2. Оборудование и материалы

1. Оптический металлографический микроскоп МЕТАМ РВ-21.

2. Микрошлифы железоуглеродистых сплавов.

3. Альбом с фотографиями микроструктур железоуглеродистых сплавов в равновесном состоянии.

4. Диаграмма “железо-углерод”.

5. Плакаты с фотографиями микроструктур.

3. Методика проведения работы

1. Просмотреть под микроскопом микроструктуры железоуглеродистых сплавов и зарисовать их.

2. Указать в подрисуночных надписях название сплава и его структурные составляющие.

3. В выводах отметить форму, размеры и изменения количества фазовых и структурных составляющих в зависимости от содержания углерода.

4. Содержание отчета

1. Тема лабораторной работы.

2. Цель работы.

3. Зарисовать микроструктуры следующих железоуглеродистых сплавов:

1. техническое железо;

2. доэвтектоидная сталь;

3. эвтектоидная сталь;'

4. заэвтектоидная сталь;

5. доэвтектический чугун;

6. заэвтектический чугун;

7. эвтектический чугун;

8. серый чугун;

9. ковкий чугун;

10. высокопрочный чугун.

Примечание: Рисунки выполняются от руки в круглой рамке диаметром не менее 4 см или в квадратной (со стороной квадрата не менее 4 см).

4. Выводы.

Техника безопасности

Включение и настройку оптического микроскопа МИМ-7 проводит учебный мастер или лаборант. Студентам не разрешается самостоятельно включать или настраивать микроскоп.

Контрольные вопросы

12. Какие методы используются для изучения микроструктуры?

13. Чем отличается микроструктура доэвтектоидных, эвтектоидных и заэвтектоидных углеродистых сталей?

14. Чем отличается микроструктура доэвтектических, эвтектических и заэвтектических белых чугунов?

15. Чем отличается микроструктура серых, ковких и высокопрочных чугунов?

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ МЕТОДАМИ БРИНЕЛЛЯ И РОКВЕЛЛА ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить принцип действия и устройство приборов для измерения твердо­сти материалов методами Бринелля и Роквелла.

Получить навыки работы на данных приборах и уметь сопоставлять числа твердости, определенные этими методами, с помощью таблиц.

1. Теоретическая часть

Твердость является важнейшей характеристикой механических свойств материалов и одним из широко распространенных видов их испытаний.

Твердостью называется свойство материала сопротивляться проникно­вению в него другого более твердого тела (индентора).

В качестве индентора применяется наконечник из закаленной стали, ал­маза или твердого сплава различной формы (шарик, конус, пирамида, иглы).

Существует несколько способов измерения твердости, различающихся по характеру воздействия наконечника. Ее можно измерять вдавливанием нако­нечника, царапанием поверхности, ударом или же по отскоку наконечника. В зависимости от характера и способа приложения нагрузки твердость косвенно характеризует различные механические свойства металлов.

Если наконечник вдавливается в образец, то твердость характеризует со­противление пластической деформации. Если наконечник царапает образец, то твердость характеризует сопротивление разрушению. Твердость, определенная по отскоку наконечника, характеризует упругие свойства материала.

Твёрдость можно измерить на деталях небольшой толщины, а также в очень тонких слоях, не превышающих (для некоторых способов измерения твёрдости) десятых долей миллиметра, или в микрообъёмах металла; в послед­нем случае изменение приводят способом микротвёрдости.

Метод определения твердости имеет ряд преимуществ перед другими ме­тодами механических испытаний металла: простота техники и быстрота испы­таний, простота формы и небольшие размеры образцов, возможность проводить испытание непосредственно на изделии без его разрушения. Им можно очень быстро и без разрушения оценить изменение свойств металла после различных видов термической, химико-термической обработки, сварки, пластической де­формации.

Между твердостью пластичных металлов, определяемой способом вдав­ливания, и другими механическими характеристиками (временное сопротивле­ние, относительное удлинение, ударная вязкость, предел выносливости) суще­ствует количественная зависимость. Например, для стали о_в = 3,4 НВ (МПа); для меди, бронзы, латуни в отожженном состоянии ст_в = 5,5 НВ; для дуралюми- на а_в⁼ 3,6 НВ; предел выносливости для углеродистой стали о.|= (1,28... 1,56)НВ (МПа).

Твердость определяют на специальных приборах - твердомерах, которые бывают стационарные и переносные. Основными узлами твердомеров является станина, рабочий столик, индентор, нагружающее устройство, прибор для из­мерения величины деформации.

1. Измерение твердости по Бринеллю

При определении твердости методом Бринелля (ГОСТ 9012-59) в испы­туемый образец или изделие вдавливается в течение определённого времени стальной закаленный шарик (рис.1). После снятия нагрузки на поверхности об­разца остаётся сферический отпечаток. Величина отпечатка зависит от твёрдо­сти металла: чем твёрже металл, тем она меньше.

