Макроструктура – определение
Макроструктура - (от греч. makrós — большой, длинный и лат. stuctura — строение)
Макроструктура металла - строение металла, видимое невооружённым глазом или с помощью лупы, то есть при увеличениях до 25 раз.
Макроструктуру изучают на плоских образцах — темплетах*, вырезанных из изделия или заготовки, а также на изломах изделия.
*Темплет - (англ. templet, template — шаблон, лекало, модель)
Для выявления макроструктуры поверхность темплета тщательно шлифуют, затем травят растворами кислот или щелочей.
Исследованием макроструктуры можно обнаружить следующие нарушения:
- сплошности металла (раковины, рыхлость, газовые пузыри, расслоения, трещины);
- выявить распределение примесей и неметаллических включений, форму и расположение кристаллитов (зёрен) в разных частях изделия, а иногда даже особенности строения отдельных зёрен металла.
Изучение макроструктуры позволяет сделать заключение о качестве заготовки и правильности ведения технологического процесса при литье, обработке давлением или сварке изделия.
Иногда, по виду излома можно охарактеризовать качество металла и установить, как проходит поверхность разрушения: по телу или по границам зёрен и даже выяснить причины разрушения.

Микроструктура – определение

Микроструктура - (от греч. mikros - малый и лат. stuctura — строение)
Микроструктура - строение веществ и материалов, видимое в микроскоп при достижимых с его помощью увеличениях (от 100 до 1000 и до 2000).
Название микроструктуры относят к строению кристаллических веществ и, в частности, металлов и металлических сплавов. В них, в металлах и сплавах, строение подчиняется определенным и простым законам.
Микроструктура металлов и сплавов обнаруживается при рассмотрении с помощью микроскопа полированной поверхности в отраженном свете.
До травления образцов полированной поверхности металла можно наблюдать лишь встречающиеся в металле неметаллические включения (графит, в частности). Неметаллические включения не поддаются полировке и, поэтому, кажутся в отраженном свете более темными, чем окружающий их металл.

Металловедение - определение
Металловедение – наука, изучающая связи состава, строения и свойств металлов и сплавов, а также закономерности их изменения при тепловых, механических, физико-химических и других видах воздействия.
Под сплавами (металлическими сплавами) понимают вещества, состоящие из нескольких металлов, часто с примесями неметаллов, и получаемые обычно сплавлением.
Металловедение - научная основа изысканий состава, способов изготовления и обработки металлических материалов с разнообразными механическими, физическими и химическими свойствами.
Теоретическими основами металловедения являются науки: кристаллография, физика твёрдого тела, физическая химия.
В то же время на металловедение опираются научные дисциплины: общая металлургия, технология металлов, коррозия металлов, теория прочности, порошковая металлургия.
В древности было известно получение металлических сплавов – бронзы (бронзовый век), а также повышение твёрдости и прочности стали посредством закалки (булат, дамасская сталь).
Как самостоятельная наука металловедение возникло и оформилось в 19 веке, вначале под названием металлографии. Термин «металловедение» введён в 20-х годах 20 века в Германии.
Термин «металлография» сохранили для учения о макро- и микроструктуре металлов и сплавов.
Во многих странах металловедение по-прежнему обозначают термином «металлография», а также называют «физической металлургией».

Твёрдость – определение
Свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более твёрдого тела, а также свойство более твёрдого тела проникать в другие материалы – называется твёрдостью.
Определяется твёрдость как величина нагрузки необходимой для начала разрушения материала.
Различают относительную и абсолютную твёрдость.
Относительная - твёрдость одного материала относительно другого.
Абсолютная или инструментальная- определяется вдавливанием и является следствием вдавливания.
Наиболее твёрдым, на сегодняшний день, материалом является ультратвёрдый фуллерит* (примерно в 1,17—1,52 твёрже алмаза).
Самым твёрдым из распространённых веществ является алмаз (10 единиц по шкале Мооса).
Для измерения твёрдости существует несколько шкал (методов измерения):
1) Метод Бринелля;
2) Метод Роквелла;
3) Метод Виккерса;
4) Метод Шора;
5) Метод Кузнецова — Герберта — Ребиндера;
6) Шкала Мооса.
В России стандартизированы четыре первые шкалы твёрдости.
Первые три метода относятся к методам вдавливания.
Методы Шора и Кузнецова — Герберта — Ребиндера — относятся к динамическим методам определения твёрдости.
Шкала Мооса — используется в основном для указания твёрдости минералов.
Для инструментального определения твёрдости методом вдавливания используются твердометры.
Твёрдость, как характеристика материала, хороша тем, что методы определения твёрдости неразрушающие и требуют мало времени.
*Фуллерит - состоит из молекул углерода – фуллеренов; в отличие от алмаза, имеющего атомарное строение.

Вопрос №17
Начертить диаграмму железо-цементит, указать структуры во всех областях и построить кривые охлаждения для сплавов с содержанием углерода 0,2% и 2,5%. Охарактеризовать все получающиеся структуры.
Сплавы железа с углеродом при содержании углерода от 0,02 до 2,14% носят название сталей.
При содержании углерода от 0,02 до 0,8% - доэвтектоидные стали;
При содержании углерода от 0,8 до 2,14 % - заэвтектоидные стали.
Сплавы железа с углеродом, содержащие от 2,14 до 6,67 %С называются чугунами. При содержании углерода от 2,14 до 4,3 % С – доэвтектические чугуны;
При содержании углерода от 4,3 до 6,67 %С - заэвтектические чугуны.
Диаграмма железо-цементит приведена на рис.1а.
На рис.1б - кривая охлаждения сплава с содержанием углерода 0,2% - сталь;
На рис.1в - кривая охлаждения сплава с содержанием углерода 2,5% - чугун.
Характеристика структур кривой охлаждения стали, рис.1б:
- на участке 0-1, жидкость (жидкий раствор углерода в железе), двухкомпонентный однофазный; две степени свободы: изменяется температура и концентрация;
- в точке 1 начало кристаллизации сплава: выделяются кристаллы феррита (α-твёрдого раствора);
- на участке 1-2, жидкость+феррит, двухкомпонентный двухфазный; одна степень свободы – изменяется только температура;
- в точке 2 пересечение с линией HJB, при пересечении этой линии протекает перитектическая реакция в результате которой образуется аустенит;
- на участке 2-2’ жидкость принимает концентрацию В (0,5% С) и в ней образовывается γ-фаза (аустенит), а α-фаза - концентрацию J (0,16%C); двухкомпонентный трёхфазный с нулевой степенью свободы и протекает при постоянной температуре - горизонтальный участок;
- на участке 2’-3 жидкость+аустенит, двухкомпонентный однофазный с двумя степенями свободы: изменяется температура и концентрация;
- в точке 3, пересечения с линией JЕ, окончание превращения аустенита и образование однофазной структуры γ-фазы (аустенита);
- на участке 3-4 аустенит, двухкомпонентный однофазный с двумя степенями свободы: процесс идёт со снижением температуры;
- в точке 4 пересечение с линией GS, начало превращения аустенита: выделение низкоуглеродистого феррита и обогащение углеродом аустенита;
- на участке 4-5 продолжает выделяться феррит и обогащается углеродом аустенит, двухкомпонентный двухфазный с одной степенью свободы, изменяется (снижается) только температура;
- при постоянной температуре 727ºС (горизонтальный участок 5-5’) протекает эвтектоидная реакция с образованием эвтектоидной смеси феррита и цементита (перлит), степень свободы нулевая;
- на участке 5-6 заканчивается охлаждение до комнатной температуры двухкомпонентной, двухфазной структуры; конечная структура Ф+П (ферритно-перлитная).

Характеристика структур кривой охлаждения чугуна, рис.1в:
- на участке 0-1, до пересечения с линией ликвидус ABCD, жидкость (жидкий раствор углерода в железе), двухкомпонентный однофазный; две степени свободы: изменяется температура и концентрация;
- в точке 1 начало кристаллизации сплава: выделяются кристаллы аустенита (γ-твёрдого раствора);
- на участке 1-2, жидкость+аустенит, двухкомпонентный двухфазный; одна степень свободы – изменяется только температура;
- в точке 2 пересечение с линией ECF, при пересечении этой линии протекает эвтектическая реакция в результате которой образуется эвтектическая смесь аустенита и цементита, называется смесь ледебурит;
- на участке 2-2’ жидкость принимает концентрацию С (4,3% С), при температуре 1147ºС кристаллизуется эвтектика и горизонтальным участком 2-2’ заканчивается первичная кристаллизация, состоящая из первичных кристаллов аустенита и ледебурита, двухкомпонентный трёхфазный с нулевой степенью свободы и протекает при постоянной температуре;
- на участке 2’-3 из аустенита выделяется избыточный углерод как вторичный цементит, двухкомпонентный двухфазный с одной степенью свободы: изменяется температура;
- в точке 3, пересечения с линией PSK, протекает эвтектоидная реакция с образованием эвтектоидной смеси Ф+Ц, которая называется перлитом;
- на участке 3-3’ начинается превращение аустенита в перлит при постоянной температуре 727ºС;
- на участке 3’-4 при дальнейшем охлаждении происходит выделение избыточного углерода из феррита, конечная структура доэвтектического чугуна П+Ц+Л(П+Ц); чугун называется перлитно-ледебуритно-цементитным.

