Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Составители: Михаил Яковлевич Белкин





ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В настоящих методических указаниях изложены методики выполнения лабораторного практикума по дисциплинам «Материаловедение и термическая обработка» и «Материаловедение», характер и содержание которых подобраны в соответствии с действующими программами.

Цель практикума – ознакомиться с приборами и оборудованием, применяемыми для структурного анализа металлов и сплавов, получить навыки различать и оценивать экспериментальные данные исследований путем составления таблиц, построения графиков и диаграмм, изучения приемов анализа диаграмм состояния и структур; получить навыки в использовании диаграмм состояния сплавов и изотермического распада переохлажденного аустенита для описания превращений в сплавах и схематического изображения получаемых структур.

Практические занятия базируются на теоретических положениях курса и направлены на углубление и расширение знаний лекционного материала.

Порядок выполнения лабораторного практикума предусматривает следующие этапы:

- внеаудиторная подготовка теоретической части работы с составлением краткого конспекта (в рабочей тетради);

- аудиторная работа с преподавателем по разбору отдельных приемов выполнения поставленных задач;

- выдача студентам индивидуального задания;

- выполнение студентами полученного задания и оформление отчета;

- защита отчета о работе.

 



 

2 Практическое занятие № 1

 

ИЗУЧЕНИЕ СИСТЕМЫ МАРКИРОВКИ

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

 

2.1 Цель занятия

 

Изучить систему маркировки и классификации конструкционных и инструментальных металлических материалов, получить практические навыки приобретения необходимой технической информации о свойствах и применении конструкционных материалов на основании анализа их марок.

 

2.2 Краткие теоретические сведения

 

Классификация и маркировка сталей

Сталь – сплав железа с углеродом (до 2,14 %) и другими компонентами. Маркировка сталей различается в зависимости от качества, состава и способа раскисления. По качеству углеродистые стали делятся на стали обыкновенного качества (Р и S менее 0,08 % каждого), качественные (Р и S менее 0,04 %) и высококачественные (Р и S менее 0,03 %).

Стали обыкновенного качества поставляются горячекатаными в виде проката (прутки, листы, уголки, швеллеры, трубы и т.п.). Для этих сталей марки, химический состав и степень раскисления при выплавке регламентирует ГОСТ 380-94. Стали маркируют сочетанием букв Ст и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки. Степень раскисления обозначают в спокойных сталях буквами сп, в полуспокойных – пс, в кипящих – кп. Например: Ст3сп, Ст3пс, Ст3кп. Спокойными и полуспокойными производят стали Ст1…Ст6, кипящими – Ст1…Ст4. Сталь 0 по степени раскисления не разделяют, в этой стали указывают только содержание углерода (С≤0,23 %), серы (S≤0,06 %) и фосфора (Р≤0,07 %). В остальных марках регламентировано содержание С, Мп, Si, S, Р. Содержание углерода и марганца возрастает с увеличением номера стали. Стали с повышенным (0,8…1,1 %) содержанием марганца содержат в маркировке обозначение «Г» (Ст5Гпс, например). Содержание кремния зависит от способа раскисления стали: у кипящих – не более 0,05 %, у полуспокойных – не более 0,15 %, у спокойных не более 0,30 %.

Степень раскисления определяет также различное содержание газообразных примесей, а следовательно, порог хладноломкости и возможную температуру эксплуатации. Спокойные стали имеют более низкий порог хладноломкости t50: для сталей Ст3сп, Ст3пс и Ст3кп он составляет –20, –10 и 0 0С соответственно.

Регламентируются также механические свойства (ГОСТ 535-88). Чем больше номер, тем выше прочность и твердость, но ниже пластичность. Прокат подразделяют на три группы (I-III) и пять категорий (1-5). Группа проката оценивает качество поверхности и способ использования проката (I – без обработки поверхностей, II – для изготовления деталей обработкой резанием, III – для заготовок и деталей, получаемых горячей обработкой давлением). Категории проката (определяет заказчик) различаются набором нормируемых показателей механических свойств. Номер категории записывается в конце индекса, определяющего способ раскисления стали.

Прокат из углеродистых сталей обыкновенного качества предназначен для изготовления различных металлоконструкций, а также слабонагруженных деталей машин и приборов. Среднеуглеродистые стали, обладающие большей прочностью, чем низкоуглеродистые, предназначены для рельсов, железнодорожных колес, валов, шкивов, шестерен и др. деталей грузоподъемных и сельскохозяйственных машин.

