Методичні вказівки, завдання І приклади до виконання курсової роботи



Скачати 367.48 Kb.
Дата конвертації22.12.2017
Розмір367.48 Kb.
ТипМетодичні вказівки


Міністерство освіти і науки України

Сумський державний університет



2520
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ,

ЗАВДАННЯ І ПРИКЛАДИ

ДО ВИКОНАННЯ КУРСОВОЇ РОБОТИ

З КУРСУ «МЕТОДИ СТРУКТУРНОГО АНАЛІЗУ

МАТЕРІАЛІВ»

для студентів спеціальності

7.090101 «Прикладне матеріалознавство»

усіх форм навчання

Суми

Видавництво СумДУ



2009
Методичні вказівки, завдання і приклади до виконання курсової та самостійної робіт з курсу «Методи структурного аналізу матеріалів» /Укладачі: В.М.Раб, В.О.Пчелінцев. –Суми: Вид-во СумДУ, 2009. – 48 с.

Кафедра «Прикладне матеріалознавство і ТКМ»

Ефективність виконання задач підвищення надійності роботи при зниженні матеріаломісткості обладнання в різних галузях виробництва визначається рівнем знань, умінь і навичок інженерів машинобудування. Відповідно до цього навчальний план для студентів всіх форм навчання спеціальності 7.090101 передбачає виконання курсової роботи з дисципліни «Методи структурного аналізу матеріалів», що дозволяє поглиблене вивчення даної дисципліни, а також вихід на рівень вирішення виробничих задач.
1 ЦІЛІ КУРСОВОЇ РОБОТИ
1.1 Набути навички самостійного вирішення інженерних задач із застосуванням методів аналізу при технологічних процесах формоутворення і обробки заготовок, а також при дослідженні причин руйнування деталей і вузлів машин в умовах експлуатації.

1.2 Навчити студентів працювати з довідниками, стандартами, технічною документацією і літературою.

1.3 Дати можливість студенту проявити свої творчі здібності в науково-дослідній роботі і подати результати своєї роботи на студентських і наукових конференціях.
2 ЗАДАЧІ І ОБСЯГ КУРСОВОЇ РОБОТИ
2.1 Курсова робота - завершальний етап вивчення курсу «Методи структурного аналізу матеріалів» і з метою практичної реальності робіт, основою для їх виконання є фактичний матеріал промислових підприємств, наукових розробок кафедри, НДІ м. Суми, філії кафедри при СНВО ім. Фрунзе, діючі довідкові і нормативні матеріали.

Типовими завданнями для виконання курсової роботи є дослідження причин браку при формоутворенні і обробці деталей агрегатів ЦНР-500, ЦНС 180-1422М (поршні, штоки, вали та ін.); дослідження причин руйнування деталей і вузлів, машин і механізмів мембранних компресорів (корпус, обмежувальний диск, кришки, пружні елементи і ін.), а також компресорів високого тиску і газоперекачувальних агрегатів (труби, муфти, циліндропоршнева група); аналіз структури і властивостей металів, деталей і вузлів хімапаратури для визначення їх подальшої працездатності.

2.2 Вихідним документом для виконання курсової роботи є завдання. Форма завдання на курсову роботу розробляється кафедрою і повинна відповідати стандарту підприємства «СТП-СумГУ 01-94». Приклад оформлення завдання курсової роботи наведений у додатку А.

2.3 Пояснювальна записка у загальному випадку повинна містити: титульний аркуш, завдання, реферат, зміст, вступ, основну частину згідно з етапами курсової роботи, висновок, список літератури і додатки (якщо вони є).

Текст повинен бути коротким, чітким і не допускати різних тлумачень. Якщо в записці використовується специфічна термінологія, то на початку її (після змісту) повинен бути наведений перелік прийнятих термінів з відповідними роз'ясненнями.

Пояснювальна записка виконується на аркушах формату А4 з одного боку. Аркуші формату більш А4 поміщають після висновку у порядку згадування їх в тексті. Текст виконується рукописним способом чорнилом або пастою, або роздруковується на ПЕВМ на російській або українській мовах за формою 5а відповідно до ГОСТ 2106-68.


3 ЕТАПИ КУРСОВОЇ РОБОТИ І ТЕРМІНИ

ЇХ ВИКОНАННЯ
Якість курсової роботи і виконання її в необхідні терміни залежить від дотримання термінів виконання її етапів згідно з табл.3.1. Назва етапів розділу і терміни їх виконання можуть корегуватися керівником роботи. Захист курсових робіт проводиться на підсумковому занятті у присутності завідувача кафедри і викладачів кафедри.

Таблиця 3.1



Номер

етапу




Номер

розділу


пояснювальної

записки


Назва етапу або розділу записки

Обсяг,

%


Термін

виконання




1

1.1

Завдання на курсову роботу




до 15.09.




1.2

Вступ. Зміст

1




2

2

*Методи аналізу і контролю металів на підприємстві.










2.1

Структурна схема заводської лабораторії або відділу.

5







2 7

Група аналізу, їх технічна оснащеність.










