Испытания на приборе Роквелла

1. Проверить установку грузов на нагрузку Р = 1500 H и алмазного конуса.

2. Установить испытуемый образец на столик. Вращая маховик подъемного механизма стола, поджать образец к конусу так, чтобы маленькая стрелка на индикаторе совместилась с красной точкой. Это означает, что установлена предварительная нагрузка на образец Р₀ = 100 H.

3. Вращая нижний маховичок, подвести нуль шкалы С (черного цвета) к большой стрелке индикатора.

4. Плавным нажатием руки на клавишу включить прибор на рабочий ход.

5. После завершения цикла нагружения, произвести отсчет числа единиц твердости по большой стрелке шкалы С индикатора HRC.

6. Вращая маховик против часовой стрелки, опустить столик в исходное положение и удалить образец.

7. Провести испытание три раза, подсчитать среднее значение твердости.

8. Полученные данные занести в табл. 12.

Таблица 12

Результаты испытаний на приборе Роквелла

материал образца	толщина образца, мм	твердость HRC
		1 замер	2 замер	3 замер	среднее значение

Содержание отчета

1. Тема и цель лабораторной работы.

2. Краткое теоретическое описание методов испытания на твердость.

3. Характеристика основного оборудования и КИП согласно табл. 9.

4. Схемы испытания на твердость по методам Бринелля и Роквелла

(рис. 18.1а, 18.1в).

5. Расчет погрешности измерений между табличным и расчетным методами.

6. Результаты испытаний в виде табл. 10, 12.

7. Схема замера диаметра отпечатка по методу Бринелля (рис. 18.2).

8. Выводы по работе.

18.3 Лабораторная работа № 2

Тема: Микроскопический анализ структуры сталей и чугунов.

Цель: Изучить структуры железоуглеродистых сплавов при помощи металлографического микроскопа.

Время проведения: 2 часа.

Краткие теоретические сведения

Под микроскопическим анализом понимают изучение строения металлов и сплавов с помощью металлографического микроскопа при увеличении в 50-2000 раз.

Поверхность образца, подготовленная для исследования под микроскопом, называется микрошлифом. Приготовление микрошлифов включает несколько этапов:

а) образец вырезают из исследуемого материала;

б) поверхность образца выравнивают при помощи напильника (если сплав мягкий) или абразивного круга (если сплав твердый);

в) полученную плоскую поверхность образца шлифуют шлифовальной шкуркой с зернами различных размеров (размер зерна шкурки изменяют в процессе шлифования от большего к меньшему);

г) окончательно зернистость поверхности образца удаляют полированием при помощи круга, обтянутого сукном или фетром. Полированный не травленный шлиф имеет светлый вид.

д) полированную поверхность образцов подвергают травлению, т. е. действию растворов кислот, щелочей или солей. После травления поверхность частично тускнеет.

е) затем травленную поверхность промывают водой, протирают спиртом, высушивают.

Так как различные структурные составляющие сплава обладают различным электродным потенциалом, то при наличии травителя (кислоты, щелочи или соли), одни из них растворяются, другие сохраняются неизменными. Растворяются составляющие сплава, имеющие более отрицательный электродный потенциал. Сохраняются неизменными составляющие имеющие более положительный электродный потенциал.

Рис.18. 3. Схема, поясняющая видимость границ зерен под микроскопом.

При освещении протравленного микрошлифа на металлографическом микроскопе лучи света по разному отражаются от различно протравившихся структурных составляющих (рис. 18.3).

Структурные составляющие, протравившиеся слабо, отразят в поле зрения микроскопа больше лучей света, и будут казаться светлыми. Структурные составляющие протравившиеся сильно, отразят в поле зрения микроскопа, меньше лучей, вследствие рассеяния света и будут казаться темными. Таким образом, выявление структуры сплавов основано на разнице в состоянии поверхности и количестве отраженных лучей от исследуемого металла. После травления неоднородные участки металла или сплава становятся видимыми под микроскопом.

Основные компоненты железоуглеродистых сплавов:

Железо, Fe:  = 7860 кг/м³, t_пл = 1539 С, НВ = 60…90,  = 30-50%.

Углерод, С:  = 2600 кг/м³, t_пл = 4000 С.

Структурными составляющими железоуглеродистых сплавов являются: феррит, перлит, аустенит, ледебурит, цементит, графит.

Феррит твердый раствор внедрения углерода в  железе (Fе_) имеет ОЦК кристаллическую решетку. Максимальная концентрация углерода С = 0,02% при t = 727 С. Имеет низкую твердость (80-100 НВ), высокую пластичность ( = 50%).

Перлит – это эвтектоидная механическая смесь феррита и цементита. Образуется при распаде аустенита при температуре 727 С с концентрацией углерода С = 0,08%. Магнитен, имеет повышенную прочность и твердость, НВ = 160…200,  = 12%.

Аустенит твердый раствор внедрения углерода в  железе (Fе_), имеет ГЦК кристаллическую решетку с максимальной концентрацией углерода С = 2,14% при t = 1147 C. Не магнитен, имеет высокую пластичность НВ = 160…200,  = 40-50%, НВ = 160…200.

Ледебурит – это эвтектическая механическая смесь аустенита и цементита, образуется из жидкого раствора с концентрацией углерода С = 4,3% при t = 1147 C. Имеет высокую твердость и очень хрупок. НВ = 600…700,  = 0.

Цементит, Fe₃C карбид железа содержит углерода С = 6,67%. Является химическим соединением t_пл = 1260 C. Самая хрупкая и твердая составляющая железоуглеродистых сплавов НВ = 820,  = 0.

Графит – углерод, выделяющийся в железоуглеродистых сплавах в свободном состоянии.

Феррит наблюдается под микроскопом в виде светлых зерен различной величины. Цементит – в виде пластин, мелких зерен и сетки по границам зерен других структурных составляющих (феррита или перлита). Перлит наблюдается в виде чередующихся между собой темных и светлых полосок. В зависимости от формы цементита различают: пластинчатый перлит, в котором цементит имеет форму пластин; и зернистый, в котором цементит содержится в виде зерен, расположенных в феррите.

Структура чугуна представляет собой стальную основу феррита,

перлита или феррито-перлита, пронизанную графитовыми включениями различной формы. В серых чугунах графит наблюдается в виде пластинок или “червячков”. В ковком он имеет хлопьевидную форму, а в высокопрочном – шаровидную. В белом чугуне углерод в свободном виде отсутствует и находится в связанном состоянии (например, в виде карбидов железа).

На рис. 18.4, 18.5 приведены микроструктуры сталей и чугунов в зависимости от содержания в них углерода.

Структура доэвтектоидных сталей состоит из феррита – Ф (светлые включения) и перлита – П (темные включения) (рис. 18.4а). С увеличением содержания углерода количество феррита уменьшается, а перлита – увеличивается.

Структура эвтектоидной стали состоит из перлита (темные включения) (рис. 18.4б). Заэвтектоидная сталь состоит из перлита (темные участки) и

вторичного цементита – Ц_II (светлые участки в виде сетки или игл)

(

Л+П+Ц_II П+Ц_I Л+Ц_I

а) б) в)

Рис. 18.5. Микроструктуры чугунов (х 200):

а) доэвтектическая (2,14 < С < 4,3%);

б) эвтектическая (С = 4,3%);

в) заэвтектическая (4,3% < С < 6,67%)

рис.18.4в ).

Структура доэвтектического чугуна (рис. 18.5а) состоит из ледебурита – Л (светлые участки с зернами перлита), перлита – П (темные участки) и вторичного цементита – Ц_II (светлые участки). Структура эвтектического чугуна состоит только из ледебурита Л = (П + Ц), где перлит П (темные включения) и первичный цементит – Ц_I (светлый продолговатый кристалл, рис. 18.5б). Заэвтектический чугун состоит из ледебурита – Л (темные включения) и первичного цементита – Ц_I (крупные светлые полосы) (рис. 18.5в).