Стали углеродистые качественные маркируются цифрами 05, 08, 10, 15, 20 … 85, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента (ГОСТ 1050-88). Их поставляют в виде проката, поковок и других полуфабрикатов с гарантированным химическим составом и механическими свойствами.

Спокойные стали маркируют без индекса, полуспокойные и кипящие с индексами, соответственно, пс и кп. В отличие от спокойных кипящие стали почти не содержат кремния (не более 0,03 %). Содержание марганца повышается по мере увеличения концентрации углерода от 0,25 до 0,80 %.

Качественные стали находят многостороннее применение в технике, так как в зависимости от содержания углерода и термической обработки обладают разнообразными механическими свойствами. Малоуглеродистые и высокопластичные стали 08, 10 применяют для холодной штамповки; цементуемые стали 15, 20, 25 – для деталей, от которых требуется твердая, износостойкая поверхность и вязкая сердцевина; среднеуглеродистые стали 30, 35…55 – для деталей, работоспособность которых определяется сопротивлением усталости (после улучшения, нормализации и поверхностной закалки – в зависимости от условий эксплуатации деталей).

Стали, содержащие 0,7 % С и более, относятся к инструментальным.

Легированные стали производят и поставляют качественными, высококачественными и особовысококачественными. Эта группа сталей многочисленна по числу марок. Легирующие элементы вводят с целью повышения конструкционной прочности сталей, что достигается при их использовании в термически упрочненном состоянии – после закалки и отпуска.

Легированные конструкционные стали маркируются цифрами и буквами. Цифры, стоящие в начале марки, означают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Далее следует буквенный индекс легирующего элемента. Все легирующие элементы, входящие в состав стали, имеют стандартный буквенный индекс: хром – Х, никель – Н, марганец – Г, кремний – С, молибден – М, вольфрам – В, титан – Т, ванадий – Ф, алюминий – Ю, медь – Д, ниобий – В, бор – Р, кобальт – К, цирконий – Ц, фосфор – П, редкоземельные металлы – Ч, азот – А. После индекса легирующего элемента указывается цифрой его среднее содержание в целых процентах. Цифра после буквенного индекса не ставится, если содержание данного легирующего элемента составляет около 1,0 %. Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная. Особовысококачественные стали имеют в конце марки букву Ш (после электрошлакового переплава).

Инструментальные стали маркируются по-разному в зависимости от их состава и свойств.

Углеродистые инструментальные стали маркируются буквой У, после которой записываются цифры 7, 8, 9, …13. Цифра показывает среднее содержание углерода в десятых долях процента.

Легированные инструментальные стали маркируются так же, как легированные конструкционные, – цифрой и буквами. Если перед буквенным обозначением легированной инструментальной стали нет цифры, то содержание углерода в стали принимается равным 1 %.

Быстрорежущие инструментальные стали маркируются индексом Р (рапид (англ.) – скорость), с которого начинается марка стали. Число, следующее после буквы Р, означает содержание основного легирующего элемента – вольфрама в целых процентах, углерода – 0,9 %.

Литейные стали для получения фасонных отливок маркируются двухзначным числом, которое показывает среднее содержание углерода в сотых долях процента. После числа ставится буква Л. Так маркируют углеродистые стали. Легированные литейные стали маркируют соответственно общепринятой системе, а в конце марки ставится буква Л. Для определения степени ответственности отливок в марке литейных сталей, как правило, после буквы Л через дефис записывается римская цифра І, ІІ или ІІІ: І – отливки общего назначения; ІІ – ответственного назначения; ІІІ – особо ответственного назначения. Например: 30Л-І, 35ХМЛ-ІІ, 110Г13Л-ІІІ.

Автоматные стали (обладают особо хорошей обрабатываемостью резанием) маркируются путем записи двухзначного числа, перед которым записывается буква А. Число показывает среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Автоматные стали с увеличенным содержанием серы и дополнительно легированные свинцом (0,15…0,35 %) маркируются буквой С, селеном (0,08…0,30 %) – Е, кальцием (0,002…0,008 %) – Ц. Содержание углерода может быть 0,10…0,40 %. Наиболее многочисленные группы легированной стали имеют низкоуглеродистые (цементуемые) и среднеуглеродистые (улучшаемые) стали, содержащие, как правило, в сумме не более 5 % легирующих элементов.

