Название: Методические указания к лабораторной работе № 3 по курсу «Материаловедение» (А.И. Смирнов)

Жанр: Гуманитарные

Просмотров: 1279


Методы определения свойств сплавов

При оценке прочностных свойств материалов различают несколько критериев:

а) Критерии, определяемые вне зависимости от конструктивных особенностей и характера службы изделия. Эти критерии находятся путем стандартных испытаний образцов с определением таких характеристик, как твердость (HB, HRC), предел прочности при растяжении (σв), относительное удлинение (δ), относительное сужение (ψ), ударная вязкость (ан);

б) Критерии оценки конструктивной прочности материалов, которые находятся в наибольшей корреляции со служебными свойствами данного изделия, характеризуют работоспособность материала в условиях службы;

в) Критерии оценки прочности конструкции в целом, определяемые при стендовых, натурных и эксплуатационных испытаниях.

Для решения практических задач металловедения, в частности определения эффективности упрочняющих обработок, необходимо определить как традиционные механические характеристики, так и критерии конструктивной прочности, которые можно разбить на две группы:

а) Свойства, определяющие запас надежности материала в изделии (вязкость разрушения, работа, затрачиваемая при распространении трещин и т.д.). В основе этих методик, использующих основные положения механики разрушения, лежат статические и динамические испытания образцов с острыми трещинами, которые имеют место в реальных условиях эксплуатации (например, неметаллические включения, надрезы, микропустоты). Эти микронесплошности и трещины резко меняют поведение металла под нагрузкой, так как являются концентраторами напряжений;

б) Свойства, определяющие долговечность изделий: усталостная прочность, износостойкость и др.

Такое сочетание видов испытаний позволит более полно охарактеризовать работоспособность материла в изделии и даст возможность оценить преимущество той или иной упрочняющей обработки.

Наиболее распространенным стандартным методом оценки прочностных свойств сплава является определение твердости.

Под твердостью металла понимается его сопротивление местной пластической деформации при контактном приложении нагрузки (МПа). Это сопротивление зависит от структуры и химического состава сплава.

Твердость определяют методами Бринелля, Роквелла, Виккерса, вдавливая в испытываемый образец соответственно шарик, конус или пирамиду при плавном приложении нагрузки. Выбор метода определяется твердостью испытываемого металла.

 

Определение твердости по методу Бринелля

Прибор Бринелля служит для определения твердости относительно мягких металлов и сплавов. Испытание на твердость по Бринеллю производится вдавливанием в испытываемый образец стального шарика определенного диаметра под действием заданной нагрузки в течение определенного времени. В результате вдавливания шарика на поверхности образца получается отпечаток (рис. 3). Отношение давления Р в килограммах к площади поверхности полученного отпечатка (шарового сегмента) в квадратных миллиметрах дает число твердости, обозначаемое НВ (табл. 1).

На практике для определения числа твердости по Бринеллю пользуются специальной таблицей (ГОСТ 9012-59), которая позволяет по диаметру (d) отпечатка найти соответствующее число твердости НВ.

Процесс измерения твердости состоит из следующих операций.

Подготовка прибора к испытанию, заключающаяся в выборе необходимой нагрузки, шарика определенного диаметра и продолжительности вдавливания.

Шарики различного диаметра применяют в зависимости от толщины испытываемого материала. При испытании материала толщиной более 6 мм применяют шарик диаметром 10 мм, для материала толщиной от 3 до 6 мм – диаметром 5 мм, для материала толщиной менее 3 мм – диаметром 2,5 мм. нагрузку Р выбирают в зависимости от предполагаемой твердости испытываемого материала и диаметра шарика.

 

Таблица 1

Перевод чисел твердости, определяемой различными методами

Диаметр

отпечатка,

мм

Бринелль

НВ3000

Роквелл

HRC

Диаметр

отпечатка,

мм

Бринелль

НВ3000

Роквелл

HRC

4,50

179

-

3,30

341

36,3

4,45

183

-

3,25

352

37,2

4,40

187

-

3,20

363

38,1

4,35

192

-

3,15

375

39,7

4,30

197

-

3,10

388

41,0

4,25

201

-

3,05

401

42,1

4,20

207

-

3,00

415

43,7

4,15

212

-

2,95

429

45,0

4,10

217

-

2,90

444

46,1

4,05

223

-

-

452

46,8

4,00

229

-

-

460

48

3,95

235

-

-

477

49

3,90

241

20,3

-

495

51

3,85

248

21,2

-

512

52

3,80

255

23,0

-

532

54

3,75

262

23,9

-

555

56

3,70

269

25,6

-

578

58

3,65

277

24,0

-

600

59

3,60

285

28,0

-

627

61

3,55

293

29,5

-

652

63

3,50

302

30,2

-

633

65

3,45

311

31,6

-

713

67

3,40

321

33,0

-

744

69

3,35

331

34,2

-

782

72

Подготовка образца к испытанию, которая заключается в обработке его горизонтальной поверхности с нужной степенью чистоты. Необходимо, чтобы поверхность испытываемого образца была ровной и гладкой, чтобы на ней не было окалины и других дефектов.

Вдавливание шарика в испытываемый образец выполняется автоматически.

Измерение диаметра отпечатка производится специальной лупой, имеющей шкалу с делениями, равными 0,05 мм. Лупу нижней опорной частью надо плотно установить на поверхности образца над отпечатком. Поворачивая окуляр, следует добиться, чтобы края отпечатка были резко очерчены. Затем, передвигая лупу, надо один край отпечатка совместить с началом шкалы и прочитать деление шкалы, с которым совпадает противоположный край отпечатка. Данный отсчет и будет соответствовать диаметру отпечатка.

 

определение твердости по Роквеллу

Испытание на твердость по Роквеллу (рис. 4) производится вдавливанием в испытываемый образец алмазного конуса с углом 120 ˚С или стального закаленного шарика диаметром 1,59 мм.

Величина твердости представляет собой разность между глубиной отпечатков, получаемых на испытываемом образце от вдавливания алмазного конуса или стального шарика под двумя нагрузками определенной величины – предварительной 10 кг и общей 60, 100 или 150 кг.

Твердость по Роквеллу – число отвлеченное и выражается в условных единицах. В зависимости от того, чем и при какой нагрузке производится испытание, т.е. по какой шкале читается отсчет – В, С или А, число твердости обозначается HRC, HRB, HRA (ГОСТ 9013-59).

Процесс измерения твердости заключается в следующем.

установить испытываемый образец на столик.

Прижимая шлиф к индентору, создать предварительную нагрузку 10 кг путем установки малой стрелки индикатора у красной точки.

Установить цифру “0” черной шкалы против большой стрелки индикатора.

Нажатием педали сообщить индентору нагрузки 150 кг (100 кг для шарика).

5. Величина твердости указывается большой стрелкой на шкале индикатора после снятия нагрузки. Для HRC отсчет берется по черной шкале.