2.3

Характеристика і галузь застосування методів аналізу і контролю лабораторією підприємства

5
4




3

3

Огляд літератури. Аналіз умов (вимог) технологічного процесу формоутворення і обробки заготовки для отримання заданої деталі

15




4

4

Аналіз умов експлуатації деталі і наявної технології її обробки. Методика підготовки зразків для дослідження

10



5

5.1

Дослідження причин руйнування деталі в процесі експлуатації. Стан поверхні руйнування деталі

35






5.2

Макроаналіз; фактографія зламу; виявлення сірки і фосфору в зразку









5.3

Хімічний склад і механічні властивості матеріалу деталі









5.4

Мікроструктурний і фазовий аналіз складу вихідного матеріалу






6

6

Результати проведених досліджень і їх аналіз

10



7

7

Рекомендації з усунення причин браку деталі при її виготовленні або її руйнування при експлуатації






8

8

Висновки

1



9

9

Список літератури

2



10




Оформлення записки пояснення

10









Всього

100%


*За результатами ознайомлювальної практики на промислових

підприємствах


4 МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ

РОЗДІЛІВ ОСНОВНОЇ ЧАСТИНИ

ПОЯСНЮВАЛЬНОЇ ЗАПИСКИ
4.1 Вступ

У вступі необхідно стисло охарактеризувати роль і місце в науково-технічному прогресі методів аналізу, властивостей і структури металів, зокрема, в галузі машинобудування, до якої належить деталь, задана для аналізу в курсовій роботі.


4.2 Методи аналізу і контролю матеріалів

на підприємстві
У цьому розділі необхідно відобразити схему заводської лабораторії або відділу, що займається аналізом властивостей, структури і якості металу для деталей і вузлів машин, що випускаються підприємством. Провести аналіз технічної оснащеності груп для дослідження фізичних, механічних і хімічних властивостей металів. При цьому звернути увагу на використання нових комп’ютеризованих методів аналізу, експресність і точність контролів, що проводяться. Навести дані про задачі кожної з груп лабораторії і участь їх у вирішенні проблемних питань випуску конкурентоспроможної продукції.

4.3 Аналіз умов технологічного процесу

формоутворення і обробки заготовки
Відповідно до технічного завдання слід навести креслення (ескіз) деталі з переліком технічних вимог на її виготовлення. Якщо курсова робота пов'язана з аналізом причин руйнування деталі в процесі експлуатації, то в даному розділі досить проаналізувати (описати) основні етапи технологічного процесу формоутворення заготовки і подальшої механічної обробки. Обов'язково потрібно відобразити, на якому з етапів техпроцесу проводиться контроль структурного стану і його задача. Слід зазначити конструктивне призначення деталі.

Якщо робота пов'язана з дослідженням причин браку при виготовленні деталі, тоді в розділі необхідно навести етапи маршрутної карти і умови на виконання кожної з операцій. Детальний аналіз техпроцесу дозволить надалі встановити можливу причину формування браку в деталі.

При виконанні цього розділу необхідно використовувати літературні джерела.
4.4 Аналіз умов експлуатації деталі або вузла машини

У цьому розділі необхідно відобразити основні технічні характеристики і призначення машини (вироби) в цілому, перерахувати основні її частини, вузли і описати принцип їх роботи. Детальніше необхідно зупинитися на описанні конструкції, функціональних задачах і умовах експлуатації вузла, до якого належить задана (аналізована) деталь. Якщо досліджується причина руйнування деталі, тоді слід додатково провести аналіз відповідності, закладених технічних вимог до структури і властивості умовам експлуатації (температура, характер навантаження, вид зношування, дія робочого або навколишнього середовища і т.д.). Текст необхідно супроводжувати пояснювальними ескізами. Якщо при виконанні розділу використовується спеціальна технічна література, то слід обов'язково послатися на неї і навести в переліку джерел літератури.


4.5 Дослідження причин руйнування деталі

у процесі експлуатації

Для виконання цього розділу рекомендується використовувати методичні розробки кафедри і спеціальну літературу, зазначену в списку літератури до даних МУ. Досвід досліджень причин руйнування рекомендується проводити згідно з схемою діагностики відмов (рис. 1).

При проведенні дослідження особливо важливо спочатку кваліфіковано провести візуально оцінку характеру руйнування безпосередньо на об'єкті (якщо є можливість) або на наданих зруйнованих частинах деталі, а саме: провести якісне макрофотографування частин і зон руйнування до і після їх очищення;

Рисунок 1 - Алгоритм діагностики відмов
наявність дефектів зовнішніх і внутрішніх; характер руйнування. Потім проводиться макро- і мікроаналіз зламу, структури і властивостей матеріалу. Зокрема, макроаналіз з сірки і фосфору, мікроаналіз наявності неметалічних включень, величину зерна і мікротвердість складових фаз, хімічний склад. При цьому слід звернути увагу на відповідність необхідних властивостей і структури одержаних при аналізі. За результатами проведеного аналізу визначається необхідність застосування спеціальних методів фрактографії і проведення випробувань моделюючих умови експлуатації, технологій формоутворення і обробки деталі. У кінці розділу студент зазначає можливі причини руйнування деталі або утворення браку в матеріалі деталі при її виготовленні і експлуатації.
4.6 Рекомендації з усунення причин браку деталі

при її виготовленні або її руйнуванні, при експлуатації

Вихідними даними для виконання цього розділу є результати дослідження характеру руйнування або дефекту матеріалу. Використовуючи результати дослідження, студент повинен визначити з можливих причин руйнування одну і обґрунтувати її. Потім видати рекомендації в зміні конструкції, технології формоутворення і обробки деталі, зміні вимог до структури і властивостей матеріалу або його заміни.


4.7 Висновки

Цей етап повинен відображати у короткій формі результати всієї роботи: яка була мета і що установлено; які методи аналізу і контролю студент використовував в роботі; який з методів або їх група дозволили визначити причину руйнування або браку матеріалу деталі; відзначити науково-дослідний рівень роботи; чи дозволяє оснащеність заводської лабораторії проведенню аналізу причин руйнування.


4.8 Список літератури

Необхідно відобразити всі літературні джерела, які використовувалися під час виконання всіх розділів курсової роботи. Список літератури розміщується по порядку згідно з посиланням у тексті пояснювальної записки. Джерело повинне зазначати прізвище і ініціали авторів, назву книги, місце видання, назву видавництва, рік видання, загальну кількість сторінок.


5 ЗАВДАННЯ ДО КУРСОВОЇ РОБОТИ
ЗАВДАННЯ 1
Теоретична частина

1. Які задачі виконує мікроаналіз?

2. Охарактеризувати дефекти зварювального з'єднання.

3. Проіндицирувати рентгенограму α-Fе.


Практична частина

На зображеній фрактограмі злому стержня поршня кувального молота дати оцінку характеру руйнування. Запропонувати методи дослідження якості матеріалу та виявити можливу причину руйнування; дати рекомендації з усунення даного руйнування.

ЗАВДАННЯ 2
Теоретична частина
1 . Дати характеристику дефектів легованих сталей.

2. Яка зона зварного шва є найбільш небезпечною?

3. Проіндицирувати рентгенограму γ-Fе.
Практична частина

На зображеній фрактограмі злому кувального шатуна із сталі з твердістю НRС 26 дати оцінку характеру руйнування. Запропонувати методи дослідження якості матеріалу та виявити можливу причину руйнування; дати рекомендації з усунення даного руйнування.






ЗАВДАННЯ З
Теоретична частина
1. Пояснити смужкуватість та строчечність структури.

2. Пояснити основний закон рентгеноструктурного аналізу.

3. Описати виявлення ліквації сірки за методом Баумана.
Практична частина

На зображеній фрактограмі злому залізничної рейки дати оцінку характеру руйнування. Запропонувати методи дослідження якості матеріалу та виявити можливу причину руйнування; дати рекомендації з усунення даного руйнування.






ЗАВДАННЯ 4
Теоретична частина

1. Від чого залежить розмір зерна при первинній кристалізації?

2. Що таке дифрактограма?

3. Методики виявлення ліквації фосфору в сталях.


Практична частина

На зображеній фрактограмі осі діаметром 100 мм із сталі з твердістю НRС 30 дати оцінку характеру руйнування. Запропонувати методи дослідження якості матеріалу та виявити можливу причину руйнування; дати рекомендації з усунення даного руйнування.




ЗАВДАННЯ 5
Теоретична частина

1. Причини появи дефекту макроструктури - «свищи».

2. Чому приділяється велика увага визначенню величини зерна сталі після термообробки?

3. Пояснити сутність індицирування рентгенограм.


Практична частина
На зображеній фрактограмі осі зі сталі після поверхневого зміцнення на твердість НRС 50, який працює на злом з обертанням, дати оцінку характеру руйнування. Запропонувати методи дослідження якості матеріалу та виявити можливу причину руйнування; дати рекомендації з усунення даного руйнування.

ЗАВДАННЯ 6
Теоретична частина

1. Описати дефект макроструктури - «скворечник».

2. Перелічити основні методи визначення величини зерна та пояснити один з них.

3. Як провести фазовий якісний аналіз сплавів?


Практична частина
На зображеній фрактограмі осі трактора, що працює на скручування, твердість НRС 50, дати оцінку характеру руйнування. Запропонувати методи дослідження якості матеріалу та виявити можливу причину руйнування; дати рекомендації по усуненню даного руйнування.


ЗАВДАННЯ 7
Теоретична частина
1. «Флокени», їх природа та заходи попередження.

2. Назвати фактори, які впливають на інтегральну інтенсивність дифракційних ліній.

3. Яким методом виявляють неметалічні включення у сплавах?
Практична частина
На зображеній фрактограмі злому колеса із сталі 60СГ, дати оцінку характеру руйнування. Запропонувати методи дослідження якості матеріалу та виявити можливу причину руйнування; дати рекомендації з усунення даного руйнування.


ЗАВДАННЯ 8
Теоретична частина

1 Що виявляє злом зразка?

2 Що таке спадкоємність дрібнозернистих та крупнозернистих сталей?

3 Пояснити метод «гомологічних пар» у фазовому аналізі сплаву.


Практична частина
На зображеній фрактограмі осі зі сталі після поверхневого зміцнення на твердість НRС 50, який працює на злом з обертанням, дати оцінку характеру руйнування. Запропонувати методи дослідження якості матеріалу та виявити можливу причину руйнування; дати рекомендації з усунення даного руйнування.

ЗАВДАННЯ 9
Теоретична частина

1 Що таке «транскристалічна структура» зливка, її вплив на властивості сплаву?

2 Перелікувати методи виявлення величини зерна та розповісти про один з них.

3 У чому суть кількісного фазового аналізу сплавів?


Практична частина
На зображеній фрактограмі осі із сталі, яка піддавалась індукційному загартуванню на твердість НRС 50, який працює на злом з обертанням, дати оцінку характеру руйнування. Запропонувати методи дослідження якості матеріалу та виявити можливу причину руйнування; дати рекомендації з усунення даного руйнування.
ЗАВДАННЯ 10
Теоретична частина

1 Які фактори впливають на величину усадкової раковини стального зливка?

2 Ціль виявлення розміру справжнього зерна.

3 Що дозволяє визначити закон «погасання»?


Практична частина

На зображеній фрактограмі злому тракторної осі зі сталі після індукційного загартування на твердість НRС 50, дати оцінку характеру руйнування. Запропонувати методи дослідження якості матеріалу та виявити можливу причину руйнування; дати рекомендації з усунення даного руйнування.




ЗАВДАННЯ 11
Теоретична частина

1 Описати «нафталіновий» згин сталі.

2 Які задачі дозволяють визначити рівняння Вульфа-Брегга у металознавстві?

3 Пояснити один із методів визначення величини зерна сталі.


Практична частина
На зображеній фрактограмі злому вала з твердістю НRС 30 у процесі згину з обертанням дати оцінку характеру руйнування. Запропонувати методи дослідження якості матеріалу та виявити можливу причину руйнування; дати рекомендації з усунення даного руйнування.

ЗАВДАННЯ 12
Теоретична частина

1 Поясніть утворення «різнозернистості» макротемплету.

2 Особливості будови зварного шва.

3 Як визначити на рентгенограмі кути υ за методом Дебая?


Практична частина
На зображеній фрактограмі злому зі шпонковим пазом, який виготовлений із сталі з твердістю НRС 30, який працює на злам з обертанням, дати оцінку характеру руйнування. Запропонувати методи дослідження якості матеріалу та виявити можливу причину руйнування; дати рекомендації з усунення даного руйнування.


ЗАВДАННЯ 13
Теоретична частина

1 Характеристика відманштетової структури литих сталей.

2 Види контролю зварних з'єднань.

3 Як розділити на рентгенограмі лінії Кα - випромінювання від Кβ?


Практична частина
На зображеній фрактограмі злому зуба лівосторонньої шестерні трактора, що піддавався індукційному загартуванню з твердістю НRС 50 у зоні зміцнення, дати оцінку характеру руйнування. Запропонувати методи дослідження якості матеріалу та виявити можливу причину руйнування; дати рекомендації з усунення даного руйнування.


ЗАВДАННЯ 14
Теоретична частина

1 Домішки та включення до сталі.

2 Природа рентгеновипромінювання.

3 Які задачі розв'язує фрактографія у металознавстві?


Практична частина
На зображеній фрактограмі зламу зуба правосторонньої шестерні з твердістю НRС 50 у зоні зміцнення дати оцінку характеру руйнування. Запропонувати методи дослідження якості матеріалу та виявити можливу причину руйнування; дати рекомендації з усунення даного руйнування.



ЗАВДАННЯ 15
Теоретична частина

1 Вплив включень на властивості.

2 Перегрівання та перепал сталі, їх признаки та шляхи виправлення.

3 Що таке «штрих-рентгенограма», її пристосування в фазовому аналізі сплаву?


Практична частина
На зображеному макротемплету зубців шестерні крану, яка піддавалась частковому поверхневому полуменевому загартуванню визначити можливі причини руйнування. Запропонувати методи дослідження якості матеріалу та виявити можливу причину руйнування; дати рекомендації з усунення даного руйнування.

ЗАВДАННЯ 16
Теоретична частина

1 Природа «холодноламкості» сталі, як цьому запобігти.

2 Чи потрібне знання індексів відображення при якісному фазовому аналізі?

3 На яких зразках виявляють неметалічні включення?

Практична частина
На зображеній фрактограмі злому балансиру трактора, виготовленого із сталі 40ХГНМ з твердістю НRС 46 у процесі експлуатації балансир піддавався циклічному навантаженню, дати оцінку характеру руйнування. Запропонувати методи дослідження якості матеріалу та виявити можливу причину руйнування; дати рекомендації з усунення даного руйнування.
ЗАВДАННЯ 17
Теоретична частина

1 Природа «червоноламкості» сталі, як її уникнути.

2 Що дозволяє визначити основний закон Вульфа-Брегга у металознавстві?

3 Різновиди неметалічних вміщень і методи їх виявлення.


Практична частина
На зображеній фрактограмі зламу вала з твердістю НRС 35, дати оцінку характеру руйнування. Запропонувати методи дослідження якості матеріалу та виявити можливу причину руйнування; дати рекомендації з усунення даного руйнування.

ЗАВДАННЯ 18
Теоретична частина

1 Методи макротравлення і виявлення дефектів макроаналізу.

2 Перерахувати фактори, які впливають на Інтегральну інтенсивність дифракційних ліній.

3 У чому різниця транскристалітного та інтеркристалітного зламів і причини їх виникнення?


Практична частина
На зображеній фрактограмі зламу кованої осі, яка зламалась при гарячій плавці перед загартуванням, дати оцінку характеру руйнування. Запропонувати методи дослідження якості матеріалу та виявити можливу причину руйнування; дати рекомендації з усунення даного руйнування.


ЗАВДАННЯ 19
Теоретична частина

1 Вплив фосфору на властивості сталі.

2 Як змінюється аустенітне зерно при зміні температури та якими методами можна його визначити?

3 Що дозволяє виявити макроаналіз по зламах виробів?


Практична частина
На зображеній фрактограмі зламу і мікроструктури зварювального шва кутика стропильної форми для кришки, дати оцінку характеру руйнування. Запропонувати методи дослідження якості матеріалу та виявити можливу причину руйнування; дати рекомендації з усунення даного руйнування.


ЗАВДАННЯ 20
Теоретична частина

1 Класифікація дефектів у макроаналізі.

2 У чому різниця у спадковості дрібнозернистих і крупнозернистих сталях?

3 Які існують методи знімання зразків у рентгеноструктурному аналізі?


Практична частина


На зображеній фрактограмі зламу поршневого штоку, який має різьбу й термічно оброблений на твердість НВ 345, дати оцінку характеру руйнування. Запропонувати методи дослідження якості матеріалу та виявити можливу причину руйнування; дати рекомендації з усунення даного руйнування.



ЗАВДАННЯ 21
Теоретична частина

1. Вплив газів на властивості сталей.

2. Що таке «нафталинистий» та «каменевидний» злами?

3. Які задачі металознавства вирішують рентгеноструктурний аналіз?


Практична частина
На зображеній фрактограмі злому шліцьового валу, який має твердість після хіміко-термічної обробки НRС 60, дати оцінку характеру руйнування. Запропонувати методи дослідження якості матеріалу та виявити можливу причину руйнування; дати рекомендації з усунення даного руйнування.


6 Приклад оформлення та виконання

курсової роботи
6.1 Зразок оформлення завдання і пояснювальної записки до курсової роботи

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ПМ І ТКМ


Затверджую

Зав. кафедрою

_____________В.І.Сігова

«____»___________200__р.




ЗАВДАННЯ ДО КУРСОВОЇ РОБОТИ

з дисципліни «Методи структурного

аналізу матеріалів»
студент групи ______курсу__________________________

факультету

___________________________________________________

прізвище, ім'я, по батькові


Тема курсової роботи_______________________________

___________________________________________________

___________________________________________________

___________________________________________________


Дата видачі завдання________________________________
Керівник роботи_____________________________

прізвище, ініціали


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ


Кафедра прикладного матеріалознавства і технології конструкційних матеріалів

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до курсової роботи

з дисципліни «Методи структурного

аналізу матеріалів»
Тема______________________________________________

___________________________________________________

___________________________________________________
Виконав ____________ _________________________

підпис прізвище, ініціали


група _______ шифр________________

Керівник___________ __________________________

підпис прізвище, ініціали

200__р.
6.2 Приклад виконання курсової роботи


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

інженерний факультет

денне (заочне) відділення

Кафедра «Прикладне матеріалознавство і ТКМ»



Курсова робота

з предмету: «Методи структурного

аналізу металів і сплавів»

Виконав
група


Перевірив
Суми 200__

Зміст


1 Теоретична частина..........................................................

1.1 Опис дефекту макроструктури - «скворечник»......

1.2 Перерахувати основні методи визначення

величини зерна і пояснити один з них.....................

1.3 Як провести фазовий якісний аналіз сплавів..........

2 Практична частина……………………………………...

2.1 Завдання.......................................................................

2.2 Аналіз руйнування і пропозиції з усунення

даного пошкодження в майбутньому………………

Список літератури…………………………………………



1 Теоретична частина
1.1 Опис дефекту макроструктури - «скворечник»
Макроаналіз застосовується для виявлення дендритної будови литого металу, усадкової крихкості, газових пузирів, тріщин, пустот, шлакових включень, розміщення волокон у поковках і штампуваннях, ліквації сірі і фосфору; структурної неоднорідності, якості зварного з'єднання.

При макроаналізі проводиться дослідження макроструктури. Макроструктура може бути досліджена безпосередньо на поверхні заготовки або деталі, в зламі або, що робиться частіше, на вирізаному зразку (темплеті) після його шліфування і травлення спеціальним реактивом.

Підготовлена для дослідження макроструктура поверхні зразка називається макрошліфом.

Виявлення дефектів, що порушують суцільність металу. Для виявлення у сталі дефектів, що порушують суцільність металу (тріщин, пір, раковин), проводиться глибоке травлення відшліфованого зразка реактивами.

Для виявлення дефектів необхідно:

1 Відшліфовану поверхню протерти ватою, змоченою спиртом.

2 У водяну баню, встановлену у витяжній шафі (оскільки при травленні виділяються отруйні гази), помістити фарфорову ванну, налити в неї один з реактивів і нагрівати до зазначеної температури.

3 Зразок за допомогою щипців занурити у гарячий реактив і витримати у ньому протягом зазначеного часу.

4 Після витримки зразок за допомогою щипців вийняти з реактиву.

5 Макрошліф промити водою, потім 10-15% водним розчином азотної кислоти і просушити.

6 Розглянути, замалювати одержану макроструктуру і дати характеристику виявлених дефектів. При глибокому травленні розчинами кислот високої концентрації відбувається розтравлення дефектів, що порушують суцільність металу, - вони стають видимими неозброєним оком.



«Скворечники» - пустоти різної величини і форми, частіше однакові, утворюються за рахунок розкриття і неповної заварюваності внутрішніх термічних тріщин. З поверхні заготовок дефекти можуть не виявлятися. Додатковою характеристикою служить відсутність ліквації сірки та інших неметалічних включень навколо дефекту.
1.2. Перерахувати основні методи визначення величини зерна і пояснити один з них
Вплив величини зерна на властивість сталі. Властивості сталі визначаються розміром дійсного зерна. Збільшення його розмірів знижує σ0,2, σв, δ, ψ, різко знижує ударну в'язкість (роботу поширення тріщини) і підвищує поріг холодноламкості.

Спадкоємне зерно впливає в основному на технологічні характеристики сталі. Спадкоємну дрібнозернисту сталь можна нагрівати до вищих температур (1000-1100°С), не побоюючись перегріву сталі, а отже і зростання зерна.



Виявлення і визначення величини зерна. Зерно виявляють різними методами: цементацією, окисленням, за феритною або цементитною сіткою і травленням меж зерен. За методом цементації (для вуглецевих сталей) зразок насичують вуглецем при 930°С протягом 8 год. При цьому вміст вуглецю в аустеніті, що знаходиться в поверхневій зоні, досягає заевтектоїдної концентрації. При подальшому повільному охолоджуванні по межах зерна аустеніту виділяється вторинний цементит, що створює суцільну сітку, за якою визначається величина колишнього зерна аустеніту.

При використанні інших методів виявлення зерна у конструкційних середньовуглецевих сталях температура нагрівання повинна дорівнювати температурі гартування або на 20-30°С вище за температуру гартування; час витримки 3 год.

При використанні методу окислення шліф нагрівають у захисній атмосфері і після закінчення витримки у піч подають повітря протягом 30-60 с. Межі колишніх зерен аустеніту виявляються на шліфі сіткою оксидів. Метод сітки фериту застосовують для доевтектоїдних, а метод сітки цементиту - для заевтектоїдних сталей. Нерідко зерно аустеніту визначають на загартованих і відпущених при 225-550°С зразках за допомогою травлення мікрошліфа у розчині пікринової кислоти з додаванням 0,5-1,0% миючих засобів.

Найбільш ширше застосовуються методи підрахунку кількості зерен:

Метод визначення підрахунком кількості зерен, що припадає на одиницю поверхні шліфа, (іноді займає достатньо велику кількість часу, але є одним з найпростіших і точніших). Вимірювання величини рівновісного зерна методом вимірювання середнього умовного діаметра зерен або кількості їх в 1 мм2 визначають на матовому склі або мікрофотографії, де проводять декілька прямих ліній у будь-якому напрямі довільної довжини. Далі підраховують точки перетину прямих ліній з межами зерна на кінцях прямої, неперетнутої нею цілком, приймають за одне зерно. Метод порівняння:

Величину зерна визначають під мікроскопом при збільшенні в 100 крат. Зерна, видимі на шліфі, порівнюють з еталонними зображеннями згідно з ГОСТ 5639-82. Величина зерна еталонів характеризується номером (балом).

Між номером зерна N (балом) і числом зерен n (що поміщаються на площі 1 мм шліфа) існує залежність n = 8х2N+3.

Сталі з номерами (балами) зерен 1-5 відносять до групи грубозернистих, а з номерами 6-15 - до дрібнозернистих.


1.3. Як провести фазовий якісний аналіз сплавів
На великих виробництвах найпоширенішим способом проведення фазового, якісного аналізу сплавів є рентгеноспектральний аналіз.

Рентгеноспектральний аналіз дозволяє надзвичайно швидко визначити хімічний склад багатокомпонентних матеріалів, орієнтування і ступінь досконалості кристалів.

Основою рентгеноструктурного аналізу є формула Вульфа-Брегга, яка показує умови атомів у паралельних, кристалографічних площинах кристала, які виконують роль напівпрозорих дзеркал.

Закон Вульфа-Брегга. Аналіз структури кристалів найпростіше здійснюється шляхом розсіяння рентгенівського проміння, а також γ-квантів, електронів, протонів і нейтронів. При проходженні випромінювання через періодичну структуру відбувається дифракція фронту хвилі.

Фізичне пояснення дифракції зводиться до того, що електрони, пов'язані з кожним атомом, поляризуються при проходженні фронту хвилі (рисунок 1.3.1). Індуковані диполі міняють свій знак з частотою прохідного випромінювання і, у свою чергу, випускають власне випромінювання тієї самої частоти на всіх напрямках. Це нове випромінювання виявляється когерентним тільки у напрямах, перпендикулярних до зображених дотичних. На всіх напрямках фронти хвиль гасяться за рахунок інтерференції.




Рисунок 1.3.1 – Дифракція. Обвідні окремих хвиль створюють когерентний фронт хвилі

Геометричне тлумачення дифракції привело до висновку закону Вульфа-Брегга:

λ = 2dsinθ,

де: λ - довжина хвилі;

θ- кут відображення.

Як бачимо з рисунка 1.3.2, фронт хвиль падаючого пучка рентгенівського проміння АА має однакову фазу. Дифраговане вторинне випромінювання може бути когерентним тільки в тому випадку, якщо відстань МНР дорівнює цілому числу довжини хвилі. Відповідно до розрахунків ця відстань повинна дорівнювати 2dsinθ.




Рисунок 1.3.2 – Закон дифракції Вульфа-Брегга. Дифракція відбувається лише при виконанні умов, заданих рівнянням. Тому вимірювання кутів при відомій довжині хвилі рентгенівського випромінювання дозволяють розрахувати міжплощинні відстані
Рівняння Вульфа-Брега дозволяє:

а) визначити довжину хвилі рентгенівського випромінювання;

б) знаючи довжину хвилі, визначити період гратки досліджуваної речовини;

в) за зміною періоду гратки визначити напруження у структурі;

г) за набором періодів гратки визначити фазовий склад полікристалів;

д) за інтенсивністю ліній визначити кількісний склад вхідних фаз у речовини;

е) визначити розмір кристалів у полікристалічній речовині. Оскільки закон Вульфа-Брега повинен строго виконуватися, то дифракція може бути використана для визначення структури кристалів і розмірів гратки.

Із змінних величин, що входять до формули Вульфа-Брегга, дві встановлюються у ході експерименту: λ - довжина хвилі і Q - кут відображення. Якщо обидві ці величини вибрати довільно, то ймовірність спостерігати дифракцію буде дуже мала. Проте використавши «біле» рентгенівське випромінювання, можна спостерігати інтенсивності на фотографічній плівці (пластинці). Плями дають лише те проміння, довжина хвилі яких задовольняє умову Вульфа-Брегга. Такий спосіб дає лауеграму, яка може бути використана для визначення орієнтування кристала і типу гратки, оскільки кожна пляма відповідає певній кристалографічній площині.

При отриманні дебаеграм використовують монохроматичне випромінювання, що направляється на безліч дрібних частинок порошкоподібної речовини (часто спресованого у стержень або ув'язненого у тонкий скляний капіляр). У результаті дифракція матиме місце лише на тих площинах, орієнтування яких задовольняє закон Вульфа-Брегга. Для реєстрації кутів циліндрова плівка, розміщена навколо зразка. Ці кути (рисунок 1.3.3) у поєднанні з відомим значенням довжини хвилі дозволяють безпосередньо обчислити міжплощинні відстані.

Аналіз рентгенограм дає можливість скласти перелік спостережуваних (або відсутніх) ліній на рентгенограмах. Шляхом відповідної перевірки можна показати, що на рентгенограмах кубічних кристалів присутні лише ті лінії, для яких значення суми квадратів індексів збігаються з наведеними у таблиці 1.3.1.



Рисунок - 1.3.3 - Рентгенограми: а - міді; б - вольфраму; в - цинку



Рисунок 1.3.4 - Схеми рентгенограм речовин з різними гратками:

1 - примітивна кубічна; 2 - ОЦК; 3 - ГЦК; 4 - структура алмазу

Перевага таблиці 1.3.1 полягає у тому, що вона дозволяє ідентифікувати гратки Браве кубічних кристалів.

Послідовність ліній служить характеристикою даних граток, своєрідних дактилоскопічних.
Таблиця 1.3.1 - Дифракційні лінії кубічних кристалів


Дифракційна

лінія dhkl





Значення (h2 + k2 + ℓ2) граток

Примітивної*

Об'емно-центрованої**

Гране-центрованої***

100

1

-

-

110

2

2

-

111

3

-

3

200

4

4

4

210

5

-

-

211

6

6

-

220

8

8

8

221

9

-

-

310

10

10

.

311

11

-

11

222

12

12

12

*Сума квадратів індексів утворює ряд натуральних чисел, в

якому, проте відсутні 7, 15 і 23, тому що ці числа

не відповідають жодному з можливих поєднань індексів.

** Відсутні лінії з непарною сумою квадратів індексів.

*** Відсутні лінії із змішаними парними і непарними

індексами



2 Практична частина
2.1 Завдання

На зображеній фрактограмі осі трактора (рис. 2.1.1), яка працює на скручування, твердість НRС 50, дати оцінку характеру руйнування. Запропонувати методи дослідження якості матеріалу і визначити можливу причину руйнування; дати рекомендації з усунення даного руйнування.



Рисунок 2.1.1
2.2 Аналіз руйнування і пропозиції з усунення даного пошкодження в майбутньому

По зламу даної деталі чітко бачимо дві основні зони – зовнішній зміцнений шар з мілких зерен і м'якша серцевина, що говорить про те, що деталь піддавалася термічній обробці. Характер руйнування дозволяє укласти, що поверхня деталі піддавалася гартуванню СВЧ. Шевронний рисунок поверхневого шару дозволяє визначити осередок руйнування. Розвиток тріщини від осередку руйнування йде по двох напрямах. Зона злому розміщена в центральній частині деталі. Враховуючи відносно високу твердість і узор зламу, можна з упевненістю сказати, що це втомне крихке руйнування.

Причиною руйнування, швидше за все, став удар, де і розміщений осередок (можливо через неправильну експлуатацію виробу) в місці осередку руйнування (у верхній частині зображення), про який свідчить ряд характерних шевронних узорів.

Для збільшення терміну служби осі трактора і запобігання надалі такому самому руйнуванню можна запропонувати такі рішення:

- зменшення твердості осі трактора до твердості пружини (44-46 НRС). Якщо зменшення твердості неприпустиме за технологією виробу, тоді загальний гарт виробити на твердість 44-46 НRС, а робочі частини загартувати методом СВЧ на твердість 50 НRС;

- використовувати іншу марку сталі. Найбільш придатна ресорно-пружинна сталь 65Г, або її замінники: 60С2ХФА, 60С2;

- обов'язково провести рентгенівську дефектоскопію для виявлення тріщин після термічної обробки і рихтування.
Список літератури
1. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. 3-е изд. -М.: Металлургия, 1984.

2. Лахтин Ю.М. Основы металловедения. -М.: Металлургия, 1988.

3. Ван Флек Л. Теоретическое и прикладное материаловедение. -М.: Атомиздат, 1975.

4. Раб В.Н., Пчелинцев В.А. Методические указания к практической работе „Исследование поверхности изломов" по курсу „Методы анализа и контроля металлов и сплавов. -Сумы.: Изд-во СумГУ, 2000.

5. ГОСТ 10243-62.

6. Конспект лекций.



СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Методы испытания, контроля и исследования машиностроительных материалов: Справочное пособие /Под общ. ред. А.Т.Туманова. -М.: Машиностроение, 1971. -Т.1 -552 с.

2. Когут Н.Я. Трещиностойкость конструкционных материалов. -Львов: Вища школа, 1986. -160 с.

3. Вишняков Я. Д. Современные методы исследований структуры деформированных кристаллов. -М.: Металлургия, 1975. -480 с.

4. Боровский И.Б., Водовалов Ф.Ф. и др. Локальные методы анализа материалов. -М.: Металлургия, 1973. -296 с.

5. Методические указания по оформлению текстовых документов (курсовых и дипломных проектов) /Сост. Ю.В.Хмельницкий. -Сумы: Изд-во СумГУ, 1997. -42 с.

6. Пчелинцев В.А., Раб В.Н. Повреждаемость основных деталей и узлов машин. -Сумы: Изд-во СумГУ, 2008.-136 с.

7. Герасимова Л.П., Ежов А.А., Маресов М.И. Изломы конструкционных сталей. -М.: Металлургия, 1987. -272 с.

8. Броек Д. Основы механики разрушения /Пер. с англ. -М.: Высшая школа, 1980.-368с.

9. Балтер М.А., Любченко А.П. и др. Фрактография - средство диагностики. -М.: Машиностроение, 1987. -272 с.

10. Коцаньда С. Усталостное разрушение металлов /Пер. с польск. -М.: Металлургия, 1976. -456 с.

11. Иванова В.С., Шанявский А.А. Количественная фрактография. Усталостное разрушение. -Челябинск: Металлургия, 1988. -400 с.

12. Степанов М.Н., Гиацинтов Е.В. Усталость легких конструкционных сплавов. -М.: Машиностроение, 1973. -320 с.

13. ГОСТ 2.109-73. ЕСКД. Основные требования к чертежам.

14. ГОСТ 26645-85. Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку.

15. ГОСТ 7505-89. Поковки стальные штампованные. Допуски, припуски и кузнечные напуски.

16. ГОСТ 7062-90. Поковки из углеродистой и легированной стали, изготовленные ковкой на прессах. Припуски и допуски.

17. ГОСТ 7829-70. Поковки из углеродистой и легированной стали, изготовленные ковкой на молотах. Припуски и допуски.

18. ГОСТ 8479-70. Поковки из конструкционной углеродистой и легированной стали. Общие технические условия.

19. ГОСТ 25054-81. Поковки из коррозионностойких сталей и сплавов. Общие технические условия.

20. ГОСТ 10243-75. Сталь. Метод испытания и оценки макроструктуры. (Альбом).

21. ГОСТ 22838-77. Сплавы жаропрочные. Методы определения неметаллических включений.

22. ГОСТ 1778-70. Сталь. Металлографические неметаллических включений.

23. ГОСТ 5639-82. Стали и сплавы. Метод выявления и определения величины зерна.

24. ГОСТ 19265-73. Прутки и полосы из быстрорежущей стали. Технические условия.

25. ГОСТ 3242-79. Соединения сварные. Методы контроля качества.

26. ГОСТ 14782-86. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые. Методы определения

27. ГОСТ 7512-82. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический метод.

28. ГОСТ 6996-66. Сварные соединения. Методы определения механических свойств.

29. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытания на растяжение.

30. ГОСТ 9454-78. Металлы. Методы испытания на ударный изгиб пониженной, контактной и повышенных температурах.

31. ГОСТ 25502-79. Расчеты испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы испытания на усталость.

32. Фрактография и атлас фрактограмм: Справочник. Пер. с анг.Е.А.Шура /Под редакцией М.Л.Бернштейна. -М.: Металлургия, 1982. -488 с.

33. Металловедение и термическая обработка стали: Справочник /Под ред. М.Л.Берштейна и А.Г.Рахштадта. -М.: Металлургиздат, 1961. -747 с.

34. Проников А.С. Надежность машин. –М.: Машиностроение, 1978. -592 с.

Навчальне видання

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ,

ЗАВДАННЯ І ПРИКЛАДИ

ДО ВИКОНАННЯ КУРСОВОЇ РОБОТИ

З КУРСУ "МЕТОДИ СТРУКТУРНОГО АНАЛІЗУ

МАТЕРІАЛІВ"


для студентів спеціальності

7.090101 «Прикладне матеріалознавство»

усіх форм навчання

Відповідальний за випуск В.І.Сігова


Редактор П.М. Єфіменко
Комп’ютерне верстання В.Д.Вінницької

Підписано до друку 8.01.2009.

Формат 60х84/16. Папір офс. Гарнітура Times New Roman Cur.

Друк офс.

Ум. друк. арк. 3,02. Обл.-вид.арк. 2,34.

Тираж 75 пр.

Зам. №
Видавництво СумГУ при Сумському державному університеті

40007, Суми, вул. Р.-Корсакова, 2

Свідоцтво про внесення суб'єкта видавничої діяльності до Державного

реєстру ДК № 3062 від 17.12.2007.

Надруковано у друкарні СумДУ

4


0007, Суми, вул. Р.-Корсакова, 2.



Поділіться з Вашими друзьями:


База даних захищена авторським правом ©wishenko.org 2017
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка