Metodichka_k_laboratornym_po_materialovedeniyu

УДК 621.7+621.9+669.017

Высоцкий, А.Г. Материаловедение [Текст]: лабораторный практикум для сту-

дентов специальности 150405.65 – Машины и оборудование лесного комплекса;

190601.65 – Автомобили и автомобильное хозяйство; 190702.65 – Организация и безопасность движения; 190603.65 – Сервис транспортных и технологических машин и оборудования / А.Г. Высоцкий, А.А. Аксенов; ГОУ ВПО «Воронеж.

гос. лесотехн. акад.». – Воронеж, 2010. – 78 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ГОУ ВПО «ВГЛТА»

2

3

ВВЕДЕНИЕ

Учебным планом специальностей 150405.65 – Машины и оборудование лесного комплекса, 190601.65 – Автомобили и автомобильное хозяйство, 190702.65 – Организация и безопасность движения, 190603.65 – Сервис транс-

портных и технологических машин и оборудования предусмотрена дисциплина

«Материаловедение», составной частью которой являются лабораторные рабо-

ты.

Изучение дисциплины обеспечивает получение студентами знаний об ос-

новных закономерностях между составом, строением и свойствами материалов,

а также о методах их обработки для получения заданных свойств. При выпол-

нении лабораторных работ студенты проводят эксперименты с применением приборов для испытания металлов на твердость, металлографических микро-

скопов для изучения микроструктуры металлов, лабораторных электрических печей для термической и химико-термической обработки металлов. Содержа-

ние лабораторных работ предусматривает индивидуальные задания для студен-

тов при выполнении работ, а также при оформлении письменных отчетов о ла-

бораторных работах. Лабораторные работы по термической и химико-

термической обработке проводятся по типу деловой игры, когда каждый сту-

дент подгруппы выполняет определенную поставленную задачу для получения сводных результатов по лабораторной работе.

Выполнение студентами лабораторных работ, письменных отчетов и ин-

дивидуальных заданий требует привлечения учебной и справочной литературы,

конспектов лекций по дисциплине, что в ходе семестра способствует более ус-

пешному освоению и закреплению знаний.

Лабораторные работы проводятся в двух лабораториях кафедры ТКМ: ла-

боратория металлографии и лаборатория термической обработки металлов. Пе-

ред выполнением лабораторных работ все студенты проходят инструктаж по ох-

ране труда с последующей проверкой знаний по технике безопасности и пожар-

ной безопасности, а также с регистрацией инструктажа в журнале лаборатории.

4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ТВЕРДОСТЬ МЕТАЛЛОВ И МЕТОДЫ ЕЕ ИЗМЕРЕНИЯ

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1 Изучить два основных метода определения твердости металлов в маши-

ностроении – метод Бринелля (ГОСТ 9012-59, ИСО 6506-81, ИСО 410-82) и ме-

тод Роквелла (ГОСТ 9013-59, ИСО 6508-86).

2 Получить навыки измерения твердости металлов по методам Бринелля и Роквелла.

3 Изучить варианты стандартных обозначений чисел твердости металлов по Бринеллю и Роквеллу для различных условий испытаний образцов или изде-

лий, а также уметь воспроизводить эти обозначения на чертежах и в текстовых документах (пояснительных записках) курсовых работ, курсовых и дипломных проектов, в отчетах о производственных практиках, в производственной конст-

рукторской и технологической документации.

2 ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТ, МАТЕРИАЛЫ, ИНФОРМАЦИОННЫЕ СТЕНДЫ

2.1Пресс Бринелля – три действующих прибора.

2.2Прибор Роквелла – два действующих прибора.

2.3Микроскоп МПБ-2 для измерения диаметров сферических отпечатков на поверхности испытуемых образцов металлов – шесть приборов.

2.4Штангенциркуль – три инструмента.

2.5 Плоские образцы металлов для измерения твердости толщиной от 4 до

20мм:

–сталь углеродистая конструкционная горячекатаная – три образца;

–серый чугун – три образца;

–бронза – три образца;

–алюминиевый литейный сплав – три образца;

5

– закаленная углеродистая или легированная инструментальная сталь –

четыре образца.

2.6Обтирочная ветошь из хлопчатобумажной ткани.

