3 сем / ТКМ. Лаб. практикум_2022 - копия

Антифрикционные (подшипниковые) материалы (баббиты и сплавы на основе цинка и алюминия) применяют для изготовления вкладышей подшипников скольжения дизелей, турбин, двигателей, прокатных станов и металлообрабатывающих станков, автомобильного и железнодорожного транспорта.

Основные типы баббитов: оловянные Б88, Б83, Б83С и свинцовые

Б16, БН, БС6 (ГОСТ 1320-74); кальциевые БКА, БК2, БК2Ш, БК2Ц (ГОСТ 1209-90). Оловянные баббиты применяют для особо ответственных изделий из-за хорошей прирабатываемости к валу и износостойкости. У баббитов на свинцовистой основе нет равномерного распределения твердых частиц сурьмы и их износостойкость ниже. Для предупреждения ликвации при литье из-за различия в плотности основных компонентов (олова, свинца и более легкой сурьмы) в эти баббиты вводят медь (2…7 %). Никель (0,5...1,1 %), вводимый в баббит марки БН улучшает форму включений и измельчает структуру. Кальциевые баббиты на свинцовистой основе без олова имеют добавки кальция, алюминия, натрия, цинка.

Обозначение баббитов носит условный характер, не показывая полностью состав сплава. В оловянных и свинцовых баббитах, например, Б88, Б16 следующие за буквой «Б» числа показывают только содержание олова в процентах. В маркировке кальциевых баббитов БКА, БК2Ц следующие за буквой «Б» буквы означают элементы, а числа – их содержание в процентах.

В обозначении антифрикционных сплавов на основе цинка (ГОСТ 21437-95), например, ЦАМ10-5 и на основе алюминия (ГОСТ 14113-78), например, АН2,5; АСМ первая буква указывает на основу сплава: цинк или алюминий. Следующие буквы означают элементы, а цифры – их среднее количество в процентах. В марках сплавов на основе алюминия, например, АО9-2 и АО20-1 идущие после букв через тире цифры обозначают среднее количество олова в процентах и среднее содержание меди. В марках сплавов без олова АСМ, АМСТ и АМК буквой С обозначают сурьму, М – магний (в АСМ) или медь (в АМСТ и АМК), Т – теллур. Литейные антифрикционные сплавы на основе цинка в конце марки обозначаются буквой Л, например: ЦАМ9-1,5Л; ЦАМ10-5Л.

23

Содержание работы

Работа включает: изучение классификации, правил маркировки и назначения машиностроительных материалов, определение по исходным данным индивидуального задания химического состава, качества сталей и области применения конкретных металлов и сплавов, составление отчёта.

Последовательность выполнения работы

1.Ознакомьтесь с классификацией и основными правилами маркировки сталей, чугуна, цветных металлов и сплавов.

2.Получите и выполните индивидуальное задание (таблица 1.5) по расшифровке марок машиностроительных материалов с указанием химического состава и их области применения.

3.Составьте отчёт по индивидуальному заданию.

Содержание отчёта

1.Наименование работы.

2.Классификация и принцип маркировки сталей и сплавов.

3.Номер и исходные данные индивидуального задания.

4.Расшифровка марок машиностроительных материалов с указанием заданной марки сплава, наименования материала, химического состава и области применения (по форме Приложения к работе 1).

Таблица 1.5

24

Продолжение табл. 1.5

25

Окончание табл. 1.5

26

2. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ

Цель работы: знания основных механических характеристик материалов, назначения и методики построения диаграмм растяжения; умения определять показатели твердости, прочности и пластичности металлов и сплавов.

Общие сведения

Поведение металлов и сплавов под действием внешнего воздействия характеризуется их физическими и механическими свойствами. Физические свойства определяют поведение материалов в тепловых, гравитационных, электромагнитных и радиационных полях. К ним относят плотность, теплоемкость, температуру плавления, термическое расширение, электропроводность, магнитную проницаемость и т. д.

Механические свойства характеризуют поведение материалов под действием внешних нагрузок при разных условиях нагружения. Механические свойства зависят от вида напряженного состояния, создаваемого в образцах при испытании, скорости деформирования, температуры и характера нагрузок, которые могут быть статическими, динамическими или циклическими. К механическим свойствам относят прочность и пластичность, твердость и ударную вязкость.

Прочность – способность материалов сопротивляться деформации или разрушению под влиянием нагрузки. Показателями прочности являются предел пропорциональности σпц, предел текучести (физический σт или условный σ0,2) и временное сопротивление (предел прочности) σв.

Пластичность – способность материала деформироваться (изменять свою форму и размеры) под действием внешних нагрузок не разрушаясь и сохранять измененную форму после прекращения действия усилий. Показатели пластичности – относительное удлинение после разрыва δ (δ5 или δ10), относительное равномерное удлинение δр и относительное сужение поперечного сечения ψ.

Твёрдость – свойство материала сопротивляться упругой и пластической деформации или разрушению при локальной контактной нагрузке. Твёрдость определяют путем вдавливания в испытуемое изделие

27

с заданным усилием алмазного конуса (твёрдость по Роквеллу), четырехгранной алмазной пирамиды (твердость по Виккерсу) или стального закаленного шарика (твёрдость по Бринеллю).

На приборе Бринелля (рис. 2.1) стальной шарик диаметром D под действием усилия P оставляет лунку диаметром dотп. Значение твердости материала HB определяют по формуле:

(2.1)

где P измеряется в ньютонах, D и dотп – в миллиметрах.

Показатели прочности и пластичности исследуемого материала определяют по результатам испытания стандартных образцов на растяжение (ГОСТ 1497-84). Для испытания применяют пропорциональные плоские или цилиндрические образцы с диаметром рабочей части d0 и начальной расчетной длиной l0 (рис. 2.2, а), которая больше диаметра d0 в пять (пятикратный образец) или в

десять раз (десятикратный образец). Концевые утолщенные участки образцов служат для размещения их в захватах разрывной испытательной машины.

При испытании к образцу прикладывают осевое растягивающее усилие Р, измеряемое в ньютонах (Н), и записывают диаграмму растяжения (кривые 1...3 на рисунке 2.2, б): зависимость между усилием Pi, действующим на образец в данный момент испытания, и удлинением ∆li (кривые 1–3). С увеличением усилия Pi длина образца изменяется на величину

где li – длина образца при действии на него силы Pi; l0 – начальная длина образца.

Вплоть до точки A (кривая 2) деформация является только упругой, и при снятии нагрузки длина образца уменьшается до исходной длины l0.

28

Типичный вид диаграммы для низкоуглеродистой стали приведен на рис. 2.3. На диаграмме растяжения может быть четко выраженная площадка текучести, т. е. образец деформируется без заметного увеличения растягивающей нагрузки Pт (кривая 1, рис. 2.2). Напряжение, соответствующее данному моменту, называют физическим пределом текучести σт.

Рис. 2.3. Диаграмма напряжение – относительная деформация

Хрупкие материалы не допускают большой деформации, кривая растяжения у них не имеет площадки текучести, и наибольшее усилие наблюдается при незначительном удлинении (кривая 3, рис. 2.2). Для металлических сплавов, у которых площадка текучести отсутствует, находят условный предел текучести σ0,2.

Условный предел текучести – это напряжение, при котором пластическая деформация образца составляет 0,2 % от рабочей длины образца или начальной расчетной длины по тензометру. Соответствующее усилие P0,2 находят по диаграмме (кривая 2, рис. 2.2), проводя линию, параллельную участку нагружения ОА и смещенную вдоль оси абсцисс на величину

30

∆l0,2 = 0,002l0. Точка пересечения с диаграммой растяжения (точка B) определяет нагрузку P0,2. Условный предел текучести вычисляют по формуле:

где F0 – площадь поперечного сечения образца до испытания.

Предел пропорциональности σпц – это напряжение, при котором отступление от линейной зависимости между усилием и удлинением достигает такого значения, что тангенс угла наклона, образованного касательной к кривой нагружения в координатах “усилие-удлинение” в точке Pпц с осью усилий увеличивается на 50 % от своего значения на упругом (линейном) участке (точка a, рис. 2.3):

Временное сопротивление (предел прочности) σв – напряжение, соответствующее наибольшему усилию Pв, предшествующему разрыву образца (точка c, рис. 2.3):

Размеры образца до и после испытания позволяют найти показатели пластичности: относительное удлинение после разрыва δ (δ5 при l0 = 5d0 и δ10 при l0 = 10d0), относительное равномерное удлинение δр и относительное сужение ψ.

Относительное удлинение после разрыва δ – отношение абсолютного удлинения рабочей части образца (lк – l0) после разрушения к начальной расчетной длине l0, выраженное в процентах:

где lк – длина рабочей части образца после испытаний.

Относительное равномерное удлинение δр – отношение приращения длины участка в рабочей части образца после разрыва, на котором определяется δр, к длине до испытания, выраженное в процентах.

31

Относительное сужение после разрыва ψ определяется как отношение разности F0 и минимальной площади поперечного сечения образца после разрушения Fш к начальной площади поперечного сечения F0, выраженное в процентах. Для цилиндрических образцов относительное сужение ψ вычисляют по формуле

где d0 и dш – начальный диаметр образца и минимальный диаметр шейки на образце после разрыва.

В табл. 2.1 приведены справочные значения механических свойств конструкционных сталей, используемых при проведении данной работы.

Содержание работы

Работа включает изучение основных механических характеристик материалов, диаграмм растяжения, определение показателей твердости, прочности и пластичности сплавов, составление отчета.

Таблица 2.1

Механические свойства конструкционных сталей

Последовательность выполнения работы

32