1

Учреждение образования

«ПОЛОЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Методические указания

к лабораторным работам

по курсу «Сварка трубопроводов»

для слушателей специальности 70 05 01

»

Разработал:

к.т.н. Фруцкий В.А.

г.Новополоцк 2008г.

Рассмотрено на заседании кафедры «Технологии конструкционных материалов»

Протокол № от .

Зав. кафедрой ТКМ

к.т.н., доцент А.Л.Лисовский

Лабораторная работа №1 Определение марки материала

Ц е л ь р а б о т ы: приобретение навыков определения марки материала путем измерения твердости, установление связи между твердостью, химическим составом материала и способом его термической обработки, физическими свойствами.

Оборудование и материалы.

Приборы для измерения твердости по методу Бринелля и Рок­велла с набором инденторов, заточной станок, измерительная лупа, набор приспособлений для проведения испытаний плоских и цилиндрических образцов, коллекция образцов, эталоны для контроля измерения твердости.

Краткая теория.

Под твердостью материала понимается сопротивление проникновению в него постороннего тела (индентора). Твердость представляет собой механическое свойство металла и, по сути характеризует сопротивление деформации. Преимущества определения твердости следующие:

1. Между твердостью пластичных металлов и другими механическими свойствами существует количественная зависимость. Величина твердости характеризует предел прочности металлов (подобная зависимость не наблюдается для хрупких материалов).

2. Измерения твердости по технике выполнения значительно проще, чем определение прочности, пластичности и вязкости. Испытания твердости не требуют изготовления специальных образцов и выполняются непосредственно на проверяемых деталях после зачистки на поверхности ровной горизонтальной площадки, а иногда даже и без такой подготовки.

3. Измерение твердости обычно не влечет за собой разрушения проверяемой детали, и после измерения ее можно использовать по своему назначению.

Твердость металла измеряют при помощи воздействия на поверхность металла наконечника (индентора), изготовленного из малодеформирующегося материала (твердая закаленная сталь, алмаз, сапфир или твердый сплав) и имеющего форму шарика, конуса, пирамиды или иглы.

Существует несколько способов измерения твердости, различающиеся по характеру воздействия наконечника. Твердость можно измерять вдавливанием наконечника (способ вдавливания), царапаньем поверхности (способ царапанья), ударом или же по отскоку наконечника шарика. Твердость, определенная царапаньем, характеризует сопротивление разрушению; твердость, определенная по отскоку, характеризует упругие свойства; твердость, определенная вдавливанием, – сопротивление пластической деформации.

Выбор формы, размеров наконечника и величины нагрузки зависит от целей испытания структуры, ожидаемых свойств, состояния поверхности и размеров испытуемого образца.

При испытании металлов с неизвестной твердостью, применяют высокотвердые инденторы с высокой твердостью (, алмаз, сапфир или твердый сплав) поскольку вдавливание стального шарика с большой нагрузкой может вызвать деформацию шарика. При получении больших отпечатков переходят к более пластичным инденторам (твердая закаленная сталь, шарик диаметром 1,59мм). Если же и в этом случае твердость мала, то переходят к стальному закаленному шарику диаметром 10мм и испытаниям по методу Бринелля.

Метод измерения твердости вдавливанием шарика

(твердость по Бринеллю).

Этот способ используется для определения твердости как металлов, так и полимерных материалов.

В материал вдавливается стальной шарик, и значения твердости определяют по величине поверхности отпечатка, оставляемого шариком.

Испытуемый образец устанавливают на столике 1 в нижней части неподвижной станины пресса (рис.1), зачищенной поверхностью кверху. Вручную маховик 2 вращают по часовой стрелке до упора и нажатием кнопки включают двигатель 2. Двигатель сначала перемещает коромысло и постепенно нагружает шток, а, следовательно, и вдавливает шарик под действием нагрузки, сообщаемой привешенным к коромыслу грузом. Эта нагрузка действует в течение определенного времени, обычно 10–60с, в зависимости от твердости испытываемого материала, после чего вал двигателя, вращаясь в обратную сторону, соответственно перемещает коромысло и снимает нагрузку. После автоматического выключения двигателя, поворачивая маховик 2 против часовой стрелки, опускают столик прибора и затем снимают образец.

Рисунок 1

Схема прибора для измерения твердости вдавливанием шарика (измерения по Бринеллю):

1–столик для центровки образца; 2–маховик; 3–грузы; 4–шарик; 5–электродвигатель

В образце остается отпечаток со сферической поверхностью (лунка). Диаметр отпечатка измеряют лупой, на окуляре которой нанесена шкала с делениями, соответствующими десятым долям миллиметра. Диаметр отпечатка измеряют в двух взаимно перпендикулярных направлениях; для определения твердости следует принимать среднюю из полученных величин. Число твердости по Бринеллю НВ характеризуется отношением нагрузки, действующей на шарик, к поверхности отпечатка:

[Н/мм²]

где Р – нагрузка на шарик, Н;

F – поверхность, мм²;

D – диаметр вдавливаемого шарика, мм;

d – диаметр отпечатка, мм.

Рисунок 2

Схема испытания на твердость по Бринеллю

При измерении твердости шариком определенного диаметра и установленными нагрузками нет необходимости проводить расчет по указанной формуле. На практике пользуются заранее составленными таблицами, указывающими число НВ в зависимости от диаметра отпечатка и соотношения между нагрузкой Р и поверхностью отпечатка F.

Измерение твердости вдавливанием стального шарика не является универсальным способом. Этот способ не позволяет:

• испытывать материалы с твердостью более НВ450;

• измерять твердость тонкого поверхностного слоя (толщиной менее 1–2 мм), так как стальной шарик продавливает этот слой и проникает на большую глубину. Толщина измеряемого слоя должна быть не менее 10-кратной глубины отпечатка.