной стали. Образующиеся карбиды имеют малые размеры и металлографически не обнаруживаются. Образующаяся смесь дисперсных карбидов и мартенсита с пониженным содержанием углерода называется мартенситом отпуска. При температурах выше 200 оС остаточный аустенит превращается в мартенсит отпуска. Твердость стали сохраняется высокой (у стали с содержанием углерода 0,7% - HRC 59-63). Низкому отпуску подвергают режущий и измерительный инструменты, а также детали после поверхностной закалки и цементации.
При среднем отпуске нагрев закаленной стали производят до температур 300-450 °С. При этом полностью завершается процесс выделения углерода из пересыщенного твердого раствора и мартенсит превращается в феррит. Карбид Fе2С преобразуется в цементит Fе3С. Образуется структура, состоящая из феррита, в котором равномерно распределены мельчайшие частицы цементита, называемая трооститом отпуска. Средний отпуск уменьшает внутренние напряжения в большей степени, чем низкий отпуск, приводит к значительному снижению твердости (у эвтектоидной стали HRC 45-50) и обеспечивает высокие пределы упругости и выносливости. Применяется главным образом после закалки пружин и рессор.
При высоком отпуске закаленную сталь нагревают до температур 500-650 °С. Такой нагрев приводит к коагуляции цементитных частиц - мелкие частицы сливаются в более крупные и в результате снижается твердость (HRC 30-45). Феррито-цементитную смесь более грубого строения, чем троостит, называют сорбитом отпуска. Высокий отпуск почти полностью (на 90-95%) устраняет внутренние напряжения, поэтому его применяют для многих ответственных деталей и инструментов, работающих в условиях динамической нагрузки: валов, шатунов, молотовых штампов и др. Закалка с высоким отпуском одновременно повышает временное сопротивление, предел текучести, относительное сужение и особенно ударную вязкость. Термическую обработку, состоящую из закалки и высокого отпуска, называют улучшением. Отпуск выше 650 °С уже не повышает пластичность. Структура стали после такого отпуска состоит из достаточно грубой смеси феррита и цементита, которая называется зернистым перлитом или перлитом отпуска. Таким образом, от неравновесной (метастабильной) структуры мартенсита закалки с повышением температуры отпуска сталь все больше приближается к равновесному состоянию. При этом существенно изменяются и свойства стали (рис.13).
Следует отметить, что, несмотря на одинаковое название структур (троостит, сорбит, перлит) после отпуска со структурами, полученными непосредственно при распаде аустенита и одинаковую физическую природу (смеси феррита и цементита), структуры после отпуска имеют более высокие механические свойства, так как их строение зернистое, а не пластинчатое.

Рисунок 13 - Механические свойства стали 40 в зависимости от температуры отпуска
В работе проводится отпуск закаленной углеродистой стали 40 при различных температурах, измеряется твердость и изучаются соответствующие микроструктуры.
Контрольные вопросы по лабораторной работе
Основные виды термической обработки стали, их режимы и назначение: закалка,отпуск.
Превращения призакалки стали.
Что такое мартенсит?
Критическая скорость охлаждения при закалке.
Оптимальная температура закалки доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей.
Охлаждающие среды.
Влияние углерода на твердость стали после закалки.
Превращения аустенита при непрерывном охлаждении (диаграмма изотермического превращения аустенита).
Превращения при отпуске стали.
Влияние температуры отпуска на механические свойства стали 40.
Виды отпуска.
Задание для лабораторной работы
Определить твердость образцов углеродистой стали в исходном (отожженном) состоянии.
Произвести закалку в воде, на воздухе и масле образцов углеродистой стали.
Определить твердостть после закалки.
Произвести отпуск при 200, 400 и 600 оС закаленных образцов.
Определить твердость после каждого отпуска.
Составить отчет.
Инструкция по выполнению лабораторной работы
1. Термическая обработка
1. 1. Образцы на закалку загружаются в печи, предварительно разогретые на заданные температуры.
1.2. Продолжительность выдержки образцов по достижении заданной температуры закалки по потенциометру - 20 мин.
1.3. Выгрузка образцов из печи производится щипцами в минимальное время, чтобы не охладить образцы и печь
1.4. Закалка образцов производится в воде или масле при непрерывном, энергичном перемещении образцов в охлаждающей среде.
1.5. Один образец оставляется после выгрузки из печи для охлаждения на воздухе.
1.6. Закаленные образцы укладываются на трафаретки с указанными на них режимами закалки и переносятся на заточку торцов для последующего замера твердости.
1.7. Время выдержки при достижении заданной температуры отпуска по потенциометру - 20 мин.
1.8. Охлаждение образцов после отпуска в воде.
2. Подготовка поверхности образцов для замера твердости
2.1. При заточке на абразивных кругах следует применять интенсивное охлаждение во избежание перегрева, для чего образцы необходимо периодически помещать в емкость с водой.
2.2. Плоскость под замер твердости должна быть выполнена по нормали к образующей образца, не иметь грубых рисок и других дефектов.
3. Замер твердости
3.1. Нагрузка 7500 Н, диаметр шарика 5 мм, выдержка под нагрузкой 10 с (автоматически). Шарик перед испытанием должен быть вытерт насухо.
3.2. Образец помещается на стол твердомера и вращением маховика испытываемая поверхность поджимается к шарику без усилия. Испытываемая поверхность должна быть перпендикулярна к оси шпинделя.
3.3. Центр отпечатка должен находиться от края образца на расстоянии не менее диаметра, а от центра соседнего отпечатка - на расстоянии не менее двух диаметров отпечатка.
3.4. Нажатием на кнопку включается электродвигатель. По окончании испытания пресс автоматически выключается.
3.5. Вращением маховика стол опускается, образец снимается.
3.6. С помощью лупы измеряется диаметр отпечатка. Используя переводные таблицы, определяют числа твердости.
Указания по безопасности при проведении лабораторной работы
1. При загрузке образцов в электропечь и извлечении их для охлаждения необходимо предварительно отключить печь (потенциометр).
2. При загрузке и извлечении образцов из печи необходимо пользоваться рабочими рукавицами и щипцами.
3. При работе на наждачных станках следует:
3.1. одевать очки.
3.2. образец держать в руке крепко, к наждачному кругу прижимать без большого усилия;
3.3. В случае возникших неисправностей немедленно нажать красную кнопку на коробке выключателя и обратиться к лаборанту.
Порядок выполнения отчета по лабораторной работе
Для выполнения данной лабораторной работы студентам предоставляются: образцы углеродистых сталей 20, 40, У7 в отожженном состоянии; образцы из стали 40, закаленные с оптимальной температуры; муфельные электропечи; пресс для замера твердости модели ТШ-2; микроскоп для замера диаметра отпечатка при измерении твердости по Бринеллю; щипцы, очки и др.
2. Перед началом работы студенты знакомятся с оборудованием и правилами его эксплуатации. За знание правил техники безопасности студент расписывается в журнале по технике безопасности.
3. Последовательность работ
3.1.Определить твердость исходной стали 40 (в отожженном состоянии) и занести в таблицу 1. (см. приложение 3 в конце методических указаний к лабораторной работе).
3.2. Произвести закалку образцов из стали 40 по режимам, представленным в таблице 1(см. приложение 3);
3.3. Произвести закалку образцов из сталей 20, 40, У7 по режимам, приведенным в таблице 2 (см. приложение 3).
3.4. Заточить образцы после закалки, замерить твердость и результаты занести в таблицу 1 и 2 (см. приложение 3).
3.5. Произвести отпуск образцов из стали 40, закаленных с оптимальной температуры нагрева. Режимы отпуска приведены в таблице 3 (см. приложение 3).
3.6. Заточить образцы после отпуска, замерить твердость и результаты занести в таблицу 3 (см. приложение 3).
3.7. Построить графики: зависимости твердости от температуры закалки по данным табл.1 (см. приложение 3); зависимости твердости от содержания углерода в стали по данным табл. 2 (см. приложение 3); зависимости твердости от температуры отпуска по данным табл. 3 (см. приложение 3);
3.8. Изучить под микроскопом микроструктуры стали 40 после различных режимов закалки и отпуска;
3.9. Зарисовать микроструктуры в тетради, обозначить отдельные структурные составляющие (схемы указанных микроструктур помещены в приложение 3 рис.П 1-8).
Тема 2.1.3. Основные способы обработки материалов
Тема 2.1.3.2 Обработка металлов давлением
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
ИСПЫТАНИЕ НА УДАРНУЮ ВЯЗКОСТЬ
Цель работы – научится самостоятельно производить испытание на ударную вязкость.
Образовательные результаты, заявленные во ФГОС СПО:
Студент должен
уметь:
определять величину ударной вязкости;
определять порядок подготовки образца;
определять порядок подготовки копра и проведение испытания.
знать:
устройство маятникового копера;
схему испытания на удар;
порядок проведения испытаний.
Время - 2академических часа
Задачи лабораторной работы
Изучить определение величины ударной вязкости.
Изучить устройство копра.
Изучить порядок подготовки образца для испытания.
Изучить порядок подготовки копра и проведение испытания.
Обеспеченность занятия (средства обучения):
1. Учебно-методическая литература
Материаловедение и технология металлов : учебник для вузов / под ред. Г. П. Фетисова. – 4-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2006. – 862 с.
Лабораторные работы по «Металловедению и термической обработки металлов». И.А. Самоходский., М.Н. Куняшевский стр. 184
2. Технические средства обучения
Системы мультимедиа
3. Приборы, материалы и инструмент:
маятниковый копер;
образцы для испытания на удар;
штангенциркуль;
шаблоны.
Рабочая тетрадь (обычная в клетку)
Калькулятор инженерный.
5. Ручка.
6. Карандаш простой (при необходимости, цветные карандаши – для построения графиков, диаграмм, проекций точек на поверхности детали).
Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме лабораторной работы
Устройство маятникового копра
На станине 1 копра (рис.14, а) на горизонтальной оси 2, подвешен маятник 3, представляющий собой стержень с прикрепленным к нему тяжелым плоским диском с ножом 4. Маятник, свободно качающийся вокруг оси 2, может быть поднят на определенную высоту и задержан там специальной защелкой 5. На станине имеются 2 опоры 6, предназначенные для установки на них испытываемого образца 7. Стрелка 8 служит для указания на шкале 9 угла вылета маятника после разрушения им образца. При помощи рукоятки 10 натягивают ремень 11 и останавливают раскачивающейся маятник.

Рисунок 14 - Маятниковый копер: а) общий вид; б) положение образца при испытании.
Подготовка образца для испытания
Для испытания на ударную вязкость применяют образец, показанный на (рис.15). Образец измеряют с точностью до 0,1 мм; данное измерение записывают в графу 2 протокола испытания (см. приложение 4табл. 1).

Рисунок 15 - образец для испытания на удар.
По данным измерения вычисляют площадь поперечного сечения образца и записывают в графу 3 протокола испытания (см. приложение 4 табл. 1).
Определение ударной вязкости
Испытание на ударную вязкость производится изломом образца падающим с определенной высоты маятником.
Работа удара Ан, затрачена на излом образца, определяется из разности энергии маятника в положении его до и после удара (рис. 16)

Рисунок 16 - Схема испытания на удар
Ан=PH-h;Plcosβ-cosα кГм, (1)
где P - вес маятника в кГ;
H - высота подъема центра тяжести маятника до удара в м;
h - высота взлета маятника после удара в м;
l - длина маятника, т.е. расстояние от его оси до центра тяжести, в м;
α и β - углы подъема маятника соответственно до и после излома образца в градусах.
Ударная вязкость (αн), т.е. работа, израсходованная на ударный излом образца, отнесенная к поперечному сечению образца вместе надреза, определяется по формуле:
αн=АнF кГм/см2, (2)
где F – площадь поперечного сечения образца в месте надреза до испытания в см2.
Контрольные вопросы по лабораторной работе
Что называется вязкостью материала? Что она характеризует?
В чём суть испытаний материалов на ударную вязкость?
Какие образцы применяются в испытаниях на ударную вязкость?
Как определить ударную вязкость материала?Какова её размерность?
Какими символами обозначают ударную вязкость?
Задание для лабораторной работы
Произвести испытание на ударную вязкость образцов из углеродистой стали.
Определить ударную вязкость.
Составить отчет о работе.
Инструкция по выполнению лабораторной работы
Подготовка копра и проведение испытания
При помощи шаблона 1 (рис. 17) установить опоры 2 симметрично относительно ножа маятника 3 и закрепить их.

Рисунок 17 - Шаблон для установки опор симметрично относительно ножа маятника
Подвесить стрелку к нулю до упора в штифт.
Поднять немного маятник и поместить образец 1 (рис. 18) на опоры 3 копра надрезом в сторону, противоположную удару ножа маятника. При помощи шаблона 2 установить надрез образца симметрично относительно опор и ножа маятника.

Рисунок 18 - Шаблон для установки надреза образца симметрично относительно опор и ножа маятника
Поднять маятник в верхнее положение и закрепить защелкой 5 (рис. 14 а), при этом стрелка отклонится и будеть указывать угол подъема маятника. Угол α начального подъема маятника записать в графу 4 протокола испытания (см. приложение 4 табл. 1).
Запрещается устанавливать образец, когда маятник поднят на полную высоту и установлен на защелку. В этом положении маятник представляет большую опасность для работающих, так как при случайном освобождении защелки возможно причинение тяжелых увечий.
Подвести стрелку к нулю шкалы до упора в штифт.
Опустить защелку и произвести удар по образцу.
Остановить качание маятника натяжением (при помощи рукоятки) ременного тормоза.
Определить по шкале угол β взлета маятника после удара и записать его в графу 5 протокола испытания (см. приложение 4 табл. 1).
Если образец не сломался, что может быть в случае недостаточного запаса энергии копра или в случае очень вязкого материала, то в протоколе испытания отмечается «не сломался». Для излома другого образца увеличивается запас энергии маятника поднятием его на большую высоту.
Найти работуАн, затраченную на разрушение образца. Чтобы не вычислять величину Ан по формуле, пользуются специальной таблицей 2 (см. приложение 4), в которой для каждого углаα начального подъема маятника и угла β взлета маятника указана величина работы Ан.
Записать величину работы Ан в графу 6 протокола испытания (см. приложение 4 табл. 1).
Определить ударную вязкость образца по формуле
αн=АнF кГм/см2, (3)
гдеАн - работа удара, затраченная на излом образца, кГм;
F – площадь поперечного сечения образца в месте надреза в см2.
Записать величину αн в графу 7 протокола испытания (см. приложение 4 табл. 1).
Характеристику излома (хрупкий, вязкий) записать в графу 8 протокола испытания (см. приложение 4 табл. 1).
Порядок выполнения отчета по лабораторной работе
Изучить устройство маятникового копра. Зарисовать схему его работы, ознакомиться с принципом действия измерительного механизма.
2. Определить площадь поперечного сечения образца в месте надреза. Зарисовать образец. Охарактеризовать свойства испытуемых материалов.
3. Закрепить нож маятника копра в верхнем положении.
4. Поместить образец на опоры станины копра так, чтобы надрез находился со стороны, противоположной удару.
5. Освободить маятник копра для разрушения образца.
6. С помощью измерительного механизма определить абсолютную вязкость образца.
7. Изучить вид излома образцов.
8. Определить ударную вязкость испытуемых материалов.
9. Составить письменный отчет и сделать выводы по работе.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Таблица 1.
Таблица чисел твердости по Бринелю
Продолжение таблицы 1
Таблица чисел твердости по Бринелю
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
420394-3199
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Таблица 1
Влияние температуры закалки и скорости охлаждения на твердость стали 40

Таблица 2
Влияние содержания на твердость стали 40 после закалки

Таблица 3


Схемы микроструктур стали 40 после закалки с разных температур (х 725)

Схемы микроструктур стали 40 после закалки и отпуска при разных температурах (х 725)

ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Таблица 1
Протокол испытания на ударную вязкость надрезанных образцов, произведенных на копре…мощностью…
№ по пор. Размеры поперечного сечения образца в смПлощадь поперечного сечения в см2Угол начального подъема маятника в градусах Угол взлета маятника после удара в градусах Работа излома образца αн в кГм/см2Ударная вязкость
αн в кГм/см2Характеристика излома
1 2 3 4 5 6 7 8
Таблица 2
Зависимость величины работы удара от угла начального подъема и угла взлета маятника
Угол β взлета маятника в градусах Угол α начального подъема маятника в градусах Угол β
взлета
маятника вградусахУгол α начального подъема маятника в градусах
69 90 107 130 69 90 107 130
Работа удара в кГмРабота удара в кГм1 1,97 3,07 3,97 5,04 25 1,68 2,78 3,68 4,76
2 1,97 3,07 3,97 5,04 26 1,66 2,76 3,66 4,73
3 1,97 3,07 3,96 5,04 27 1,64 2,74 3,63 4,71
4 1,96 3,06 3,96 5,04 28 1,61 2,71 3,61 4,68
5 1,96 3,06 3,96 5,03 29 1,58 2,69 3,58 4,66
6 1,95 3,05 3,95 5,03 30 1,56 2,66 3,56 4,63
7 1,95 3,05 3,94 5,02 8 1,94 3,04 3,94 5,01 31 1,53 2,63 3,53 4,60
9 1,93 3,03 3,93 5,01 32 1,50 2,60 3,50 4,58
10 1,92 3,02 3,92 5,00 33 1,47 2,57 3,47 4,55
34 1,44 2,55 3,44 4,52
11 1,91 3,01 3,91 4,99 35 1,41 2,51 3,41 4,49
12 1,90 3,00 3,90 4,98 36 1,38 2,48 3,38 4,48
13 1,89 2,99 3,89 4,96 37 1,35 2,45 3,35 4,42
14 1,88 2,98 3,88 4,95 38 1,32 2,42 3,32 4,39
15 1,87 2,96 3,86 4,94 39 1,29 2,39 3,28 4,36
16 1,85 2,95 3,85 4,92 40 1,25 2,35 3,25 4,33
17 1,84 2,94 3,83 4,91 18 1,82 2,92 3,82 4,89 41 1,22 2,32 3,21 4,29
19 1,80 2,90 3,80 4,88 42 1,18 2,28 3,18 4,25
20 1,77 2,87 3,77 4,85 43 1,15 2,25 3,14 4,22
44 1,11 2,21 3,11 4,18
21 1,76 2,87 3,76 4,84 45 1,07 2,17 3,07 4,15
22 1,75 2,85 3,74 4,82 46 1,03 2,13 3,03 4,11
23 1,73 2,83 3,72 4,80 47 0,99 2,09 2,99 4,07
24 1,70 2,80 3,70 4,78 48 0,95 2,05 2,95 4,03
Продолжение таблицы 2
Зависимость величины работы удара от угла начального подъема и угла взлета маятника
Угол β взлета маятника в градусах Угол α начального подъема маятника в градусах Угол β
взлета
маятника вградусахУгол α начального подъема маятника в градусах
69 90 107 130 69 90 107 130
Работа удара в кГмРабота удара в кГм49 0,91 2,01 2,91 3,99 90 0,00 0,90 1,97
50 0,87 1,97 2,87 3,95 91 0,84 1,92
51 0,83 1,93 2,83 3,91 92 0,79 1,87
52 0,79 1,89 2,79 3,86 93 0,74 1,81
53 0,75 1,85 2,75 3,82 94 0,68 1,76
54 0,70 1,80 2,70 3,78 95 0,63 1,71
55 0,66 1,76 2,66 3,73 96 0,58 1,65
56 0,52 1,72 2,61 3,69 97 0,52 1,60
57 0,57 1,67 2,57 3,64 98 0,47 1,55
58 0,53 1,63 2,52 3,60 99 0,42 1,49
59 0,48 1,58 2,48 3,55 100 0,36 1,44
60 0,43 1,54 2,43 3,51 101 0,31 1,39
61 0,39 1,49 2,39 3,46 102 0,26 1,34
62 0,34 1,44 2,34 3,41 103 0,21 1,23
63 0,29 1,39 2,29 3,37 104 0,15 1,23
64 0,24 1,35 2,24 3,32 105 0,10 1,18
65 0,20 1,30 2,20 3,27 106 0,05 1,13
66 0,15 1,25 2,15 3,22 107 0,00 1,08
67 0,10 1,20 2,10 3,17 108 1,05
68 0,05 1,15 2,05 3,12 109 0,97
69 0,00 1,10 2,07 3,07 110 0,92
70 1,05 1,95 3,02 111 0,87
71 1,00 1,90 2,97 112 0,82
72 0,95 1,85 2,92 113 0,77
73 0,90 1,80 2,87 114 0,72
74 0,86 1,79 2,82 115 0,68
75 0,79 1,74 2,77 116 0,63
76 0,74 1,69 2,72 117 0,58
77 0,69 1,59 2,66 118 0,53
78 0,64 1,54 2,61 119 0,48
79 0,59 1,48 2,56 120 0,44
80 0,53 1,43 2,51 121 0,40
81 0,48 1,38 2,45 122 0,35
82 0,43 1,32 2,40 123 0,30
83 0,37 1,27 2,35 124 0,26
84 0,32 1,22 2,29 125 0,21
85 0,27 1,16 2,24 126 0,17
86 0,21 1,11 2,19 127 0,13
87 0,16 1,06 2,13 128 0,08
88 0,11 1,00 2,08 129 0,04
89 0,05 0,95 2,03 130 0,00
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ
Бондаренко Г.Г., Кабанова Т.А., Рыбалко В.В. Материаловедение М.: Издательство Юрайт, 2012. – 359 с. – Серия: Бакалавр.
Материаловедение и технология металлов : учебник для вузов / под ред. Г. П. Фетисова. – 4-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2006. – 862 с.
Материаловедение: лекции / Третьякова Н.В. - Иваново: ИГЭУ. - 148с. http://supermetalloved.narod.ru/lectures_materialoved.htmПантух М.Л., Лобейко Ю.А. Технология конструкционных материалов. Материаловедение: краткий терминологический словарь-справочник 2 – е изд., перераб. и доп. – М.: Колос; Ставрополь: АГРУС, 2008. – 224 с.
Самохоцкий А.И., Кунявский М.Н. Лабораторные работы по металловедению М.: «Машиностроение», 1971. - стр. 184
Сеферов Г.Г., Батиенков В.Т., Сеферов Г.Г., Фоменко А.Л. Материаловедение М., ИНФРА-М, 2008. – 150 с.

Приложенные файлы


Добавить комментарий