Методические указания к лабораторной работе

Рыбинская государственная авиационная технологическая академия

имени П. А. Соловьева

Кафедра «Материаловедение, литье и сварка»

Методические указания к лабораторной работе

«Количественная металлография титановых сплавов»

Для дисциплины

«Материаловедение»

специальность 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением»

направление 150400 «Технологические машины и оборудование»

Разработал:

к. т. н., ассистент Воздвиженский И. Н.

Рыбинск, 2009

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ МЕТАЛЛОГРАФИЯ

ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Цель работы. Целью работы является ознакомление с методами определения размера структурных составляющих титановых сплавов с помощью системы фотоэталонных микроструктур. Для исследования представлены микрошлифы и фотографии микроструктур.

1 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.1 Титановые a‑сплавы

В большинстве случаев a‑сплавы имеют пластическую структуру. Пластическая структура a‑фазы часто образует «корзинку» – сложные переплетения. Производится контроль D_b, d_a, b_a.

Шкала 1 – для D_b (6 баллов) ´60…200;

Шкала 2 – для d_a (4 балла) ´100…500;

Шкала 3 – для b_a (6 баллов) ´200…800.

По таблице для соответствующего увеличения и балла определяется размер структурной составляющей в мкм.

Одновременно можно использовать фотоэталоны микроструктур, которые объединяют шкалы для d_a и b_a.

Основной является шкала «Внутреннее строение b-зерна», которая состоит из 3‑х вертикальных рядов (1‑2‑3) с различным размером d_a и 4‑х горизонтальных рядов (а‑б‑в‑г) с различным размером b_a. Оценка d_a производится сравнением микроструктуры с фотоэталонами вертикальных рядов при увеличении ´500.

Если:

d_a < 1 балла, то d_a < 20 мкм;

d_a = (1-2 балла), то d_a = 20…50 мкм;

d_a = (2-3 балла), то d_a = 50…100 мкм;

d_a > 3 баллов, то d_a > 100 мкм.

При использовании увеличения, отличающегося от ´500 необходимо вводить соответствующие поправки. Например, балл 2 при увеличении ´400 будет соответствовать более крупным d_a. Поправка определяется соот­ношением 500/400 = 1,25, что дает d_a = 75…125 мкм.

Оценка b_a производится сравнением микроструктуры с фотоэталонами горизонтальных рядов при увеличении ´500 (не следует принимать во внимание отдельные крупные пластины).

Если:

b_a < а-балла, то b_a < 1 мкм;

b_a = (а-б) балл, то b_a = 1…2 мкм;

b_a = (б-в) балл, то b_a = 2…4 мкм;

b_a = (в-г) балл, то b_a = 4…8 мкм;

b_a > г-балла, то b_a > 8 мкм.

Псевдо‑a‑сплавы анализируются аналогичным образом, т. к. прослойка b‑фазы не превышает 5% общего объема фаз.

2.2 Титановые a+b сплавы

В двухфазных сплавах контролируется соотношение фаз a и b, а также форма и размеры структурных составляющих. Образующаяся при высокой температуре a‑фаза называется первичной; она плохо травится и на шлифах выглядит как светлые пластинки или иголки. b‑фаза частично сохраняется до комнатной температуры, а частично распадается в процессе охлаждения. Поэтому между пластинками (иглами) a‑фазы образуют смесь b‑фазы, более дисперсной чем первичная a‑фаза. Смесь a+b сильно растравливается и на шлифах выглядит темной. Она образует матрицу, в которой располагаются пластины (иглы) первичной a-фазы. Для анализа a+b сплавов используются несколько шкал фотоэталонов.

Оценка количества пластинчатой a‑фазы (g) производится сравнением микроструктуры с фотоэталонами шкалы «Количественное соотношение фаз»; левый (1) вертикальный ряд – для игольчатой a‑фазы, правый (2) вертикальный ряд – для пластинчатой a‑фазы. Увеличение подбирается таким образом, чтобы толщина пластин соответствовала изображенным на фотоэталонах.

Если:

a_I > а балла, то g > 70 %, (a+b) < 3 %;

a_I = (а-б) балл, то g = 50…70 %;

a_I = (б-в) балл, то g = 30…50 %;

a_I = (в-г) балл, то g = 15…30 %;

a_I < г балла, то g < 15%.

Для оценки толщины a‑пластин в этом случае можно использовать шкалу 3, предназначенную для a‑сплавов.

Если анализируется структура с изогнутыми пластинами a-фазы (переходная структура), то удобнее использовать специальную шкалу, которая по своему строению и методике использования не отличается от описанной выше.

В структурах глобулярного типа частицы первичной a-фазы имеют форму, близкую к равноосной и располагаются на фоне b-фазы. На такой микроструктуре оценивают размеры a-фазы и количество b-фазы.

Оценка размера глобулярных выделений a‑фазы производится сравнением микроструктуры с фотоэталонами шкалы «Количество и размер глобулярной a‑фазы» при увеличениях ´200 и ´500 в вертикальных рядах. Устанавливается балл (1‑2‑3‑4) и по нему определяется размер a‑частицы b_a в мкм.

Для промежуточных значений баллов (с точностью до 0,5 балла) и увеличений выполняется интерполяция.

Оценка количества глобулярной a‑фазы производится сравнением с горизонтальными рядами фотоэталонов при оптимальном увеличении, когда в поле зрения имеется достаточно большое количество частиц, а их размер совпадает с размером частиц на одном из фотоэталонов. Устанавливается балл и по нему количество a‑фазы.

2 ПРАВИЛА ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

"Инструкция по ТБ № 181".

3 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Классификация титановых сплавов.

2. Особенности структуры титановых a-сплавов.

3. Особенности структуры титановых a+b-сплавов.

4. Основные параметры микроструктуры титановых сплавов.

5. Каковы принципы построения шкалы для измерения b‑зерна?

6. Каковы принципы построения шкалы для определения размера a‑пластин, a‑колоний и b‑зерна?

7. Как определить количество b-фазы в двухфазном сплаве?

4 ПРИЛОЖЕНИЕ А. Таблица размеров структурных составляющих

Визуальная оценка размеров элементов микроструктуры в титановых сплавах

5 ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Шкалы для определения размера структурных составляющих

6 ПРИЛОЖЕНИЕ В. Шкала для определения количества второй фазы в сплаве

а			а
б			б
в			в
г			г