Вопрос №32
Для заданных материалов привести состав, свойства и примеры применения
25ХГСА, У10А, 25Х13Н2, А20, ВЧ100, АМг5, полистирол
Сталь марки 25ХГСА: класс стали - сталь конструкционная легированная хромокремнемарганцовая;
Химсостав в % по ГОСТ 4543-71: C – 0.22-0.28; Si – 0.9-1.2; Mn -0.8-1.1; Ni – до 0,3; S – до 0,025; P – до 0,025; Cr -0,8-1,1; Cu – до 0,3; Fe ≈96.
Свойства: закалка с охлаждением в масле, отпуск;
-твёрдость в состоянии поставки НВх = 270 Мпа;
- твёрдость после закалки с низкотемпературным отпуском 44 HRCэ;
- обрабатываемость резанием: после закалки, отпуска HB 228-262 и σв=780-900 МПа,
К υ тв. спл=0,8 и Кυ б.ст=0,72;
-предел прочности: пруток, закалка 880 °С, масло, отпуск 480 °С, вода или масло
σв=1080 Мпа;
- свариваемость, без ограничений.
Применение - ответственные сварные и штампованные детали, применяемые в улучшенном состоянии: ходовые винты, оси, валы, червяки, шатуны, коленчатые валы, штоки.
Сталь марки У10А: класс стали - сталь инструментальная углеродистая;
Химсостав в % по ГОСТ 1435-99: C – 0.95-1.09; Si – 0,17-0,33; Mn -0,17-0,28; Ni – до 0,25; S – до 0,018; P – до 0,025; Cr –до 0,2; Cu – до 0,25; Fe ≈97.
Свойства:
-закалка в щелочном растворе с охлаждением в воде или в масле, отпуск;
-твёрдость в состоянии поставки НВх = 197 Мпа;
- твёрдость после закалки с охлаждением в воде свыше 68 HRCэ;
- обрабатываемость резанием: при HB 197, К υ тв. спл=1,1 и Кυ б.ст=1,0;
-предел прочности: прокат стали У10А сечением 0,1-4,0 мм (ГОСТ 2283-79, лента)
σв=750-1200 Мпа;
- свариваемость: не применяется для сварных конструкций
Применение - инструмент, работающий в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки: метчики ручные, рашпили, надфили, пилы для обработки древесины, матрицы для холодной штамповки, гладкие калибры, топоры.

Сталь марки 25Х13Н2: класс стали - сталь коррозионностойкая обыкновенная; сталь мартенсито - ферритного класса;
Химсостав в % по ГОСТ 18907-73: C – 0.2-0.3; Si – до 0,5; Mn -0.8-1.2; Ni – 1,5-2; S – 0,15-0,25; P – 0,08-0,15; Cr -12-14; Cu – до 0,3; Тi – до 0,2 Fe ≈82.
Свойства:
- удельный вес 7680 кг/м³;
- термообработка: закалка, отпуск;
-твёрдость в состоянии поставки НВх = 207-285 Мпа;
- твёрдость после закалки с низкотемпературным отпуском 200ºС воздух 65 HRCэ;
-предел прочности после закалка и отпуска σв =1620 Мпа;
- предел прочности прутка, шлифованного не менее σв = 690-980 МПа
- свариваемость, без ограничений.
Применение - детали с повышенной пластичностью, подвергающиеся ударным нагрузкам (клапаны гидравлических прессов, предметы домашнего обихода), а также изделия, подвергающиеся действию слабоагрессивных сред.

Сталь марки 20А: класс стали - сталь конструкционная углеродистая качественная;
Химсостав в % по ГОСТ 1050-74: C – 0.2; Si – 0.17-0,37; Mn -0,35-0,65; Ni – до 0,25; S – до 0,04; P – до 0,035; Cr – до 0,25; Cu – до 0,25 As – до 0,08; Fe ≈96.
Свойства: - удельный вес 7850 кг/м³;
-твёрдость в состоянии поставки НВх = 163 Мпа;
- твёрдость после закалки с низкотемпературным отпуском 44 HRCэ;
- обрабатываемость резанием: в горячекатаном состоянии при HB 126-131 и δB=450-490 МПа, К υ тв. спл=1,7 и Кυ б.ст=1,6
-термообработка: нормализация, отпуск, цементация, закалка отпуск;
-предел прочности: после нормализации σв=390-490 Мпа;
- свариваемость, без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки(ХТО);
Применение – трубы; после нормализации или без термообработки крюки кранов, муфты, вкладыши подшипников и другие детали, работающие при температуре от -40 до 450°С под давлением, после ХТО - шестерни, червяки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины.

Чугун марки ВЧ100: класс - чугун с шаровидным графитом;
Химсостав в % по ГОСТ 7293-85: C – 3.2-3,6; Si – 3-3,8; Mn -0,4-0,7; Ni – до 0,8; S – до 0,01; P – до 0,1; Cr – до 0,15; Cu – до 0,6; Fe ≈92.
Свойства:
- удельный вес 7800 кг/м³;
-твёрдость в состоянии поставки НВх = 270-360 Мпа;
-предел прочности σв=1000 Мпа; предел текучести σт =700 Мпа;
Применение – для отливок, изделий с высокой прочностью и удовлетворительной пластичностью: ответственные детали, испытывающие вибрационные нагрузки (корпусы, зубчатые колеса, шатуны, стаканы подшипников, диски ручных тормозов).
Алюминиевый сплав марки АМг5: класс - алюминиевый деформируемый сплав;
Химсостав в % по ГОСТ 4784-74: Si до 0,5; Mn -0,5-0,8; Be – 0,0002-0,005; Тi – 0,02-0,1; Al – 91,9-94,68; Mg – 4,8-5,8; Cr – до 0,15; Zn – до 0,2; Fe до 0,5.
Свойства:
- удельный вес 2650 кг/м³;
-твёрдость в состоянии поставки НВх = 65 Мпа;
-предел прочности без термической обработки или отожжённого σв=275 Мпа; предел текучести σт =130-145 Мпа;
Применение – для изготовления полуфабрикатов методом горячей или холодной деформации. АМг5 хорошо сваривается и подходит для создания сложных конструкций.
Полистирол
Полистирол является продуктом полимеризации стирола (винилбензола). Это жёсткий, хрупкий, аморфный полимер. Обладает высокой степенью оптического светопропускания и невысокой механической прочностью, хорошо обрабатывается механическими способами. Отличный диэлектрик с морозостойкостью до −40°C. Растворяется в ацетоне, толуоле, дихлорэтане, медленнее в бензине. Термопластичный материал. Полистирол легко формуется и окрашивается. Хорошо склеивается. Обладает низким влагопоглощением, высокой влагостойкостью. Полистирол горючий материал. Горит жёлтым коптящим пламенем.
Химсостав в % по ГОСТ 7293-85: C – 3.2-3,6; Si – 3-3,8; Mn -0,4-0,7; Ni – до 0,8; S – до 0,01; P – до 0,1; Cr – до 0,15; Cu – до 0,6; Fe ≈92.
Свойства: плотность — 1,05 г/см3; относительное удлинение — 1,3 %; предел прочности при растяжении σр=45…55 МПа; предел прочности при изгибе σи=75..80 Мпа; прозрачность — 90 %; модуль упругости – 3200…3500 МПа; ударная вязкость — 14 кДж/м2; твердость по Роквеллу — 105; коэффициент линейного расширения — 8×10-5 1/0С°.
Применение в бытовой сфере: одноразовая посуда, упаковка, детские игрушки; в строительной индустрии: теплоизоляционные плиты, несъемная опалубка, сандвич панели, потолочная плитка; в медицине: части систем переливания крови, чашки Петри, вспомогательные одноразовые инструменты. Вспенивающийся полистирол используют в качестве фильтрующего материала в колонных фильтрах при водоподготовке и очистке сточных вод. Из полистирола делают диэлектрические антенны, опоры коаксиальных кабелей. Могут быть получены тонкие пленки (до 100 мкм). Из ударопрочного полистирола изготавливают корпусные элементы бытовых приборов, бытовой техники и электроники.
Военная промышленность – входит в состав напалма в качестве загустителя.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! На нашем сайте Вы можете заказать любые задания по всем разделам материаловедения. Решение предоставляется в печатном виде с детальными комментариями