Различают макроструктуру, микроструктуру, тонкую структуру.

Исследование макроструктуры: Макроанализ: - изучение структуры материалов визуально или с помощью простейших оптических приборов с увеличением до 100 крат. Наиболее доступным при этом является изучение изломов (фрактография). Для металлов и сплавов мелкокристаллический излом соответствует лучшему качеству - более высоким механическим свойствам. На изломах , например, в сталях легко наблюдаются дефекты: крупное зерно, шиферность. грубая волокнистость, трещины, раковины, флокены и т.п., и в ряде случаев глубина проведенной поверхностной обработки изделия. Методика исследования закрепляется ГОСТ, там же приведены фотоэталоны изломов и макродефектов.

Другим способом макроисследования является изучение строения металлических материалов на специальных образцах. После травления специальными растворами шлифованной поверхности образца на ней выявляется кристаллическая структура, волокнистость, дендритное строение, неоднородность металла. Например, травление поперечного среза сварного шва дает возможность выявить места непровара, пузыри, зону термического влияния, трещины и т.п.

Исследование микроструктуры: Микроанализ: производится с помощью оптических микроскопов (полезное увеличение до 100-2000 крат), электронных микроскопов (увеличение до 2000-20000 крат). Исследование производится на зеркальной поверхности шлифа (после соответствующей полировки) или слепка с нее - на электронном микроскопе. Шлифы исследуют до и после травления. Травление металлической поверхности растворами кислот выявляет рельеф границ кристаллов, контуры отдельных элементов структуры. Данные исследований - размер и форма зерен получают количественную и качественную оценку.

d=l/(n sinj) - разрешающая способность микроскопа. (размер наименьшей детали структуры, которую можно рассмотреть): l-длина световой волны, n - показатель преломления, j - отверстный угол микроскопа.

d=200 нм - минимальный размер детали, которую можно разглядеть в оптический микроскоп.

d=0.5 нм -//-//-//- в электронный микроскоп.

Изучение тонкой структуры. Физические методы исследования структуры: Среди них особое место занимают методы радиографии и рентгеновского анализа. Путем просвечивания осуществляется дефектоскопия и контроль ориентации арматуры в композитах. Параметры кристаллических решеток определяются с помощью рентгеновского структурного анализа, основой которого служит соотношение Вульфа-Брегга:

2d sinY = k l,                                        

d - межплосткостное расстояние (параметр решетки), Y - угол падения луча на кристаллографическую плоскость, k=1, 2, 3, 4 ..., l - длина волны рентгеновских лучей.

Рентгеновский анализ определяет качественный и количественный состав сплавов, физическую плотность кристаллов, плотность линейных дефектов в реальном кристалле, позволяет проследить полиморфные превращения в сталях и сплавах и обнаружить глубокие физико-химические процессы

40

Методы определения механических свойств металлов делятся на следующие группы:

· статические, когда нагрузка возрастает медленно и плавно (испытания на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, твердость);

· динамические, когда нагрузка возрастает с большой скоростью (испытания на ударный изгиб);

· циклические, когда нагрузка многократно изменяется (испытание на усталость);

· технологические — для оценки поведения металла при обработке давлением (испытания на изгиб, перегиб, выдавливание).

41

В качестве основополагающей закономерности - качество сталиможно определить зависимостью содержания вредных примесей и неметаллических включений в расплаве, чем меньшее количество вредных примесей и неметаллических включений содержится в стали, тем ее качество выше.

Способы повышения качества стали:

1) Обработка синтетическим шлаком в ковше. Расплавленный шлак специального состава заливается на дно ковша, затем туда выпускается сталь. Более тяжелый жидкий металл опускается на дно, а шлак всплывает, при этом его частички захватывают неметаллические включения и газовые пузырьки. Кроме того, компоненты шлака связывают серу.

2) Вакуумная дегазация в ковше (или при переливании в изложницу, в другой ковш, в промежуточном разливочном устройстве). При понижении давления над расплавом пузырьки газов поднимаются вверх и уносят с собой оксиды и другие неметаллические примеси.

3) Двойной переплав: электрошлаковый, вакуумно-дуговой, плазменно-дуговой и др. В каждом из этих способов слиток постепенно расплавляется, и расплав проходит по капле через жидкую среду (шлак) или вакуум. Сталь очищается от газов и неметаллических включений. Затем металл снова кристаллизуется. Двойному переплаву подвергают только легированные стали, особо высококачественные.

42. УПРОЧНЯЮЩАЯ ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ДЕТАЛЕЙ

Упрочняющую обработку предпринимают для увеличения сопротивления усталости деталей. Методы упрочнения основаны на локальном воздействии инструмента на обрабатываемый материал. При этом возникают многочисленные зоны воздействия на весьма малых участках поверхности, в результате чего создаются очень большие местные давления. Многочисленные контакты с инструментом приводят к упрочнению поверхностного слоя. В поверхностных слоях возникают существенные напряжения сжатия.

Прочность конструкционных материалов повышается благодаря воздействию нагрузок, создающих эффективные препятствия для движения несовершенств кристаллической решетки. При этом создаются структуры с повышенной плотностью закрепленных и равномерно распределенных по объему дислокаций.

Распространено упрочнение нанесением ударов по поверхности заготовки шариками, роликами, различными бойками. При динамическом упрочнении в качестве инструмента используют диск, в котором по окружности в несколько рядов расположены ролики, свободно сидящие на осях. Диск закрепляют на шпинделе металлорежущего станка. При вращении диска ролики наносят по упрочняемой поверхности очень большое количество ударов.

При статическом упрочнении на поверхность заготовки воздействуют вращающимися роликами в процессе обкатывания или раскатывания.

Процесс упрочнения можно выполнять на специальных установках. При ультразвуковом деформационном упрочнении заготовки закрепляют в камерах, содержащих большое количество стальных шариков диаметром 1мм, смачиваемых эмульсией. Камера получает колебания от ультразвукового генератора, и колеблющиеся шарики наносят удары по поверхности заготовки. Шероховатость поверхности после деформационного упрочнения увеличивается.

Распространено дробеструйное динамическое упрочнение. Готовые детали машин подвергают ударному действию потока дроби в специальных камерах, где дробинки с большой скоростью перемещаются под действием потока воздушной струи или центробежной силы. Эффектом поверхностного упрочнения можно управлять, подавая сухую или мокрую дробь. Дробь изготовляют из отбеленного чугуна, стали, алюминия, стекла и других материалов. Исходная шероховатость обрабатываемой поверхности увеличивается.

Этот метод применяют для таких изделий, как рессорные листы, пружины, лопатки турбин, штоки, штампы.

Эффект деформационного упрочнения повышается при использовании импульсных нагрузок, в частности взрывной волны. При упрочении взрывом необходимы энергоноситель и среда, передающая давление на упрочняемую деталь. В качестве энергоносителя используют бризантные взрывчатые вещества, обеспечивающие как поверхностные, так и сквозные упрочнения деталей.

43.Основные принципы выбора материала. Выбор проводят в два этапа. Сначала выбирают ряд материалов, которые удовлетворяют предъявляемым требованиям к заданным физико-механическим, эксплуатационным, технологическим и другим свойствам и внешнему виду изделия. Затем методом технико-экономического анализа, с точки зрения минимальных затрат при производстве и эксплуатации изделия, принимают решение об окончательном выборе материала.
В процесс выбора материала учитывают:
— первичные требования, которые задаются, исходя из основных условий службы изделия (например, требования коррозионной стойкости);
— вторичные требования, которые задаются, исходя из технологических условий изготовления (например, требования к свариваемости).
При выборе материалов учитываются следующие важнейшие критерии:
— физические — структура, механические, оптические (например, цвет), акустические (например, уровень звучания), термические (например, линейное расширение), электрические (например, проводимость), магнитные (например, коэрцитивная сила) и другие свойства;
— технологические — первичное получение заготовок, обработка давлением, резанием, литьем; монтаж, нанесение покрытий и т. п.;
— химические — устойчивость против агрессивных сред (например, кислот), устойчивость против атмосферного влияния и др.;
— биологические — устойчивость по отношению к воздействию живых организмов (плесени, грибов, насекомых);
— связанные с доставкой — возможность доставки, масса, форма и состояние материала;
— экономические — цена, стоимость переработки, транспортные затраты, затраты на обслуживание, дефицитность;
— экологические — безвредность материала для окружающей среды, возможность утилизации отходов технологической обработки.