Лабораторная №3

1. Четыре категории свойств материалов.

2. Механические свойства металлов (что они характеризуют: твердость, прочность, упругость и др.).

Механические свойства материалов - совокупность показателей, характеризующих сопротивлениематериала воз действующей на него нагрузке, его способность деформироваться при этом, а такжеособенности его поведения в процессе разрушения. В соответствии с этим М. с. м. измеряют напряжениями(обычно в кгс/мм² или Мн/м²), деформациями (в %), удельной работой деформации и разрушения (обычно вкгс․м/см² или Мдж/м²), скоростью развития процесса разрушения при статической или повторной нагрузке(чаще всего в мм за 1 сек или за 1000 циклов повторений нагрузки, мм/кцикл). М. с. м. определяются примеханических испытаниях образцов различной формы.

Большинство деталей машин, обрабатываемых на металлорежущих станках, изготавливается из металлов и их сплавов. Наибольшее распространение имеют чугуны и стали, в меньшей степени - цветные металлы. Для режущих инструментов широко применяются твердые сплавы и абразивные материалы. Обрабатываемость металлов резанием характеризуется их механическими свойствами: твердостью, прочностью, пластичностью.

3. Способы определения твердости.

Твердость - способность металла оказывать сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела. Наиболее распространены два способа определения твердости: Бринелля и Роквелла. Твердость по Бринеллю устанавливается вдавливанием в испытуемый металл стального закаленного шарика под определенной нагрузкой. Полученную этим способом твердость обозначают буквами HB и определяют делением нагрузки на площадь сферического отпечатка. Прибор Бринелля применяется для определения твердости сырых или слабо закаленных металлов, так как при больших нагрузках шарик деформируется и показания искажаются. Твердость по Роквеллу определяется вдавливанием в подготовленную ровную поверхность алмазного конуса или закаленного шарика. Значение твердости выражается в условных единицах и отсчитывается по черной или красной индикаторным шкалам прибора. Для очень твердых металлов незначительной толщины применяют алмазный конус с нагрузкой 588 Н, а значение твердости определяют по черной шкале и обозначают HRA. Твердость закаленных сталей определяют, вдавливая алмазный конус при нагрузке 1470 Н, по черной шкале и обозначают HRCэ. Испытание твердости шариком с нагрузкой 980 Н на приборе Роквелла предусмотрено для мягких незакаленных металлов. В этом случае отсчет показаний ведут по красной шкале, а твердость обозначают HRB.

4. Связь между твердостью и деформацией.

5. Сущность способа Роквелла: случаи его применения; устройство и принцип действия твердомера Роквелла.

Ме́тод Рокве́лла — метод проверки твёрдости материалов. Из-за своей простоты он является наиболее распространённым и основан на проникновении твёрдого наконечника в материал и измерении глубины проникновения.

Твердомер Роквелла, машина для определения относительной глубины проникновения, был изобретён уроженцами штата Коннектикут Хью М. Роквеллом (1890—1957) и Стэнли П. Роквеллом (1886—1940). Потребность в этой машине была вызвана необходимостью быстрого определения эффектов термообработки на обоймах стальных подшипников.

Твердомеры по Роквеллу

Устройства, реализующие метод Роквелла (один из таких приборов изображен на рисунке), предназначены для определения твёрдости легированных и углеродистых сталей, конструкционных пластмасс, цветных металлов. Исходя из ГОСТ 9013-59, устанавливающего описываемый метод измерения, шероховатость исследуемого объекта не должна превышать 2,5 мкм.

Фотография и схема твердомера работающего по методу Роквелла.

Суть метода

Твердосплавный (стальной) шарик или скруглённый алмазный конус внедряется в образец двумя последовательными усилиями. В ГОСТ параметры испытаний (размеры индентора и схемы приложения нагрузки оговариваются детальнее). После снятия испытательной нагрузки определяется глубина внедрения индентора, по ней – твёрдость образца.

Во время изобретения Хью и Стэнли Роквеллы (не прямые родственники) работали в компании New Departure Manufacturing (Бристоль, Коннектикут). New Departure, бывшая крупным производителем шарикоподшипников, в 1916 году стала частью United Motors, а затем — корпорации General Motors.

