Министерство образования и науки Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)

Кафедра конструирования горных машин

и технологии машиностроения

Материаловедение

Методические указания к лабораторным работам

для студентов специальностей

170100, 170300, 090600, 090700, 090800

Санкт-Петербург

2004

УДК 620.22:622.002.5

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ: Методические указания к лабораторным работам. / Санкт-Петербургский горный ин-т. Сост.: А.Е.Корчемкин, Ю.П.Бойцов. СПб, 2004, 31 стр.

Рассмотрены вопросы измерения твердости металлов, анализа диаграммы состояния железо-цементит, микроструктуры сталей и чугунов, термической обработки сталей, выбора материала, вида и режима термической обработки для заданной детали. Содержатся сведения, необходимые для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение».

Методические указания предназначены для студентов специальностей 170100 «Горные машины и оборудование», 170300 «Металлургические машины и оборудование», 090600 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», 090800 «Бурение нефтяных и газовых скважин», 090700 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ».

Табл. 8 . Ил.6 .

Научный редактор доц. А.Е.Корчемкин

ã Санкт-Петербургский горный

институт им. Г.В. Плеханова, 2004 г.

Работа 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ

Цель работы: ознакомиться с методами измерения твердости по Бринеллю, Виккерсу, освоить измерения твердости по Роквеллу.

ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ПО БРИНЕЛЛЮ

Сущность метода заключается во вдавливании стального шарика диаметром D = 10; 5; 2,5 мм в образец под действием нагрузки Р = 1875; 7500; 30000 Н в течение 10 с для стали и чугуна; для цветных металлов - 30 с; измерении диаметра отпечатка d [мм] лупой после снятия нагрузки. Идентичность результатов измерения твердости при разных диаметрах шарика обеспечивает закон подобия Р/D² = K = соnst. Число твердости НВ определяют отношением нагрузки Р к площади сферической поверхности отпечатка F по формуле:

.

ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ПО РОКВЕЛЛУ

Сущность метода заключается во вдавливании алмазного конуса с углом при вершине 120 или стального шарика d=1,588мм в образец под действием нагрузки, приложенной перпендикулярно поверхности образца.

Алмазный конус применяют для испытания твердых металлов, шарик – мягких. Наконечник вдавливают двумя последовательными нагрузками – предварительной, равной Р=100Н, и основной, которая в сумме с предварительной составляет 1000 Н для шарика (шкала В), 1500 Н для алмазного конуса (шкала С) и 600Н для алмазного конуса при испытаниях очень твердых и тонких материалов (шкала А).

Твердость по Роквеллу измеряют в условных единицах. За единицу твердости принята величина, соответствующая осевому перемещению наконечника на 0,002 мм. Число твердости – величина, обратная глубине вдавливания. Твердость по Роквеллу обозначается: HRA – при испытании алмазным конусом при нагрузке 600 Н, HRC – то же при нагрузке 1500 Н и HRB – при испытании стальным шариком при нагрузке 1000 Н. Значение твердости считывается по шкале в относительных единицах в диапазоне значений от 0 до 100.

Для работы предоставляются твердомер Роквелла и набор образцов стали и цветных сплавов. Техника выполнения измерений демонстрируется преподавателем. Для каждого образца производится не менее трех измерений. Результаты измерений рекомендуется оформить в виде протокола испытаний (табл.1). Твердость по Роквеллу обозначается цифрами, характеризующими величину твердости, и буквами, характеризующими шкалу, например: 85 HRB, 45 HRC. Числа твердости по Роквеллу перевести (см. приложение) в числа твердости по Бринеллю НВ и заполнить соответствующую графу табл.1

Таблица 1

Протокол испытаний

Материал образца и толщина	Тип наконеч-ника	Нагрузка, Н	Шкала	Твердость по Роквеллу				Твердость по Бринеллю, НВ
							среднее
1	2	3	4	5	6	7	8	9

ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ПО ВИККЕРСУ

Сущность метода заключается во вдавливании четырехгранной алмазной пирамиды с углом = 136в образец под действием нагрузки Р = 101000 Н, приложенной перпендикулярно поверхности образца, и измерении длины диагонали отпечаткаdпосле снятия нагрузки. Число твердости определяют как отношение нагрузки Р к площади боковой поверхности отпечаткаFпо формуле:HV=P/F= 1,8544P/d² .

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ

ПО ЗНАЧЕНИЯМ ЧИСЕЛ ТВЕРДОСТИ

Между пределом прочности и числом твердости НВ существует зависимость: для стали с твердостью 12001750 НВ_в=3,3 НВ; при 17504500 НВ_в=3,4 НВ; для наклепанной латуни_в=3,9 НВ. Вычислить предел прочности_в [МПа] металла испытанных образцов и заполнить табл .2.

Таблица 2

Протокол испытаний

Материал образца	Твердость по результатам измерений	Твердость в переводе на НВ	Пересчетная формула на прочность	Предел прочности  в, МПа
1	2	3	4	5

Задание и содержание отчета. Дать краткое описание приборов, последовательность выполнения работы, произвести измерения твердости по Роквеллу и заполнить табл.1 и табл.2.

Работа 2. АНАЛИЗ ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