metod416

знавания микроструктуры имеет правильный выбор состава электролита, электрического режима и продолжительности травления.

1.6 Устройство металлографического микроскопа ММУ-3

Микроскоп металлографический упрощенный ММУ-3 состоит из оптической, осветительной и механической систем (рисунок 1.2).

Рабочие параметры любого микроскопа определяются его оптической системой. Основные элементы оптической системы – объектив и окуляр (рисунок 1.2).

14

1 - основание; 2 - рукоятка продольного перемещения столика; 3 - рукоятка поперечного перемещения столика; 4 - столик; 5 - винт; 6 - пружинные клеммы; 7 - колонка: 8 - объектив; 9 - рукоятка грубой наводки; 10 - рукоятка точной наводки;

11 - тубус; 12 - бинокулярная насадка; 13 - окуляры; 14 –осветитель; 15 - блок питания; 16 - рукоятка регулирования накала лампы.

Рисунок 1.2 - Металлографический микроскоп ММУ-3

Объектив 8 представляет собой систему линз, установленных в общей оправе и обращенных к рассматриваемому объекту. Основное назначение объектива - создание действительного увеличенного изображения в плоскости объекта окуляра. Оптические характеристики объектива (фокусное расстояние F и числовая апертура) обозначены на его оправе.

Окуляр 13 представляет собой систему линз, установленных в одной оправе и обращённых к глазу наблюдателя. Окуляр даёт мнимое изображе-

11

ние, увеличивая изображение, полученное объективом. Значение собственного увеличения (кратность) окуляра нанесено на его оправе.

Осветительная система состоит из осветителя, линз, светофильтров и диафрагм. Питание лампы осуществляется через блок питания. Рукоятка 16 служит для регулировки накала лампы.

Механическая система у микроскопа имеет штатив, тубус 11 и предметный столик. Микрошлиф устанавливается на предметный столик 4, который перемещается в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях с помощью винтов 2 и 3 (рисунок 1.2).

Это позволяет перемещать шлиф на нужное расстояние и просматривать микроструктуры в различных участках без изменения фокусного расстояния

Для получения чёткого изображения микроструктуры шлифа вращением рукоятки 9 производят приблизительное фокусирование. Вращением рукоятки 10 производят микрометрическую фокусировку. Увеличение микроскопа подбирают путём комбинации объективов и окуляров, перемножая их собственные увеличения или пользуясь таблицей 1.1.

Таблица 1.1 - Увеличения микроскопа ММУ-3

1.7 Порядок выполнения работы

1.7.1Ознакомьтесь с руководством.

1.7.2Определите характер излома полученных образцов, зарисуйте и опишите виды изломов.

1.7.3Изучите устройство микроскопа ММУ-3, пользуясь настоящим руководством. При изучении микроскопа необходимо найти объектив, окуляр, осветитель, научиться пользоваться рукоятками грубой и точной наводки на фокус.

1.7.4Определите общее увеличение микроскопа. Для этого:

1) выпишите характеристики оптической системы микроскопа (на оправке объектива нанесены фокусное расстояние и апертурное число, на оправке окуляра - кратность его увеличения);

12

2) по таблице найдите общее увеличение микроскопа (для установленных на микроскопе объективе и окуляра).

1.7.5Рассмотрите микрошлифы в микроскоп до травления и зарисуйте обнаруженные неметаллические включения, а для чугуна – графит.

1.7.6Зарисуйте микроструктуру стали и чугуна, выявленную травлением, и дайте пояснения к ней.

1.8 Содержание отчёта

1.8.1Цель работы.

1.8.2Описать излом одного образца.

1.8.3Перечислить дефекты выявляемые макроанализом.

1.8.4Описать порядок работы на микроскопе. Кратко описать методику приготовления микрошлифа.

1.8.5Зарисовать микроструктуру образцов стали и чугуна.

1.9Контрольные вопросы

1.9.1Каковы основные методы исследования строения металлов и сплавов? Дайте определение макроанализа, макрошлифа.

1.9.2Какие дефекты металла и особенности его структуры позволяет выявить макроанализ?

1.9.3Какие бывают виды изломов и как они различаются?

1.9.4Назовите дефекты сварных соединений.

1.9.5Дайте определение микроанализа, микрошлифа.

1.9.6Как приготовить микрошлиф? Для чего производят травление?

1.9.7Устройство и работа микроскопа ММУ-3.

1.9.8Назначение травителей.

13

2 Лабораторная работа № 2

Испытание металлов на твёрдость

2.1 Цель работы

Ознакомиться с основными методами определения твердости металлов и сплавов, приобрести навыки измерения твердости на различных приборах.

2.2 Общие сведения

Большинство методов определения твердости основано на принципе вдавливания. Вдавливаются стальной шарик или алмазный наконечник (конус или четырехгранная пирамида).

Твердость – это свойство поверхностного слоя материала оказывать сопротивление упругой и пластической деформации при местных контактных воздействиях со стороны другого, более твердого и не получающего остаточной деформации тела (индентора) установленной формы и размеров. Однако такое определение не является общим, т. к. существуют и другие методы определения твердости, основанные не на принципе вдавливания, а на принципе царапания, маятниковом методе, методе упругой отдачи, динамическом методе и др.

Твердость имеет большое практическое значение, так как характеризует многие рабочие свойства металлов и сплавов, например, износостойкость, режущие свойства и др. Поэтому сложные и требующие времени испытания на растяжение, ударную вязкость и т. д. часто заменяют испытаниями на твердость, которые выполняются значительно быстрее и не требуют больших затрат. Твердость связана определенным соотношением с пределом прочности при растяжении σв.

Испытание на твердость может производиться непосредственно на детали без ее разрушения. Поэтому оно широко применяется не только для изучения свойств металла, но и как метод контроля качества металла в готовых изделиях.

В зависимости от формы индентора (шарик, конус, пирамида) и измеряемой величины (отношение нагрузки к площади полученного отпечатка) различают три метода определения твердости материала: определение твердости по Бринеллю, по Роквеллу, по Виккерсу.

14

2.3Основные методы определения твердости

2.3.1Метод Бринелля

При измерении твердости по Бринеллю в испытуемый образец вдавливают индентор в виде стального закаленного шарика диаметром D под нагрузкой P, приложенной в течение определенного времени твердость измеряют на приборах ТШ-2 или ТП-2. После снятия нагрузки на поверхности металла образуется отпечаток в виде сферической лунки диаметром d (рису-

нок 2.1).

Рисунок 2.1 - Схема измерения твердости по методу Бринелля

Число твердости по Бринеллю НВ (МПа) определяется отношением приложенной нагрузки P (МН) к площади поверхности сферического отпечатка F (м2):

где D – диаметр вдавливаемого шарика, м; d – диаметр отпечатка, м;

Число твердости по Бринеллю по ГОСТ 9012-59 записывают без единиц измерения. На практике при измерении твердости расчет по указанной формуле не проводят, а используют таблицы. Необходимо отметить, что определение твердости по методу Бринелля допускается для сталей, твердость которых не более 450 НВ, цветных металлов с твердостью не более 200 НВ.

Между пределом прочности σв, МПа, и числом твердости HB, МПа, различных металлов существует следующая приближенная зависимость:

σв = k · HB,

где k – коэффициент.

Сталь с твердостью HB:

1200 – 1750 …………………………σв ≈ 3,4·HB

15

1750 – 4500………………………….σв ≈ 3,5·HB

Медь, латунь, бронза:

отожженная……………………….…σв ≈ 5,5·HB наклепанная………………………….σв ≈ 4,0·HB

Алюминий и алюминиевые сплавы с твердостью

HB = 200 – 450……………………….σd ≈3,3-3,6·HB

Дуралюмин:

отожженный………………………...σв ≈ 3,6·HB

после закалки и старения………..…σв ≈ 3,5·HB

2.3.2 Прибор ТШ-2 для испытания металлов на твердость по методу Бринелля

Прибор ТШ-2 (рисунок 2.2) предназначается для измерения твердости по методу вдавливания стального шарика в соответствии с методикой ГОСТ 9012-59.

1 – станина прибора; 2 – подвеска с грузами; 3 – шаровой индентор; 4 – ограничитель; 5 – сменный стол; 6 – винт; 7 – маховик; 8 – пусковая кнопка; 9 – сигнальная лампа

Рисунок 2.2 - Прибор ТШ-2

При испытаниях на твердость применяют шарики диаметром 10; 5 или 2,5 мм в зависимости от толщины испытуемого материала.

Механизмы прибора (механизмы привода, подъема стола, подъема рычажного устройства, реверсирования, нагружения) смонтированы на литой чугунной станине 1.

16

Механизм нагружения состоит из подвески с грузами 2, которые через систему рычагов создают необходимые испытательные нагрузки на шаровом инденторе 3.

Механизм привода, состоящий из электродвигателя и червячного редуктора, обеспечивают работу механизма нагружения и возврата его в исходное состояние. Работа прибора протекает в автоматическом цикле.

Механизм подъема стола состоит из сменного стола 5, винта 6 и маховика 7. Включение прибора осуществляется пусковой кнопкой 8.

Перед проведением испытания следует, в зависимости от твердости материала, выбрать величину испытательной нагрузки и соответствующий индентор (таблица 2.1).

Таблица 2.1 - Ориентировочные параметры испытаний

Для шарика диаметром 10 мм при стандартном испытании применяют нагрузку 29420 H (3000 кгс).

В случае шарика меньшего диаметра необходимо сохранять постоянное соотношение нагрузки к квадрату диаметра шарика.

17

Диаметр шарика и соответствующую нагрузку следует выбирать так, чтобы диаметр отпечатка находился в пределах от 0,2 до 0,6.

Твердость испытуемого образца определяется путем измерения диаметра отпечатка при помощи микроскопа МПБ-3 (рисунок 2.3) и подсчета по формуле (2.1) или по таблицам (ГОСТ 9012-59).

1 – окуляр; 2 – сетка; 3 – установочное кольцо; 4 – тубус; 5 – колонка; 6 – объектив.

Рисунок 2.3 - Общий вид микроскопа МПБ-3

2.3.3 Метод Виккерса

При измерении твердости по Виккерсу в поверхность шлифованного материала вдавливают алмазный индентор в форме правильной четырехгранной пирамиды. Испытания проводят на приборе ТП-2. После снятия нагрузки P измеряют диагонали отпечатка в виде квадрата, оставшегося на поверхности образца (рисунок 2.4).

18