МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ДИЗАЙНА И ТЕХНОЛОГИЙ
КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Лабораторный практикум
По дисциплине «Материаловедение»
МОСКВА
МГУДТ
УДК 620.22
Куратор РИС Зайцев А.Н., доц., к.т.н.
Работа рассмотрена на заседании кафедры «Технология машиностроения» и рекомендована к печати
Зав. кафедрой Прокопенко А.К., проф., д.т.н.
Авторы Прокопенко А.К., проф., д.т.н.
Корнеев А.А., доц., к.т.н.
Лабораторный практикум по дисциплине «Материаловедение»
Введение
Дисциплина «Материаловедение» - наука, изучающая состав, строение и свойства материалов, а также их изменение при внешних физико-химических воздействиях.
Целями освоения учебной дисциплины «Материаловедение» являются:
- сформировать у студентов представления о типах и свойствах конструкционных материалов, применяемых в машиностроении, видах фазовых превращений в них, физических сущностях явлений, происходящих в конструкционных материалах в условиях производства и эксплуатации;
-обучить выбору материалов и получения заданных структур и свойств металлических и неметаллических материалов для конкретных условий эксплуатации
- сформировать навыки использования приборов для контроля качества материалов в конкретных условий эксплуатации, определения их пригодности к дальнейшей работе во время эксплуатации.
Настоящий лабораторный практикум необходим для расширения и закрепления теоретического материала, получаемого студентами на лекционных занятиях.
Практикум включает в себя 9 лабораторных работ, составленных по единому плану, с формой отчета и вопросами к зачету. Содержание лабораторных работ полностью соответствует рабочей программе курса «Материаловедение» и освящает основные разделы дисциплины.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Цель работы: ознакомиться с методикой проведения термического анализа металлов и их сплавов.
Краткие теоретические сведения
Переход металлов и сплавов из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллов называется кристаллизацией. Процесс перехода из жидкого состояния в твердое характеризуется кривой охлаждения - графическим изображением изменения температуры металла или сплава от времени охлаждения. Кривая охлаждения получается экспериментальным путем в при помощи термического анализа.
Рисунок 1.1 - Установка для термоанализа
1 – печь; 2 – расплавленный сплав; 3 – тигель; 4 – горячий спай;
5 – термопара; 6 – колпачок; 7 – холодный спай;
8 – регистрирующий прибор.
Для проведения термического анализа испытуемый металл или сплав помещают в тигель и доводят до плавления (рисунок 1.1). После этого его медленно охлаждают с постоянной скоростью и через равные промежутки времени замеряют его температуру. Для измерения высоких значений температур обычно используют термоэлектрические пирометры. Термоэлектрические пирометры состоят из термопары и регистрирующего устройства (милливольтметра, потенциометра).
Термопара состоит из двух проволочек разных металлов или сплавов и обладает тем свойством, что если соединить (сварить) одни концы проволок, а другие присоединить к гальванометру, то при нагреве спая возникает электродвижущая сила, вызывающая отклонения стрелки гальванометра. Величина электродвижущей силы зависит от состава материала термопары и температуры замкнутых концов цепи. Результирующая ЭДС тем больше, чем больше разность температур горячего и холодного спая. При постоянной температуре одного из концов, выведенных к измерительному прибору (называемого холодным спаем), результирующая ЭДС определяется температурой второго конца (горячего спая), который вводится в расплавленный металл.
В качестве термопары применяют следующие сочетания металлов: платинородий (10% Rh) - платина (ПП 1); платинородий (30% Rh) - платинородий (6 % Rh) (ДР30/6), хромельалюмель (ХА); хромель-копель(ХК) (таблица 1.1).
Таблица 1.1 - Химический состав сплавов для термопар
Хромель | Алюмель | Копель | Константан | Платинородий |
Ni - 89,0 % Cr - 9,8 % Fe - 1,0 % Mn - 0,2 % | Ni - 94 % Al - 2 % Si - 1,0 % Fe - 0,5 % Mn - 2,5 % | Ni - 43% Fe - 2% Cu - 65% | Ni - 40 % Cu - 59 % Mn - 1 % | Pt - 90 % Rh - 10 % |
Таблица 1.2 - Область применения термопар
Термопара | Температурный предел, 0С |
Медь- константан Серебро-константан Железо-константан Хромель-алюмель Платина-платинородий |
Горячий спай термопары, защищенный огнеупорным колпачком от соприкосновения с жидким металлом, опускается в металл с таким расчетом, чтобы спай находился в середине объема металла, что позволяет характеризовать его действительную температуру. Холодный спай термопары выводят к измерительным приборам. По показаниям этих приборов - по отдельным замерам температуры через определенные промежутки времени получают графики Т=¦ (t), в координатах «ЭДС – время».
На кривой охлаждения при кристаллизации появляется горизонтальная площадка (остановка в падении температуры), причиной которой является выделение скрытой теплоты кристаллизации при переходе из жидкого в твердое состояние.
Зависимость между ЭДС в мВ и температурой в 0С устанавливают по результатам построения градуировочной кривой, т.е. проводят градуировку термопар.
Градуированную кривую строят по известным температурам плавления (кристаллизации) чистых металлов и соответствующим им значениям ЭДС, определяемым по экспериментальным кривым охлаждения. При измерении температур 100…200 0С для градуировки термопар можно использовать температуру кипения воды.