Машиностроение и прикладная механика» ВИТИ НИЯУ МИФИ
На кафедре в настоящее время установлены:
1) Цифровой микроскоп «Микровизор металлографический», регистрирующий фотоизображение на цифровую камеру с фотоадаптером, имеющий ряд программ обработки изображений при помощи встроенного программного комплекса. Наблюдение микроструктур можно осуществлять при увеличениях до 2000 раз на экране прибора или проектора, а также передавать на внешний компьютер. 2) Микротвердомер ПМТ-3М для оценки свойств различных фаз и структурных составляющих на микрошлифах. 3) Станок «Нерис» для приготовления микрошлифов. 4) Вытяжной шкаф «Изотоп» для травления макро- и микроструктур. 5) Стереомикроскоп МБС-9 для наблюдения поверхностей изломов и макроструктуры на темплетах, а также изучения процессов кристаллизации; инструментальные микроскопы, для измерения параметров изломов и макроструктур. 6) Твердомеры Роквелла и Бринелля, 7) Маятниковый копер и другие машины для механических испытаний материалов. 8) Лабораторные термические печи типа СНОЛ с программатором и другое термическое оборудование. 9) Современное сварочное оборудование для ручной и полуавтоматической сварки. 10) Металлорежущие станки, позволяющие оперативно изготовить образцы для исследования и испытаний материалов.
С работой растрового электронного микроскопа, другого современного оборудования для металлографических исследований, физико-химического анализа и механических испытаний можно ознакомиться при посещении Центрально-заводской лаборатории (ЦЗЛ) завода «Атоммаш», на котором создан филиал базовой кафедры.
Имеющееся исследовательское оборудование позволяет проводить изучение и раскрытие механизмов структурообразования, определяющих свойства деталей и позволяющих устанавливать критерии получения оптимальных служебных свойств материалов.
Установление критериев получения оптимальных служебных свойств материалов в процессе изготовления и обработки заготовок, контроля при производстве и эксплуатации деталей, анализе причин поломок и получении неудовлетворительных свойств в полной мере возможно при комплексном подходе к проведению исследования. Принципиальная схема таких исследований на примере анализа брака приведена на рис. 1.17.
Подробное описание дефектных деталей или полуфабрикатов, условий их работы
и технологии изготовления.
Постановка задачи исследования.
Литературный поиск (анализ предыдущих или аналогичных исследований).
 |
 |  |  | |||
ЭТАП 1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ МАКРО- И МИКРОИССЛЕДОВАНИЯ
| Отбор образцов для исследования важных по технологической значимости параметров (схема) | |||
| Металлографический анализ | Химический анализ | Испытания и анализ свойств | |
| Анализ макро- и микроструктуры, микротвердость | Стилоскопия, поэлементный химанализ материала | Механические, коррозионные, технологические | |
Обработка результатов и анализов, в том числе набор статистических данных | |||
| Анализ результатов предварительного исследования: ‑ установление металлографических критериев оценки состояния материала; ‑ предварительная оценка фазового состава и структуры; ‑ уточнение гипотезы предполагаемых результатов, выводы и составление отчета; ‑ постановка (при необходимости) конкретной задачи исследования методами РЭМ и МРСА. |
ЭТАП 2. ПОДРОБНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЯ С ПОМОЩЬЮ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА
Отбор и подготовка образцов к исследованию
↓
Определение температур критических точек методами термического анализа. Построение термокинетических диаграмм превращений в материале изделия.
↓
| Анализ микроструктуры и характера разрушения материала изделия и фрактографии дефектных участков в РЭМ | Оценка содержания вредных примесей в материале изделия, а также фазового состава рентгеноструктурным методом | Анализ химического состава и морфологии фаз в ПЭМ и РЭМ с использованием МРСА |
| Разрешение – 1‑5 нм | Локальность 0,1 мкм | Разрешение – 1‑10 Å |
| Анализ полученных результатов с учетом этапа 1. | ||
| Формулировка выводов и рекомендаций. При необходимости проведение натурных экспериментов. |
Рис. 1.15. Полная схема исследования ответственных деталей.
Как показано выше, исследования проводятся в два этапа. На первом этапе проводится анализ технологии изготовления и эксплуатационной истории детали или изделия, вышедшего из строя. Чаще всего, причина поломок или неудовлетворительных свойств выясняется сразу, так как является следствием явных нарушений технологии или условий эксплуатации. В более сложных случаях, когда нарушения технологической дисциплины неочевидны или отсутствуют, проводят более подробные лабораторные исследования, начинающиеся с получения и анализа данных согласно этапа 1 (Рис.1.17). По результатам этих исследований составляется отчет, заканчивающийся или выводами о причинах поломки или неудовлетворительных свойств (если эта причина выясняется) или постановкой задачи для более тщательных исследований. Эти исследования проводятся в рамках второго этапа (Рис.1.17).