Число твердости по Бринеллю обозначается буквами НВ и определяется по формуле

(1)

где Р - нагрузка на шарик, кгс;

D - диаметр шарика, мм; диаметр отпечатка, мм.

Для конкретных условий испытаний (нагрузка, диаметр шарика), по при­веденной зависимости, составлены таблицы, которые позволяют ускорить оп­ределение числа твердости (приложение 1).

Диаметр отпечатка измеряют при помощи отсчетного микроскопа МИР с точностью до 0,1 мм (рис. 2).

В зависимости от толщины испытываемого материала применяют шарики диаметром 10; 5 и 2,5 мм. Нагрузка выбирается в зависимости от его свойств по формуле

Р=Ю?, кгс, (2)

где К - постоянная для данного материала величина, равная 30,10 или 2,5 кгс/мм²; для стали - 30, меди и ее сплавов - 10, очень мягких металлов РЬ, Sb, баббиты - 2,5.

Длительность приложения нагрузки должна быть достаточной для про­хождения деформации и возрастать с уменьшением твердости испытуемого ма­териала от 10 до 30 и 60 с.

Для измерения твердости стали и чугуна до 3 мм применяют нагруз­ку 3000 кгс, шарик диаметром 10 мм и время выдержки под нагрузкой 10 с.

При условии испытания материалов в стандартных условиях, твердость по Бринеллю обозначают числом твердости и буквами НВ, например, 229 НВ. Если условия испытания иные, то это показывается соответствующими индек­сами. Например, число твердости 215 и испытание проводилось шариком диа-

Рис.З. Схема определения твердости по методу Роквелла

метром 5 мм при нагрузке 750 кгс с выдержкой под нагрузкой 10 с. В этом слу­чае результат записывается так: 215 НВ 5/750/10.

Метод Бринелля не рекомендуется применять для стали с твердостью бо­лее 450 НВ, для цветных металлов - более 200 НВ, а также тонких листов, лент. В этом случае пользуются методом Роквелла.

2. Измерение твердости по Роквеллу

Сущность метода (ГОСТ 9013-59) заключается во вдавливании в поверх­ность материала индентора с алмазным или твердосплавным конусом с углом у вершины 120 или стальным закаленным шариком диаметром 1,5875 мм. Схема определения твердости приведена на рис. 3.

Единица твердости по Роквеллу - безразмерная величина, соответствую­щая осевому перемещению индентора на 0,002 мм. Чем глубже внедрение ин­дентора, тем меньше твердость.

^г В зависимости от твердости материалов применяются различные условия испытаний (табл. 1).

Таблица 1

Условия испытания по Роквеллу

Твердость,	Шкала	Обозначение			Вид	Нагрузка, *
кгс/мм2	прибора	твердости			индентора	кгс
60...240	В	HRB			шарик	100
240...900	С	HRC			конус	150
390...900	А	HRA			конус	60
* Нагрузка на индентор слагается из двух последовательно прилагаемых
нагрузок	- предварительной 10 кгс и основной (по шкале В-90 кгс, С -
140 кгс, А- 50 кгс).

Измерения твердости стальным шариком с нагрузкой 100 кгс (HRB) про­водятся для мягкой (отожженной, нормализованной) стали или отожженных цветных сплавов деталей или образцов толщиной 0,8...2 мм, т.е. в условиях, когда измерение по методу Бринелля, выполняемое шариком большого диамет­ра, может вызвать деформацию металла.

Измерение алмазным конусом с нагрузкой 150 кгс (HRC) проводят:

1. Для закаленной или после отпуска стали твердостью более 450 НВ.

2. Для определения твердости тонких поверхностных слоев, но толщиной бо­лее 0,5 мм (например, цементованного слоя).

3. Для материалов средней твердости (более 230 НВ) как более быстрый спо­соб определения, оставляющий, кроме того, меньший след на измеряемой поверхности, чем при испытании по методу Бринелля.

Измерение алмазным конусом с нагрузкой 60 кгс (HRA) применяют для очень твердых материалов (более 70 HRC), например, для очень твердых спла-

bob, когда вдавливание конуса с большой нагрузкой может вызвать выкраши­вание алмаза, а также для измерения твердых поверхностных слоев (0.3...0.5 мм) или тонких образцов (пластинок).

В связи с изменением эталона по ГОСТ 8.064.79 в измеряемые значения твердости внесена поправка. В соответствии с этой поправкой твердость HRC обозначается HRC₃, значения которой на несколько единиц больше. При этом нет постоянного коэффициента пересчета HRC в HRC₃. Соотношение этих зна­чений твердости приведены в приложении 2.