Измерение твердости по бринеллю реферат

Обновлено: 07.07.2024

Твёрдость - свойство материала сопротивляться проникновению в него другого тела, не получающего остаточной деформации.
Исходные данные для выбора средств и условий измерений твёрдости, а именно, метод измерений, число твёрдости и толщина испытуемого образца, должны быть указаны в технической документации.

Файлы: 1 файл

Герасименко.docx

4. Определение твердости металлов методом Бринелля, Роквелла и Виккерса.

Твёрдость - свойство материала сопротивляться проникновению в него другого тела, не получающего остаточной деформации.

Исходные данные для выбора средств и условий измерений твёрдости, а именно, метод измерений, число твёрдости и толщина испытуемого образца, должны быть указаны в технической документации.

Применение различных методов измерений твёрдости металлов обусловлено механическими свойствами металлов и конструктивно- технологическими особенностями изделий.

Измерение твёрдости по методу Бринелля основано на вдавливании в испытуемое изделие стального закаленного шарика определенного диаметра, под действием заданной нагрузки в течение определенного времени. При определении твёрдости по методу Бринелля, расстояние от центра отпечатка до края испытуемого изделия должно быть не менее 2,5 диаметров отпечатка, расстояние между центрами двух соседних отпечатков - не менее 4 диаметров; для металлов с твёрдостью до 35НВ эти расстояния должны быть соответственно равны 3 диаметрам отпечатка и 6 диаметрам отпечатка.

Проведение испытаний, методику измерений диаметра отпечатка, а также погрешность измерений диаметра отпечатка регламентирует ГОСТ 9012 п.4.

Измерение твёрдости по методу Роквелла основано на вдавливании алмазного конуса с углом при вершине 120° или стального закаленного шарика диаметром 1,588 мм под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок. Расстояние между центрами двух соседних отпечатков должно быть не менее четырех диаметров отпечатка (но не менее 2 мм), расстояние от центра отпечатка до края образца должно быть не менее 2,5 диаметра отпечатка (но не менее 1 мм).

При измерении твёрдости на выпуклых цилиндрических и сферических поверхностях по шкалам А, В, С, D, F, G в результаты измерений твёрдости должны быть введены поправки, величины которых приведены в приложении 3 ГОСТ 9013. Поправки прибавляются к полученным значениям твёрдости.

Поправки при измерении твёрдости на вогнутых поверхностях устанавливаются в нормативной документации на металлопродукцию.

Проведение измерений и определение числа твёрдости по методу Роквелла регламентирует ГОСТ 9013 п.4.

Все образцовые и рабочие средства измерений следует настраивать и калибровать по образцовым мерам твёрдости, имеющим обозначение HRCэ.

Для расширения области применения метода Роквелла при малых нагрузках следует применять метод Супер- Роквелла.

Измерение твёрдости по методу Виккерса основано на вдавливании четырехгранной алмазной пирамиды с углом между гранями 136° под действием определенной нагрузки, поддержании постоянства приложенной нагрузки в течение установленного времени и измерении диагоналей отпечатка, оставшихся на поверхности образца после снятия нагрузки. Расстояние между центрами отпечатка и краем образца или краем соседнего отпечатка должно быть не менее 2,5 длины диагонали отпечатка.

Проведение испытаний, обработку результатов измерений, а также погрешность измерений диагоналей отпечатка регламентирует ГОСТ 2999 п.5.

Основные требования, предъявляемые к измерению твёрдости

по методу Бринелля, Роквелла и Виккерса:

температура измеряемого металла (20 ±10) °С;

при измерении твёрдости должна быть обеспечена перпендикулярность приложения действующего усилия к поверхности образца или детали;

поверхность испытуемого образца должна быть свободна от окалины, масла, краски, окисных пленок и других посторонних веществ;

поверхность испытуемого образца обрабатывается в виде плоскости так, чтобы края отпечатка были достаточно отчётливы для измерения его размера с требуемой точностью;

при подготовке поверхности испытуемого образца необходимо принять меры предосторожности против возможного изменения твёрдости испытываемого образца вследствие нагрева или наклепа поверхности в результате механической обработки;

Шероховатость поверхности испытуемого образца должна быть не ниже:

2,5 v - при контроле по методу Бринелля,

2,5 v - при контроле по методу Роквелла,

0,16 v - при контроле по методу Виккерса;

При применении специальных подставок необходимо принять меры предотвращения прогиба образца во время измерений твёрдости.

Испытуемый образец должен лежать на подставке устойчиво, чтобы не могло произойти его смещение во время измерений твёрдости.

Минимальная толщина испытуемого образца должна выбираться в зависимости от его минимальной твёрдости. На обратной или боковой стороне образца не должно быть следов деформации.

Если шарик после измерений твёрдости имеет остаточную деформацию или какой-либо поверхностный дефект, то он должен быть заменён другим, а соответствующее измерение должно считаться не действительным.

