 |
4. Микроанализ металлических материалов,
|
|
|
|
4. МИКРОАНАЛИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ,
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ ПОСТРОЙКЕ И РЕМОНТЕ СУДОВ
1. Цель работы
1. 1. Ознакомиться с методикой и приборами для проведения микроанализа.
1. 2. Изучить микроструктуру основных конструкционных и специальных материалов СТС.
2. Основные теоретические положения и методические указания
Все материалы, применяемые при изготовлении и ремонте судовых технических средств, можно разделить на конструкционные и специальные. Конструкционные материалы предназначены для изготовления тех деталей, которые воспринимают во время работы значительные внешние силовые нагрузки — коленчатые валы, шатуны, шестерни, плунжеры топливных насосов, поршни компрессоров и т. п. Специальные материалы обеспечивают выполнение тех функций, без которых невозможно реализовать заложенные в устройства принципы — антифрикционные покрытия в подшипниках скольжения, трубки теплообменных аппаратов, элементы электропроводки и др.
Определить принадлежность материала к той или иной группе можно путем изучения строения предварительно протравленного химически активным веществом образца или детали из этого материала:
· невооруженным глазом или при незначительных увеличениях (до 30 раз) — макроанализа;
· при увеличениях свыше 70 раз с помощью оптических и электронных микроскопов — микроанализа (обычно проводится после макроанализа). Наиболее часто для этих исследований применяют оптические микроскопы, имеющие сравнительно простое устройство и дающие увеличение до 2000 раз (рис. 4. 1).
Получаемое при этом изображение называют соответственно макро - или микроструктурой. Анализ микроструктуры основан на визуальной идентификации микроструктурных составляющих — участков изображения, имеющих под микроскопом одинаковый вид (однородные участки, участки с полосами, участки с зернами и пр. ).
|
|
|
Каждый материал имеет свое, отличное от других строение. В его микроструктуре можно всегда выделить одну или несколько микроструктурных составляющих. Среди них важно найти характерную, которая и позволяет идентифицировать исследуемый материал (табл. 4. 1).
Таблица 4. 1
Микроструктурные составляющие наиболее распространенных материалов
в судостроении и судоремонте
| Название | Микроструктурные составляющие | Влияние на свойства материала |
| Сталь углеродистая конструкционная (до 0, 7 % С) | Феррит (Ф) – светлые зерна неправильной формы Перлит (П) – темные зерна неправильной формы; при больших увеличениях становятся светлее | Увеличение площади, занимаемой П, приводит к повышению прочностных характеристик и снижению показателей пластичности. Влияние Ф — противоположно. |
| Чугун со структурно свободным углеродом (графитом) | Феррит (Ф) – основа Перлит (П) – основа Графит (Г) – темные (практически черные) включения различной формы. Возможные сочетания: Ф+Г; П+Г; Ф+П+Г | Основная функция графита — твердая смазка в трибосопряжениях. Г пластинчатой формы – серый чугун; Г хлопьевидной формы – ковкий чугун; Г глобулярной (шаровидной) формы - высокопрочный чугун. Роль Ф и П описана выше. |
| Свинцовистая бронза Бр. С30 | Сu – основа, зерна красного цвета Pb – темные включения небольших размеров | Образует одну из трибоповерхностей подшипника Являясь мягкой составляющей, вырабатывается и образует " карманы" для смазки |
Продолжение табл. 4. 1
| Баббит Б83 | Темное поле – основа (твердый раствор сурьмы и меди в олове) SnSb – светлые крупные кристаллы прямоугольной или треугольной формы Cu3Sn – светлые мелкие кристаллы в виде звездочек или удлиненных игл | Являясь самой мягкой составляющей, она вырабатывается в первую очередь и образует каналы, улучшающие смазку подшипника Самая твердая из составляющих, на включения этого химсоединения опирается шейка вала Образуя " скелет", препятствуют зональной ликвации кристаллов SnSb | ||
| Медь | Сu – основа, зерна от розового до красного цвета Двойники - параллельные линии в пределах отдельных зерен | В зависимости от назначения, выполняет одну из специальных функций Представляют собой результат скольжения частей зерна при пластической деформации – чем их больше, тем большей деформации подвергся материал | ||
| Примечание: характерные микроструктурные составляющие выделены жирным шрифтом
| ||||
Конструкционные материалы занимают до 95 % массы судна — с учетом размеров его и отдельных деталей это составляет десятки и сотни тонн. Поэтому для их изготовления могут быть использованные лишь материалы на основе химических элементов, наиболее распространенных в земной коре: железа, алюминия, магния, титана. Безусловным приоритетом среди них обладают сплавы на основе железа: стали — содержат до 2, 14 % С; чугуны — 2, 14…6, 67 %С (рис. 4. 2).
На современных морских судах применяются разнообразные специальные материалы — это обуславливает существенно бό льшие различия в строении. Однако наиболее распространены антифрикционные, предназначенные для образования поверхностей трения в подшипниках скольжения и имеющие низкий коэффициент трения.
Баббитом называется гетерофазный сплав на основе олова или свинца, в мягкой основе которого равномерно распределены более твердые включения. Во время работы мягкая составляющая вырабатывается, в результате чего возникают каналы, которые улучшают доставку смазки в зону трения (рис. 4. 2).
Свинцовая бронза также имеет высокие антифрикционные свойства — в ней роль мягкой составляющей играют включения свинца в медную матрицу.
Чугуны тоже довольно часто применяют в парах трения (например, " втулка цилиндра – поршневое кольцо" СДВС), поскольку содержащиеся в нем включения графита выполняют функцию твердой смазки.
3. Приборы и материалы, используемые при выполнении работы
|
|
|
· микроскоп металлографический МИМ-7 (увеличение × 70…1440);
· комплект фотографий микроструктур;
· комплект микрошлифов разных протравленных.
4. Порядок выполнения работы
· во время самоподготовки к выполнению работы заполнить пп. 1 и 2. 2. 1 – 2. 2. 5 протокола лабораторной работы;
· на занятии, перед началом работы, ответить на вопросы билета контроля;
· получить у преподавателя задание;
· уточнить характеристики используемых приборов и инструментов, заполнить данные по п. 3. 2 протокола лабораторной работы;
· рассмотреть в микроскоп установленные микрошлифы, зарисовать их микроструктуру и указать микроструктурные составляющие (см. п. 3. 3);
· определить возможные области использования исследованных материалов в судостроении и судоремонте;
· закончить оформление отчета и представить его преподавателю для защиты и окончательной оценки.
|
|
|
