МИКРОАНАЛИЗ материалов деталей энергетических установок судов

 

1. Цель работы

1.1. Ознакомиться с методикой и приборами для проведения микроанализа.

1.2. Изучить микроструктуру основных конструкционных и специальных материалов СТС.

 

2. Основные теоретические положения и методические указания

Все материалы, применяемые при изготовлении и ремонте судовых технических средств, можно разделить на конструкционные и специальные. Конструкционные материалы предназначены для изготовления тех деталей, которые воспринимают во время работы значительные внешние силовые нагрузки — коленчатые валы, шатуны, шестерни, плунжеры топливных насосов, поршни компрессоров и т.п. Специальные материалы обеспечивают выполнение тех функций, без которых невозможно реализовать заложенные в устройства принципы — антифрикционные покрытия в подшипниках скольжения, трубки теплообменных аппаратов, элементы электропроводки и др.

Определить принадлежность материала к той или иной группе можно путем изучения строения предварительно протравленного химически активным веществом образца или детали из этого материала:

· невооруженным глазом или при незначительных увеличениях (до 30 раз) — макроанализа;

· при увеличениях свыше 70 раз с помощью оптических и электронных микроскопов — микроанализа (обычно проводится после макроанализа). Наиболее часто для этих исследований применяют оптические микроскопы, имеющие сравнительно простое устройство и дающие увеличение до 2000 раз (рис. 4.1).

Получаемое при этом изображение называют соответственно макро - или микроструктурой. Анализ микроструктуры основан на визуальной идентификации микроструктурных составляющих — участков изображения, имеющих под микроскопом одинаковый вид (однородные участки, участки с полосами, участки с зернами и пр.).

Каждый материал имеет свое, отличное от других строение. В его микроструктуре можно всегда выделить одну или несколько микроструктурных составляющих. Среди них важно найти характерную, которая и позволяет идентифицировать исследуемый материал (табл. 4.1).

Таблица 4.1

Микроструктурные составляющие наиболее распространенных материалов

в судостроении и судоремонте

Название	Микроструктурные составляющие	Влияние на свойства материала
Сталь углеродистая конструкционная (до 0, 7 % С)	Феррит (Ф) – светлые зерна неправильной формы Перлит (П) – темные зерна неправильной формы; при больших увеличениях становятся светлее	Увеличение площади, занимаемой П, приводит к повышению прочностных характеристик и снижению показателей пластичности. Влияние Ф — противоположно.
Чугун со структурно свободным углеродом (графитом)	Феррит (Ф) – основа Перлит (П) – основа Графит (Г) – темные (практически черные) включения различной формы. Возможные сочетания: Ф + Г; П + Г; Ф + П + Г	Основная функция графита — твердая смазка в трибосопряжениях. Г пластинчатой формы – серый чугун; Г хлопьевидной формы – ковкий чугун; Г глобулярной (шаровидной) формы - высокопрочный чугун. Роль Ф и П описана выше.
Свинцовистая бронза Бр.С30	Сu – основа, зерна красного цвета Pb – темные включения небольших размеров	Образует одну из трибоповерхностей подшипника Являясь мягкой составляющей, вырабатывается и образует " карманы" для смазки

 

Продолжение табл. 4.1

Баббит Б83	Темное поле – основа (твердый раствор сурьмы и меди в олове)     SnSb – светлые крупные кристаллы прямоугольной или треугольной формы Cu 3 Sn – светлые мелкие кристаллы в виде звездочек или удлиненных игл	Являясь самой мягкой составляющей, она вырабатывается в первую очередь и образует каналы, улучшающие смазку подшипника Самая твердая из составляющих, на включения этого химсоединения опирается шейка вала Образуя " скелет", препятствуют зональной ликвации кристаллов SnSb
Медь	Сu – основа, зерна от розового до красного цвета Двойники - параллельные линии в пределах отдельных зерен	В зависимости от назначения, выполняет одну из специальных функций Представляют собой результат скольжения частей зерна при пластической деформации – чем их больше, тем большей деформации подвергся материал
Примечание: характерные микроструктурные составляющие выделены жирным шрифтом

Конструкционные материалы занимают до 95 % массы судна — с учетом размеров его и отдельных деталей это составляет десятки и сотни тонн. Поэтому для их изготовления могут быть использованные лишь материалы на основе химических элементов, наиболее распространенных в земной коре: железа, алюминия, магния, титана. Безусловным приоритетом среди них обладают сплавы на основе железа: стали — содержат до 2, 14 % С; чугуны — 2, 14…6, 67 %С (рис.4.2).

На современных морских судах применяются разнообразные специальные материалы — это обуславливает существенно бό льшие различия в строении. Однако наиболее распространены антифрикционные, предназначенные для образования поверхностей трения в подшипниках скольжения и имеющие низкий коэффициент трения.

Баббитом называется гетерофазный сплав на основе олова или свинца, в мягкой основе которого равномерно распределены более твердые включения. Во время работы мягкая составляющая вырабатывается, в результате чего возникают каналы, которые улучшают доставку смазки в зону трения (рис. 4.2).

Свинцовая бронза также имеет высокие антифрикционные свойства — в ней роль мягкой составляющей играют включения свинца в медную матрицу.

Чугуны тоже довольно часто применяют в парах трения (например, " втулка цилиндра – поршневое кольцо" СДВС), поскольку содержащиеся в нем включения графита выполняют функцию твердой смазки.

 

3. Приборы и материалы, используемые при выполнении работы

· микроскоп металлографический МИМ-7 (увеличение × 70…1440);

· комплект фотографий микроструктур;

· комплект микрошлифов разных протравленных.

 

 

4. Задание на лабораторную работу

· во время самоподготовки к выполнению работы заполнить пп. 1 и 2.2.1 – 2.2.5 протокола лабораторной работы;

· на занятии, перед началом работы, ответить на вопросы билета контроля;

· получить у преподавателя задание;

· уточнить характеристики используемых приборов и инструментов, заполнить данные по п.3.2 протокола лабораторной работы;

· рассмотреть в микроскоп установленные микрошлифы, зарисовать их микроструктуру и указать микроструктурные составляющие (см. п.3.3);

· определить возможные области использования исследованных материалов в судостроении и судоремонте;

· закончить оформление отчета и представить его преподавателю для защиты и окончательной оценки.