ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

кафедра технологии конструкционных материалов

Лабораторная работа

Тема: Механические свойства конструкционных материалов (твёрдость и методы её определения)

выполнил: студентка группы КТЭИ-04-2

Зенцова А. А.

проверил: преподаватель

Пермь 2006

Цель работы:

1. Усвоение теоретических основ раздела “Строение и свойства конструкционных материалов”.

2. Ознакомление с устройством и работой приборов.

3. Приобретение навыков измерения твёрдости.

Материалы, приборы и оборудование, используемые при выполнении работы:

1. Твёрдомер Бринелля.

2. Твёрдомер Роквелла.

3. Твёрдомер Виккерса.

4. Лупа МПБ-2.

5. Образцы:

а) из технического железа Fe _тех и сталей марок (в отожжённом и закалённом состоянии): Сталь 45, Сталь 40Х, У8;

б) из технического титана Ti _тех и титанового сплава ВТ-3;

в) из технической меди Cu _тех , латуни и бронзы;

г) из технического алюминия Al _тех и алюминиевого сплава Д16.

Теоретические основы.

Твёрдость как характеристика свойств материала.

Твёрдость материала – это сопротивление проникновению в его поверхность стандартного тела – наконечника (индентора), изготовленного из малодеформирующегося материала (алмаз, сапфир, твёрдый сплав) и имеющего форму шарика, конуса, пирамиды или иглы.

Измерение твёрдости получило широкое распространение как метод определения механических свойств материала благодаря быстроте и простоте, портативности оборудования, а также возможности проводить испытания на готовых изделиях без их разрушения. Испытание на твёрдость – основной метод оценки качества термической обработки изделия. Кроме того, зная твёрдость материала, можно судить о его прочности, так как твёрдость и прочность связаны прямой зависимостью.

Существует несколько способов измерения твёрдости, различающихся по характеру воздействия наконечника. Наибольшее применение получило измерение твёрдости вдавливанием, в результате которого поверхностные слои металла, находящиеся под наконечником и вблизи него, пластически деформируются. После снятия нагрузки остаётся отпечаток. Особенность происходящей при этом деформации заключается в

том, что она протекает только в небольшом объёме, окружённом недеформированным металлом.

Различают два способа определения твёрдости вдавливанием: измерение макротвёрдости и измерение микротвёрдости.

При измерении макротвёрдости тело, вдавливаемое в испытуемый материал, проникает на сравнительно большую глубину, зависящую прежде всего от величины прилагаемой нагрузки и свойств металла. Кроме того, во многих испытаниях вдавливается тело значительных размеров, например стальной шарик диаметром 10 мм, в результате чего в деформируемом объёме оказываются представленными все фазы и структурные составляющие сплава, количество и расположение которых характерно для измеряемого материала. Измеренная твёрдость в этом случае характеризует твёрдость всего испытуемого материала.

Выбор формы, размеров наконечника и величины нагрузки зависит от целей испытания, структуры, ожидаемых свойств, состояния поверхности и размеров испытуемого образца.

Цель измерения микротвёрдости – определение твёрдости отдельных зёрен, фаз и структурных составляющих сплава (а не “усреднённой” твёрдости, как при измерении макротвёрдости). В данном случае объём, деформируемый вдавливанием, должен быть меньше объёма (площади) измеряемого зерна, поэтому прилагают небольшую нагрузку. Кроме того, микротвёрдость измеряют для характеристики свойств очень малых по размерам деталей.

Номер образца	Материал образца, марка	Состояние материала	Метод измерения твёрдости	Условия испытания				Диаметр отпечатка, мм		Число твёрдости	Предел прочности при растяжении в, МПа	Предел выносливости -1, МПа
				Нагрузка Р,кгс	Вид наконечника Диаметр шарика 5мм	шкала
1	2	3	4	5	6	7			8	9	10	11
1	Fe тех	отожженное	В	750	шарик	-			2,9	111	377,4	188,7
2	Ст. 40X	отожженное	В	750	шарик	-			1,9	255	892,5	446,25
3	Ст. 45	отожженное	R	750	шарик	-			2,15	196	686	343
4	Ст. У8	отожженное	В	750	шарик	-			1,85	269	943	471,5
5	Медь	отожженное	В	250	шарик	-			2,35	54,3	289,65	149,325
6	Бронза	отожженное	R	750	шарик	-			2,4	156	530,4	265,2
7	Латунь	отожженное	В	750	шарик	-			2,3	170	935	467,5
8	Алюминий	отожженное	В	250	шарик	-			1,8	95	342	171
9	Д16	отожженное	В	750	шарик	-			2,5	143	514	257
10	Титан	отожженное	В	750	шарик	-			2,5	143	472	236
11	Вт 3-1	отожженное	В	750	шарик	-			1,7	321	1059	529,65
12	Ст. 45	закалённое	HRC	150	конус	С			50	484	1694

Выводы:

Углерод и постоянные примеси (кремний, марганец, сера и фосфор) оказывают влияние на свойства стали. Углерод повышает твёрдость стали, понижая пластичность. Хром также повышает твёрдость стали. Чем больше плотность материала, тем больше твёрдость. Металлы имеют меньшую твёрдость ,чем сплавы изготовленные на основе этих металлов. В результате закалки повышается прочность и твёрдость, понижается пластичность.