Лабораторная работа №1 Определение твердости металлов


НазваниеЛабораторная работа №1 Определение твердости металлов
страница1/7
Дата публикации07.03.2014
Размер1.14 Mb.
ТипЛабораторная работа
referatdb.ru > Химия > Лабораторная работа
  1   2   3   4   5   6   7


Титульный лист методических

указаний



Форма

Ф СО ПГУ 7.18.3/40


Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Кафедра машиностроения и стандартизации

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторным занятиям

по дисциплине «Стандартизация, сертификация и технические измерения для студентов специальностей 5В070900 – Металлургия, 5В072400 - Технологические машины и оборудование



Павлодар

Лист утверждения методических указаний



Форма

Ф СО ПГУ 7.18.3/41



УТВЕРЖДАЮ


Проректор по УР

___________Н.Э.Пфейфер

(подпись)

«___»________20__г
Составитель магистр, ст. преподаватель _______________ Д. А. Искакова

(подпись)
^

Кафедра машиностроения и стандартизации



Методические указания

к лабораторным занятиям

по дисциплине «Стандартизация, сертификация и технические измерения для студентов специальностей 5В070900 – Металлургия, 5В072400 - Технологические машины и оборудование



Рекомендовано на заседании кафедры «___»_________20__г.

Протокол №___
Заведующий кафедрой _________ Ықсан Ж. М. «___»_________20__г.

(подпись)
Одобрено учебно-методическим советом факультета металлургии, машиностроения и транспорта «___»________20__г., протокол №___
Председатель УМС __________ Ахметов Ж.Е. «___»_________20__г.

(подпись)
ОДОБРЕНО:

Начальник УМО _________ Варакута А.А. «___»_________20__г.

(подпись)
Одобрена учебно-методическим советом университета

«____»______________20__г. Протокол №____

^ Лабораторная работа №1 Определение твердости металлов
1.1 Цель лабораторной работы - усвоить понятие твердости, изучить сущность ее определения различными методами. Научиться самостоятельно измерять твердость наиболее распространенными методами.
^ 1.2 Приборы и материалы
Приборы Бринелля и Роквелла, образцы из горячекатаной и термически упрочненной углеродистой стали и цветных сплавов, эталонные бруски известной твердости.
^ 1.3 Основные положения
Под твердостью материала понимают его способность сопротивляться пластической или упругой деформации при внедрении в него более твердого тела (индентора).

Этот вид механических испытаний не связан с разрушением металла и, кроме того, в большинстве случаев не требует приготовления специальных образцов.

Все методы измерения твердости можно разделить на две группы в зависимости от вида движения индентора: статические методы и динамические. Наибольшее распространение получили статические методы определения твердости.




Статическим методом измерения твердости называется такой, при котором индентор медленно и непрерывно вдавливается в испытуемый металл с определенным усилием. К статическим методам относят следующие: измерение твердости по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу (рисунок 1).


Рисунок 1 - Схема определения твердости; а) по Бринеллю; б) по Роквеллу; в) по Виккерсу

При динамическом испытании контролируется величина отскока испытательного инструмента от поверхности испытываемого образца. К динамическим методам относят следующие: твердость по Шору, по Польди.
^ 1.4 Измерение твердости по Бринеллю
Сущность метода заключается в том, что шарик (стальной или из твердого сплава) определенного диаметра под действием усилия, при- ложенного перпендикулярно поверхности образца, в течение определенного времени вдавливается в испытуемый металл (рис. 1а). Вели- чину твердости по Бринеллю определяют исходя из измерений диа- метра отпечатка после снятия усилия.

При измерении твердости по Бринеллю применяются шарики (стальные или из твердого сплава) диаметром 1,0; 2,0; 2,5; 5,0; 10,0 мм.

При твердости металлов менее 450 единиц для измерения твердости применяют стальные шарики или шарики из твердого сплава. При твердости металлов более 450 единиц - шарики из твердого сплава.

Величину твердости по Бринеллю рассчитывают как отношение усилия F, действующего на шарик, к площади поверхности сферического отпечатка А


HB (HBW) = F =

A


πD(D −

2F

D2 d 2
(1)



где НВ – твердость по Бринеллю при применении стального шарика; (HBW твердость но Бринеллю при применении шарика из твердого сплава), МПа (кгс);

F – усилие, действующее на шарик, Н (кгс);

А – площадь поверхности сферического отпечатка, мм2; D диаметр шарика, мм;

d – диаметр отпечатка, мм.

Одинаковые результаты измерения твердости при различных размерах шариков получаются только в том случае, если отношения усилия к квадратам диаметров шариков остаются постоянными. Исхо- дя из этого, усилие на шарик необходимо подбирать по следующей формуле


F = K D2
(2)



Диаметр шарика D и соответствующее усилие F выбирают таким образом, чтобы диаметр отпечатка находился в пределах
0,24 D d 0,6 D (3)


Если отпечаток на образце получается меньше или больше допус- тимого значения d, то нужно увеличить или уменьшить усилие F и произвести испытание снова.

Коэффициент К имеет различное значение для металлов разных групп по твердости. Численное, же значение его должно быть таким, чтобы обеспечивалось выполнение требования, предъявляемого к размеру отпечатка (3).

Толщина образца должна не менее, чем в 8 раз превышать глубину отпечатка.

^ 1.5 Последовательность измерения твердости по Бринеллю
Подготовка образца, выбор условий испытания, получение отпечатка, измерение отпечатка и определение числа твердости производится в строгом соответствии ГОСТ 9012-59 (в редакции 1990 г.). Необходимые для замера твердости значения выбираются из таблиц этого ГОСТа.
Значение К выбирают в зависимости от металла и его твердости в соответствии с таблицей 1.


Таблица 1 - Испытание твердости по Бринеллю





Диаметр шарика D, мм

Прикладываемое усилие F, Н

K=F/D2

30

10

5

2,5

1

10

29420

9807

4903

2452

980,7

5

7355

2452

1226

612,9

245,2

2,5

1839

612,9

306,5

153,2

61,3

1

294,2

98,1

49,0

24,5

9,81

Диапазон твердости HB


55 – 650


35 – 200


<55


8 – 55


3 – 20

Измеряются

Сталь, чугун, медь и ее сплавы, лег- кие сплавы

Чугун, спла- вы меди, легкие спла- вы

Медь и ее сплавы, легкие сплавы

Легкие сплавы

Свинец,

олово


Усилие, F в зависимости от значения К и диаметра шарика D устанавливают в соответствии с таблицей 1.

Рекомендуемое время выдержки образца под нагрузкой для сталей составляет 10 с, для цветных сплавов 30 с (при K=10 и 30) или 60 с (при K=2.5).

Данные замеров занести в протокол.
Протокол испытаний


Марка металла

D шарика, мм

F,

H (кгс)

Продол. выдержки, с

Диаметр отпечатка , мм

Среднее арифм., dср

мм

HB (HBW)

d1

d2



























^ 1.6 Последовательность измерения твердости по Роквеллу
Шкалу испытания (А, В или С) и соответствующие ей условия ис- пытания (вид наконечника, общее усилие) выбирают в зависимости от предполагаемого интервала твердости испытуемого материала по таблице 2.
Таблица 2 - Выбор нагрузки и наконечника для испытания твердости по Роквеллу



Примерная твердость по Виккерсу


Обозна- чение шкалы


Вид наконечника


Общее усилие, кгс


Обозначение твердости по Роквеллу


Допус- каемые пределы шкалы

60 – 240

240 – 900

390 – 900

В С А

Стальной шарик Алмазный конус То же

100

150

60

HRB HRC HRA

25 – 100

20 – 67

70 – 85


Измерение твердости по Роквеллу осуществляется в строгом соот-

ветствии ГОСТ 9013-59. Данные замеров занести в протокол.


ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ



Марка металла


Обозначение шкалы


Вид наконечника


Общее усилие, кгс


Результаты измерения


Примечание



















^ 1.7 Содержание отчета
1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Протокол испытаний твердости по методу Бринелля.

4. Протокол испытаний твердости по методу Роквелла.

5. Выводы.

Контрольные вопросы для самопроверки
1. Что такое твердость?

2. Классификация методов измерения твердости.

3. Сущность измерения твердости по Бринеллю.

4. До какого значения твердости при испытании по Бринеллю ис-

пользуются стальные шарики?

5. Какого диаметра шарики используются при испытании на твер-

дость по Бринеллю?

6. Из каких условии выбирается диаметр шарика при испытании на твердость по Бринеллю?

7. Пример записи твердости по Бринеллю?

8. Сущность измерения твердости по Роквеллу?

9. При замере какой твердости снимается отсчет показании по шкалам A, С, В?

10. Пример формы записи твердости по Роквеллу?

Лабораторная работа №2 Испытание металлов на растяжение
^ 2.1 Цель лабораторной работы - Ознакомиться с проведением испытания на растяжение и определением показателей прочности и пластичности.

2.2 Приборы и материалы

Разрывная машина Р 0,5, штангенциркуль, мерительная линейка,

набор проволочных образцов.
^ 2.3 Основные положения
Металлы и сплавы, используемые в качестве конструкционных материалов, должны обладать определенными механическими свойствами – прочностью, упругостью, пластичностью, твердостью.

Прочность – это способность металла сопротивляться деформации и разрушению.

Деформацией называется изменение размеров и формы тела под действием внешних сил. Деформации подразделяются на упругие и пластические. Упругие деформации исчезают, а пластические остаются после окончания действия сил. В основе пластических деформаций

– необратимые перемещения атомов от исходных положений на рас- стояния, большие межатомных, изменение формы отдельных зерен металла, их расположения в пространстве.

Способность металлов пластически деформироваться называется пластичностью. Пластичность обеспечивает конструктивную прочность деталей под нагрузкой и нейтрализует влияние концентратов напряжений – отверстий, вырезов и т.п. При пластическом деформировании металла одновременно с изменением формы меняется ряд свойств, в частности при холодном деформировании повышается прочность, но снижается пластичность.

Большинство механических характеристик металла определяют в результате испытания образцов на растяжение (ГОСТ 1497-84).

При растяжении образцов с площадью поперечного сечения Fо и рабочей (расчетной) длиной lо строят диаграмму растяжения в координатах: нагрузка Р – удлинение ∆l образца (рисунок 1).

Диаграмма растяжения характеризует поведение металла при де- формировании от момента начала нагружения до разрушения образца. На диаграмме выделяют три участка: упругой деформации – до на- грузки Рупр; равномерной пластической деформации от Рупр до Рmах и сосредоточенной пластической деформации от Рmах до Рк . Если обра- зец нагрузить в пределах Рупр , а затем полностью разгрузить и замерить его длину, то никаких последствий нагружения не обнаружится. Такой характер деформирования образца называется упругим. При нагружении образца более Рупр появляется остаточная (пластическая) деформация. Пластическое деформирование идет при возрастающей нагрузке, так как металл упрочняется в процессе деформирования. Упрочнение металла при деформировании называется наклепом. При дальнейшем нагружении пластическая деформация, а вместе с ней и наклеп все более увеличиваются, равномерно распределяясь по всему объему образца. После достижения максимального значения нагрузки Рmах в наиболее слабом месте появляется местное утонение образца – шейка, в которой в основном и протекает дальнейшее пластическое деформирование. В это время между деформированными зернами, а иногда и внутри самих зерен могут зарождаться трещины. В связи с развитием шейки, несмотря на продолжающееся упрочнение металла, нагрузка уменьшается от Рmах до Рк , и при нагрузке Рк происходит раз- рушение образца. При этом упругая деформация образца (∆lупр) исче- зает, а пластическая (∆lост) остается (рисунок 1).

Рисунок 1 - Диаграмма растяжения металла
При деформировании твердого тела внутри него возникают внутренние силы. Величину сил, приходящуюся на единицу площади по- перечного сечения образца, называют напряжением. Размерность напряжения кгс/мм2, или МПа (1кгс/мм2=10 МПа).
Отмеченные выше нагрузки на кривой растяжения (Рупр , Рт, Рmах, Рк) служат для определения основных характеристик прочности (напряжений): предела упругости, физического предела текучести, временного сопротивления (предела прочности) и истинного сопротивления разрушению. В технических расчетах вместо предела прочности обычно используется условный предел текучести, которому соответствует нагрузка Р0,2 (рисунок 2).

Рисунок 2 - Участок диаграммы растяжения металла
При растяжении образец удлиняется, а его поперечное сечение не- прерывно уменьшается. Но поскольку площадь поперечного сечения образца в каждый данный момент определить сложно, то при расчете предела упругости, предела текучести и временного сопротивления пользуются условными напряжениями, считая, что поперечное сечение образца остается неизменным. Истинное напряжение расчитывается только при определении сопротивления разрушению.

Условный предел текучести (σ0,2) – это напряжение, при котором образец получает остаточное (пластическое) удлинение, равное 0,2 % своей расчетной длины:
(1)

где Р0,2 нагрузка, вызывающая остаточное (пластическое) удлинение; равное 0,2 %, кгс (Н);

Fо начальная площадь поперечного сечения образца, мм2.

Временное сопротивление (предел прочности) σb это напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца.
(2)
где Рmах максимальная нагрузка, предшествующая разрушению, кгс (H).

Временное сопротивление (предел прочности) характеризует несущую способность материала, его прочность, предшествующую разрушению.

Истинное сопротивление разрушению (Sk) – истинное напряжение, предшествующее моменту разрушения образца
(3)
где Рк – нагрузка, непосредственно предшествующая моменту разрушения, кгс (Н).

Fк площадь поперечного сечения образца в месте разрушения, мм2.

Несмотря на то, что Рmах больше Рк , истинное сопротивление раз-

рушению Sк > σb , поскольку площадь поперечного сечения образца в

месте разрушения Fк значительно меньше начальной площади попе-

речного сечения Fо.

Для оценки пластичности металла служат относительное остаточ-

ное удлинение образца при растяжении р, %) и относительное оста-

точное сужение площади поперечного сечения образца (Ψр, %).

Относительное остаточное удлинение р, %) определяется по

формуле:

(4)
где lк – рабочая длина образца после испытания, мм;

lо – рабочая длина до испытания, мм.

Относительное остаточное сужение р, %) определяется из выражения:
(5)

где Fо – начальная площадь поперечного сечения образца, мм2;

Fк – площадь сечения образца вместе разрушения, мм2.

Практически для определения нагрузки, которая вызывает деформацию, соответствующую условному пределу текучести, следует выполнить следующие действия.

На диаграмме растяжения провести прямую ОА (рисунок 2), совпадающую с прямолинейным участком диаграммы растяжения.

Определить положение точки О. Через точку О провести ось ординат ОР. Масштаб записи диаграммы по нагрузке: одному миллиметру ординаты соответствует 2 кгс нагрузки. Численная величина искомой нагрузки Р (кгс) равна соответствующей ординате диаграммы (мм), умноженной на масштаб диаграммы (2 кгс/мм).

Для определения нагрузки, соответствующей условному пределу текучести Р0,2, необходимо от начала координат по оси абсцисс отложить отрезок ОВ, величина которого равна заданному остаточному удлинению 0,2 %. Длина отрезка ОВ (мм) рассчитывается исходя
(6)
где lо – рабочая длина образца, мм;

М – масштаб записи диаграммы по деформации.

Из точки В провести прямую ВД, параллельную прямолинейному участку диаграммы растяжения (рис. 2), до пересечения с диаграммой.

Используя известный масштаб записи диаграммы по нагрузке, определить численные значения нагрузок Р02, Рmах, Рк , после чего рас- считать соответствующее напряжения: σ0,2 , σb , Sк. Полученные данные занести в протокол испытания.

  1   2   3   4   5   6   7

Похожие рефераты:

Утверждено протокол заседания кафедры
Методические указания к лабораторной работе по технологии конструкционных материалов, раздел «Определение твердости металлов и сплавов»...
Определение твердости сплавов методом роквелла
Для проведения работы необходимо иметь твердомер Роквелла, образцы из стали, цветных металлов и их сплавов
Лабораторная работа №1. Изучение металлографического микроскопа
Металлография изучает влияние химического состава и различных видов обработки на структуру металлов
Лабораторная работа №4
Определение электрической прочности воздуха в однородном и неоднородном электрическом поле
Лабораторная работа №3-1
Интерференция света в тонких пленках. Определение радиуса кривизны стеклянной поверхности с помощью колец Ньютона
Методические указания ф со пгу 18. 2/05 Министерство образования и науки Республики Казахстан
Лабораторная работа № Определение цены воспроизводства экологического потенциала
Лабораторная работа №8
Цель работы: построение и расчет сетевой модели выполнения комплекса работ, определение продолжительности критического пути
Лабораторная работа №8 Предел функции. Доказательство существования...
Определение 1(определение предела функции по Коши или на языке «»). Число АR, называется пределом функции f(X) в точке х0R (или...
Лабораторная работа: №10 Определение коэффициента
Каков физический смысл коэффициента поверхностного натяжения, от чего он зависит, какова его размерность?
Лабораторная работа №7 Тема: Изучение контактных явлений в полупроводниках
Тема: Определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза