Формируемые компетенции ПК- 3 ОК- 1, 2, 3, 4

Оборудование: образец для испытания

Литература: Черепахин, А.А. Материаловедение [Текст]: учебник для СПО / А.А. Черепахин – 3-е изд-е, стереотипное – М.: Изд-кий центр Академия, 2008.– 256 с.: ил.

Ход работы

1.Организационный момент - подготовиться к проведению лабораторной работы, прочитать теоретическое обоснование данной работы. Определение предельно допустимых напряжений дает сведения о механических свойствах материалов и используется в конструктивных расчетах при проектировании машин и механизмов, строительных конструкций. Многие детали испытывают во время работы усилия на разрыв, например, трубопроводы, сосуды, работающие под давлением, корпус турбины. Возможности материалов этих деталей определяются предельно допустимыми напряжениями.

Формируемые компетенции ПК- 3 ОК- 1, 2, 3, 4 - student2.ru

Рисунок 1 Образец для испытания

1.1.Подготовить образец для испытания. Сечение образца 20-25мм, длина 80мм. Замерить фактическое сечение образца.

2.Контроль и актуализация теоретических знаний студентов. Ответить на вопросы:

2.1.При работе, каких деталей энергетического оборудования возникают нагрузки на растяжение?

2.2.Какими символами обозначают предельно допустимые напряжения при растяжении?

3.Самостоятельная работа студентов – выполнение лабораторной работы с использованием методических указаний согласно заданиям.

4.Подведение итогов работы, обсуждение итогов и оценка работы студента.

Порядок выполнения работы:

Задание № 1Изучить данные методические указания.

Задание № 2 Зарисовать схему испытания (рисунок 1), записать тему работы и задания, начертить таблицу 1.

Задание № 3 Определить допустимые напряжения на разрыв. Взять образец за концы, плотно обхватить, а затем осторожно (без рывка) тянуть его.

Задание № 4 Зарисовать вид образцов до опыта и после опыта.

Задание № 5 Определить напряжения, при которых наступает разрыв образца, заполнить протокол испытаний. Произвести расчет: площадь поперечного сечения образца S=π r²; σ=F/S, предельно допустимое напряжение при растяжении, F- усилие растяжения принять равным 1,5 кг. Сделать выводы о механических свойствах испытанных материалов.Оформить работу в тетради.

Таблица 1Протокол

№ п/п	Материал образца	Размеры поперечного сечения образца, мм	Площадь поперечного сечения образца, кв.см	Сила, приложенная к образцу при растяжении, кг	Предельно допустимое напряжение кГ/кв.см

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Тема: Исследованиеструктуры углеродистых сталей

Цели работы: В результате выполнения данной лабораторной работыстудент должен знать:

-методы измерения параметров и определения свойств материалов;

студент должен уметь:

-определять свойства и классифицировать конструкционные и сырьевые материалы, применяемые в производстве.

Формируемые компетенции ПК- 3 ОК- 1, 2, 3, 4

Ход работы

1.Организационный момент – подготовиться к проведению работы, прочитать данные теоретические сведения, относящиеся к проведению работы. К углеродистым сталям относятся сплавы железа с углеродом с содержаниием углерода от 0,02 до 2,14 % (содержание углерода от 2,14 %. – это чугун). Железо является полиморфным металлом, имеющим разные кристаллические решетки в различных температурных интервалах. При температурах ниже 910 °С, железо существует в ά-модификации, кристаллическое строение которой представляет собой объемно-центрированную кубическую решетку. В интервале температур от 910 °С до 1392 °С существует γ-железо с гранецентрированной кубической решеткой. Углерод является неметаллическим элементом, обладающим полиморфизмом, то есть в природе встречается в виде графита и алмаза. Феррит - твердый раствор внедрения углерода в ά -железе. содержит при нормальной температуре менее 0,006 % углерода. У феррита низкие твердость и прочность, высокие пластичность и ударная вязкость.

Аустенит - твердый раствор углерода в γ -железе, при нормальной температуре в углеродистых сталях в равновесном состоянии не существует.

Формируемые компетенции ПК- 3 ОК- 1, 2, 3, 4 - student2.ru

Рисунок 3.1 фрагмент диаграммы железо-углерод

Цементит - химическое соединение железа с углеродом, карбид железа Fе₃C обладает сложной кристаллической решеткой, содержит 6,67 % углерода. Для цементита характерна высокая твердость и очень низкая пластичность.

Согласно фазовой диаграмме "железо - цементит" углеродистые стали при нормальной температуре состоят из двух фаз: феррита и цементита. Одному проценту углерода соответствует 15 процентов цементита. Исходя из этого массовая доля цементита находится умножением массовой доли углерода, содержащегося в стали, на 15. Стали подразделяются на: доэвтектоидные, эвтектоидную и заэвтектоидные.

Эвтектоидная сталь содержит 0,8 % С и имеет перлитную структуру – эвтектоидная смесь феррита и цементита. Перлит любой углеродистой стали содержит 0,8 % С.

Доэвтектоидные стали содержат от 0,02 до 0,8 % С и имеют ферритно-перлитную структуру. Здесь светлые зерна – это феррит, а темные участки представляют собой перлит, состоящий из пластинок феррита и цементита. Количественное соотношение этих структурных составляющих зависит от массовой доли углерода в стали. Поскольку феррит содержит очень мало углерода (менее 0,006 %), то основным носителем углерода в доэвтектоидной стали является перлит. Поэтому с увеличением в стали количества углерода, доля перлитав структуре увеличивается, а феррита соответственно уменьшается. Изменение структуры влечет за собой изменения механических свойств. Перлит содержит 88 % ферритной фазы и 12 % цементитной и поэтому обладает большей твердостью и прочностью. Заэвтектоидные стали содержат углерода от 0,8 до 2,14 % и имеют структуру, которая состоит из перлита и цементита (рисунок 3.2 в).

Формируемые компетенции ПК- 3 ОК- 1, 2, 3, 4 - student2.ru

Рисунок 3.2 Структуры сталей

Определение массовой доли углерода производится по соотношению их массовых долей, т.е. по соотношению занимаемых ими площадей. В доэвтектоидных сталях массовая доля углерода определяется по формуле: Формируемые компетенции ПК- 3 ОК- 1, 2, 3, 4 - student2.ru , где F_n–площадь, занимаемая перлитом, %; 0,8 – % С в перлите, рассчитав долю углерода заданной доэвтектоидной стали по формуле, можно по таблицам 3.1, 3.2, 3.3 определить марку этой стали. Каждой марке углеродистой стали соответствуют определенное содержание углерода.

По назначению и качеству углеродистые стали классифицируются следующим образом:

Стали конструкционные углеродистые обыкновенного качества маркируются Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп и т.д. до Cт; "кп" - означает, что сталь кипящая, полностью нераскисленная (раскисляют только ферромарганцем); "сп" – сталь спокойная, получаемая полным раскисленнем (раскисляют ферромарганцем, ферросилицием и алюминием); "пс" – сталь полуспокойная.

Стали конструкционные углеродистые качественные маркируются двузначными цифрами, обозначающими среднюю массовую долю углерода в стали в сотых долях процента. Например, сталь 30 – углеродистая конструкционная качественная сталь со средней массовой долей углерода 0,3 %. Качественные конструкционные углеродистые стали широко применяются во всех отраслях машиностроения. Стали (08, 10, 15, 20, 25) обладают высокой пластичностью, но низкой прочностью. Стали 08, 10 используют для изготовления деталей холодной штамповкой и высадкой (трубки, колпачки и т.п.). Стали 15, 20, 25 применяют для цементируемых и цианируемых деталей (втулки, валики, пальцы п т.и.). Низкоуглеродистые качественные стали используют и для ответственных сварных конструкций. Среднеуглеродистые стали (30, 35, 40, 45, 50) применяются для изготовления деталей повышенной прочности (распределительных валов, шпинделей, штоков, плунжеров, осей, зубчатых колес и т.п.). Высокоуглеродистые стали (55, 60) обладают более высокий прочностью, износостойкостью и упругими свойствами; применяются для деталей работающих в условиях трения, из этих сталей изготавливают прокатные валки, шпиндели, диски сцепления.

Стали углеродистые инструментальные качественные и высококачественные маркируются буквой У и следующей за ней цифрой, показывающей среднюю массовую долю углерода в десятых долях процента. Например, сталь У10 – инструментальная углеродистая качественная сталь со средней массовой долей углерода 1 %. Фрезы, зенкеры, сверла, ножовки, напильники изготавливают из заэвтектоидных сталей (У10, У11, У12, У13). Деревообрабатывающий инструмент, зубила, отвертки, топоры и т. п. из сталей У7 и У8.

2.Контроль и актуализация теоретических знаний студентов. Ответить на вопросы:

1. Что такое сталь?

2. Чем отличается перлит от аустенита?

3. Как маркируются конструкционные и инструментальные углеродистые стали?

4. Как определить Fп?

4.Подведение итогов работы, обсуждение итогов и оценка работы студента.

Порядок выполнения работы:

Задание № 1Изучить данные методические указания.

Формируемые компетенции ПК- 3 ОК- 1, 2, 3, 4 - student2.ru Задание № 2 По таблице 3.4 выбрать свой вариант задания. Зарисовать микроструктуру стали по своему варианту, приблизительно определить на своем образце площадь Fп, занимаемую перлитом (темные участки на микроструктуре) и рассчитать примерное процентное содержание углерода своего образца по формуле:

F_n–площадь, занимаемая перлитом, %; 0,8 – % С в перлите.

Задание № 3 По таблицам 3.1, 3.2, 3.3 определить марку стали своего образца по рассчитанному содержанию углерода. Записать марку в тетрадь и описать применяемость данной стали в машиностроении. Оформить работу в тетради.

Таблица 3.1 Химический состав углеродистых конструкционных сталей обыкновенного качества

Марка стали	Массовая доля элементов, %
C	Mn	Si
Ст0 Ст1кп Ст1пс Ст1сп Ст2кп	< 0,23 0,06 – 0,12 0,06 – 0,12 0,06 – 0,12 0,09 – 0,15	– 0,25 – 0,50 0,25 – 0,50 0,25 – 0,50 0,25 – 0,50	– < 0,05 0,05 – 0,15 0,15 – 0,30 < 0,05

Таблица 3.2 Химсостав углеродистых качественных конструкционных сталей

Марка стали	% содержание
C -углерод	Si -кремний	Mn -марганец
	до 0.07	до 0.01	0.2 - 0.35
	0.17 - 0.24	0.17 - 0.37	0.35 - 0.65
	0.22 - 0.3	0.17 - 0.37	0.5 - 0.8
	0.27 - 0.35	0.17 - 0.37	0.5 - 0.8
	0.32 - 0.4	0.17 - 0.37	0.5 - 0.8
	0.37 - 0.45	0.17 - 0.37	0.5 - 0.8
	0.42 - 0.5	0.17 - 0.37	0.5 - 0.8
	0.47 - 0.55	0.17 - 0.37	0.5 - 0.8
	0.52 - 0.6	0.17 - 0.37	0.5 - 0.8

Таблица 3.3 Химсостав углеродистых инструментальных качественных и высококачественных сталей

Марки стали	Массовая доля элементов, %
C	Si	Mn	S	P
				Не более
У7; У7А У8; У8А У9; У9А У10; У10А У11;	0,65 – 0,74 0,75 – 0,84 0,85 – 0,94 0,95 – 1,04 1,05 – 1,14 1,15 – 1,24	0,17 – 0,33 0,17 – 0,33 0,17 – 0,33 0,17 – 0,33 0,17 – 0,33 0,17 – 0,33	0,17 – 0,33 0,17 – 0,33 0,17 – 0,33 0,17 – 0,33 0,17 – 0,33 0,17 – 0,33	0,028; 0.018 0,028; 0.018 0,028; 0.018 0,028; 0.018 0,028; 0.018 0,028; 0.018	0,03; 0,03; 0,03; 0,03; 0,03; 0,03;