Методические указания для выполнения лабораторно-практических работ по материаловедению конструкционных материалов работ для студентов специальности 340100 “Управление качеством в сфере быта и услуг” (стр. 4 из 7)
h – глубина отпечатка, мм.
Поскольку удобнее измерять не глубину полученного отпечатка, а его диаметр, то твердость НВ выражают через диаметры шарика Д и отпечатка d:
Подставляя в формулу твердости значение F, получим:
Таким образом, для определения твердости по Бринеллю необходимо измерить диаметр полученной лунки и произвести соответствующий расчет по формуле. На практике не производят расчеты после каждого испытания, а определяют твердость по таблице, прилагаемой к прибору для любого значения диаметра отпечатка d.
Для определения твердости испытуемый образец устанавливают на предметный столик и, вращая маховик по часовой стрелке, поднимают его до соприкосновения с шариком. Маховик вращают до тех пор, пока стрелка не совместится с указателем. Затем включают электродвигатель, который через систему рычагов передает на образец нагрузку в течение определенного времени. После выдержки (20 - 30 с) электродвигатель, продолжая вращаться при помощи шатуна и эксцентрика, постепенно снимает нагрузку и выключается. Поворотом маховика образец освобождают от предварительной нагрузки. После этого измеряют в двух взаимно перпендикулярных направлениях диаметр полученного отпечатка с помощью лупы, имеющей шкалу с делениями, соответствующими десятым долям миллиметра. По средней величине отпечатка определяют твердость материала.
Определение твердости по Роквеллу
Прибор Роквелла предназначен для испытания металлов и сплавов с повышенной твердостью (НВ> 400). При испытании в образец вдавливается алмазный конус с углом при вершине 1200 или стальной шарик диаметром 1,59 мм. На приборе Роквелла применяют незначительные нагрузки (60, 100 и 150 кг× с), поэтому на нем можно измерять твердость тонколистовых материалов (менее 1 мм). Твердость, определяемая по методу Роквелла, является величиной, обратной глубине проникновения наконечника в образец, измеряется в безразмерных единицах и автоматически фиксируется по круговой шкале индикатора. Условное перемещение стрелки индикатора на одно деление, соответствующее сотой части окружности шкалы, соответствует 2 мкм глубины вдавливания.
Приготовленный образец устанавливают на предметный столик. Вращением маховика поднимают образец до соприкосновения с алмазным конусом или шариком. Продолжая вращение маховика, вдавливают конус или шарик до тех пор, пока маленькая стрелка индикатора не установится против красной точки в вертикальном положении, а большая примерно совпадает с цифрой 0. Затем, поворачивая шкалу индикатора, цифру 0 на черной шкале совмещают с большой стрелкой. В результате сжатия пружины на образец будет передана нагрузка 10 кг× с, которая называется предварительной. Она обеспечивает плотное соприкосновение между образцом и конусом или шариком. Затем включают электродвигатель, который через систему рычагов передает на образец основную нагрузку в течение определенного времени (5 - 7 с). После выдержки электродвигатель, вращаясь, при помощи шатуна и эксцентрика постепенно снимает нагрузку и выключается. При этом большая стрелка укажет величину твердости по Роквеллу. Индикатор имеет две шкалы: черную С – для испытания алмазным конусом и красную В – для испытания стальным шариком. Испытания алмазным конусом проводят с использованием нагрузок 150 и 60 кг× с, стальным шариком – 100 кг× с.
Определяя твердость по Роквеллу, следует сказать, по какой шкале проводилось испытание. Согласно ГОСТу приняты следующие условные обозначения твердости по этому методу: для испытаний, которые проводились алмазным конусом с нагрузкой 150 кг× с – HRS; для испытаний, которые проводились также алмазным конусом, но с нагрузкой 60 кг× с – HRA; для испытаний стальным шариком с нагрузкой 100 кг× с – HRB.
Полученные числа твердости по Роквеллу в безразмерных единицах можно перевести в единицы Бринелля, используя для этого специальные таблицы.
В ходе лабораторной работы необходимо научиться определять твердость образцов из различных сталей по методу Роквелла. Используя таблицу, определите также твердость образцов методом Бринелля. Уясните влияние режимов технологической обработки на потребительские свойства готовых металлотоваров.
3. Технологические пробы
Проба на вытяжку. Это испытание проводят для определения способности тонких листов (от 0,1 до 2 мм) из черных и цветных металлов подвергаться штамповке, вытяжке и другим аналогичным операциям обработки металла давлением.
Метод испытания заключается в вытяжке сферической лунки в зажатом по контуру образца с помощью пуансона с шаровым наконечником. Образец зажимают между матрицей и прижимным кольцом. Критерием окончания испытания служит момент уменьшения усилия вытяжке. Метой способности металла к вытяжке является глубина вытянутой лунки в миллиметрах. Для испытания технологических свойств листового металла на вытяжку используют прибор МТЛ-1ОТ-1, представляющий собой гидравлический пресс двойного действия, на котором могут осуществляться различные режимы работ. Для испытаний применяют образцы шириной 55 – 70 мм и используют пуансон диаметром 15 мм. При этом внутренний диаметр матрицы должен быть 21 мм, внутренний диаметр прижима – 18 мм.
При выполнении лабораторной работы по установлению пробы на вытяжку определяют глубину вытянутой лунки листового алюминия, оцинкованной и луженой стали, используя для этого прибор МТЛ-1ОТ-1. Порядок работы на этом приборе изложен в приложенной инструкции к прибору.
Проба на двойной кровельный замок и на перегиб. Проба на двойной кровельный замок позволяет установить, способен ли листовой металл принимать заданную по размерам и форме деформацию, необходимую при выполнении кровельных работ, изготовлении крупногабаритной сшивной посуды и т.п. Этой пробе подвергают листовой металл толщиной до 0,8 мм в холодном состоянии.
Испытание заключается в соединении двух листов двойным замком, как показано на рисунке:
Затем загибают по линии, перпендикулярной к линии замка, на заданный угол (но не более 450) и разгибают в плоскость. Перегиб и разгиб производят киянкой на деревянной подкладке. Число загибов и разгибов определяется стандартом или техническими условиями. После испытаний на образце не должно быть отслоений, трещин, надрывов и излома как в самом материале, так и в его покровном слое.
Выполняя лабораторную работу, студент должен определить качество металла и его способность к деформации путем пробы на двойной кровельный замок, используя для этого луженую и оцинкованную сталь.
Пробу на перегиб тонких листов и проволоки проводят в холодном состоянии. Образец зажимают в тиски и подвергают загибу и разгибу в плоскости, перпендикулярной к линии касания губок. Поворачивать проволоку в месте закрепления нельзя. Образец загибают переменно в правую и левую стороны. Первым перегибом считается загиб образца вправо (или влево) на 900, вторым – загиб образца на 1800 в сторону, противоположную предыдущему перегибу и т.д. до разрушения образца. Последний перегиб, на котором произошло разрушение образца, в расчет не принимается. Количество перегибов указано в соответствующих технических условиях. В технических условиях указывается также радиус закругления губок, который может быть равным 2, 4, 6, 8 или 10 мм.
Считается, что образец выдержал пробу, если после испытания в нем нет трещин, отслоений, надрывов или излома как в материале образца, так и в его покровном слое.
При выполнении лабораторной работы определяют качество луженой и оцинкованной стали пробой на перегиб в тисках радиусом губок в 4 мм и определяют количество перегибов до разрушения.
Проба на навивание и скручивание проволоки. Такой пробе подвергают проволоку из черных и цветных металлов и их сплавов диаметром от 0,2 до 10 мм. Качество проволоки определяют по ее способности выдерживать без повреждения навивание плотной спиралью. Проволоку в холодном состоянии навивают на цилиндрический стержень определенного диаметра или, если нет специальных указаний, на самое себя плотной спиралью с числом витков от 5 до 10. Качество проволоки определяют также по ее способности выдерживать технологическую пробу на закручивание. Для этого образец проволоки длиной L = 100 (от 60 до 500 мм) зажимают в захватах прибора и скручивают до разрушения. Скорость кручения для проволоки диаметром до 1,5 мм – 90 об/мин, 1,5-3,0 мм – 60 об/мин и 3 и более мм – 80 об/мин. По числу скручиваний судят о способности металла к пластической деформации. Обычно число скручиваний оговаривается соответствующими техническими условиями.
Контрольные вопросы
1. Какие стали используют для изготовления инструментов по обработке металлов, которые подвергаются механическому воздействию при ударе, изгибе?
2. Какие стали применяют как конструкционный материал для производства станков и изготовления монтажного инструмента?
3. Что лежит в основе классификации металлов?
4. Что относится к черным металлам?
5. Дайте понятие – чистый металла и сплав.
6. Отличительные особенности чугуна и стали.
7. Какую кристаллическую решетку имеют хром, вольфрам, молибден?
8. Какую кристаллическую решетку имеют алюминий, медь, никель?
9. Какую кристаллическую решетку имеют магний, оксид цинка?
10. Перечислите дефекты кристаллического строения.
11. Объясните, почему инструменты из углеродистых сталей не применяют при больших скоростях резания?
12. Назовите области применения серых, высокопрочных, ковких чугунов.
13. Сплавы на медно-никелевой основе. Области применения.
14. Как классифицируются стали по химическому составу?
15. Как влияет углерод на конструкционную прочность стали?