2.7Информационные стенды:

–схема пресса Бринелля;

–значения коэффициента для разных металлов;

–минимальная толщина испытуемого образца или изделия при измере-

нии твердости металлов по методу Бринелля;

– продолжительность выдержки шарика под действием заданного усилия при измерении твердости металлов при методу Бринелля;

– выбор усилия , приложенного к шарику, при измерении твердости ме-

таллов по методу Бринелля;

– эмпирические зависимости между числами твердости по Бринеллю

() и пределами прочности при растяжении () для разных металлов;

–таблицы величин твердости по Бринеллю для разных металлов;

–схема прибора Роквелла;

–условия измерения твердости металлов по методу Роквелла;

–циферблат индикатора прибора Роквелла;

–сравнение чисел твердости по Роквеллу и Бринеллю.

3 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ

Твердость металла – это сопротивление, которое оказывает металл,

проникновению в него другого более твердого тела (индентора).

Измерение твердости является наиболее простым и быстрым видом меха-

нических испытаний металлов, при котором не происходит разрушение образ-

цов или изделий. Этот вид испытаний широко применяется в металлургии и машиностроении для контроля качества металлов на образцах, полуфабрикатах и готовых изделиях после различных видов их обработки.

Существующие методы измерения твердости делятся на несколько групп:

вдавливание одного тела в другое; царапание одного тела другим; отскакивание

6

стандартного бойка при падении с определенной высоты на поверхность испы-

туемого материала; магнитные; электрические и другие. При измерении твер-

дости металлов самое большое распространение получили статические методы вдавливания, когда твердый индентор, имеющий определенную форму (шарик,

конус, призма) плавно вдавливается в испытуемый металл под действием за-

данного усилия. Величина этого усилия должна обеспечивать не только упру-

гую, но и пластическую деформацию металла в месте вдавливания индентора.

После снятия усилия измеряют глубину отпечатка или его поперечный размер

(диаметр, диагональ) и путем расчета определяют число твердости металла.

Методы вдавливания позволяют определить:

1 Макротвердость металлов – при усилиях на индентор больше 3 кгс.

2 Твердость металлов при малых нагрузках – при усилиях на индентор от 0,2 до 3 кгс.

3 Микротвердость металла –при усилиях на индентор до 0,2 кгс.

4 ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ ПО МЕТОДУ БРИНЕЛЛЯ (ГОСТ 9012-59, ИСО 6506-81, ИСО 410-82)

Данный метод измерения твердости металлов предложен шведским ин-

женером Ю.А. Бринеллем в 1900 г. и значительно усовершенствован за более вековой период применения во многих странах мира: в металлургии, в различ-

ных отраслях машиностроения, в научных исследованиях.

В нашей стране и в странах СНГ, с учетом гармонизации ГОСТов с меж-

дународными стандартами ИСО, действующий ГОСТ 9012-59 (ИСО 6506-81 и

ИСО 410-82) устанавливает метод измерения твердости по Бринеллю металлов с твердостью не более 650 единиц. При этом минимальная величина твердости металла, которую можно измерить по методу Бринелля, соответствует твердо-

сти самого мягкого металла – свинца (при комнатной температуре его твер-

дость составляет четыре единицы по Бринеллю).

Сущность метода заключается во вдавливании шарика (стального

закаленного или из твердого сплава) диаметром (мм) в образец металла

7

или в изделие под действием усилия (Н или кгс), приложенного перпен-

дикулярно поверхности испытуемого металла, в течение определенного времени (с), и измерении диаметра сферического отпечатка (мм) на поверхности металла после снятия усилия (рис. 1.1).

F – приложенная сила, Н (кгс); D – диаметр шарика, мм; d – диаметр отпечатка, мм; h – глубина отпечатка, мм

Рисунок 1.1 – Схема измерения твердости металлов по Бринеллю

Твердость по Бринеллю обозначается символом при испытании стальным шариком или символом при испытании шариком из твердого сплава. Величина твердости численно равна отношению приложенного усилия к площади сферического отпечатка (мм2) и рассчитывается по формулам

(1.1) или (1.2):

когда усилие выражается в Н;

когда усилие выражается в кгс.

Из формул (1.1) и (1.2) следует, что площадь сферического отпечатка ,

представляющего собой шаровой сегмент, равна (1.3):

8