Место установки прибора для измерений твёрдости должно быть выбрано так, чтобы приборам не передавались колебания и вибрации от работающих вблизи станков и машин и должно соответствовать требованиям технических описаний на приборы.

Величина твёрдости и способ замера на детали указывается в конструкторской и технологической документации.

18. Классификация легированных сталей. Приведите примеры.

Стали классифицируются по нескольким признакам.

1. По структуре после охлаждения на воздухе выделяются три основных класса сталей:

Стали перлитного класса характеризуются малым содержанием легирующих элементов; мартенситного – более значительным содержанием; аустенитного – высоким содержанием легирующих элементов.

Классификация связана с кинетикой распада аустенита. Диаграммы изотермического распада аустенита для сталей различных классов представлены на рис. 1.

Рис.1. Диаграммы изотермического распада аустенита для сталей перлитного (а), мартенситного (б) и аустенитного (в) классов

По мере увеличения содержания легирующих элементов устойчивость аустенита в перлитной области возрастает, а температупная область мартенситного превращения снижается.

Для сталей перлитного класса кривая скорости охлаждения на воздухе пересекает область перлитного распада (рис. 1 а), поэтому образуются структуры перлита, сорбита или троостита.

Для сталей мартенситного класса область перлитного распада сдвинута вправо (рис.1 б). Охлаждение на воздухе не приводит к превращению в перлитной области. Аустенит переохлаждается до температуры мартенситного превращения и происходит образование мартенсита.

Для сталей аустенитного класса увеличение содержания углерода и легирующих элементов сдвигает вправо область перлитного распада, а также снижает мартенситную точку, переводя ее в область отрицательных температур (рис. 1 в). Сталь охлаждается на воздухе до комнатной температуры, сохраняя аустенитное состояние.

2. По степени легирования (по содержанию легирующих элементов):

- среднелегированные – до 10 %;

- высоколегированные – более 10%.

3. По числу легирующих элементов:

- трехкомпонентные (железо, углерод, легирующий элемент);

- четырехкомпонентные (железо, углерод, два легирующих элемента) и так далее.

никелевые, хромистые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые и так далее (признак– наличие тех или иных легирующих элементов).

5. По назначению:

- инструментальные (режущие, мерительные, штамповые);

стали и сплавы с особыми свойствами (резко выраженные свойства –нержавеющие, жаропрочные и термоустойчивые, износоустойчивые, с особыми магнитными и электрическими свойствами).

Стали группы I (0,25…0,8 % Мn) имеют следующие марки: 05,08, 10, 15, 20, 25 … 85. Малоуглеродистые стали (08, 10, 15, 20, 25), имеющиеся сравнительно невысокие показатели прочности и высокую пластичность, применяют для деталей, изготовляемых штамповкой и сваркой. По ГОСТу стали маркеруют так: Сталь 10, Сталь 20, Сталь 45 и тд. Цифры в марке указывают на среднее содержание углерода в стали, выраженное в сотых долях %%. Например, Сталь 45 содержит в среднем 0,45% С. Степень раскисления стали указывают в конце марки: сталь 08 кп. Стали 10, 15, 20, 25 широко используют для цементуемых деталей (цементуемые стали), а 35, 45 и 50 – для всевозможных деталей подвергающихся закалки и высокотемпературному отпуску (улучшаемые стали).

Закалка в одном охладителе - самая распространеная для углеродистых и легированных сталей. Нагретое до температуры закалки изделие погружают в охлаждающую среду до полного охлаждения.

Высокий отпуск – нагрев закаленной стали в интервале температур 450…650 С, который способствует получению наибольшей вязкости при сохранении достаточно высокой прочности. В результате данного отпуска твердость заколенной стали сильно снижается и образуется структура сорбит. На практике широко применяют закалку деталей машин на мартенсит с последующим высоким отпуском на сорбит. Этот процесс называют улучшением. Сорбит отпуска с зернистой формой цементита имеет более высокие показатели прочности и вязкости, чем сорбит закалки с пластинчатой формой цемента.

39. Алюминиевые сплавы, их группы, характеристика, марки по стандарту и применение в автотракторном и сельскохозяйственном машиностроении.

Алюминий — металл серебристо-белого цвета. Кристаллизуется в решетке ГЦК с периодом a = 0,4041 нм (при 20 ° С) и полиморфных превращений не испытывает. Алюминий обладает малой плотностью (2700 кг/м3), низкой температурой плавления (660 ° С), а также высокой электро- и теплопроводностью. Для алюминия характерна высокая пластичность и малая прочность. Основные физико-механические характеристики алюминия приведены ниже.

Характеристики основных физико-механических свойств алюминия

Плотность r , (кг/м3) ∙ 10–3 2,7

Температура плавления Тпл, ° С 660

Температура кипения Ткип, ° С 2 327

Скрытая теплота плавления, Дж/г 393,6

Теплопроводность l , Вт/м × град (при 20 ° С) 228

Теплоемкость Ср, Дж/(г × град) (при 0–100 ° С) 0,88

Коэффициент линейного расширения a × 106, 1/° С (при 25 ° С) 4,3

Удельное электросопротивление r × 108, Ом× м (при 20 ° С) 2,7

Предел прочности s в, МПа 40–60

Относительное удлинение d , % 40–50

Твердость по Бринеллю НВ 25

Модуль нормальной упругости E , ГПа 70

Алюминий обладает хорошей коррозионной стойкостью в атмосфере и среде многих органических кислот, что обусловлено образованием на его поверхности сплошной тонкой (≈ 5 нм) и плотной оксидной пленки Al2O3. В щелочных средах и некоторых неорганических кислотах алюминий быстро разрушается.

По масштабам производства и потребления алюминий занимает второе место после железа.

Алюминий особой и высокой чистоты применяется для лабораторных и специальных целей, алюминий технической чистоты — для технических целей (выпуск деформируемого полуфабриката, получения сплавов и др.).

Основные примеси в алюминии — Fe и Si. Железо и кремний практически не растворимы в твердом алюминии и образуют тройные промежуточные фазы a (Fe2SiAl6) и b (FeSiAl5), которые приводят к повышению прочности и снижению пластичности.

Алюминий обладает высокой технологической пластичностью, сваривается всеми методами. Обрабатываемость резанием плохая вследствие высокой вязкости.

Алюминиевые сплавы по способу изготовления из них изделий делят на две группы:

1) деформируемые (имеют высокую пластичность в нагретом состоянии);

2) литейные (имеют хорошую жидкотекучесть).

Такое деление отражает основные технологические свойства сплавов. Для получения этих свойств в алюминий вводят разные легирующие элементы и в неодинаковом количестве.

Сырьем для получения сплавов обоего типа являются не только технически чистый алюминий, но также и двойные сплавы алюминия с кремнием, которые содержат 10-13 % Si, и немного отличаются друг от друга количеством примесей железа, кальция, титана и марганца. Общее содержание примесей в них 0,5-1,7 %. Эти сплавы называют силуминами. Для получения деформируемых сплавов в алюминий вводят в основном растворимые в нем легирующие элементы в количестве, не превышающем предел их растворимости при высокой температуре. Деформируемые сплавы при нагреве под обработку давлением должны иметь гомогенную структуру твердого раствора, обеспечивающую наибольшую пластичность и наименьшую прочность. Это и обусловливает их хорошую обрабатываемость давлением.

Применение. Алюминий используется во многих отраслях промышленности и в быту. Он применяется в химической и пищевой промышленности, так как не взаимодействует с концентрированной азотной, органическими кислотами и пищевыми продуктами. Из него изготавливается различная тара, емкости, упаковочный материал и др. В отличие от плакированной жести, он легко перерабатывается. Кроме того алюминий широко применяют в строительстве, авто- и вагоностроении, электротехнике и криогенной технике. Алюминий марок АД1 и АД1пл используется в качестве плакирующего слоя на листах из сплава типа дуралюмин для защиты от коррозии.

44. Коррозия металлов, ее виды. Способы защиты металлов от коррозии.

Корро́зия (от лат. corrosio — разъедание) — это самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой.

Разрушение металла под воздействием возникающих в коррозионной среде гальванических элементов называют электрохимической коррозией. Не следует путать с электрохимической коррозией коррозию однородного материала, например, ржавление железа или т. п. При электрохимической коррозии (наиболее частая форма коррозии) всегда требуется наличие электролита (Конденсат, дождевая вода и т. д.), с которым соприкасаются электроды — либо различные элементы структуры материала, либо два различных соприкасающихся материала с различающимися окислительно- восстановительными потенциалами. Если в воде растворены ионы солей, кислот, или т. п., электропроводность её повышается, и скорость процесса увеличивается.

Химическая коррозия — взаимодействие поверхности металла с коррозионно-активной средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических процессов на границе фаз. В этом случае взаимодействия окисления металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают в одном акте. Например, образование окалины при взаимодействии материалов на основе железа при высокой температуре с кислородом:

4Fe + 3O2 → 2Fe2O3

При электрохимической коррозии ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала металла (например, ржавление стали в морской воде, ржавление полотенцесушителей в ванной).

Коррозия при неполном погружении

Коррозия по ватерлинии

Коррозия при полном погружении

Коррозия при переменном погружении

Коррозия внешним током

Коррозия блуждающим током

Коррозия при трении

Избирательная (селективная) коррозия

Коррозия под напряжением

Предел коррозионной усталости

Борьба с коррозией

Коррозия приводит ежегодно к миллиардным убыткам, и разрешение этой проблемы является важной задачей. Основной ущерб, причиняемый коррозией, заключается не в потере металла как такового, а в огромной стоимости изделий, разрушаемых коррозией. Вот почему ежегодные потери от неё в промышленно развитых странах столь велики. Истинные убытки от неё нельзя определить, оценив только прямые потери, к которым относятся стоимость разрушившейся конструкции, стоимость замены оборудования, затраты на мероприятия по защите от коррозии. Ещё больший ущерб составляют косвенные потери. Это простои оборудования при замене прокорродировавших деталей и узлов, утечка продуктов, нарушение технологических процессов.

