4. Порядок выполнения работы

• во время самоподготовки к выполнению работы заполнить пп.1 и 2.2.1 – 2.2.6 протокола лабораторной работы;

• на занятии, перед выполнением работы ответить на вопросы билета контроля;

• получить у преподавателя задание, у лаборанта – образцы исследуемого материала и инструмент;

• уточнить характеристики используемого в эксперименте оборудования, приборов и инструментов, заполнить данные по п. 3.2 протокола лабораторной работы;

• определить размеры сечения образцов;

• провести испытания, записать данные измерений работы разрушения и расчетов в таблицу 3.3;

• определить по данным испытаний марки сталей и возможные области использования исследованных материалов в судостроении и судоремонте;

• закончить оформление отчета и представить его преподавателю для защиты и окончательной оценки.

3. Определение твердости материалов рабочих поверхностей деталей судовых технических средств

1. Цель работы

1.1. Получить представление о наиболее распространенных методах определения твердости материалов.

1.2. Научиться определять твердость материала рабочих поверхностей по методам Бринелля и Польди.

2. Основные теоретические положения и методические указания

При эксплуатации судовых машин, механизмов и приборов (например, гироскопов) передача силовых нагрузок осуществляется путем кон­такта деталей по сопрягаемым рабочим поверхностям. Их важнейшей характеристикой является твердость — способность материала сопротивляться местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него другого, более твердого тела — индентора. Ее численные значения являются неотъемлемой характеристикой, обозначенной в чертежах деталей и подлежащей контролю после ее изготовления или ремонта (табл. 3.1).

Таблица 3.1-Технические требования к рабочим поверхностям

Деталей стс

Деталь	Материал детали	Твердость рабочей поверхности
Втулка цилиндра дизеля	Чугун СЧ28	НВ I630…2200
Кольцо поршневое	Чугун СЧ24	НВ 1550…1930
Вал коленчатый (шейка)	Сталь 30ХМA	НRС 44…48
Вкладыш подшипника скольжения	Баббит Б83	НВ 260…300
Палец поршневой, шайба кулачковая	Сталь 15X	НRС 53…54
Пружины разные	Сталь 60С2Л	HRC 38…48
Плунжер топливного насоса	Сталь ХВГ	HRС 58…60
Шпонки, оси, валики	Сталь Ст.5	HB I550…1790
Втулка насоса охлаждения	Бронза Бр.О5Ц5С5	НВ 600…800
Примечание: для конструкционных материалов можно использовать следующее соотношение между значениями твердости:

Практически всегда более твердая деталь сопряжения изнашивается с меньшей скоростью. Поэтому материал деталей подбирают таким образом, чтобы менее дефицит­ная и простая деталь имела твердость ниже — при ремонте именно эту деталь и заменяют (например, ме­няют вкладыши подшипников скольжения, а не коленчатый вал дизеля).

Определение твердости относится к числу наиболее простых и удобных методов испытаний, что позволяет проводить его непосредственно на судах.

Количественная оценка твердости выполняется путем вдавливания индентора и последующего анализа параметров отпечатка с учетом прилагаемой нагрузки, материала, формы и размеров вдавливаемого тела.

Условия испытаний стандартизованы, что позволяет сопоставлять результаты испытаний, выполненных в различных лабораториях. К числу наиболее распрост­раненных методов относятся следующие.

Определение твердости по Бринеллю НВ производится на твердомерах типа ТШ-2 (рис. 3.1). Испытуемая деталь (образец) устанавливается на предметный столик, который затем при вращении штурвала по часовой стрелке поднимается до установления контакта с закрепленным в наконеч­нике индентором — стальным закаленным шариком (диаметром D = 2,5; 5 или 10 мм). Затем в полуавтоматическом режиме прикладывается нагрузка Р (1875…30000 Н) в течение 30…60 с, а после выключения прибора, измеряя диаметр отпечатка d (см. ниже), оценивают площадь поверхности шарового сегмента F. Численное значение твердости НВ определяют по формуле:

, МПа

(3.1)

Рассмотренный метод является наиболее точным, однако исполь­зование стального закаленного шарика не позволяет исследовать материалы с твердостью более НВ 4500 МПа из-за начинающейся деформации самого индентора. Кроме этого, отпечаток на детали получается достаточно больших размеров, что может привести в негодность ее рабочую поверхность.

Поэтому более распространенным является методРоквелла, так как использование в качестве индентора (рис. 3.2) стального закаленного шарика диаметром 1,58 мм или алмазного конуса с углом при вершине 120° позволяет определять твердость практически всех известных мате­риалов (табл. 3.2).

Таблица 3.2 - Выбор индентора и нагрузки при определении