Методические указания для лабораторных занятий по дисциплине «Металловедение и термическая обработка»


НазваниеМетодические указания для лабораторных занятий по дисциплине «Металловедение и термическая обработка»
страница1/5
Дата публикации20.11.2013
Размер0.64 Mb.
ТипМетодические указания
referatdb.ru > Математика > Методические указания
  1   2   3   4   5


Методические указания



Форма

Ф СО ПГУ 7.18.2/05

Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Кафедра металлургии

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для лабораторных занятий
по дисциплине «Металловедение и термическая обработка»
для студентов специальности 050709 «Металлургия»

Павлодар
УТВЕРЖДАЮ

Декан ФММиТ

Токтаганов Т.Т.

_______________
«___»________200__г.

Составитель: ст. преподаватель Богомолов А.В.

Кафедра металлургии

Утверждено на заседании кафедры «___»________200_г. протокол №___

Заведующий кафедрой _______________ Суюндиков М.М.
Одобрено учебно-методическим советом факультета металлургии, машиностроения и транспорта «____»______ 200_г. протокол № ___
Председатель УМС __________ Ахметов Ж.Е.


СОГЛАСОВАНО:

Нормоконтролер

кафедры ___________Кенбеилова С.Ж. «___»________200__г.

Содержание
Введение 4

  1. Лабораторная работа № 1 5

  2. Лабораторная работа № 2 13

3 Лабораторная работа № 3 18

4 Лабораторная работа № 4 25

Литература 31

Введение
Дисциплина «Металловедение и термическая обработка» является профильной дисциплиной обязательного компонента специализации 050709.02 «Твердая металлургия».

Целью преподавания дисциплины является познание будущими бакалаврами-металлургами природы и свойств металлов, а также методов их упрочнения для наиболее эффективного использования в технике; ознакомление с возможными дефектами металлоизделий и овладение теорией и технологией термической обработки металлов.

Задачами изучения дисциплины являются:

  • Установление зависимости между строением, составом и свойствами металлов.

  • Изучение теории и практики различных способов упрочнения металлов, обеспечивающих высокую надежность и долговечность деталей машин и инструмента.

  • Изучение основных групп металлических материалов, их свойства и области применения.

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать: физическую сущность явлений, происходящих в металлах в

условиях производства и эксплуатации, их взаимосвязь со свойствами, основные свойства металлов и сплавов.

Уметь: в результате анализа условий эксплуатации и различных

напряжений правильно выбрать материал, назначить его термическую, термомеханическую и химико-термическую обработку в целях получения заданных свойств, обеспечивающих высокую надежность и долговечность деталей машин.

Целью лабораторных работ является углубление и закрепление теоретических знаний, полученных на лекциях, проверка отдельных теоретических положений экспериментальным путем. Проведение лабораторных работ способствует изучению и усвоению студентами методов механических испытаний и металлографических исследований металлов и сплавов металлургического производства, режимов термической обработки металлов, а также применяемых при этом приборов и измерительной аппаратуры.

Перед началом лабораторных работ студенты проходят инструктаж по технике безопасности.
^

Методические указания к выполнению лабораторных работ предназначены для студентов всех форм обучения.



Лабораторная работа №1. Изучение металлографического микроскопа
Цель работы

1. Ознакомление с устройством и оптической схемой металлографического микроскопа.

2. Освоение методов выбора оптики, настройки микроскопа, исследования микроструктуры.
Введение

Металлографический микроскоп предназначен для изучения внутреннего строения (структуры) объекта в отраженном свете.