Особую группу легированных сталей составляют стали со специальными физико-химическими свойствами. К ним относятся жаропрочные, нержавеющие, магнитные, износостойкие, высокопрочные (строительные) стали. Их свойства регламентируются соответствующими ГОСТами.

Хромистые нержавеющие стали применяют трех типов с содержанием хрома 13, 17 и 27 % и углерода – 0,08…0,45 %. Например: сталь 08Х13, сталь 40Х13, сталь 15Х28. Хромоникелевые нержавеющие стали более сложны по химическому составу, например, сталь 12Х18Н8 содержит до 0,12 % С, 1…2 % Mn, 17…19 % Cr, 8…10 % Ni. Количество углерода в сталях марок 1Х18Н9 и 0Х18Н9 соответственно ≤0,14 и ≤0,07%.

К износостойким сталям относятся:

- подшипниковые стали марок ШХ4, ШХ15, ШХ15ГС, ШХ20ГС, содержащие 1 % углерода, а хрома – 0,4; 1,5 и 2,0 %, соответственно маркировке;

- высокомарганцовистые стали марок 110Г13Л, 30Х10Г10, содержащие, соответственно, 1,1…0,3 % углерода, 13 и 10 % марганца, 10 % хрома. Такие стали широко используются для изготовления траков гусеничных машин, щек дробилок, ковшей экскаваторов и др.

 

Маркировка чугунов

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14 % С. Постоянных примесей в них также больше, чем в сталях.

В зависимости от того, в какой форме присутствует углерод в сплавах, различают белые, серые обыкновенные, высокопрочные и ковкие чугуны. Название белых и серых чугунов определяется цветом излома, название ковкого – условное. В белых чугунах углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Они твердые, хрупкие и для изготовления деталей машин не используются.

Серые обыкновенные, высокопрочные и ковкие чугуны различаются условиями образования графитных включений и их формой, что отражается на механических свойствах отливок.

Серыми обыкновенными называют чугуны с пластинчатой формой графита. При маркировке обозначаются буквами СЧ и двухзначным числом, показывающим наименьшее допустимое значение предела прочности при растяжении (в мегапаскалях), уменьшенное в 10 раз. Например: СЧ15, СЧ25 (sв ³ 150 МПа).

Высокопрочными называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Принцип маркировки высокопрочных чугунов тот же, что и серых обыкновенных. Например, ВЧ38 (sв ³ 380 МПа).

Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Маркируют ковкие чугуны двумя буквами КЧ и двумя цифрами, разделенными тире: первое число показывает наименьшее допустимое значение предела прочности на растяжение (в мегапаскалях), уменьшенное в 10 раз, а второе – относительное удлинение (в процентах). Например, КЧ30-6 (sв ³ 300 МПа, d ³ 6%).

Графит, ухудшая механические свойства, в то же время придает чугунам ряд ценных свойств. Он измельчает стружку при обработке резанием, оказывает смягчающее действие и повышает износостойкость чугунов, придает им демпфирующую способность, обеспечивает малую чувствительность чугунов к дефектам поверхности. Благодаря этому серые чугуны широко применяются как конструкционные материалы.

Для деталей, работающих при повышенных температурах, применяют легированные серые чугуны: жаростойкие (дополнительно содержат Cr, Al), жаропрочные (Cr, Ni, Mo).

Маркировка меди и ее сплавов

Техническая медь маркируется буквой М и числом. Например: М00 (99,99 % Cu), М0 (99,95 % Cu), М1 (99,9 % Cu), М2 (99,7 % Cu), М3 (99,5 % Cu), М4 (99,0 % Cu).

В состав медных сплавов могут входить: цинк – Ц, алюминий – А, марганец – Мц, кремний – К, железо – Ж, фосфор – Ф, никель – Н, свинец – С, олово – О, бериллий – Б.

По технологическим свойствам медные сплавы подразделяют на деформируемые и литейные; по способности упрочняться с помощью термической обработки – на упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой.

По химическому составу медные сплавы подразделяют на две основные группы: латуни и бронзы.

Латунями называют сплавы меди с цинком. Они бывают двух- и многокомпонентными. Латуни подразделяют на литейные и деформируемые.

Литейные латуни обозначаются буквами ЛЦ. Дальше идет число, которое указывает на содержание цинка в процентах, затем буквы и числа, указывающие на состав и содержание компонентов. Например: ЛЦ40С2 (40 % Zn, 2 % Pb, остальное Cu), ЛЦ23А6Ж3Мц2 (23 % Zn, 6 % Al, 3 % Fe, 2 % Mn, остальное – Cu). Литейные латуни, как правило, содержат большое количество легирующих элементов (Al, Fe, Ni, Sn, Si). Эти элементы повышают прочность и коррозионную стойкость латуней. Поэтому легированные латуни широко применяют в речном и морском судостроении.

Алюминиевые латуни, дополнительно легированные (Ni, Fe, Мn, Si), упрочняются с помощью закалки и старения. Обработка по схеме «закалка + пластическая деформация + старение» обеспечивает повышение временного сопротивления до 1 000 МПа.

При маркировке деформируемых латуней после буквы Л идет число, указывающее содержание меди в целых процентах, потом буквы – индексы компонентов, входящих в состав сплава, и далее через дефис – числа, указывающие количество в процентах. Например: Л96 (96 % С и 4 % Zn), ЛАЖ60-І-І (60 % Cu, 1 % Al, 1 % Fe, остальное – Zn).

Бронзы – сплавы меди с другими элементами. Разделяются на оловянные и безоловянные, деформируемые и литейные. Бронзы маркируют так же, как и латуни, только индекс Л заменяют индексом Бр. Например, БрОЦС4-4-2,5 (4 % Sn, 4 % Zn, 2,5 % Pb, остальное – Cu) – деформируемая бронза. В марках литейных бронз содержание каждого легирующего элемента ставится сразу после буквы, которая определяет его название. Например: Бр06Ц6С3 (6 % Sn, 6 % Zn, 3 % Pb).

Деформируемые бронзы обладают высокими упругими свойствами и сопротивлением усталости. Их используют для изготовления круглых и плоских пружин в точной механике, электротехнике, химическом машиностроении и других областях машиностроения.

В качестве литейных применяются алюминиевые бронзы, легированные железом, никелем, марганцем, и оловянные. Высокая коррозионная стойкость в атмосферных условиях, пресной и морской воде способствует широкому применению литейных бронз для пароводяной арматуры, работающей под давлением.

 

Маркировка алюминия и его сплавов

В зависимости от содержания примесей алюминий подразделяют на три класса: особой чистоты – А999 (999,99 % Аl), высокой чистоты – А995, А99, А97, А95 и технической чистоты – А85, А8, А7, А6, А5, А0. Алюминиевые сплавы классифицируют по технологии изготовления на деформируемые и литейные.

Алюминиевые деформируемые сплавы при маркировке записывают буквами и цифрами. Например: АМц, АМг2, Д1, В95, АК6. Числа указывают на номер сплава. Химический состав и механические свойства указываются в справочной литературе.

Сплавы с марганцем и магнием (АМn и АМг) отличаются высокой пластичностью, хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью. Пластическая деформация упрочняет эти сплавы почти в 2 раза. Дуралюмины (маркируют буквой Д) широко применяют в авиации.

Ковочные алюминиевые сплавы (АК0) обладают хорошей пластичностью. Их используют для средненагруженных деталей сложной формы. Высокопрочные алюминиевые сплавы маркируют буквой В. Они отличаются высоким временным сопротивлением (600…700 МПа) и близким к нему пределом текучести. Применяются для высоконагруженных деталей конструкций, работающих в основном в условиях напряжения сжатия (обшивка, шпангоуты, лонжероны самолетов).

Литейные алюминиевые сплавы маркируются буквами АЛ (алюминиевые литейные), далее идут числа, которые указывают на номер сплава. Например: АЛ2, АЛ4, АЛ9 и т.д. Химический состав и механические свойства также указываются в справочной литературе.

Для литейных алюминиевых сплавов наиболее распространена классификация по химическому составу (Al-Si, Al-Cu и Al-Mq). Лучшими литейными свойствами обладают сплавы Al-Si (силумины). Сплавы системы Al-CuБ, иногда легированные титаном и марганцем (АМ5), используют для деталей, работающих при температурах до 300 0С. Сплавы системы Al-Mq (Амг, Амг10) обладают высокой коррозионной стойкостью, прочностью, вязкостью и хорошей обрабатываемостью резанием. Эти сплавы имеют наилучшие механические свойства после закалки, когда весь Mq находится в твердом растворе. Применяют Al-Mq-сплавы для изготовления деталей, работающих в условиях высокой влажности, в судо-, самолето- и ракетостроении.

 

Маркировка магния и его сплавов

В зависимости от содержания примесей установлены такие марки магния: Мг96 (99,92 % Mq), Мг95 (99,82 % Mq). Магниевые сплавы делят на деформируемые и литейные.

Деформируемые магниевые сплавы маркируются буквами МА и числом, которое указывает на порядковый номер. Например: МА5, МА11, МА14, МА19. Магниевые сплавы выпускают в виде поковок, штамповок, листов, прутков, труб, профилей. Применяют для различных деталей самолетов, автомобилей, ткацких станков и др.

Литейные магниевые сплавы обозначаются буквами МЛ и числом – порядковым номером сплава. Например: МЛ5, МЛ8, МЛ10. Малая плотность магниевых сплавов, а в отдельных случаях высокая прочность, способствуют их широкому применению в самолетостроении, ракетной технике, конструкциях гоночных автомобилей, приборостроении. Вследствие малой способности к поглощению тепловых нейтронов магниевые сплавы используют в атомной технике, а благодаря высокой демпфирующей способности – при производстве кожухов для электронной аппаратуры.

 

Маркировка титана и его сплавов

Технический титан изготавливается следующих марок: ВТ1-00 (99,53 % Ti), ВТ1-0 (99,48 % Ti), ВТ1-1 (99,44 % Ti). Титановые сплавы маркируются буквами ВТ и ОТ и числами, указывающими на номер сплава. Например: ВТ5, ВТ5-1, ОТ4, ОТ4-1, ВТ14, ВТ22. Состав и свойства сплавов приведены в справочной литературе.

Титановые сплавы, благодаря высокой удельной прочности, жаропрочности и коррозионной стойкости, получили широкое применение в авиации, ракетной технике, судостроении, химической и других отраслях промышленности. Сплавы на основе интерметаллидов титана (жаропрочные и обладающие памятью формы) применяют в космической технике. Так, никелиды титана (TiNi) применяются для самораскрывающихся антенн, саморасклепывающихся заклепок, самосрабатывающих соединительных муфт и т.п.

 

 

Маркировка металлокерамических твердых сплавов

К ним относятся материалы, состоящие из высокотвердых и тугоплавких карбидов вольфрама, титана и тантала, связанных металлической связкой. В зависимости от состава карбидной основы спеченные твердые сплавы выпускают трех групп.

Первую (вольфрамовую) группу составляют сплавы системы WС-Co. Они маркируются буквами ВК и цифрой, показывающей содержание кобальта в процентах. Например: ВК6 (94 % WС, 6 % Co).

Вторую группу (титановольфрамовую) образуют сплавы системы TiС-WС-Co. Они маркируются буквами ТК и цифрами, показывающими содержание (в процентах) карбида титана и кобальта. Например: Т30К4 (30% TiС, 4% Co, 66% WС).

Третью группу (титанотанталовольфрамовую) образуют сплавы системы TiС-ТаС-WС-Co. Они маркируются буквами ТТК и цифрами. Цифра и марка после букв ТТ обозначают суммарное содержание (в процентах) карбидов TiС+ТаС, а после буквы К – количество кобальта. Например: ТТ8К6 (TiС + ТаС = 8 %, 6 % Со, 84 % WС). Применяют металлокерамические твердые сплавы для режущего и штампового инструмента.

 

2.3 Порядок выполнения работы

 

Работа носит практический характер и состоит в «расшифровке» сплавов, заданных в индивидуальном задании. Индивидуальное задание выдается каждому студенту в виде варианта. Содержание задания приведено в таблице 2.1.

Таблица 2.1

 

Марка материала Название материала Химический состав Краткая характеристика
Ст2кп Сталь По справочнику Углеродистая конструкционная обыкновенного качества, кипящая
Сталь 0,25% С, остальное – Fe и примеси Углеродистая, конструкционная, качественная
20ХН Сталь 0,20% С, 1% Cr, 1% Ni, остальное – Fe и примеси Легированная, конструкционная, качественная
СЧ15 Чугун По справочнику Серый обыкновенный с пластинчатым графитом, sв ³ 150 МПа
ЛЦ20С3 Латунь 20% Zn, 3% Pb, остальное – Cu Литейная

 

Содержание отчета

Отчет должен содержать расшифрованные сплавы, марки которых заданы по вариантам в таблице 2.2.

Результаты представить в виде таблицы 2.1.

 

Таблица 2.2 – Варианты индивидуальных заданий

 

Номер вар. Марки материалов
Ст0 10пс 30ХГСА Р18К5Ф2 Х12М
Ст1кп АС40 У13А ШХ6
Ст1пc 18Х2Н4МА Х12Ф1 Р9
Ст1сп 42ХМФ У10А Р6М2Ф3
Ст2пс 10кп 38ХНМ Х6ВФ Р6М3
Ст2сп АЦ20 У13 ШХ9
Ст3пс 15кп 12Х2Н4А 5ХНМ Р9Ф2
Ст2кп 4ХВ2С У10 Р6М5К5
Ст4кп 16пс 25ХГМ 5ХНВ Р9К5
Ст3Гпс АЦ30ХН У12А 110Г13Л
Ст3сп 08Х18Н9Т У9А ШХ15
Ст5пс 30ХГТ ХВСГ Р18
Ст3кп 38ХН3МФА ХВГ Р9К10
Ст6сп 50Х 4Х2В5М Р10К5Ф5
Ст4кп А12 9ХС Р12
Ст5пс 09Г2С У12 Х12
Ст6пс Х12М У11А ШХ15СГ
Ст4пс АС14 ХВ4 В1

 

Продолжение таблицы 2.2

Номер вар. Марки материалов
Ст5сп 30ХН3А У11 Р18Ф2
Ст4кп 25Г2С У9 20Х13
20Г 40ХН А40Г Р14Ф14
25Г А20 Р6М5 12Х13
15Г 08кп 40Х А35 Р6М3Ф2
Ст3Гсп 05кп 20ХГНР У8А 30Х13
50Г 08пс А30 У7 40Х13

 

Продолжение таблицы 2.2

Номер вар. Марки материалов
СЧ30 ЛЦ40Мц1,5 АК1 МА14 Т30К4
КЧ45-6 БрАЖН10-4-4 АЛ5 МЛ9 ВТ5-1
СЧ35 ЛЦ30Мц2С2 АК6 А6 Т15К6
ВЧ42 БрОЦ12С5 А0 Вт5 Вк3
СЧ40 Л96 АК3 МЛ2 Т14К8
КЧ50-4 ЛК80-3 АЛ6 МЛ12 ВТ18
СЧ45 БрО10 АК4 А95 Т5К10
ВЧ50 БрАЖМц10-3-1,5 АЛ19 ВТ18 ВК4
КЧ30-6 БрОЦСН3-7-5-1 АЛ2 А99 Т6К12
ВЧ60 БрКМц3-1 АЛ27 ВТ22 ТТ7К12
КЧ56-4 Л90 АМц Мг96 Вт6
СЧ10 Л68 АМг2 Мг95 ВК6
КЧ33-8 ЛЦ30А3 АЛ4 МЛ5 ОТ4
СЧ18 БрОЦС5-5-5 Мг90 АМг6 ВТ14
КЧ35-10 Л60 АЛ9 МА1 ВТ15
СЧ15 БрА7 Д1 МЛ8 ОТ4-1
КЧ37-12 ЛА77-2 В95 МА2 ВК12
СЧ20 БрОФ6,5-0,15 Д16 А9 Т60К6
ВЧ80 ЛЦ40С2 В96 ВТ1-О ВК8
СЧ25 БрАМц9-2 АЛ3 МА5 ВТ3-1
КЧ80-1,5 М1 А85 ВТ1-00 ТТ8К6
ВЧ100 БрА5 АМг1 МЛ15 ВК2
КЧ60-3 БрКН1-3 АЛ8 МЛ6 ТТ10К8
ВЧ120 БрО10Ф1 АЛ12 МЛ10 ВК20
КЧ63-2 БрОЦ4-3 АЛ7 МА11 ВК30

 

 

3 Практическое занятие № 2

 

ТВЕРДОСТЬ И МЕТОДЫ ЕЕ ИЗМЕРЕНИЯ

 

3.1 Цель занятия

 

Изучить устройство приборов для измерения твердости, освоить методику ее определения. Экспериментально изучить влияние углерода, содержащегося в стали, на ее твердость.

 

3.2 Краткие теоретические сведения

 

Под твердостью понимается свойство поверхностного слоя материала сопротивляться упругой и пластической деформации или разрушению при местных контактных воздействиях со стороны другого, более твердого и не получающего остаточной деформации тела (индентора) определенной формы и размера. Разнообразие методов и разный физический смысл чисел твердости затрудняют выработку общего определения твердости как механического свойства. При различных условиях проведения испытания числа твердости могут характеризовать упругие свойства, сопротивление малым или большим пластическим деформациям, сопротивление материала разрушению.

Способы определения твердости делят на статические и динамические в зависимости от скорости приложения нагрузки, а по способу ее приложения – на методы вдавливания и царапания. Наиболее распространены методы, в которых используется статическое вдавливание индентора нормально поверхности образца. Во всех методах испытания на твердость очень важно правильно подготовить поверхностный слой образца. Нагрузка прилагается по оси вдавливания индентора перпендикулярно к испытуемой поверхности. Результаты испытаний на твердость зависят от продолжительности приложения нагрузки к вдавливаемому индентору и выдержки под нагрузкой. Неизбежные различия в структуре разных участков образца приводят к разбросу значений твердости, который тем больше, чем меньше размер отпечатка.

Выбор формы, размеров индентора и величины нагрузки зависит от цели испытания, структуры, ожидаемых свойств, состояния поверхности и размеров используемого образца.

 

Метод измерения твердости вдавливанием стального шарика

(твердость по Бринеллю)

 

При измерении твердости по Бринеллю стальной закаленный шарик диаметром D вдавливают в испытуемый образец под приложенной определенное время нагрузкой Р, после снятия нагрузки измеряют диаметр d отпечатка, оставшегося на поверхности образца (рис. 3.1). Число твердости по Бринеллю (НВ, МПа) есть отношение нагрузки Р, действующей на индентор диаметром D, к площади Fe шаровой поверхности отпечатка:

 

. (3.1)

 

 

Рисунок 3.1

Твердость по Бринеллю определяют при помощи шарикового индентора диаметром 2,5; 5 или 10 мм. Инденторы изготавливают из стали с твердостью не менее 6500 МПа. Методом Бринелля можно испытывать материалы с твердостью от НВ 80 до НВ 4500 МПа. При большей твердости образца возможна деформация индентора. Рекомендуемые нагрузки и диаметры шариков для определения НВ различных металлических материалов приведены в таблице 3.1.

 

Таблица 3.1

 

Испытуемый металл Пределы измеряемой твердости НВ, МПа Соотношение между нагрузкой Р и диаметром шарика Диаметр шарика D, мм Нагрузка Р, Н Выдержка под нагрузкой, с
Черные металлы 1 400…4 500 Р = 30 D2 2,5 3 000 7 500 1 875
То же До 1 400 Р = 30 D2 2,5 3 000 7 500 1 875
Цветные металлы, латуни, бронзы 310…1 300 Р = 10 D2 2,5 10 000 2 500
Алюминий, цветные подшипниковые сплавы 80…350 Р = 2,5 D2 2,5 2 500

 

 

Для определения твердости по Бринеллю применяют специальные приборы типа ТШ-2.

 

 

Метод измерения твердости вдавливанием алмазного конуса

или стального шарика (твердость по Роквеллу)

Принципиальное отличие данного способа от рассмотренного выше измерения по Бринеллю состоит в том, что твердость определяют по глубине отпечатка, получаемого при вдавливании алмазного конуса или стального шарика.

При измерении твердости по Роквеллу индентор – алмазный конус с углом при вершине 120° и радиусом закругления 0,2 мм или стальной закаленный шарик диаметром 1,5875 мм (1/16 дюйма) вдавливается в образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок: предварительной Р0 и общей Р=Р01, где Р1 – основная нагрузка.

Схема определения твердости по Роквеллу приведена на рисунке 3.2.

 

 

Рисунок 3.2

 

Сначала индентор вдавливается в поверхность образца под предварительной нагрузкой Р0 =100 Н, которая не снимается до конца испытания. Под нагрузкой Р0 индентор погружается в образец на глубину h0. Затем на образец подается полная нагрузка, и увеличивается глубина вдавливания. Чем больше глубина вдавливания h, тем меньше число твердости.

В зависимости от условий испытания (нагрузки и типа индентора) обозначается твердость по Роквеллу. Область применения метода Роквелла, условия испытания и принцип обозначения твердости с учетом условий испытания приведены в таблице 3.2.

 

Таблица 3.2

 

Примерная твердость по Бринеллю, МПа Обозначение шкалы по Роквеллу Индентор Нагрузка, Н (см. рис.4.2) Допустимые пределы измерения твердости по Бринеллю Обозначение твердости
Р0 Р1 Р
600…2 300 В Стальной шарик 1 000 25…100 HRB
2300…7000 С Алмазный конус 1 500 20…70 HRС
Более 7 000 А То же Более 70 HRА

 

Пример обозначения твердости по Роквеллу: HRC 51 (твердость 51 по шкале С). Для измерения твердости по Роквеллу используют прибор типа «ТК».

 

Метод измерения твердости вдавливанием алмазной пирамиды

(твердость по Виккерсу)

Определение твердости по Виккерсу производится вдавливанием в испытуемый материал четырехгранной алмазной пирамиды с углом между противоположными гранями 136°. Определение твердости заключается в замерах диагоналей отпечатков пирамиды с помощью микроскопа, установленного на приборе Виккерса. Измеряются обе диагонали отпечатка, и принимается средняя величина. При определении твердости применяют нагрузку от 9,8 до 980 Н. Твердость по Виккерсу НV, так же, как и твердость по Бринеллю НВ, определяется как усилие, приходящееся на единицу поверхностного отпечатка. Числа твердости по Виккерсу и по Бринеллю имеют одинаковую размерность и для материалов с твердостью до 450 НВ практически совпадают. Однако измерения пирамидкой дают более точное значение для материалов с высокой твердостью, чем измерение конусом или шариком. Алмазная пирамидка имеет большой угол при вершине (136°), и диагональ ее отпечатка примерно в 7 раз больше глубины отпечатка, что повышает точность измерения и делает этот способ особенно пригодным для определения твердости тонких и твердых тел.

 

Измерение микротвердости

Для оценки свойств небольших объектов или даже отдельных зерен металла применяют метод определения микроструктуры вдавливанием алмазной пирамиды при различных нагрузках. Метод дает возможность оценить твердость отдельных структурных составляющих, а также более тонких поверхностных слоев, чем это достижимо с помощью метода Виккерса. Для измерения микротвердости применяют приборы типа ПМТ-5. Для определения микротвердости применяют алмазную пирамиду с углом между гранями при вершине 136°. Нагрузка на вдавливание пирамиды создается грузами, установленными на шток, и составляет от 0,049 до 4,905 Н в зависимости от особенностей изучаемой структуры. Величина нагрузки для исследования подбирается экспериментально с таким условием, чтобы на площади одного и того же зерна разместилось по крайней мере два отпечатка. Прибор позволяет также фотографировать микроструктуру с полученными отпечатками.

 

Определение твердости методом упругой отдачи (по Шору)

При определении твердости методом упругой отдачи измеряется высота отскакивания от испытуемого металла стандартного бойка, свободно падающего с постоянной высоты. Боек изготавливается из закаленной стали или стали с алмазом на конце. Высота отскакивания автоматически отмечается стрелкой по круговой шкале, показывающей значение твердости. Если измеряемый металл имеет большую твердость, а следовательно, и упругость, то большая часть силы удара передается бойку и подбрасывает его вверх. Таким образом, показателем твердости, которая фиксируется по шкале, будет высота подъема бойка после удара об испытуемый образец.

Определение твердости тарированными напильниками

Для приближенного определения твердости используются тарированные напильники. Для этой цели выбирают обычные личные напильники и подвергают их термической обработке на различную твердость с интервалом 3…5 единиц по Роквеллу. При контроле твердости подбирают такую пару напильников с минимальным интервалом по твердости, чтобы напильник с меньшей твердостью скользил по поверхности, а напильник с большей твердостью слегка царапал изделие. Например, тарированный напильник с твердостью 52 НRС скользит по изделию, а напильник с твердостью 55 НRС слегка царапает изделие. Следовательно, твердость исследуемого изделия находится в пределах 52…55 НRС.

 

Сопоставление значений твердости, определенной разными методами

 

Экспериментально установлены соотношения твердости, определенной различными методами. Пример перевода значений твердости, определяемой различными методами, приведен в таблице 3.3.

 

Таблица 3.3

 







Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2022 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.