На этом этапе проводятся более подробный анализ микроструктуры и свойств материала с помощью современных методов анализа. Выявляются структурные схемы превращений путем построения термокинетических диаграмм превращений в материале изделия. Устанавливаются микромеханизмы разрушения материала в различных условиях, фрактография дефектных участков. Устанавливается наличие вредных примесей, влияющих на появление дефектов и характер разрушения изделия. При необходимости проводится натурное моделирование условий, приведших к получению неудовлетворительных свойств или поломке.
Вслед за анализом полученных результатов идет формулировка выводов и выработка рекомендаций по устранению брака или неудовлетворительных свойств в процессе изготовления или эксплуатации изделий – разработка научно обоснованных рекомендаций по оптимизации работоспособности деталей по их химсоставу, структуре, технологическим параметрам и эксплуатационным свойствам. Все эти данные объединяются в отчете по исследованию, включающем данные, полученные на первом этапе исследований, подписанном ответственными исполнителями и утвержденном руководителем предприятия, проводившем исследования.
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с основными задачами и особенностями исследования материалов в рамках курсов материаловедческого цикла.
2. Ознакомиться с современными методами исследования, анализа и испытания материалов в лаборатории института и.
3. Ознакомиться с устройством и принципами действия современного оборудования для анализа структуры и свойств материалов.
4. Рассмотреть схемы отбора образцов для комплексного исследования и схему исследования ответственных деталей с перечислением методов и названия приборов для анализа (по предложенным преподавателем образцам, фотографиям деталей или их чертежам).
5. Составить отчет по работе.
Содержание отчета
При составлении отчета необходимо четко указать задачи изучаемого курса, а также раскрыть содержание пунктов согласно цели и порядка выполнения работы.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение понятия «Материаловедение».
2. Объясните, в чем различие между понятиями: «вещество», «сырье», «материалы».
3. В чем разница между макро- микро- и мезоструктурой?
4. Что изучают в курсе «Материаловедение» и с какой целью?
5. Какие закономерности формирования структуры изучает материаловедение?
6. Перечислите современные методы исследования и оборудование для идентификации
структурного состояния деталей и прогнозирования их работоспособности.
7. Как исследуют макроструктуру материала?
8. С помощью каких приборов исследуют микроструктуру материала?
9. Что исследуется методом рентгеноструктурного анализа?
10. Что исследуется методом рентгеноспектрального анализа?
11. Какими методами определяется средний химический состав сплава?
12. В чем заключается фрактографический метод исследования материалов?
13. Какие приборы используют для проведения фрактографического анализа?
14. Какова локальность метода микрорентгеноспектрального анализа?
15. Охарактеризуйте понятие «технологические свойства».
16. Что такое «эксплуатационные свойства материалов»?
17. К какой группе свойств следует относить механические свойства?
18. Какими способами оценивают механические свойства материалов?
19. Как определяют ударную вязкость материалов?
20. Каким способом определяют наличие микропримесей в металлах?
21. Какими способами оценивают технологические и эксплуатационные свойства
материалов?
22. Что включает в себя отчет о проведенных исследованиях?
23. Чем регламентируется порядок анализа причин выхода из строя ответственных
деталей и сварных металлоконструкций, которые привели к значительному ущербу?
Список использованной литературы
1. Г. Готтштайн. Физико-химические основы материаловедения. М. Бином. 2011. 400с.
2. Ю.А. Геллер, А.Г. Рахштадт. Материаловедение. Методы анализа, лабораторные
работы и задачи. М. Металлургия. 1989. 456с.
3. К.Г. Шмитт-Томас. Материаловедение для машиностроения. Справочник. М.
Металлургия. 1995. 512с.
4. Технология термической обработки стали. Перевод с немецкого. М. Металлургия.
1981. 608с.
5. И. Гривняк. Свариваемость сталей. М. Машиностроение. 1984. 216с.
6. ПНАЭ Г-7-008-89. Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и
трубопроводов атомных энергетических установок. М. Госатомнадзор России. 2006.
7. ПБ 10-573-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и
горячей воды. М. НПЦ «Промышленная безопасность». 2005.
8. ПБ 03-576-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих
под давлением. М. Госгортехнадзор России. 2004.
Лабораторная работа № 2