Indrumar La Studiul Materialelor

Download Indrumar La Studiul Materialelor

Post on 13-Aug-2015

120 views

Category:

Documents

4 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

<p>UNIVERSITATEA TEHNIC A MOLDOVEISTUDIUL $I TEHNOLOGIAMATERIALELORndrumar pentru lucrri de laboratorCHI$INU2006UNIVERSITATEA TEHNIC A MOLDOVEIFacultatea Inginerie yi Management nConstruc(ia de MayiniCatedra Studiul yi Tehnologia MaterialelorSTUDIUL $I TEHNOLOGIAMATERIALELORndrumar pentru lucrri de laboratorCHI$INUU.T.M.2006Prezentalucrareestedestinatstudentilorspecialittilor de inginerie si management 521.8, Inginerie imanagementnconstruciademaini,Inginerieimanagementntransport,Transporturiinternaionale,precumpoatefiutilizatsipentruexecutarealucrrilordelaborator si de studentii de alte specialitti. ndrumarul esteelaborat de profesorii catedrei STM: lucrrile 1-3 si 5-8 dedr.I.Ciofu,lucrarea4dedr.I.Solpan,lucrarea5dedr.P.Postolache, lucrarea 8 de asist.univ. T.Nitulenco.Elaborare:conf.univ., dr. Iurie Ciofu conf.univ., dr. conf.univ., dr. Iurie Solpan Tatiana NitulencoRedactor coordonator:conf. univ., dr. Iurie CiofuRecenzent: conf. univ., dr. Tudor Alcaz U.T.M., 2006Petru PostolacheSTUDIUL $I TEHNOLOGIA MATERIALELORndrumar pentru lucrri de laboratorElaborare: Iurie Ciofu Iurie Solpan Tatiana NitulencoBun de tipar 24.01.06Formatul 60 x 841/16.Hrtie ofset. Tipar ofset. Tirajului 300 ex.Coli de tipar8,0Comanda nr.U.T.M., 2004, Chisinu, bd. Stefan cel Mare si Sfnt, 168Sectia Redactare si Editare a U.T.M.2068, Chisinu, str. Studentilor, 11.Petru Postolache3Lucrarea de laborator nr. 1METODE, TEHNICI $IAPARATE DE ANALIZ ASTRUCTURII MATERIALELORScopullucrrii:cunoastereametodelordeanalizemacroscopic si microscopic a structurii materialelor, studiereaaparatajului utilizat.Utilajeyimateriale:probepentruanalize,chimicale,dispozitive, microscop metalografic.NOTIUNI GENERALEExaminareastructuriimaterialeloryipreparareaprobelor metalograficeSecunoastecstructuramaterialelordeterminpropriettileacestora.Prininfluentafactorilorexteriori(presiunea,temperatura,radiatia)siinteriori(compozitiachimic,graduldepuritates.a.)esteposibilmodificareastructuriimaterialelor,nscopulmbunttiriipropriettilorexistente sau obtinerii unei game de proprietti noi, impuse.Subnotiuneade structur sesubntelegeunansambludeelementedinconstitutiamaterialelorcareposedinterconexiune si care pot fi identificate,si studiate prin metodesi tehnicispeciale.Domeniulstiintificcaresepreocupdestudiereasidescriereastructurii materialelormetalice poart denumirea demetalografie.Epruvetelecaresefolosesclastudiereastructuriimaterialelor si aliajelor se numesc probe metalografice.nfunctiededimensiunileelementelorstructurale,structuramaterialelorsecunoaste,ngeneral,dedoufeluri:macrostructur yi microstructur.4Macrostructuraestestructuramaterialelormetalicecaresecaracterizeazprinelementededimensiunimari,carepotfivzutesistudiatecuochiullibersaucuajutorulunordispozitive,deexemplu,lupe,darcuputereademrirenumaimare de 30 ori.Examinareamacrostructuriipoartdenumireadeanalizamacroscopic. Analizamacroscopicseexecutpesuprafata de rupere sau pe sectiuni speciale. Prin aceast analizsestudiazformasiaranjareaelementelorstructurii,(granule,grunti), orientareafibrelorn piesele prelucrate prin deformareplastic(forjareasimatritarea),calitateambinrilorsudate,structuradendriticnpieseleturnateetc.Lafel sedepisteazsisestudiazdefectelestructuriiincluziuniledegazesubformdeporozitti sigoluri,retasurile,fisurile,incluziuniledezgur, neomogenittile chimice (licvatiile de sulf si de fosfor)s.a..Probapentruanalizamacroscopicsedebiteazdinloculstabilit,suprafatadestudiufiindorientatndirectiarespectivpentruafictmaiexpresivsicorespunztoarecercetrilorncauz.Sepractic,deobicei,debitareaamaimultorprobe,variindloculdebitriisiplanuriledeorientare.Dup debitare, proba se studiaz cu ochiul liber,apoi suprafatadeexaminaresesupuneprelucrriimecanice(frezare,rectificare)simanuale(pilire,slefuire)nscopulobtineriiuneisuprafete plane si netede, care se curt cu un tampon de vat.nastfeldestareprobadejapoatefiexaminatocularsauculupanscopulidentificriisistudieriistructurii (forma,dimensiunilesiaranjareagranuleloretc.),precumsiaimperfectiunilorlanivelulmacroalgolurilor,rupturilor,porozittilor etc. Pentru examinarea mai calitativsi profund aacestorparticularitti,precumsipentrudezvluireasiexaminareaaltordefectiunisipropriettistructurale,probelemetalografice,prelucratemecanic,sesupuntratamentului5chimic:ataculcureactivchimic,specificpentrufiecaretipdecercetare.Microstructura materialelormetalicereprezintoconstructie fin a structurii, care poate fi evidentiat numai prinataculchimicmetalografic(decaparecusolutiichimicespeciale)siexaminatcuajutorulaparateloroptice(microscoape) cu gradul de mrire pn la2000 ori.Examinareamicrostructuriisenumeste analizmicroscopic. Prin analiza microscopic pot fi determinate:- pentrumaterialemetalicemonofazice:forma,dimensiunile si orientarea gruntelui;- pentrumaterialemetalicepolifazice:formasidimensiunilegruntilordinfiecarefaz,orientarealorreciproc,raportulntreeisidistribuirealornspatiuetc.;- cantitateasiraportulelementelor(compusilor)chimicin structur,- incluziunile nemetalice (oxizi, sulfizi etc.);- modificrile structurale cauzate de tratamentele termice,termochimice, actiunile mecanice etc.;- imperfectiunilestructuralelanivelulmicro:microfisuri,microsufluri, microsegregatii etc.Analiza microscopic include n sine:1. Prepararea probelor metalografice respective;2. Examinareaulterioaraacestoracuajutorulmicroscopului metalografic.Preparareaprobelormetalograficeserealizeazprinurmtoarele etape:1. Debitareaprobei.2. Pregtirea suprafetei plane.3. Decaparea micrografic (atacul chimic metalografic).ncontinuarevomfacecunostintcuspecificulacestoretape.6Debitareaprobei seproducenloculpotrivit,ndependentdescopurileanalizeimicroscopice.Tiereaepruvetei se face prin diferite metode: de mn cu bomfaierul,mecaniccufrez-disc,cucutitdestrungire,cudiscabrazivs.a.,electromecanic.Cerinteleprincipale,impuseladebitareaprobeisunt:alegereacorectalocului,planuluisidirectieidetiere(maialespentrumaterialedeformatesianizotropice,monocristaline)sineadmitereanclziriiprobeintimpuldebitriisiprelucrriilatemperaturicarepotprovocaschimbristructuralealematerialuluicercetat,pentrucesepractic rcirea locului de tiere.Cele maiutile forme ale probelorse considerprobelecilindrice cu diametrul de 10 - 15 mmsi nltimea de 0,7 - 0,8mmdindiametrulprobeisauprismelecubazaptrat(10x10mm, 12x12 mm) si nltimea de 10 mm (fig. 1.1, a, b). n cazulprobelor mici (din srm, foi, piese mici etc.), ele se montez ndispozitivespeciale.Probelesetoarnncilindricavi(inel,montur)n aliaje speciale,usor fuzibile (aliajulWood)saunmasplastic(polistiren,bachelit)(fig.1.1,c).nunelecazuri,epruvetelesemonteazndispozitivespeciale:menghindemn s.a. (fig.1.1,d). a)b) c) d)Fig. 1.1. Probe microscopice: a) cilindric; b) ptrat;c) n montur (1- cilindru cav, inel;2 mas plastic;3 prob); d) prins n dispozitiv de mn (1 dispozitivde strngere, 2 prob)1310213121012127Pregtireasuprafe(eiplanedecercetareesteadouaetapdeproducereaprobeimetalograficemicrocareserealizeaz,larndulsu,prinslefuireasilustruirea(polizare)suprafetei alese. Aceste prelucrri potfi executate cumna saulamasini,dispozitivespeciale(200-1400tur/min).Attntr-uncaz, ct si n altul proba se tine n mn si se roade cu suprafatarespectiv de hrtie smirghel.$lefuireaseexecutcuhrtiesmirgheldediferitgranulatie, n ordine de la granulatia mare la cea mic (tab. 1.1).Tabelul 1.1Caracteristica hrtiei smirghel(GOST 10054 - 88)Slefuireancependirectiaperpendicularaneregularittiloraprutedupdebitareaprobeisiseexecutpnladisparitiaacestora.Apoisetrecelahrtiasmirgheldealt numr, lund n considerare c la fiecare schimbare a hrtieiprobasespalbinedeproduseleslefuirii,iardirectiaslefuiriitotdeauna se schimb la 90.Nu se admite trecerea brusc a hrtieismirghel de la unnumrmarelaunnumrmultmaimic,fiindcnacestcazrezultatulprelucrriivafinecalitativ:nmicroadnciturivaptrunde praf, aschie, abraziv, ceea ce se va evidentia n etapeleulterioaredepreparareaprobeisivacereprelucrareasarepetat. n cadrul slefuirii la fel nu se admite apsarea fortat aHrtia nr.Granule, mHrtia nr.Granule, m12 150-125 M40 40-2810 125-105 M28 28-208 105-75 M20 20-146 84-63 M14 14-105 63-42 M10 10-74 53-28 M7 7-53 42-20 M5 5-3,58probeipentruurgentareaprelucrrii,fiindcnacestcazseproducenclzireasuprafeteiprelucratesiptrundereaneaaparticulelor abrazive, ceea ceva defecta proba prin prezenta nimaginea structurii a punctelor negre.Slefuirea se realizeaz cuutilizareanumaiputina4-5tipuridehrtiesmirghelsisefinalizeaz, de obicei, cu hrtia M 20 sau M 10.Lustruireaprobelorseexecutcumnasaumecanic,numainlocdehrtiesmirghelsefolosescdiferitepnze,testuri (postav, fetru, catifea) impregnate cu solutii speciale delustruire.Solutiapentrulustruirereprezintosuspensiesrac(5-15glaun1itrudeap)amaterialelorabrazive(oxiddecrom,oxiddealuminius.a.)deodispersitatefin(particulelede ~ 1 m).Pentrualiajele dure,n calitatedematerial abrazivdelustruire,poatefifolositprafuldediamant(101m).Astfel de lustruire se numeste mecanic.ncazulcndncomponentasolutieidelustruireseintroducsisubstantechimicecareparticiplapolizareasuprafeteirespective,lustruireasenumestechimico-mecanic.Astfeldelustruireserealizeaz,deexemplu,cupastaGOI,ncomponentacreiaintrstearin,materialeabrazivesiacidaleic.UtilizareapasteiGOIurgenteazlustruireaprobeimetalografice. Mai exist si polizarea electrochimic. Ea constndizolvareaanodicamicroneregularittilordepesuprafatalustruita probei,careseaseaznbaia electroliticncalitatedeanodncircuitulelectric,catodulfiindotelinoxidabil.Latrecerea curentului electric proeminentelesuprafetei se dizolv.Calitateaacesteilustruiridepindedetipulelectrolitului,densitatea curentului electric la anod si tipul polizrii.Polizareasepetrecetotcuschimbareadirectieidelustruirepnlaobtinereasuprafeteiabsolutnetededeoglind, care se obtine, de obicei,n 5-10min. Dup lustruire,proba se spal cu ap,iar suprafata lustruit se spal cu alcool,apoiseusuccuvatuscatsauhrtiedefiltru.Probele9lustruitesepstreazntr-unvasspecial(exicator)cuclorurde calciu pentru a fi protejate de oxidare.Dupacesteetapenusecunoastesinupoatefiexaminatmicrostructura probei. Totodat, pe aceste probe potfiobservatesistudiatediferiteimperfectiuni:goluri,fisuri,porozitti,precumsiincluziuninemetalice(oxizi,sulfuri,silicatietc.),careseevidentiazprinnisteculorideosebitedeculoarea metalului (aliajului) de baz.Decapareaesteultimaetapdepreparareaprobeimetalograficemicrosiarecascopscoatereanevidentamicrostructuriimetalului(aliajului)studiat.Decapareaserealizeazprintr-unatacchimicalsuprafetelorlustruitecudiferitesubstantechimice(acizi,baze,sruri)subformdesolutiicuapsausolutiiobtinutedin substantelenominalizate.Fiindc prtile componenteale structurii materialului examinatposeddiferitevalorialeenergiilorliberesi,respectiv,diferitactivitatechimic,nrezultatulactiuniireactivuluiasuprasuprafeteilustruitepeeasevorevidentiaelementelemicrostructurii (gruntii, hotarele, iesirea dislocatiilor etc.) ce semotiveaz prin dizolvarea sau colorarea deosebit a acestora.Secunoscmaimultemetodededecapare: decapareachimic(cuscufundareaprobeinreactivchimiccusuprafatalustruitorientatnsussaunjos,cuungereasuprafeteilustruitecureactiv), decapareaelectrolitic,decapareatermic nvids.a.Duratadecapriidepindedetipulmaterialuluisistructuraacestuia,darnudepseste,deobicei,cteva secunde.Dupdecapare,probasespalcuap,iarsuprafatastudiatcualcoolsesiusuc.Dacstructuranuesteclar,decapareaseconsiderinsuficientsieaserepetnmodstabilit.ncazulcndsuprafataadevenitpreantunecatsiroas,probaseconsidersupradecapat.Pentrunlturareaacestei defectiuni prepararea probei se repet, ncepnd cu etapa10lustruiriisiladecaparesemodifictimpuldecapriisi(sau)compozitia reactivului etc.Dupproducereadecapriisiobtineriiprobeimetalografice micro calitative ea se examineazla microscopuloptic metalografic.Microscopul metalografic este un aparat de optic fin,complicatsicostisitor.Fiindclaastfeldemicroscopseexamineazmaterialeleopace,elformeazimagineanbazaluminiireflectate (fig.1.2). a)b) c)Fig.1.2.Schemadereflectarearazelordeluminladiferiteetapedepreparareaprobeimetalografice:a)dupslefuire;b)dup lustruire; c) dup decaparea probeiVomfacecunostintcuconstructiasiprincipiuldefunctionarealmicroscopuluiopticmetalografic(schemaoptic) n baza microscopului de tip MIM7.Acestmicroscopareconstructiavertical,estedestinatvizionrii oculare sau (si) fotografierii obiectelor studiate si esteconstituit din urmtoarele componente de baz: sursa de lumin,suportulcuunstativ,corpulinferiorcucamerafoto,corpulsuperiorcuunobiectivsiuntubvizual,ncareseinstaleazocularul,port-obiectsi sistemulmecanicdereglare.SchemaopticdeprincipiuamicroscopuluiMIM-7esteprezentatnfigura 1.3.Razele de lumin provin de la sursa de lumin 1 (bec cuincandescent),sereflectdelaoplacreflectoare(oglind)2sitrecprintr-unsetdediafragmesilentile3,underazelese11paralelizeazsiseconcentreaz,formndunfluxdeluminputernicsiregulat,ceestenecesarpentruaobtineoimaginecalitativ.Fig.1.3.SchemaopticdeprincipiuamicroscopuluiMIM-7:1-sursdelumin;2,9,12plcireflectoare(oglinzi);3setdelentilesidiafragm;4pentaprismreflectar;5placsemitrasparent;6obiectiv;7msutport-obiect;8probmetalografic;10ocular;11fotoocular; 13 plac sau pelicul fotoApoifluxuldelumintreceprinprismareflectar4,placa semitransparent 5, obiectivul 6 si se reflect n sfrsit delasuprafatacercetataprobeimetalografice8,stabilitpemsutaport-obiect7.Razelereflectatedelaprobametalografic8traverseaznsensopusobiectivul6,placasemitrasparent5si,reflectndu-sedelaplaca9,transmite1234567891011121312imagineaprodusnocularul10,undeeasiesteprivitdeochiulcercettorului.Pentruafotografiastructuraprobei,dispozitivul (tub) pe care suntmontate ocularul 10si oglinda 9se deplaseaz n pozitia prezentat cu linii ntrerupte, oglinda 9seretragedincalearazelorreflectatedelaproba8sieletrecrespectivprinfotoocularul 11,se reflectdelaplaca12siseproiecteazpeplacasaupeliculafoto13(ansamblulpieselor11, 12 si 13 formeaz camera de fotografiat).Asadar,microscopulopticaredestinatiadeamajoraputereaochiuluiumannscopulvizionriiunorobiectemicisiposedurmtoarelecaracteristicidebaz:puterea(gradul)demrire,putereadeseparare,adncimeadeptrunderesiapertura.Putereademrireamicroscopului MpoatefideterminatcaprodusuldintregraduldemrireaobiectivuluiMob si a ocularului Moc: M=MobMoc.Putereademrirepoatemaifiprezentatprinraportuldintreputereadeseparareaochiuluiuman dsiputereadeseparare a microscopului d1: M = d/d1.Putereadeseparare reprezintcapacitateadeareproducecelemaimicidetaliisiestedefinitprindistantaminimdintredoupunctealeobiectului examinat,aflatenacelasiplan care apar distinct n imagine.Puteriledeseparareadiferitoraparateopticesuntprezentate n tabelul 1.2.Tabelul 1.2Puterea de separare a aparatelor opticeAparate optice Gradul de separare d i d1Ochiul uman 0,2 0,3 mmMicroscop optic 0,0002 mm = 0,2 mMicroscop cu raze ultraviolete0,0001 mm = 0,1 mMicroscop electronic (1,5 2,0)10-4m13Microscopul MIM-7 admite urmtoarele mriri:n cazul vizionrii: de la M = 60 pn la M = 1440,n cazul fotografiei: de la M = 70 pn la M = 1350.VariatiideformareaputeriidemrirecumicroscopulMIM-7 sunt prezentate n tabelul 1.3.Tabelul 1.3Puterea de mrire a microscopului MIM-7 n cazul viz...</p>