Свойства металлических изделий зависят не только от химического состава материала, но и от его структуры, под которой понимают внутреннее строение, характеризуемое формой, размерами и взаимным расположением кристаллитов разных твердых фаз. Для описания структуры, наблюдаемой под микроскопом, используют термин “структурная составляющая. Это – часть сплава, которая на шлифе имеет характерное и однообразное строение и повторяется во всех частях изучаемого объекта. Структурных составляющих может быть одна или несколько, причем каждая из них может состоять из кристаллитов одной или нескольких фаз. Образование той или иной структурной составляющей зависит как от состава, так и от предыстории материала. При изучении структуры преследуют следующие цели:

а) установить связь между структурой и свойствами изучаемого материала,

б) убедиться в получении структуры, обеспечивающей необходимый уровень свойств,

в) установить предысторию материала для выявления причин, вызвавших формирование той или иной структурной составляющей.
^ 1.1 Схема формирования изображения в микроскопе

На рисунке 1.1 приведена схема формирования изображения структуры образца в световом микроскопе. Его основными элементами являются объектив (ОБ) и окуляр (ОК), которые представляют собой сложную систему линз, осветитель S и конденсор С. Конструкция микроскопа такова, что изучаемый объект размещается перед объективом на расстоянии от одного до двух фокусных расстояний объектива fоб, а свет от источника падает на образец вертикально. Отраженные от поверхности образца световые лучи попадают в объектив и далее в окуляр ОК. Объектив формирует действительное перевернутое и увеличенное изображение на расстоянии, превышающем 2 fок. Окуляр находится на таком расстоянии от объектива, чтобы изображение располагалось на расстоянии, меньшем фокусного расстояния окуляра (fок). Окуляр формирует действительное прямое и увеличенное изображение. Его и наблюдает исследователь. Для создания наилучшего изображения применяют специальные диафрагмы, ограничивающие световые лучи, – апертурную (АДО) и полевую (ПДО).


Рисунок 1.1 – Принципиальная оптическая схема металлографического светового микроскопии
^ 1.2 Разрешающая способность и увеличение микроскопа

Разрешающая способность любой оптической системы – это способность различать две точки, находящиеся на минимальном расстоянии d. Предельное разрешаемое расстояние d для светового микроскопа можно определить из соотношения (1.1):
(1.1)
где λ – длина волны света;

А = nsinα – числовая апертура объектива;

п – коэффициент преломления среды, по которой

распространяется свет от объектива до образца;

α. – половина отверстого угла фронтальной линзы объектива.

Из приведенной формулы можно оценить предельное разрешение светового микроскопа и максимальное полезное увеличение.

Наибольший отверстный угол объектива не превышает 140°. В этом случае максимальная апертура иммерсионного объектива составляет А = 1,52 ∙ 0,94 ≈ 1,43. При использовании синего света с λ=450 нм величина d=0,16 мкм. Применение темно-зеленого света с λ=550 нм позволит получить d=0,20 мкм.

Существование предела разрешения у объектива позволяет ввести понятие предельного или полезного увеличения микроскопа. Полезное увеличение микроскопа Nпол – это такое увеличение, при котором может быть достигнут предел разрешения объектива. По определению
, (1.2)
где dгл – предел разрешения глаза человека. Подставив в (1.2) выражение (1.1) для d и заменив dгл и λ соответствующими числовыми значениями (dгл = 200 мкм, λ = 0,589 мкм при использовании белого света), получим:
(1.3)
Эта формула выведена Аббе и часто выражается в виде:

Применение увеличения N<500A не позволит рассмотреть все детали объекта, так как предел разрешения глаза в этом случае меньше разрешения, обеспечиваемого микроскопом. Увеличение N>1000A не позволяет выявить новые детали объекта, так как разрешающая способность оптики использована полностью. Из формулы (3) следует, что максимальное полезное увеличение микроскопа: , где – максимальная величина числовой апертуры объектива.

В световых микроскопах средой между объективом и фронтальной линзой объектива может быть воздух либо жидкость (иммерсия). Иммерсионные объективы имеют А>1, у остальных А<1.
^ 1.3 Глубина резкости, яркость и контрастность изображения

Кроме величины разрешения качество изображения микроструктуры определяют глубиной резкости, яркостью и контрастностью изображения. Глубина резкости — способность прибора давать сфокусированное изображение выступов и впадин на поверхности объекта одновременно. Контрастность изображения характеризуется отношением разности яркостей объекта и фона к их сумме. Глубина резкости зависит от характеристик используемого объектива (она обратно пропорциональна его апертуре А и прямо пропорциональна фокусному расстоянию fоб) и от раскрытия апертурной диафрагмы. Яркость изображения определяется (помимо конструктивных особенностей микроскопа) интенсивностью светового потока, создаваемого осветителем и раскрытием апертурной диафрагмы. Контрастность изображения зависит (помимо качества подготовки объекта) от раскрытия полевой диафрагмы, от применяемого способа освещения, используемого света и других специальных способов усиления контраста.

Из этого краткого описания следует, что яркость, контрастность и глубина резкости изображения могут регулироваться путем настройки апертурной и полевой диафрагмы и выбором способа освещения. Апертурная диафрагма ограничивает входящий в оптическую систему пучок лучей. Чем больше раскрыта апертурная диафрагма, тем интенсивнее световой поток, падающий на образец, и тем больше яркость изображения. Раскрытие апертурной диафрагмы одновременно уменьшает глубину резкости. Диаметр полевой диафрагмы определяет поле зрения микроскопа, т.е. величину наблюдаемого участка объекта. Закрытие полевой диафрагмы, уменьшая размеры поля зрения, увеличивает контрастность изображения, так как при этом отсекаются рассеянные световые лучи.

В световой микроскопии используют два метода освещения: методы светлого и темного поля. При светлопольном освещении светлые участки изображения формируются лучами, отраженными от поверхности объекта и попавшими в объектив. Темные участки в этом случае соответствуют областям поверхности, которые отражают падающие лучи так, что они не попадают в объектив. При темнопольном освещении контраст на изображении заметно усиливается, так как превращается в противоположный по сравнению со случаем светлопольного освещения: светлые участки оказываются темными, а темные – светлыми. Светлопольное освещение создается при падении светового пучка по нормали к поверхности объекта, темнопольное – путем создания светового пучка, падающего на поверхность объекта по конической поверхности, ось которой совпадает с нормалью к поверхности объекта, а угол при вершине превышает отверстный угол фронтальной линзы объектива. В этом случае световые лучи отражаются в объектив не всеми участками поверхности объекта, а только теми, которые наклонены по отношению к его поверхности; остальные участки будут темными. Поэтому исследование в темное поле не характеризует структуру полностью и является дополнительным методом. Темнопольное изображение применяют при изучении микроструктур, в которых имеются структурные составляющие с различной рассеивающей способностью. Контрастность изображения можно повысить также, используя косое освещение, что достигается смещением апертурной диафрагмы или источника света с оптической оси прибора. Наклонные участки на микрошлифе окажутся более светлыми, а остальная поверхность будет в меньшей степени отражать свет по сравнению со светлопольным освещением. Косое освещение выгодно использовать при изучении рельефных структур.

В ряде случаев объект исследуют в поляризованном свете. Для этого при светлопольном методе освещения в ход падающего пучка вставляют поляризатор, а в ход отраженного – анализатор, плоскость поляризации которого может составлять угол от 0 до 90° с плоскостью поляризации поляризатора. Если на поверхности объекта имеются участки, по-разному поворачивающие плоскость поляризации отраженных лучей, то эти участки будут иметь неодинаковый контраст.
^ 1.4. Выбор оптики, настройка микроскопа и методика исследования микроструктуры

Для выбора оптики (объектива и окуляра) необходимо предварительно определить требуемое полезное увеличение микроскопа Nм = 200 нм/d, где 200 нм – расстояние, разрешаемое глазом человека; d – минимальное разрешаемое расстояние, которое необходимо получить с помощью оптики.

Затем по формуле Аббе находят значение апертуры объектива для верхнего и нижнего пределов полезного увеличения: Nм/1000 ≤А ≤N/500 и выбирают объектив, числовая апертура которого удовлетворяет приведенному неравенству. Наконец, зная увеличение

объектива, находят увеличение окуляра по формуле: Nок= Nм/Nоб. Характеристики некоторых объективов (числитель) и окуляров (знаменатель) приведены ниже:

А

0,17

0,30

0,37

0,65

0,95

1,25

f, мм

23,2/36

13,9/25

8,2/20

8,2/16,7

4,3/12,5

2,8/8,9

N

8/7

14/10

24/12,5

32/15

47/20

70/28

После того как оптика выбрана и установлена на микроскопе, на предметный столик прибора устанавливают микрошлиф, включают осветитель и производят фокусировку изображения. Вслед за этим необходимо произвести настройку осветителя и диафрагмы микроскопа. При настройке микроскопа для работы в светлом поле необходимо:

а) отцентрировать источник света относительно отверстия апертурной диафрагмы. Для этого необходимо добиться, чтобы отверстие полностью открытой диафрагмы было заполнено равномерным световым потоком. Возникающую за счет хроматизма коллекторной линзы цветную каемку следует вывести за пределы отверстия диафрагмы, регулируя положение коллектора;

б) настроить апертурную диафрагму, для чего сначала снять окуляр и, наблюдая за взаимным расположением светового поля объектива и изображения диафрагмы, отцентрировать положение диафрагмы. Затем открыть диафрагму таким образом, чтобы ее изображение занимало 3/4 площади поля объектива;

в) настроить полевую диафрагму, для чего сначала вставить окуляр и отцентрировать положение полностью закрытой диафрагмы. Затем раскрыть диафрагму таким образом, чтобы ее изображение совпало с полем зрения окуляра. Рекомендуется следующая методика изучения микроструктуры. Изготовленный микрошлиф необходимо предварительно изучить при малом увеличении (х70–100) или даже визуально для того, чтобы иметь представление об однородности его структуры; выбрать участки для последующего более детального исследования. Исследование при средних (~х400) и больших (~х800) увеличениях ведут после тщательной настройки осветителя и диафрагм и подбора объектива с необходимой апертурой при светлопольном освещении. В связи с тем, что с возрастанием увеличения уменьшается величина поля зрения, изучение структуры при средних и особенно больших увеличениях необходимо проводить в нескольких полях зрения. Это особенно важно, когда предварительный осмотр образца выявил неоднородность его структуры. Для усиления контраста изображения и выявления деталей структуры используют специальные методы световой микроскопии: косого освещения, темнопольного освещения, поляризованного света и др.

Поскольку ахроматические объективы корригированы только для средних цветов области спектра, при работе в белом свете получают изображение объекта с размытыми и окрашенными по краям контурами. Для гашения всех цветов, в отношении которых объектив некорригирован, применяют желто-зеленый светофильтр. Наибольшую контрастность изображения обеспечивает светофильтр, цвет которого дополняет цвет объекта. Фокусировка микроскопа должна производиться только с тем светофильтром, с которым будет исследоваться структура. Фотографирование микроструктуры ведут как в отдельных полях зрения, так и панорамным способом, когда отдельные поля зрения частично перекрываются. В последнем случае из отдельных снимков можно составить монтаж, характеризующий микроструктуру большого участка образца. Перед фотографированием необходимо проверить равномерность освещения снимаемого поля и точность фокусировки изображения на экране либо в фотокамере.
  1   2   3   4   5

Похожие рефераты:

В. Ю. Стеценко гну «итм нан беларуси», г. Могилев e-mail: itm-nanb@mail ru
Опубликовано в журнале Металловедение и термическая обработка металлов, 2009. №3 С. 42-46
Методические указания по проведению лабораторных работ по дисциплине
Целью лабораторных занятий является закрепление основных теоретических положений курса
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Т еплотехника»
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Техническая термодинамика» составлен к т н., доцентом каф. «Теплоэнергетика»...
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине...
Правила техники безопасности при проведении лабораторных работ в специализированных лабораторных аудиториях
Методические указания для лабораторных работ по дисциплине «Монтаж...
Методические указания для лабораторных работ по дисциплине «Монтаж и эксплуатация технологических машин» для студентов специальности...
Методические указания ф со пгу 18. 2/05 к лабораторным работам
...
Методические указания ф со пгу 18. 2/05 к лабораторным работам
...
Методические указания и задания для подготовки и практических занятий...
Состоит в выполнении и защите 2-ух лабораторных работ №3, 4 на занятиях во время сессии. В ходе самостоятельной работы необходимо...
Методические указания для проведения лабораторных занятий по дисциплине...
Действия над векторами. Линейная зависимость и линейная независимость векторов. Базис пространства. Координаты вектора
Методические указания по проведению лабораторных занятий Для студентов...


Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза