Politechnika Białostocka

WYDZIAŁ MECHANICZNY

Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

Temat ćwiczenia: BHP. Badania mikroskopowe

Numer ćwiczenia: 1

Laboratorium z przedmiotu:

MATERIAŁY KOSTRUKCYJNE - AiR

Opracowała:

mgr inż. Anna Mierzejewska

2014

Wydział (Instytut): WYDZIAŁ MECHANICZNY

Katedra (Zakład): KATEDRA INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ I BIOMEDYCZNEJ

Zawartość instrukcji

1. Wprowadzenie

2. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego

3. Metodyka badań

1. opis stanowiska

2. przebieg realizacji eksperymentu

3. prezentacja i analiza wyników badań

4. Wymagania BHP

5. Sprawozdania studenckie (cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego, opis stanowiska badawczego, przebieg realizacji eksperymentu, zestawienie i analiza wyników badań, wnioski, inne)

6. Literatura

1. Wprowadzenie

Pierwsze spotkanie ze studentami w ramach zajęć laboratoryjnych dotyczyć będą omówienia programu nauczania oraz zasad zaliczenia przedmiotu. Poruszona zostanie kwestia regulaminu pracy i przepisów BHP obowiązujących w Laboratorium Materiałoznawstwa. Studenci zapoznani zostaną ze stanowiskami badawczymi, aparaturą i urządzeniami, dzięki którym realizowane będą poszczególne zadania laboratoryjne. Omówione zostaną zagadnienia związane z metodyką przygotowania próbek do badań metalograficznych. Studenci będą mieli możliwość zapoznać się z budową i zasadami użytkowania mikroskopu optycznego.

1. Organizacja pracy i przepisy bhp

Grupę laboratoryjną obejmującą 9-12 osób prowadzi nauczyciel akademicki. Zajęcia laboratoryjne mogą być prowadzone w kilku pomieszczeniach jednocześnie.

Przebieg ćwiczeń wymaga dobrej dyscypliny i organizacji zajęć. Dobre przygotowanie teoretyczne, znajomość zasad działania aparatury i jej bezpiecznej obsługi oraz przestrzeganie wskazówek prowadzącego zapewnia właściwe i bezpieczne wykonywanie ćwiczeń. Na pierwszych zajęciach prowadzący zapoznaje studentów z regulaminem pracy i przepisami bhp w Laboratorium Materiałoznawstwa. Fakt przeszkolenia z ogólnych zasad bhp jest wpisywany do książki i potwierdzany własnoręcznym podpisem przez każdego studenta.

Podstawowe wskazówki bhp

1. Przed rozpoczęciem pracy na stanowisku laboratoryjnym student winien zapoznać się z instrukcją bezpiecznej obsługi wywieszoną przy każdym stanowisku.

2. Wszystkie wątpliwości co do obsługi stanowiska, zastosowania właściwych parametrów i narzędzi należy omówić z prowadzącym ćwiczenia bądź pracownikiem inżynieryjno-technicznym.

3. Urządzenia wysoko energetyczne (piece hartownicze, prasy) ma prawo obsługiwać tylko specjalnie przeszkolony pracownik techniczny.

4. Studenci mogą uruchamiać i obsługiwać stanowiska laboratoryjne po wyrażeniu zgody i pod nadzorem prowadzącego ćwiczenia.

5. Po zakończeniu badań wszystkie urządzenia należy wyłączyć a uporządkowane stanowisko przekazać prowadzącemu.

6. Studenci nie mogą podejmować żadnych prac bez zgody prowadzącego.

7. Każde zauważone zagrożenie, usterki na stanowisku, skaleczenie lub ewentualny wypadek należy natychmiast zgłosić prowadzącemu ćwiczenia.

8. Zabrania się opuszczania stanowisk w trakcie odbywania ćwiczeń i pozostawiania ich bez odpowiedniego zabezpieczenia. Każde wyjście w trakcie ćwiczeń winno być zgłoszone prowadzącemu.

Uwagi dotyczące prądu elektrycznego

1. Wszystkie stanowiska laboratoryjne powinny być zerowane lub uziemiane.

2. Podłączenie stanowiska do sieci może się odbywać tylko w obecności prowadzącego zajęcia.

3. Nie należy zostawiać żadnych urządzeń elektrycznych bez opieki.

4. Po zakończeniu pracy należy wyłączyć wszystkie bezpieczniki na tablicach rozdzielczych.

5. Zabrania się studentom zakładania bezpieczników i naprawy instalacji elektrycznej.

6. W przypadku zapalenia urządzeń elektrycznych należy natychmiast odłączyć je od sieci, do gaszenia używać wyłącznie gaśnic tetrowych bądź śniegowych w obecności prowadzącego.

7. W przypadku porażenia prądem elektrycznym, postępować zgodnie z instrukcją znajdującą się w każdym pomieszczeniu.

Uwagi dotyczące substancji żrących i trujących

1. Prace z substancjami żrącymi wykonywać wyłącznie w sprawnie działających dygestoriach.

2. Studenci wykonują ćwiczenia odczynnikami przygotowanymi przez pracowników laboratorium. W przypadku konieczności sporządzenia odczynnika można go wykonać jedynie w obecności prowadzącego zajęcia.

3. Przy rozcieńczaniu stężonych kwasów, wlewać zawsze kwas do wody (nigdy odwrotnie!).

4. W razie rozlania kwasu lub ługu na ciało, należy natychmiast spłukać substancję żrącą dużą ilością bieżącej wody, a następnie zobojętnić ług – roztworem kwasu bornego, a kwas – kwaśnym węglanem sodu.

5. Używać odczynników z wyraźnymi wywieszkami (opisanych).

6. Zabrania się próbowania smaku jakichkolwiek odczynników.

7. Używanie odczynników do innych celów jest zabronione.

Uwagi ogólne dotyczące pieców hartowniczych

1. Przy obsłudze pieców używać sprzęt ochrony osobistej.

2. Przedmioty do nagrzewania mogą być przemieszczane tylko przy użyciu kleszczy odpowiedniego kształtu i wielkości.

3. Przed włożeniem do pieca przedmiot i kleszcze powinny być osuszone z wody lub oleju.

4. Podczas chłodzenia w oleju przedmiot zanurzać głęboko aby nie dopuścić do zapalenia.

5. Rozlany na podłodze olej lub wodę należy natychmiast sprzątnąć.

1. Badania mikroskopowe

Celem badań metalograficznych jest identyfikacja struktury materiału, z którego wykonana jest badana próbka, przy użyciu mikroskopu metalograficznego [1-5]. Obserwacje mikrostruktury prowadzi się na specjalnie przygotowanych próbkach, tzw. zgładach. Obserwacje pod mikroskopem pozwalają na określenie wielkości i kształtu ziaren badanego materiału, identyfikację poszczególnych składników fazowych
i strukturalnych, wykrywanie wtrąceń niemetalicznych i innych wad materiałowych, określenie, jaką technologią wykonany został badany detal [2,5].

1. Ocena ilościowa wybranych struktur

1. Mikroskopowe metody określania wielkości ziarna na płaskim przekroju

Wielkość ziarna oceniana jest za pomocy określonych parametrów [1,4]:

- średniej średnicy ziarna D,

- liczby ziarn przypadających na jednostkę powierzchni zgładu N_A,

- liczby ziarn w jednostce objętości N_V,

- średniego odchylenia średnic σ_D.

Do obliczenia średniej średnicy ziarna D stosuje się wzór Mirkina, wiążący ze sobą dwa parametry: N_A oraz N_V

D = N_A/N_V [1,2]

Najprostszą metodą określenia parametru N_A jest metoda Jeffrissa (rys.1).
W metodzie tej na fotografię mikrostruktury wrysowuje się prostokąt o dowolnych wymiarach a i b (rys.12). Ściany figury dzielą ziarna na trzy grupy – całkowite, które leżą wewnątrz prostokąta i nie są przecięte żadnym z jego boków (z), brzegowe, które przecina bok figury (w) oraz narożne, przecięte dwoma bokami prostokąta (u). Liczbę ziaren przypadającą na jednostkę powierzchni wyliczamy ze wzoru

N_A = [ziaren/mm²] [1,2]

Rys.1. Schemat ilustrujący metodę Jeffersa

1. Ilościowa ocena udziału faz w mikrostrukturze

Wyznaczenie udziału objętościowego faz może odbywać się jedną z trzech metod [1,2]:

• metoda planimetryczna,

• metoda liniowa (rys.2),

• metoda punktowa.

Metoda liniowa [1,2] – metoda pozwalająca na określenie objętości względnej fazy β w fazie α. Polega ona na przeprowadzeniu przez obraz mikrostruktury siecznych o długości l, przecinających obie fazy. Następnie sumuje się długości cięciw przechodzące przez fazę β (l_β) i podstawia do wzoru:

Vv = $\frac{(l)}{kl}$ 100%

gdzie: Vv – objętośc fazy β, ∑ (l_β) – suma odcinków przecinających fazę β, k – liczba przeprowadzonych siecznych, l – długość siecznej

Rys.2. Schemat ilustrujący metodę ilościowego oceny udziału faz w mikrostrukturze

1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego

Celem ćwiczenia laboratoryjnego jest:

1. Zapoznanie z zasadami BHP oraz regulaminem pracy w Laboratorium Materiałoznawstwa

2. Zapoznanie z metodyką przygotowania próbek do badań mikroskopowych

3. Zapoznanie z zasadą działania mikroskopu metalograficznego

4. Obserwacje przygotowanych zgładów

5. Ocena jakościowa i ilościowa wybranych struktur

6. Analiza wyników

1. Metodyka badań

   1. opis stanowiska badawczego

1. mikroskop metalograficzny z systemem akwizycji obrazu, próbki metalograficzne stali,

2. Normy Polskie

   1. przebieg ćwiczenia

1. Poznanie zasady działania i obsługi mikroskopu metalograficznego.

2. Obserwacje mikroskopowe wybranych materiałów

3. Ocena wielkości ziarna wybranej struktury metodą Jeffriesa

4. Ilościowa ocena faz w mikrostrukturze

   1. prezentacja i analiza wyników

- przedstawić wyniki pomiarów wielkości ziarn, odnaleźć w normie nr wielkości ziarna,

- dokonać oceny udziału objętościowego faz w strukturze,

- przedstawić wnioski

1. Wymagania BHP

Do wykonywanego ćwiczenia laboratoryjnego stosowane są ogólne przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy dotyczące Laboratorium Materiałoznawstwa.

1. Sprawozdanie studenckie

Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać następujące punkty:

• cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego;

• opis stanowiska badawczego;

• przebieg realizacji eksperymentu

• obliczenia ilościowe wielkości ziarn oraz udziału faz w strukturze;

• wnioski.

1. Literatura

1. Laboratorium materiałoznawstwa. Skrypt Politechniki Białostockiej, Białystok 1990;

2. Ćwiczenia laboratoryjne z inżynierii materiałowej. Skrypt Politechniki Lubelskiej. Lublin 1994;

3. Prowans: „Materiałoznawstwo” PWN, Warszawa 1980;

4. Hucińska: „Metaloznawstwo, materiały do ćwiczeń laboratoryjnych” Politechnika Gdańska, Gdańsk 1995;