« Методология и приборы экспериментальных исследований в машиностроении

«Методология и приборы
экспериментальных исследований в
машиностроении»
к.т.н. Коростелева Елена Николаевна
Составляющие машиностроительного комплекса:
Материально-техническая – материалы, оборудование, приборы,
станки, аппараты, машины, механизмы и т.д.
Технологическая – различные способы обработки материалов
(механические, динамические, ударно-волновые, электроннолучевые, ионно-плазменные, ультразвуковые, газоразрядные и
т.д., а также технологии конструирования различных узлов
оборудования, конструкций, машин, механизмов, комплексов и
т.д.
Все эти составляющие являются предметом или объектом
экспериментальных исследований в машиностроении, и от их
категории зависит характер исследований, комбинация
экспериментальных методик.
Процесс экспериментального исследования предполагает ответ на вопросы:
Что это? Из чего состоит? Как функционирует? Какие свойства? Где
может применяться?
Методики экспериментальных исследований делятся на две качественных
группы:
I группа – отвечает на вопросы Что это? Из чего состоит?
- одним из основных методов экспериментальных исследований в
машиностроении являются структурные исследования, где исследуются
строение материала, определяются параметры его структуры, элементный и
фазовый состав.
II группа – отвечает на вопросы Как функционирует? Какие свойства? Где
может применяться?
К ним относятся все механические испытания, триботехнические, электрофизические, физико-химические и т.п.
В соответствии с требуемой методикой исследований используется
определенное
(конкретное)
оборудование
и
приборы,
зачастую
нестандартные и уникальные.
Структурные исследования
- дают возможность выявить строение и превращения, протекающие в
материалах и изменяющие их строение, химический, фазовый состав, дать
качественную и количественную оценку (размер структурных
составляющих, их объемную долю, стехиометрический состав и т.д.
а — методы структурные, использование которых позволяет
непосредственно наблюдать или определять строение материалов
б — методы, основанные на существовании связи между строением и
свойствами материалов.
Макроскопический анализ (макроанализ) заключается в определении
строения материала (макростроения) невооруженным глазом или через лупу
при небольших увеличениях (до 30 раз).
макрошлиф
темплет
Методом макроанализа определяют:
вид излома — вязкий, хрупкий, нафталинистый (в стали), камневидный (в
стали) и т. д.;
нарушения сплошности материала — усадочная рыхлость, пористость,
расслоение, свищи, подкорковые пузыри, межкристаллитные трещины и
возникшие при обработке давлением и термической обработке, флокены в
стали, дефекты сварки (непровары, газовые пузыри и др.);
дендритное строение, зону транскристаллизации в литом металле;
химическую неоднородность литого металла (ликвацию) и присутствие в
нем грубых включений;
волокнистую структуру деформированного металла;
структурную и химическую неоднородность металла, созданную
термической, термомеханической или химико-термической обработкой.
Макроанализ излома металла
Излом может быть разным по форме, виду и способности к отражению света,
различаться в зависимости от состава металла, его строения, отдельных дефектов,
условий обработки и напряженного состояния, при котором произошло разрушение
образца (детали). Анализ излома позволяет установить многие особенности строения
материалов, а в ряде случаев и причины хрупкого или вязкого разрушения.
Область материаловедения,
называется фрактографией.
изучающая
по
изломам
механизмы
разрушения
Наиболее часто наблюдаемые характеристики излома сплавов:
- ровный, блестящий - характерен для хрупкого состояния, когда разрушение в
условиях растяжения или изгиба (ударного) произошло без видимой пластической
деформации;
- выступами или чашечкой - для вязкого состояния.
Излом, происходящий при кручении, наоборот, ровный и перпендикулярен оси образца
у вязкого металла и сложной формы (по винтовой линии) у хрупкого.
Анализ строения излома более полно характеризует поведение металла
при разрушении.
По этому признаку различают изломы:
кристаллический (блестящий с фасетками) — наблюдается при хрупком
разрушении сталей пониженной вязкости (в том числе закаленных со
значительным перегревом) и сталей, испытанных ниже порога
хладноломкости;
матовый или волокнистый (зерна в этом случае не видны) –
наблюдается при вязком разрушении, которому предшествовала
значительная пластическая деформация;
смешанный (кристаллический в одних участках и волокнистый в других) –
характерен, например, для стали, разрушенной в переходном
температурном интервале между верхним и нижним порогами
хладноломкости или для стали не полностью прокаленной.
Смешанный излом наблюдается также при усталостном разрушении.
При использовании данной методики достаточно невооруженного осмотра
или лупы с небольшим (х10-20) увеличением. Изломы не требуют какойлибо специальной химической и механической обработки.
метод
Приборы,
инструменты
Дополнительные методики и
материалы
Объект
исследования
Определяемые
физические
параметры
I. Структурные исследования
Макроанализ
Невооруженный
глаз, лупа с 10-30кратным
увеличением,
профилограф.
А. Использование среза
или излома;
Отливки и
поковки
сплавов,
Б. Приготовление
спеченные
макрошлифов, химическое заготовки,
травление, реактивы, метод сварные швы,
отпечатка (использование
детали с
фотобумаги)
наплавкой и
припоем
Макроструктура:
несплошности,
поры, крупные
включения и
неоднородности,
трещины,
фрактография,
характер ковки,
прокатки и
экструзии (все
видимые
невооруженным
глазом
структурные
составляющие
объекта
исследования).
Основная литература
1. Геллер, Юлий Александрович. Материаловедение: Методы анализа,
лабораторные работы и задачи: Учебное пособие / Ю. А. Геллер, А. Г. Рахштадт.—
5-е изд., перераб. и доп.—М.: Металлургия, 1983.—384 с.
2. Геллер, Юлий Александрович. Материаловедение: Методы анализа,
лабораторные работы и задачи: Учебное пособие / Ю. А. Геллер, А. Г. Рахштадт.—
6-е изд., перераб. и доп.—М.: Металлургия, 1989.—456 с.—ISBN 5-229-00228-X.
3. Золоторевский, Вадим Семенович. Механические испытания и свойства
металлов: Учебное пособие / В. С. Золоторевский; Под ред. И. И. Новикова.—М.:
Металлургия, 1974.—304 с.:
4. Золоторевский, Вадим Семенович. Механические свойства металлов: учебник
для вузов / В. С. Золоторевский.—3-е изд., перераб. и доп.—М.: МИСиС, 1998.—
400 с.—ISBN 5876230170.