Идеальная защита от коррозии на 80 % обеспечивается правильной подготовкой поверхности, и только на 20 % качеством используемых лакокрасочных материалов и способом их нанесения. Наиболее производительным и эффективным методом подготовки поверхности перед дальнейшей защитой субстрата является абразивоструйная очистка.

Обычно выделяют три направления методов защиты от коррозии:

Конструкционный
Активный
Пассивный

Для предотвращения коррозии в качестве конструкционных материалов применяют нержавеющие стали, кортеновские стали, цветные металлы. При проектировании конструкции стараются максимально изолировать от попадания коррозионной среды, применяя клеи, герметики, резиновые прокладки.

Активные методы борьбы с коррозией направлены на изменение структуры двойного электрического слоя. Применяется наложение постоянного электрического поля с помощью источника постоянного тока, напряжение выбирается с целью повышения электродного потенциала защищаемого металла. Другой метод — использование жертвенного анода, более активного материала, который будет разрушаться, предохраняя защищаемое изделие.

В качестве защиты от коррозии может применяться нанесение какого-либо покрытия, которое препятствует образованию коррозионного элемента (пассивный метод).

Красочное покрытие, полимерное покрытие и эмалирование должны, прежде всего, предотвратить доступ кислорода и влаги. Часто также применяется покрытие, например, стали другими металлами, такими как цинк, олово, хром, никель. Цинковое покрытие защищает сталь даже когда покрытие частично разрушено. Цинк имеет более отрицательный потенциал и корродирует первым. Ионы Zn2+ токсичны. При изготовлении консервных банок применяют жесть, покрытую слоем олова. В отличие от оцинкованной жести, при разрушении слоя олова корродировать, притом усиленно, начинает железо, так как олово имеет более положительный потенциал. Другая возможность защитить металл от коррозии — применение защитного электрода с большим отрицательным потенциалом, например, из цинка или магния. Для этого специально создаётся коррозионный элемент. Защищаемый металл выступает в роли катода, и этот вид защиты называют катодной защитой. Растворяемый электрод, называют, соответственно, анодом протекторной защиты. Этот метод применяют для защиты от коррозии морских судов, мостов, котельных установок, расположенных под землей труб. Для защиты корпуса судна на наружную сторону корпуса крепят цинковые пластинки.

Если сравнить потенциалы цинка и магния с железом, они имеют более отрицательные потенциалы. Но тем не менее корродируют они медленнее вследствие образования на поверхности защитной оксидной плёнки, которая защищает металл от дальнейшей коррозии. Образование такой плёнки называют пассивацией металла. У алюминия её усиливают анодным окислением (анодирование). При добавлении небольшого количества хрома в сталь на поверхности металла образуется оксидная плёнка. Содержание хрома в нержавеющей стали — более 12 процентов.

Рассмотрение методов измерения твердости металла вдавливанием индентора. Определение твердости по Бринеллю и Роквелла как нагрузки на единицу поверхности шаровой лунки. Расчет временного сопротивления алюминиевого сплава, углеродистой стали и титана.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	лабораторная работа
Язык	русский
Дата добавления	10.03.2019
Размер файла	143,7 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

1. Цель работы

1.1. Получить навыки работы на приборах Бринелля и Роквелла для измерения твердости.

1.2. Оценить механические свойства металлов измерением твердости.

2. Краткая теория

В числе многих методов механических испытаний особое место занимают измерения твердости как наиболее распространенный метод оценки свойств материала. Причины такого положения заключаются в следующем: с одной стороны, твердость непосредственно характеризует сопротивление материала истиранию, его режущие свойства, способность выдерживать местные давления, с другой стороны, она связана с механическими свойствами, определяемыми при стандартных испытаниях на растяжение. Кроме того, твердость можно определить быстро, на любой стадии технологической обработки металла, а также подвергнуть стопроцентному контролю готовые детали без их разрушения.

Наибольшее распространение и практическое значение имеет твердость при пластическом вдавливании.

Твердостью на вдавливание называется сопротивление материалов внедрению в него более твердого тела, не испытывающего остаточной деформации. В качестве такого тела, называемого индентером, используются стальной шарик, алмазные конус и пирамида.

Испытания на твердость имеют специфику, заключающуюся:

1) в местном воздействии на небольшую часть поверхности тела;

2) в малости объема металла, участвующего в деформации;

3) в создании в деформированном металле такого напряженного состояния, при котором растягивающие напряжения малы по сравнению с касательными, что дает возможность успешно испытывать и хрупкие материалы. При этих испытаниях определяются свойства материала в пластической области без разрушения.

На рис. 1 приведена схема вдавливания шарового индентора в испытуемый материал.

Рис. 1. Схема напряженного состояния в зоне пластической деформации (заштрихована) при вдавливании шарика

Под действием нагрузки шарик вдавливается в поверхность образца, при этом из зоны деформации металл вытесняется наружу. В результате в месте вдавливания образуется шаровая лунка (отпечаток) диаметром и глубиной . При статическом вдавливании шарика в плоскую поверхность образца сначала происходит упругая деформация. Глубина упругого вдавливания зависит от нагрузки, с ростом которой в какой-то момент начинается пластическая деформация. Снятие нагрузки после любой деформации сопровождается упругим восстановлением отпечатка, так что

где - полная глубина вдавливания;

- доля упругой составляющей, снимающейся при снятии нагрузки;

- глубина восстановленного отпечатка (остаточная глубина).

Экспериментально установлено, что при вдавливании шарика глубина восстановленного отпечатка растет линейно с увеличением нагрузки. Это позволяет построить диаграмму пластического вдавливания шарового индентора, проведя испытания при двух нагрузках и.

Рис. 2. Диаграмма пластического вдавливания шарового индентора

Экстраполяция диаграммы вдавливания до дает нагрузку, по достижении которой в центре отпечатка только начинается пластическая деформация. Величина этой нагрузки определяется пределом текучести материала. Для развития пластической деформации необходимо повышение нагрузки относительно . Это - проявление деформационного упрочнения или наклепа.

Угол наклона диаграммы вдавливания характеризует интенсивность деформационного упрочнения.

Испытание на вдавливание при значительных нагрузках (и, следовательно, при больших остаточных деформациях) дает информацию о временном сопротивлении.

Путем измерения твердости можно определить характеристику пластичности при вдавливании, сходную с сужением поперечного сечения при испытании на растяжение.

где - площадь поверхности лунки;

- площадь проекции отпечатка;

- пластичность при вдавливании.

Как показано на рис. 2, глубина вдавливания зависит от нагрузки на индентор. Поэтому для оценки механических свойств по результатам измерения твердости условия испытания должны быть строго стандартизированы. ГОСТами определены форма и размеры инденторов, величины нагрузок на индентор, а также длительность нагружения. При всех измерениях нагрузки должны быть такими, чтобы обеспечить значительную пластическую деформацию в зоне вдавливания индентора.

3. Методы измерения твердости вдавливанием индентора

При определении твердости измеряется сопротивление металла внедрению в него индентора, усредняющее сопротивление вдавливанию отдельных структурных составляющих. Следовательно, отпечаток должен быть значительно больше размеров зерен отдельных составляющих ) .

Из методов отвечающих этому требованию, наибольшее распространение получили два: метод Бринелля и метод Роквелла.

4. Метод Бринелля

Рис. 3. Зависимость отношений сопротивлений пластической деформации и деформации при растяжении () и вдавливании () (М.П. Марковец)

Определение твердости по Бринеллю производится согласно ГОСТу 9012-59 на приборе ТШ-2

Твердость по Бринеллю HB определяется как нагрузка на единицу поверхности шаровой лунки:

где - нагрузка в кгс; - диаметр шарика в мм; - диаметр отпечатка в мм.

Прибор предусматривает возможность использования в качестве индентора шариков диаметром 2,5; 5,0; 10,0 мм. Для получения одинаковых значений твердости одного и того же материала при вдавливании шариков различного материала необходимо постоянство отношений и. Это видно, если формулу (4.5) преобразовать:

5. Метод Роквелла

Твердость по методу Роквелла определяется согласно ГОСТу 9013-59 на приборе ТК-2. Индентором служит стандартный алмазный конус с углом при вершине 120 0 и радиусом закругления вершины 0,2 мм или стальной закаленный шарик диаметром 1,558 мм (1/16 дюйма).

6. Выполнение работы

Даны образцы из углеродистой стали, титана, алюминия.

Определяем твердость данных образцов на приборах Бринелля и Роквелла, полученные данные заносим в таблицу.

2)Углеродистая сталь

В данном методе индентор в образец вдавливается нагрузкой 10кгс, а затем полной, представляющей сумму предварительной и основной нагрузок, глубина вдавливания отмечается движением большой стрелки индикатора. При снятии основной нагрузки упругая часть деформации снимается, что отмечается вращением стрелки индикатора в обратном направлении. После остановки стрелки величина твердости отсчитывается по индикатору, и затем образец разгружается полностью, снимается предварительная нагрузка.

Таким образом, наличие предварительной нагрузки позволяет измерить глубину вдавливания в процессе самого испытания.

1). Для углеродистой стали 45: HRА=49ч47

2). Для титана: НRА=61ч62

3).Для алюминиевого сплава: НRA=43ч42

Вывод: На лабораторной работе мы ознакомились с устройством приборов для измерения твердости-приборяы Бринелля и Роквелла, а также получили навыки работы на этих приборах.

Используя эти приборы, мы определили твердость данных образцов из углеродистой стали, титаном и алюминием.

Зная диаметр углубления в образце, можно рассчитать временное сопротивление металла, а значит и его прочность по формуле

твердость металл индентор сопротивление

где к- коэффициент, величина которого различна для каждого материала. Это различие определяется разной степенью пластической деформации, достигаемой при измерении твердости и испытании на растяжение.

Метод Роквелла отличается от метода Бринелля тем, что предварительная нагрузка позволяет измерить глубину вдавливания в процессе всего испытания.

1. Чем обусловлены ограничения в использовании метода Бринелля при измерении твердости очень твердых и очень мягких материалов?

Испытание Бринелля не может применяться к очень мягким или очень твердым материалам. В первом случае размер отпечатка будет равен диаметру шара, а во втором отпечатка либо не будет, либо он будет настолько малым, что невозможно будет провести на нем измерения.

2. Все методы измерения твердости вдавливанием предусматривают размещение отпечатков на расстоянии не менее друг от друга. Чем обусловлены такие ограничения?

Образец для испытания на твердость должен быть плоскопараллельным, очищенным от окалины и других загрязнений. С целью повышения точности измерений количество отпечатков должно быть не менее 2, каждый отпечаток промеряется в двух перпендикулярных направлениях, и результат определяется как среднеарифметический. При этом расстояние от края образца до центра отпечатка должно быть не менее 2,5 d, а расстояние между отпечатками 4d.

3. На каком расстоянии от края образца можно нанести отпечаток при измерении твердости по Бринеллю? Почему?

Расстояние от центра отпечатка до края изделия должно быть не менее 2,5d, в обратном случае, образец может вылететь, либо получится не полный отпечаток, либо образец разрушится.

4. Испытываются два образца по методу Бринелля: первый - пластичный, второй - хрупкий. Что будет в обоих случаях, если отпечаток нанести слишком близко к краю образца - на расстоянии меньше?

В обоях случаях образец может вылететь. В первом случае образец мы не сможем измерить твердость, так как на поверхности образца невозможно измерить d. (шарик будет вдавливаться полностью). Во втором случае образец разрушится либо вылетит.

Подобные документы

Понятие твердости как способности металла сопротивляться деформации на поверхности образца или изделия. Cущность методики измерения твердости на приборах Бринелля, Роквелла, Виккерса и микротвердомере. Порядок выбора прибора, нагрузки и наконечника.

методичка [486,2 K], добавлен 27.11.2010

Определение твердости металлов методами Бринелля, Роквелла и Виккерса. Составление диаграммы состояния железо - карбид железа. Описание структуры доэвтектоидного сплава при комнатной температуре. Изучение процессов закалки и отпуска хромистой стали.

контрольная работа [908,4 K], добавлен 21.07.2013

Сущность и основные этапы изучения метода Бринелля, его назначение и сферы применения. Критерии и показатели твердости тела согласно теории Бринелля. Вычисление числа твердости по значениям диаметра отпечатка исследуемого тела и силы вдавливания.

лабораторная работа [12,4 K], добавлен 12.01.2010

Испытание на твердость по методу Роквелла посредством вдавливания наконечника алмазного конуса или стального закаленного шарика в образец или деталь. Углубление конуса под последовательно прилагаемыми предварительной и общей нагрузками, глубина внедрения.

лабораторная работа [13,8 K], добавлен 12.01.2010

Зависимость твёрдости от нагрузки, прикладываемой к индентору, и его формы. Методы измерения твёрдости: статические, динамические (ударные). Методы Бринелля, Роквелла, Виккерса, Шора, Польди, Бухгольца. Электропроводность металлов, свойства проводников.

Файлы: 1 файл

Герасименко.docx

4. Определение твердости металлов методом Бринелля, Роквелла и Виккерса.

Проведение измерений и определение числа твёрдости по методу Роквелла регламентирует ГОСТ 9013 п.4.

Основные требования, предъявляемые к измерению твёрдости

по методу Бринелля, Роквелла и Виккерса:

температура измеряемого металла (20 ±10) °С;

Шероховатость поверхности испытуемого образца должна быть не ниже:

2,5 v - при контроле по методу Бринелля,

2,5 v - при контроле по методу Роквелла,

0,16 v - при контроле по методу Виккерса;

Величина твёрдости и способ замера на детали указывается в конструкторской и технологической документации.

18. Классификация легированных сталей. Приведите примеры.

Стали классифицируются по нескольким признакам.

1. По структуре после охлаждения на воздухе выделяются три основных класса сталей:

2. По степени легирования (по содержанию легирующих элементов):

- среднелегированные – до 10 %;

- высоколегированные – более 10%.

3. По числу легирующих элементов:

- трехкомпонентные (железо, углерод, легирующий элемент);

- четырехкомпонентные (железо, углерод, два легирующих элемента) и так далее.

5. По назначению:

- инструментальные (режущие, мерительные, штамповые);

Характеристики основных физико-механических свойств алюминия

Плотность r , (кг/м3) ∙ 10–3 2,7

Температура плавления Тпл, ° С 660

Температура кипения Ткип, ° С 2 327

Скрытая теплота плавления, Дж/г 393,6

Теплопроводность l , Вт/м × град (при 20 ° С) 228

Теплоемкость Ср, Дж/(г × град) (при 0–100 ° С) 0,88

Коэффициент линейного расширения a × 106, 1/° С (при 25 ° С) 4,3

Удельное электросопротивление r × 108, Ом× м (при 20 ° С) 2,7

Предел прочности s в, МПа 40–60

Относительное удлинение d , % 40–50

Твердость по Бринеллю НВ 25

Модуль нормальной упругости E , ГПа 70

По масштабам производства и потребления алюминий занимает второе место после железа.

Алюминиевые сплавы по способу изготовления из них изделий делят на две группы:

1) деформируемые (имеют высокую пластичность в нагретом состоянии);

2) литейные (имеют хорошую жидкотекучесть).

44. Коррозия металлов, ее виды. Способы защиты металлов от коррозии.

4Fe + 3O2 → 2Fe2O3

Коррозия при неполном погружении

Коррозия по ватерлинии

Коррозия при полном погружении

Коррозия при переменном погружении

Коррозия внешним током

Коррозия блуждающим током

Коррозия при трении

Избирательная (селективная) коррозия

Коррозия под напряжением

Предел коррозионной усталости

Борьба с коррозией

Обычно выделяют три направления методов защиты от коррозии:

Конструкционный
Активный
Пассивный

Твердость определяют методом вдавливания с достаточно большой нагрузкой. Методы Роквелла и Бринелля.

Сущность процессов, происходящих в металле при определении твердости методом вдавливания.

Преимущества измерений твердости по сравнению с другими способами определения механических свойств.

Измерение твердости проводится быстро. Например, при вдавливании по методу Роквелла за 30-60 секунд, а по методу Бринелля за 1-3 минуты.

Твердость можно измерять на деталях небольшой толщины, а также в очень тонких слоях, не превышающих (для некоторых способов измерения) десятых долей миллиметра, например, в поверхностных слоях цементированной, азотированной или закаленной стали.

Какие свойства металлов (механические и технологические) можно определить по значениям твердости?

МетодБринелля. Что называется твердостью по Бринеллю и как она обозначается? Применяемые наконечники и нагрузки. Порядок замера твердости по Бринеллю. Преимущества и недостатки метода. Область применения.

Для замера твердости испытуемый образец ставят на столик, расположенный на подъемном винте. Подъемным винтом при помощи маховика поднимают стол с образцом до соприкосновения образца с шариком и поджимают образец до отказа к шарику, создавая этим предварительную нагрузку. Основная нагрузка на образец через шарик прилагается при помощи рычажной системы, работающей от электромотора. На длинном плече рычага имеется подвеска, на которой

Для подачи на шарик основной нагрузки включить электромотор, нажав на кнопку на корпусе прибора.
После автоматического отключения электромотора опустить столик вращением маховика.
Замерить с помощью лупы Бринелля диаметр отпечатка по схеме, приведенной на рис.2. На рис. 1 d_опт = 3,5 мм.
По найденному диаметру отпечатка, пользуясь таблицей (см. приложение) или формулой (2), найти число твердости по Бринеллю (НВ) в кг/мм2.

На прессе Бринелля нельзя испытывать твердость тонкого материала, поскольку стальной шарик продавливает этот слой. Толщина испытуемого должна быть не меньше 10-кратной глубины отпечатка.
Невозможность производить испытания металлов, имеющих твердость более 450 ед. по Бринеллю, так как при этом деформируется сам шарик, и результаты испытания будут неточными.

Преимущества метода Бринелля

Преимуществами этого метода являются: простота, достаточная точность, минимальные требования к чистоте поверхности по сравнению с другими методами, а также наличие устойчивой связи НВ с величиной σ_в.

Прибор для замера твердости по Роквеллу. Как обозначается твердость по Роквеллу? Применяемые наконечники и нагрузки, правило выбора. Порядок измерения твердости. Шкалы, по которым производится отсчет. Преимущества и недостатки прибора Роквелла.

О твердости материала судят не по диаметру отпечатка, а по глубине лунки, образующейся после вдавливания конуса или шарика, величина которой определяется в ходе испытаний по разности глубин вдавливания индентора под действием двух последовательно приложенных нагрузок (предварительной и основной). Эта разность характеризует твердость испытуемого материала по Роквеллу (HR).

Для численной характеристики твердости введена условная шкала с цифрами, нанесенными в порядке, обратном перемещению индентора в момент приложения нагрузки, причем внедрение наконечника на 0,002 мм соответствует перемещению стрелки индикаторной головки на одно деление. Число твердости по Роквеллу есть отвлеченное число. Оно сопровождается буквами HRC, HRB или HRA в зависимости от условий испытания (используемого индентора и общей нагрузки). Числа твердости по Роквеллу, выраженные в условных единицах, связываются с углублением конуса или шарика формулами (3), (4).
HRC = 100 - ((h-h₀)/0,002) (3)

HRB = 130 - ((h-ho)/0,002) (4), где

h₀ - глубина внедрения наконечника в испытуемый образец под действием предварительной нагрузки;

h - глубина внедрения наконечника под действие общей нагрузки.
На циферблате индикатора (рис.1) имеются две шкалы - красная внутренняя и черная наружная.

Рис. 1. Индикатор

Красной шкалой пользуются при испытаниях на твердость шариком: она смещена относительно нулевого положения черной шкалы на 30 делений. Необходимость смещения вызвана тем, что глубина вдавливания при стандартных нагрузках на шарик получается более 0,2 мм, т.е. стрелка при вдавливании делает поворот более чем на 100 делений.

Черной шкалой пользуются при испытании на твердость алмазным наконечником: ее нулевое положение совпадает с начальным положением стрелки.

При вдавливании стального шарика нагрузка составляет 100 кг, отсчет ведут по красной шкале. Твердость обозначают HRB.

При вдавливании алмазного конуса нагрузка составляет 150 кг, отсчет ведут по черной шкале. Твердость обозначают HRC.

При вдавливании алмазного конуса при нагрузке 60 кг и замере твердости алмазным конусом отсчет ведут по черной шкале, а твердость обозначают HRA.

Измерения алмазным конусом с нагрузкой 150 кг (HRC) проводят:

а) для материалов с твердостью более НВ 450;

б) для материалов средней твердости более НВ 230, как более быстрым способом определения, оставляющим, кроме того, меньший след на измеряемой поверхности, чем при испытаниях по Бринеллю;

в) для определения твердости тонких поверхностных слоев (не менее 0,5 мм).

Измерения алмазным конусом с нагрузкой 60 кг (HRA) применяют для очень твердых металлов (более НВ 700), например, твердых сплавов, когда вдавливание алмазного конуса с большой нагрузкой может вызвать выкрашивание алмаза, а также для измерения твердых поверхностных слоев толщиной 0,3-0,5 мм.

Визуально проверить соответствие индентора и нагрузки, установленных на приборе:

Установить образец на столик, расположенный на подъемном винте.
Дать предварительную нагрузку, поднимая столик с образцом поворотом маховика и следя за движением стрелок (большой и маленькой) на шкале прибора. Предварительную нагрузку контролировать по маленькой стрелке прибора: она должна встать вертикально и указывать на красную точку.
Поворотом шкалы совместить нуль черной шкалы с концом большой стрелки (для любого варианта: HRC, HRB, HRA).
Подать на индентор основную нагрузку ручным нажатием на педаль прибора и дождаться окончания выдержки (прибор с электромотором, длительность выдержки контролируется автоматически).
После снятия основной нагрузки при сохранении предварительного поджатая по показаниям большой стрелки записать результат измерения HRC (по черной шкале) или HRB (по красной шкале).
Разгрузить образец поворотом маховичка.

Преимущества метода Роквелла

Метод Роквелла получил широкое применение в лабораторной и производственной практике. Он позволяет замерять твердость на готовых деталях, так как на поверхности остается отпечаток очень малой величины, который не влияет на работу детали.

Этим методом можно проверять металлы очень мягкие и очень твердые, а также измерять твердость очень тонких деталей и поверхностных слоев. Данный метод отличается высокой производительностью.

Недостатки метода Роквелла

Недостатками этого метода являются необходимость соблюдения параллельности проверяемых поверхностей, относительно низкая точность измерений по сравнению с другими методами и необходимость более тщательной подготовки поверхностей.

Как определить предел прочности материалов, твердость которых измерена на приборе Бринелля или Роквелла. Для каких материалов можно произвести такое определение?

Для стали с НВ = 125-175 σ_в = 0,343 × НВ

Для стали при НВ более 175 σ_в = 0,362 × НВ

Для алюминиевого литья σ_в = 0,26 × НВ

Для бронзы и латуни отожженной σ_в = 0,55 × НВ
Для бронзы и латуни наклепанной σ_в = 0,40 × НВ
Для серого чугуна σ_в = 1/6 × (НВ-40)

Для цинкового сплава σ_в = 0,09 × НВ

Для вычисления предела прочности исследуемого материала необходимо выбрать расчетную формулу в зависимости от марки этого материала и произвести расчет, подставив в формулу значение твердости НВ.

Полученное значение σ_в выражается в кг/мм 2 . Для перевода этого значения в МПа необходимо его умножить на 9,8. Так 100 кг/мм 2 = 980 МПа.

Читайте также: