Лабораторная работа 1 Определение среднего размера зерна Томск – 2013
2 2 Рекомендуемая литература 1. Чернявский К.С. Стереология в металловедении. – М.: Металлургия, 1977.- 208 с. 2. Гольдштейн М.И., Фарбер Б.М. Дисперсионное упрочнение стали. - М.: Металлургия, 1979. -208 с. 3. ГОСТ 21073.1-75 4. ГОСТ 21073.2-75 5. ГОСТ 21073.3-75 6. ГОСТ 21073.4-75
3 3 Цель работы Ознакомление с методами определения среднего размера зерна. Определение среднего размера зерна различными методами.
4 4 Задачи работы Ознакомиться с методами определения среднего размера зерна; Определить средний размер зерна различными методами. Вид отчетности: Сдать реферат и отчет на тему: Определение среднего размера зерна
5 5 Поликристаллические материалы D 1) <D> – средний размер зерна 2) Среднеквадратичное отклонение Количественные характеристики 3) Максимальный и минимальный размер зерен
6 6 Зернограничное упрочнение металлов и сплавов Зависимость предела текучести Т материала от размера зерна D описывается хорошо известным уравнением Холла — Петча: Напряжение i можно представить себе как предел текучести монокристалла данного материала (отсутствие сопротивления со стороны границ зерен), так как при d = Т = i. Следовательно, собственно зернограничное упрочнение, т.е. повышение прочности за счет границ зерен в материале, являющихся барьерами распространения течения, будет характеризоваться величиной Коэффициент k y характеризует материал, и его значения равны тангенсу угла наклона прямых на графике, описывающем зависимость Т от D -1/2. Теоретически значения ky могут быть оценены в зависимости от принятой дислокационной модели влияния границ зерен на предел текучести. К примеру, для углеродистых и низколегированных сталей значения коэффициента k y в уравнении Холла - Петча практически одинаковы и могут быть приняты в пределах 1,8—2,3 кгс/мм 3/2.
7 7 ГОСТы, регламентирующие методики определения средней величины зерна 1) Метод сравнения с контрольной шкалой (ГОСТ 21073.1-75); 2) Метод подсчета зерен (ГОСТ 21073.2-75); 3) Метод подсчета пересечений зерен (ГОСТ 21073.3-75); 4) Планиметрический метод (ГОСТ 21073.4-75).
8 8 Метод сравнения с контрольной шкалой (ГОСТ 21073.1-75) Метод применяется для массового определения величины зерна в условиях производства. Определение величины зерна производят сравнением изображения структуры материала с микроструктурами шаблона.
9 9 Метод подсчета зерен (ГОСТ 21073.2-75) Метод применяется для количественных характеристик величины зерна при исследовательских или опытных работах. Проведение испытаний На изображении структуры шлифа выбирают место с хорошо выявленными границами зерен. Наносят контур контрольной площади подсчета зерен в виде круга или прямоугольника. Величину зерна определяют подсчетом числа зерен n 1, целиком находящихся внутри контура контрольной площади подсчета, и n 2, рассекаемых контуром контрольной площади подсчета, исключая зерна, находящиеся на углах контура контрольной площади подсчета
10 За результат испытаний принимают следующие величины: среднее число зерен m, находящихся на 1 мм 2 площади шлифа S k ; среднюю площадь сечения зерна а, мм 2. Расчет производят по формулам: при контрольной площади подсчета в виде квадрата или прямоугольника:
11 11 Метод подсчета пересечений зерен (ГОСТ 21073.3-75) Метод применяется для количественных характеристик величины зерна при исследовательских или опытных работах. Определение величины зерна производят при таком увеличении, чтобы в поле зрения находилось целиком 80…200 зерен. Для измерений применяют секущие линии в виде двух непараллельных прямых или окружности. Прямая секущая должна пересечь не менее 10 зерен; окружность – не менее 20 зерен. Определение величины зерна производят подсчетом границ зерен N, пересеченных секущими длиной L. Расчет средней величины зерна D производят по формуле: D = L / N.
12 12 Метод подсчета пересечений зерен (ГОСТ 21073.3-75) L L D = L / N
13 13 Планиметрический метод (ГОСТ 21073.4-75) Метод применяется в случае, требующем повышенной точности измерений. Определение величины зерна производят при таком увеличении, чтобы в поле зрения находилось целиком 80…200 зерен. Определение величины зерна проводят планиметрированием площади S, составленной из целых зерен, и подсчета числа этих зерен n. За результат испытаний принимают следующие величины: 1) среднюю площадь сечения зерна а, мм 2 ; 2) среднее число зерен m, находящихся на 1 мм 2 площади шлифа;
14 14 Планиметрический метод (ГОСТ 21073.4-75) Расчет производят по формулам: Средний диаметр зерна определяют по формуле: Планиметрирование площади S, составленной из целых зерен, осуществляют специальными приборами либо вручную, применяя линейный, сеточный или весовой методы.
15 15 Контрольные вопросы 1. Физическая суть зернограничного упрочнения металлов и сплавов. 2. В чем заключается метод сравнения с контрольной шкалой. 3. Дать понятие методу подсчета зерен. 4. Пояснить суть метода подсчета пересечений зерен. 5. Пояснить суть планиметрического метод определения размера зерен. 6. Планиметрирование площади S линейным методом. 7. Планиметрирование площади S сеточным методом. 8. Планиметрирование площади S весовым методом.
16 16 Практическая работа 1) Двумя из трех представленных способов определить средний ( D ), максимальный ( D ( max) ) и минимальный ( D ( min) ) размер зерен. Полученные значения занести в таблицу. 1 3 <D>=L/N L <D>=(S/N) 1/2 D i 2
17 17 Практическая работа Способ 1: – произвести не менее 100 измерений размера зерен; Способ 2 : S – площадь картинки; N – количество зерен на картинке; Способ 3 : произвести подсчет границ зерен N, пересеченных секущими длиной L; расстояние между секущими 10 мм. 2) Используя соотношение Холла-Петча вида, осуществить оценки величины з для трех случаев, использовав полученные значения D, D min и D max. Принять k y = 2 кгс/мм 3/2. 3) Рассчитать величины: з ( D) / з ( D min ) и з ( D) / з ( D max ) Представить отчет в виде: 1) рисунков соответственно схеме, с указанием способа определения размера реального зерна; 2) гистограмм размера зерен; 3) таблицы полученных результатов Способ 1 Способ 2 D, мкм , мкм D min, мкм D max, мкм D, мкм , мкм D min, мкм D max, мкм
18 18 Практическая работа 10 мкм Вариант 1
19 19 Практическая работа 10 мкм Вариант 2
20 20 Практическая работа 10 мкм Вариант 3
21 21 Практическая работа 10 мкм Вариант 4
22 22 Практическая работа 10 мкм Вариант 5
23 23 Практическая работа 10 мкм Вариант 6
24 24 Практическая работа Вариант 7 2 мкм
25 25 Практическая работа Вариант 8 10 мкм
26 26 Практическая работа Вариант 9 10 мкм
27 27 Практическая работа Вариант 10 10 мкм
10 мкм 28 28 Практическая работа Вариант 11
29 29 Практическая работа Вариант 12 3 мкм
30 30 Практическая работа Вариант 13
31 31 Практическая работа Вариант 14 2 мкм
32 32 Практическая работа Вариант 15 2 мкм
