Кафедра ТЭФ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Механические свойства конструкционных материалов, характеристики свойств и методы их оценки
Цель работы:
Определение характеристик прочности и пластичности стали 20 при испытании на разрыв.
Материалы:
Диаграмма растяжения:
Расчетные формулы:
2.1 Предел текучести - это минимальное напряжение, при котором образец получает значительное остаточное удлинение без увеличения нагрузки:
уТ = PТ / F0
2.2 Предел прочности - условное напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, предшествующей разрушению образца:
ув = Pmax / F0
2.3 Относительное удлинение:
д=(lк - l?)/(l?)•100%,
где lо и lк - начальная и конечная длина образца.
2.4 Относительное сужение:
Ш=(F?-Fк)/(F?)•100%
где F0 - начальная площадь поперечного сечения;
Fк - площадь поперечного сечения в шейке образца после разрыва.
Эскиз образца:
|
Размеры образца |
До испытания |
После испытания |
|
|
диаметр, мм |
6,00 |
4,10 |
|
|
длина, мм |
30,00 |
39,50 |
|
|
площадь сечения, мм2 |
28,3 |
13,2 |
|
|
абсолютное удлинение, мм |
9,50 |
Нагрузка при испытании:
максимальная Pmax =14250
соответствующая площадке текучести Pт = 11750
Определение характеристик пластичности материала:
относительное удлинение: д=(lк - l?)/(l?)•100%,
(39,50-30,00)/(30)*100%=31,7%
относительное сужение: Ш=(F?-Fк)/(F?)•100%,
(28,3-13,2)/(28,3)*100%=53,4%
Определение характеристик прочности:
предел прочности (временное сопротивление разрыву): ув = Pв / F0,
14100/28,3*10-6=498,2*106=498,2МПа
предел текучести: уТ = PТ / F0,
11750/28,3*10-6=415,19*106=415,19МПа
Выводы: В ходе проделанной работы мы определили характеристики прочности и пластичности стали при испытании на разрыв.
Выполнил студент Котов А. Д. группа СВ-5. ЗО 2 Б
Дата 10.03.2021 Оценка __________ Подпись преподавателя_______
Кафедра ТЭФ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
Технологические свойства КМ. Наклеп. Рекристаллизация
Цель работы: Исследование влияние методов обработки на структуру и свойства металлов. Сравнительный анализ методов обработки и сборки КМ
Часть 1. Сравнительный анализ технологических процессов формообразования и сборки изделий.
Сравнительная характеристика методов формообразования
|
№ п/п |
Обработка литьем |
Обработка давлением |
Обработка резанием |
||
|
1 |
Принцип обработки |
В процессе литья металлические изделия или заготовки производят путём заливки расплавленного металла в форму, полость которой имеет конфигурацию детали. После затвердения металла в форме получается готовая деталь или заготовка, которую называют отливкой. |
Основано на пластической деформации заготовки без нарушения ее целостности под воздействием внешних сил. Холодная и горячая обработка давлением. |
Механическая обработка резанием заключается в удалении поверхностного слоя металла, который называется технологическим припуском. |
|
|
2 |
Требования к |
температура плавления, жидкотекучесть, малая усадка, малая склонность к ликвации |
Применяется только для пластичных материалов. |
Твёрдость, теплостойкость, механическая прочность, износостойкость, технологичность, прочность, низкая физико-химическая активность инструментального материала по отношению к обрабатываемому |
|
|
3 |
Виды обработки, |
Термическая обработка - отжиг. Литьё в кокиль, центробежное литьё, литьё в оболочковые формы |
Прокатка-валки. ковка-бойки, подкладные штампы. Штамповка-штамп, матрица, пуансон. Прессование-матрица, пуансон. Волочение-волока. Профилирование-фигурные ролики |
Токарная обработка(резцы бывают проходные, подрезные, отрезные, расточные и фасонные; свёрла, зенкеры, резцы, метчики), фрезерная обработка(фреза бывает цилиндрическая, дисковая, торцевая, концевая, фасонная), сверлильная обработка, строгальная обработка, слесарная обработка. |
|
|
4 |
Достоинства |
Льтьё позволяет отливать детали сложной конфигурации и любого веса из разнообразных литейных сплавов. Несмотря на повышенное качество отливок и более высокую производительность, специальные виды литья связаны с применением более сложной оснастки и оборудования, что экономически себя оправдывает в большинстве случаев в условиях серийного и массового производства. Отливки в кокилях имеет ряд преимуществ: металлическая форма выдерживает большое количество заливок, структура металла получается более мелкозернистой, в следствии чего повышаются его механические свойства, повышается производительность изготовления отливок, улучшаются санитарно-гигиенические условия труда. |
Прокатка-удовлетворительная точность и качество производства. Ковка- единственный способ изготовления тяжелых заготовок. Штамповка-точность размеров и качество поверхности заготовок. Прессование-возможность получения сложных профилей. Волочение- упрочнение металлов, калибровка заготовок. Профилирование-высокая производительность. |
широкими возможностями формообразования (резанием можно получить как форму простейшего ступенчатого валика, так и форму лопатки турбины) относительно низкими энергозатратами процесса высокой точностью и низкой шероховатостью поверхностей, достижимой в процессах резания достаточно широким спектром обрабатываемых материалов возможностью применения универсального режущего инструмента наличием широкой номенклатуры оборудования, обеспечивающего получение различных по форме поверхностей. |
|
|
5 |
Недостатки |
Ликвация вызывает неоднородность механических свойств по объёму отливки и снижение качества металла. |
Прокатка- большой объем последующей механической обработки. Ковка-низкая производительность. Штамповка-большие усилия при деформировании. Прессование- значительный износ инструмента. Волочение-большие усилия для деформирования Профилирование-сложность оборудования. |
большой, в ряде случаев, отход материала в виде стружки, низкую производительность, сложности автоматизации (из-за сложной кинематики процесса и трудностей контроля параметров изделия в процессе резания) |
|
|
6 |
Область применения, вид получаемой |
Способы изготовления отливок делятся на две группы: литьё в обычные песчаные формы и специальные способы ситья |
Прокатка-заготовка для деталей с последующей механической обработкой. Ковка-используют в качестве заготовок для других видов обработки давлением и для изготовления деталей с применением последующей механической обработки. Штамповка-серийное и массовое производство заготовок с конфигурацией будущих деталей с небольшим объемом механической обработки или используемых без последующей механической обработки. Прессование- массовое и серийное производство заготовок высокой точности. Волочение-изготовление проволоки, труб, фасонных профилей. Профилирование-производство заготовок простой и сложной формы с высокой точностью и частотой поверхности. |
Точение, фрезерование, сверление, рассверливание, зенкерование, нарезание резьбы, обработка ступенчатых отверстии, строгание, круглое и плоское шлифование, протягивание |
|
|
7 |
Примеры |
Фасонные отливки из чугуна, стали, алюминиевых, медных, магниевых сплавов. Фундаментные рамы, блоки, крышки и поршни судовых ДВС |
Трубы, обшивка судна, переборки, палубы, корпус автомобилей, шестерни, коленчатые валы, рычаги, детали для машиностроения, проволоку, листы |
Болты, гайки, шурупы, шпильки, штифты, шайбы, саморезы, дюбели, заклёпки |
Сравнительная характеристика методов сборки
|
№ п/п |
Сварка |
Пайка |
Склеивание |
||
|
1 |
Принцип сборки |
Сварка - процесс соединения металлических и неметаллических материалов, при котором в результате сближения поверхностей соединяемых тел в них устанавливаются межмолекулярные и межатомные связи притяжения. |
Пайка - соединение металлических заготовок без их расплавления с помощью присадочного сплава, имеющего температуру плавления ниже основного металла. |
Склеиванием можно получать соединения резин и пластмасс между собой, а также с металлом, деревом и кожей. |
|
|
2 |
Достоинства |
Обеспечивает защиту от окисления и азотирования металла шва и некоторое легирование наплавленного металла для улучшения его механических свойств, а также придаёт устойчивость горению дуги. |
простота и дешевизна технологического процесса, широкие возможности его механизации и автоматизации, возможность соединения всех металлов и разнородных материалов (металл с керамикой, стеклом, резиной), малые остаточные температурные напряжения и деформации, малое электросопротивление мест соединения. |
В соединяемых швах обеспечивается прочность и плотность на уровне молекулярных соединений. Высокая технологичность, экономичность, достаточная прочность. |
|
|
3 |
Недостатки |
Способность наплавленного металла шва давать трещины. Это явление часто наблюдается при сварке малоуглеродистой стали кипящей плавки из-за неравномерного распределения в слитке, а затем в прокате вредных примесей. Отсутствие простого и надежного способа контроля качества швов. Образование в конструкции остаточных сварочных напряжений от неравномерного нагрева изделий в процессе сварки. |
По прочности паяные соединения уступают сварным. Невысокая механическая и термическая прочность |
Необходимость подготовки (очистки) поверхностей перед склеиванием. Длительное время отверждения некоторых клеев приводит к необходимости применения приспособлений для поддержания нагрузки при склеивании. Невозможность получения номинальной прочности соединения сразу же после проведения работ, как это происходит при сварке (необходимость высыхания или отверждения клея). Низкая теплостойкость клеевых соединений. Низкая стойкость некоторых клеев к ударным нагрузкам. Трудность контроля качества неразъемных клеевых соединений. Невозможность демонтажа клеевых соединений. Токсичность и пожароопасность большинства клеевых материалов. Термопластичные клеи имеют склонность к ползучести. Термореактивные клеи имеют низкую прочность на отдир. Невозможно точно определить долговечность клеевого соединения в реальных эксплуатационных условиях. Прочность клеевых соединений ниже, по сравнению со сварными. |
|
|
4 |
Область применения |
Сварка тонколистовых сталей и некоторых цветных металлов, ручная дуговая сварка плавящимися толстопокрытыми электродами, ручная дуговая сварка угольными электродами. Сварка низколегированных углеродистых и некоторых марок высоколегированных сталей. Сварка химически активных сплавов с атмосферным воздухом, таких как титан, цирконий, алюминий, магний. |
Электротехника, радиотехника. Детали из меди, латуни, бронзы, стали, чугуна. |
Соединение различных материалов для уплотнения. Используют в быту и промышленности. |
|
|
5 |
Примеры применения |
Питание дуги осуществляется от сварочного генератора постоянным током или от сварочного трасформатора - переменным током. На металлический пруток элеткрода наносится обмазка. Разрезаемый металл нагревают в начальной точке реза подогревающим ацетилено-кислородным пламенем, затем подаётся струя режущего кислорода, и нагретый металл начинает гореть. Горение металла сопровождается выделением теплоты, которая вместе с подогревающим пламенем разогревают нижележащие слои на всю толщину металла. Образующиеся оксиды расплавляются и выдуваются струёй режущего кислорода из зоны реза |
Перед пайкой соединяемые поверхности тщательно зачищают от грязи, окислов и обезжиривают. Затем покрывают их слоем флюса, чтобы предохранить от окисления при пайке. Разогрев припоя и соединяемых деталей производится паяльником или в индукционной печи. |
На морских судах водонепроницаемые и металлические двери и люковые закрытия трюмов уплотняются резиной, которая укладывается в технологический паз и плотно приклеивается к металлу клеем БФ 88. Для этого предварительно пазы зачищают от ржавчины и окалины, обезжиривают бензином или уайт-спиртом и затем волосяной кистью наносят тонкий слой клея, выдерживая его 15-20 мин до полного высыхания. Одновременно обезжиривают уплотнительную резину и на ее поверхность наносят тонкий слой клея, выдерживая 4-8 мин до состояния липкости. Затем резину заводят в пазы, прижимают скобами и выдерживают в течении 24 ч |
Вывод: В ходе проделанной работы мы исследовали влияние методов обработки на структуру и свойства металлов. Сравнительный анализ методов обработки и сборки КМ.
Выполнил студент Котов А. Д. группа СВ-5 ЗО 2Б
Дата 10.03.2021 Оценка ____________ Подпись преподавателя ________________
Кафедра ТЭФ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
Железо-углеродистые сплавы.
прочность пластичность металл сталь конструкционный
Цель работы: Исследование влияния содержания углерода на структуру и свойства углеродистой стали. Изучение правил маркировка и ознакомление с областью применения углеродистых сталей. Изучение видов конструкционных чугунов, их свойств, правил маркировка и области применения.