После ухода из компании в Коннектикуте Стэнли Роквелл переехал в Сиракьюс (штат Нью-Йорк) и 11 сентября 1919 подал заявку на усовершенствование первоначального изобретения, которая была утверждена 18 ноября 1924. Новый прибор был также запатентован под № 1516207^[3][4]. В 1921 году Роквелл переехал в Западный Хартфорд, в Коннектикуте, где сделал дополнительные усовершенствования^[4].

В 1920 году Стэнли начал сотрудничество с производителем инструментов Чарльзом Вильсоном (Charles H. Wilson) из компании Wilson-Mauelen с целью коммерциализации изобретения и разработки стандартизированных испытательных машин^[5].

Около 1923 года Стэнли основал фирму по термообработке Stanley P. Rockwell Company, которая существует до сих пор в Хартфорде, в Коннектикуте. Через несколько лет она, переименованная в Wilson Mechanical Instrument Company, сменила владельца. В 1993 году компанию приобрела корпорация Instron.

Существует 11 шкал определения твердости по методу Роквелла (A; B; C; D; E; F; G; H; K; N; T), основанных на комбинации «индентор (наконечник) — нагрузка»^[6]. Наиболее широко используются два типа инденторов: шарик из карбида вольфрама диаметром 1/16 дюйма (1,5875 мм) или такой же шарик из закалённой стали и конический алмазный наконечник с углом при вершине 120°.

Возможные нагрузки — 60, 100 и 150 кгс. Величина твёрдости определяется как относительная разница в глубине проникновения индентора при приложении основной и предварительной (10 кгс) нагрузки.

Для обозначения твёрдости, определённой по методу Роквелла, используется символ HR, к которому добавляется буква, указывающая на шкалу, по которой проводились испытания (HRA, HRB, HRC).

6. Какаие физические процессы определяют испытание на твердость на приборе Роквелла.

По Роквеллу чаще всего определяют твёрдость очень твёрдых материалов: закалённых сталей, твёрдых сплавов, керамики, твёрдых покрытий, в том числе наплавленных слоев достаточной глубины на сталях и чугунах. Но на приборе Роквелла можно определять твёрдость и сравнительно мягких материалов.

7. Установить связь между твердостью и прочностью на растяжение (пользуясь таблицей).

Лабораторная №4

1) Что такое рекристаллизационный отжиг?

более точное определения среднего диаметра зерен после различных видов обработки, позволяющих получить из крупнозернистой исходной структуры более мелкозернистую. Одним из таких способов получения ультрамелкозернистой структуры металла является рекристаллизационный отжиг, который проводится после предварительной холодной пластической деформации

2) Какие существуют методы определения среднего диаметра зерен структуры конструкционных сталей?

Для количественной характеристики структуры и, в частности, размеров зерен применяют статистические методы и строят кривые распределения или гистограммы. С помощью окуляр-микрометра определяют число зерен, размер которых находится в пределах определенного числа делений окуляр-микрометра (например, от 0,5 до 1,5 и 1,5 до 2,5; от 2,5 до 3,5 и т. д.); по этим данным строят гистограммы. Если кривая имеет ряд минимумов и максимумов, то проводят сглаживание кривой, подсчитывая число зерен в более крупных интервалах размеров, т.е. увеличивают интервалы группировки.

3) Как устроен и работает металлографический микроскоп?

Металлографические микроскопы[

В инвертированном микроскопе образец наблюдается снизу.

Специфика металлографического исследования заключается в необходимости наблюдать структуру поверхности непрозрачных тел. Поэтому микроскоп построен по схеме отражённого света, где имеется специальный осветитель, установленный со стороны объектива. Система призм и зеркал направляет свет на объект, далее свет отражается от непрозрачного объекта и направляется обратно в объектив^[3].

Современные прямые металлургические микроскопы характеризуются большим расстоянием между поверхностью столика и объективами и большим вертикальным ходом столика, что позволяет работать с крупными образцами. Максимальное расстояние может достигать десятки сантиметров^[7]. Но обычно в материаловедении используются инвертированные микроскопы, как не имеющие ограничения на размер образца (только на вес) и не требующие параллельности опорной и рабочей граней образца (в этом случае они совпадают).