2851

Площадь отпечатка определяется и по глубине вдавлива-

Из формул следует, что для получения одинаковых значений НВ одного и того же образца при использовании шариков разного диаметра необходимо постоянство отношений P/D2 и d/D (условие геометрического подобия отпечатков при использовании шарового индентора). На практике такого постоянства добиться невозможно. Отношение d/D поддерживают в пределах 0,2 – 0,6. Рекомендуемые нагрузки и диаметры шариков для определения НВ различных металлических материалов с учетом ГОСТ 9012-59 приведены в таблице.

При измерении твердости по Роквеллу инденторалмазный конус с углом при вершине 120º и радиусом закругления 0,2 мм или стальной шарик диаметром 1,5875 мм(1/16 дюйма) -вдавливается в образец. Число твердости по Роквеллу

71

измеряют в условных единицах, оно является мерой глубины вдавливания индентора под определенной нагрузкой (рис. 4.5).

При использовании в качестве индентора алмазного конуса твердость определяют по двум «шкалам» - А и С. При измерении по шкале А: Р0=100 Н; Р1=500 Н; Р=600 Н. По шка-

ле С: Р0=100 Н; Р1=1400 Н; Р=1500 Н.

Единица твердости (0,002 мм – цена деления шкалы индикатора твердомера Роквелла) по Роквеллу – безразмерная величина, соответствующая осевому перемещению индентора на 0,002 мм.

При использовании в качестве индентора стального шарика число твердости HR определяют по шкале В, т.е. при

Р0=100 Н, Р1=900 Н, Р=1000 Н.

По шкале А измеряют твердость в пределах 70-85 единиц, по шкале В – 25-100, по шкале С – 20-67. Числа твердости, полученные разными методами статического вдавливания индентора, связаны между собой. Зная, например, значение твердости по Бринеллю, можно перевести его с некоторым приближением в число твердости по Роквеллу или Виккерсу (см. приложение 5).

2. Задания

Задание 1. Исследование влияния температуры нагрева под закалку на структуру и твердость стали:

а) выбрать и обосновать режим нагрева под закалку для стали, марка которой предложена преподавателем (сталь 45, У12, быстрорежущая сталь);

б) выбрать несколько температур нагрева под закалку для марки стали, указанной преподавателем;

в) сделать вывод о предполагаемой структуре стали после каждого эксперимента по закалке;

г) получить образцы стали, закаленные с разных температур у преподавателя, измерить их твердость и посмотреть структуру под микроскопом;

72

д) зарисовать структуру стали после закалки с оптимальной температуры;

е) составить отчет о работе.

Задание 2. Исследование влияния скорости охлаждения с температуры закалки на структуру и твердость стали:

а) выбрать и обосновать четыре режима охлаждения так, чтобы они наиболее полно охватывали используемый на практике диапазон скоростей охлаждения для сталей 45 или У12 по указанию преподавателя;

б) после совместного обсуждения этих режимов с преподавателем сделать вывод о предполагаемой структуре стали после каждого эксперимента по охлаждению;

в) получить образцы стали, охлажденной с разными скоростями, у преподавателя, измерить их твердость и посмотреть структуру под микроскопом;

г) зарисовать структуру стали после охлаждения с разными скоростями;

д) составить отчет о работе.

Задание 3. Исследование влияния химического состава на структуру и твердость стали после нормализации:

а) выбрать четыре марки стали, имеющие различную структуру после нормализации;

б) объяснить причины возможности образования качественно различных структур при одинаковой скорости охлаждения;

в) получить образцы стали разного состава после нормализации у преподавателя, измерить их твердость и посмотреть структуру под микроскопом;

г) зарисовать структуры сталей после нормализации; д) составить отчет о работе.

Задание 4. Исследование влияния температуры отпуска на структуру и твердость стали, предварительно закалѐнной на мартенсит:

73

а) в интервале температур отпуска выбрать несколько температур, обеспечивающих получение различных типичных для отпуска структурных состояний;

б) выбрать и обосновать несколько марок конструкционных и инструментальных сталей, имеющих качественно разные зависимости изменения твердости от температуры отпуска;

в) получить образцы отпущенных сталей у преподавателя, измерить их твердость и посмотреть структуру под микроскопом;

г) зарисовать структуру стали после отпуска; д) составить отчет о работе.

3. Содержание отчета

1. Краткие теоретические сведения о процессах и структурных изменениях, происходящих в стали при термической обработке.

2. Обоснование выбора материалов и режимов их термообработки.

3.Результаты измерения твердости в виде таблиц и графиков.

4. Рисунки микроструктур.

4. Контрольные вопросы

1.Что такое отжиг, закалка, нормализация, отпусе?

2.Какие структуры получаются при охлаждении аустенита с различными скоростями?

3.С какой температуры закаливают доэвтектоидную

сталь?

4.С какой температуры закаливают заэвтектоидную

сталь?

5.Что такое мартенсит в углеродистой стали?

6.Каковы причины изменения твердости мартенсита при изменении содержания углерода в нем?

74

7.Виды отпуска? Структуры, возникающие в результате отпуска?

8.Сходство и различие между структурами отпуска и структурами возникающими при распаде переохлажденного аустенита?

75

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение материала входящего в учебное пособие и практическое выполнение лабораторных работ позволит студенту не только получить теоретические знания в области строения материалов, их дефектности, свойств, методов упрочняющих и разупрочняющих обработок, но и приобрести навыки макроскопического и микроскопического анализа, определения механических свойств, анализа надежности и долговечности изделий из металлов и неметаллов по их свойствам, освоение практических методов изменения свойств материалов с целью повышения их конструктивной прочности и технологичности обработки.

Примеры заданий на контрольные работы со ссылками на разделы литературных источников, краткое содержание теоретической программы курса материаловедения, справочные сведения по свойствам и строению материалов облегчат подготовку ко всем плановым контрольным мероприятиям, а дополнительный материал, изложенный в приложениях, позволит студенту самостоятельно подготовиться к выполнению лабораторных работ и контрольных заданий, закрепив на практике полученные теоретические знания.

Читатели, у которых появился особый интерес к данному предмету, могут обратиться к специальной литературе и получить более глубокие и детальные познания по интересующему их конкретному вопросу или предмету в целом.

Авторы выражают признательность рецензентам и редактору за внимательное прочтение рукописи и сделанные замечания, которые способствовали улучшению качества пособия.

76

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

ПРИ ПОДГОТОВКЕ К КОНТРОЛЬНЫМ РАБОТАМ И ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ НА КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ

Контрольная работа №1. Строение идеальных кристаллов

1.Параметры кристаллической решетки и их определение для материала:

-определение числа атомов на элементарную ячейку металла;

-определение координационного числа атома металла.

2.Выбор материалов, имеющих полиморфные превращения.

3.Разделение элементов на металлы и неметаллы.

4.Расчеты размеров наибольшей пустоты в кристаллической решетке элемента.

5.Выбор элементов, способных к внедрению в решетку другого элемента, с обоснованием выбора.

Контрольная работа №2. Строение сплавов

1.Типы диаграмм состояния.

2.Определение структурных превращений при нагреве (охлаждении) сплава данной системы.

3.Доказательство возможности протекания фазового превращения при постоянной температуре (или в интервале температур).

4.Фазовый состав сплавов железа с углеродом.

5.Внешние признаки структурных составляющих при метал-

лографическом исследовании (чистый поликристалл, твердые растворы, многофазные системы, эвтектики и эвтектоиды, вторичные выделения).

77

Контрольная работа №3. Термическая обработка сплавов

1.Виды термической обработки, их определение и назначение.

2.Выбор температуры и режима термической обработки сталей и цветных сплавов.

3.Влияние вида термической обработки на структуру и свойства сплавов.

4.Дефекты структуры при нарушении технологии термообработки.

5.Внешние признаки структурных составляющих углеродистой стали в неравновесном состоянии при металлографических исследованиях (феррита, аустенита, сорбита, троостита, мартенсита, графита).

Контрольная работа №4.

Маркировка, классификация и назначение материалов

1.Классификация материалов по базовому металлу.

2.Классификация сплавов по механическим и физическим свойствам.

3.Классификация сплавов по технологическим свойствам.

4.Классификация конструкционных материалов.

5.Классификация инструментальных материалов.

Пример задания на контрольную работу №1

1.Из представленного варианта произведите выбор неметаллических материалов.

2.Приведите примеры элементов, имеющих аллотропические превращения.

3.Проведите расчет радиуса наибольшей пустоты в решетке предложенного металла.

4.Назовите элементы, которые по формальным признакам могут образовать непрерывный ряд твердых растворов замещения.

78

5. Подсчитайте координационное число атома в решетке свинца.

Пример задания на контрольную работу №2 (тестовое задание)

А- диаграммы состояния бинарных сплавов

1.Определите тип бинарной диаграммы из числа предложенных.

2.Определите фазовый состав сплава при заданной температуре согласно выданной диаграмме состояния.

3.Определите количество и химический состав фаз сплава при заданной температуре.

4.Проверьте правильность построения кривой охлаждения сплава.

5.Определите вид структуры сплава при заданной температуре.

Б – диаграмма Fe – Fe3C

1.Поясните смысл точек и линий на диаграмме Fe – Fe3C.

2.Проверьте правильность построения кривой охлаждения (нагрева) сплава.

3.Определите фазовый состав сплава в заданной области диаграммы.

4.Дайте определение выданной структурной составляющей сплава.

5.Определите вид структуры стали и чугуна в равновесном

состоянии.

Пример задания на контрольную работу №3 (тестовое задание)

1.Определите порядок технологических операций термообработки стали для получения заданной структуры.

2.Определите какие ошибки были допущены при термообработке, не обеспечившей заданные свойства.

79

3.Осуществите выбор температуры нагрева (охлаждения) для предложенной термической (химико-термической) обработки.

4.По заданной зависимости твердости стали от температуры отпуска определите температурный интервал мартенситного превращения.

5.По заданным микроструктурам и значениям твердости дан-

ного структурного состояния определите класс сплава и его вид термической обработки.

Пример задания на контрольную работу №4

1.Произведите выбор сплавов на основе титана.

2.Проведите выбор сплавов по их механическим свойствам (твердости, пластичности).

3.Проведите выбор материалов, обладающих высокой коррозионной стойкостью.

4.Проведите выбор конструкционных сплавов для обработки

на станках автоматах.

5. Поведите выбор инструментальных сплавов для изготовления штампов холодной обработкой металлов давлением (ОМД).

Разделы литературы для подготовки к контрольным работам

Контрольная работа №1 [1] - стр. 7-12; /2/ - стр.24; /3/ - лекции №1,2.

Контрольная работа №2

[1] - стр. 87-116; /2/ - стр. 54-68, 118-155; /3/ - лекции №3,6. Контрольная работа №3

[1] - стр. 142-185; /2/ - стр. 191-230; /3/ - лекции 7,8. Контрольная работа №4

[1] - стр. 222-630; /2/ - стр. 252-313, 349-366, 378-401, 406-418; [3] - лекции 9-17.

80