Оборудование: Металлографический оптический микроскоп.
Образцы:
Часть 1. Структура и свойства углеродистой стали, маркировка и область применения.
Начертите диаграмму состояния сплавов системы Fe - Fe3C. Укажите структурный и фазовый состав сплавов
Рис 1. Диаграмма Fe-Fe3C
Дайте определение и укажите механические свойства:
сталь - железоуглеродистый сплав с содержанием углерода до 2%
феррит - однородные зерна твердого раствора внедрения углерода в альфа железе ОЦК (Fe)
аустенит - твердый раствор внедрения углерода в железе с решеткой ГЦК (Fe)
цементит - химическое соединение-карбид железа Fe3C содержит 6,67% С
перлит - эвтектоид системы сплавов железо-углерод, состоящий из феррита и вторичного цементита Fe - C
эвтектоидная сталь - железоуглеродистый сплав с содержанием углерода около 0,8%
доэвтектоидная сталь - железоуглеродистый сплав с содержанием углерода менее 0,8%
заэвтектоидная сталь - железоуглеродистый сплав с содержанием углерода более 0,8%
Структуры образцов стали с различным содержанием углерода. Описание структур.
Рис. 2 конструкционная-сталь с содержанием углерода не более 0,6%
Рис.3 инструментальная- кол-во углерода более 0,6%.
Рис. 4 малоуглеродистая-углерода до 0,25%
Рассчитайте по внешнему виду структуры содержание углерода в доэвтектоидной стали. Укажите положение исследуемых сплавов на диаграмме Fe-Fe3C. %Сдоэвт = 0,8*%П/100
Расчетная формула:
Влияние химического состава на структуру и свойства сталей:
|
доэвтектоидная сталь |
эвтектоидная сталь |
заэвтектоидная сталь |
||
|
структура стали |
Ф+П |
П |
П+Ц” |
|
|
фазовый состав стали |
Ф+(Ф+Ц) |
Ф+Ц |
(Ф+Ц)+Ц” |
Вывод: В ходе работы узнали влияние химического состава на структуру и свойства сталей
6. Влияние содержания углерода на механические свойства стали:
Рис. 5 Зависимость механических свойств стали от содержания углерода
7. Влияние вредных примесей на свойства стали. Что такое красноломкость стали.
Рис. 6 Зависимость ударной вязкости стали от температуры.
Это падение ударной вязкости стали при понижении температуры, причем, резкое, в определенном интервале температур. График изменения ударной вязкости от температуры похож на ступеньку, отсюда название «порог хладноломкости». При потере вязкости сталь становится хрупкой, а значит, при воздействии на нее, в первую очередь ударом, рывком, вероятность разрушения резко возрастает. Разрушение при этом происходит мгновенно, что опасно в процессе эксплуатации.
При механической обработке хладноломкость стали абсолютно не имеет значения.
Хладноломкость, или обратное свойство - хладостойкость, является важнейшим эксплуатационным свойством для конструкций, работающих при низких температурах, так как определяет диапазон рабочих температур металла. Для освоения Арктики используют конструкции из хладостойких сталей, гарантирующих сохранение ударной вязкости не менее КCU= 0,3 МДж/м2 при температурах до -60°С (буровые платформы, газопроводы, корпуса ледоколов).
8. Классификация сталей по назначению:
1. Конструкционные стали, которые подразделяют на:
а) строительные - для изготовления, например, конструкций мостов, каркасов домов, корпусов судов и др. Элементы таких конструкций (листы, полосы, балки) изготавливают способами давления (прокаткой, прессованием и др.). Такие стали должны иметь высокую пластичность, должны хорошо деформироваться и свариваться, а также иметь достаточную прочность, ударную вязкость и хладостойкость. Указанные свойства характерны для сталей с содержанием 0,05 - 0,25 % С.
б) машиностроительные - для изготовления деталей машин и механизмов, работающих под действием значительных статических и динамических нагрузок, в условиях трения. Такие стали должны иметь сочетание прочности с ударной вязкостью, а также твердость (износостойкость). Это обеспечивается повышенным содержанием углерода 0,25 - 0,5 % С;