- •Методические указания к лабораторным работам
- •Часть I
- •Содержание
- •Лабораторная работа №1. Классификация, маркировка и применение конструкционных материалов
- •1.1. Цель и задачи работы
- •1.2. Указания к самостоятельной работе
- •1.3. Классификация материалов
- •1.4. Способы маркировки металлических материалов
- •1.5. Углеродистые стали
- •1.5.1. Конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества общего назначения
- •1.5.2. Качественные конструкционные углеродистые стали для деталей машин
- •1.5.3. Инструментальные углеродистые стали
- •1.6. Маркировка легированных сталей
- •1.7. Особые способы маркировки сталей
- •1.7.1. Маркировка сталей для отливок
- •1.7.2. Маркировка автоматных сталей
- •1.7.3. Стали для подшипников
- •1.7.4. Маркировка быстрорежущих сталей
- •1.7.5. Маркировка строительных сталей
- •1.7.6. Магнитные стали
- •1.7.7. Стали специальных способов выплавки
- •1.7.8. Нестандартные легированные стали
- •1.8. Чугуны
- •1.9. Порошковые материалы
- •1.10. Медь и сплавы на основе меди
- •1.10.1. Латуни
- •1.10.2. Бронзы
- •1.11. Алюминий и сплавы на основе алюминия
- •1.12. Магний и сплавы на основе магния
- •1.13. Титан и сплавы на основе титана
- •1.14. Содержание отчета
- •1.15. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №2. Определение плотности дислокаций методом электронной микроскопии
- •2.1. Цель работы
- •2.2. Приборы, материалы, учебные пособия
- •2.3. Краткие теоретические сведения
- •2.3.1. Оптическая схема электронного микроскопа.
- •2.3.2. Способы исследования металлографических объектов на электронном микроскопе
- •2.3.3. Приготовление угольно-серебряных реплик.
- •2.3.4. Определение плотности дислокаций по электронно-микроскопическим фотографиям
- •2.3.5. Определение плотности дислокаций методом ямок травления
- •2.4. Порядок выполнения работы
- •2.5. Содержание отчета
- •2.6. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №3. Механические свойства конструкционных материалов
- •3.1. Цель и задачи работы
- •3.2. Условия работы и методы испытания материалов
- •3.3. Механические свойства конструкционных материалов
- •3.4. Определение количественных характеристик механических свойств
- •3.4.1. Испытания на статическое растяжение
- •3.4.2. Испытания на твердость
- •3.4.2.1. Твердость по Бринелю
- •3.4.2.2. Твердость по Роквеллу
- •3.4.2.3. Твердость по Виккерсу и микротвердость
- •3.4.3. Связь между твердостью и прочностью материалов
- •3.5. Программа и порядок выполнения работы
- •3.6. Содержание отчета
- •3.7. Контрольные вопросы
- •3.8. Варианты заданий
- •3.9. Рекомендуемая литература
- •4.3.2. Влияние температуры рекристаллизации на структуру и свойства холоднодеформированных металлов
- •4.4. Порядок выполнения работы
- •4.5. Содержание отчета
- •4.6. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №5. Термический анализ сплавов
- •5.3.2. Построение диаграмм состояния
- •5.3. Анализ диаграмм состояния
- •5.4. Порядок выполнения работы
- •5.5. Содержание отчета
- •5.6. Контрольные вопросы
3.4.2.2. Твердость по Роквеллу
Если использование метода Бринеля ограничено средней твердостью (до 450 НВ), то метод Роквелла позволяет измерить твердость до 1000 НВ, что намного расширяет круг испытуемых материалов и делает этот метод более универсальным. Мягкие материалы испытываются стальным шариком D = 1,58 мм, твердые - алмазным конусом с углом 120 °. Для этого предусмотрены разные нагрузки: шарик нагружается средней нагрузкой - 100 кг, а конус - двумя нагрузками 150 и 60 кг. Большая нагрузка предусмотрена для измерения твердых и относительно прочных материалов, таких как закаленные стали. Твердые и хрупкие материалы, например, твердые сплавы, испытываются при малой нагрузке. В соответствии с этими нагрузками прибор имеет три шкалы измерения: А,B,C. В отличие от метода Бринеля твердость по Роквеллу измеряется не в кг/мм2, а в условных единицах, соответствующих разности между глубиной отпечатка от предварительной нагрузки - 10 кг и окончательной нагрузки. За единицу измерения принята величина, отвечающая осевому перемещению шарика или конуса на глубину 0,002 мм.
Рис. 4.4. Упрощенное изображение диаграммы растяжения, поясняющие формулы 4.6 и 4.7 |
Это перемещение измеряется автоматически на приборе, и стрелка индикатора сразу показывает отсчет твердости по соответствующей шкале. Запись чисел твердости производится с обозначением шкалы, например, НRС60, НRВ90, НRА70. Твердость по Роквеллу безразмерная величина. При необходимости твердость по Роквеллу может быть переведена на твердость по Бринелю с использованием соответствующих переводных таблиц.
Метод Роквелла вследствие относительной простоты и высокой скорости, широкого диапазона материалов по твердости, высокой точности и небольшого отпечатка на испытуемом материале получил широкое применение. Рекомендуемые условия испытания приведены в таблице 4.2. Расстояние между центрами отпечатков либо до края образца не должно быть меньше 3мм.
Таблица 4.2 Условия испытания по методу Роквелла
Обозначения |
Тип индентора |
Нагрузка, кг |
Рекомендуемые пределы измерений по Роквеллу |
Соответствующие значения твердости по Бринеллю, кг/мм2 | ||
шкалы |
чисел твердости |
Предвари-тельная |
Оконча-тельная | |||
А |
HRA |
Алмазный конус |
10 |
60 |
70-85 |
360-800 |
С |
HRC |
Алмазный конус |
10 |
150 |
20-67 |
230-700 |
B |
HRB |
Стальной шарик |
10 |
100 |
25-100 |
40-230 |
3.4.2.3. Твердость по Виккерсу и микротвердость
Испытания по Виккерсу и определение микротвердости идентичны. Нагружение проводится алмазной четырехгранной пирамидой с углом при вершине 136°. По нагрузке, приходящейся на единицу площади отпечатка, определяется число твердости:
|
НV=1,8544 Р/d2, кг/мм2 |
(4.9) |
где Р - нагрузка на пирамиду, кг,
d - диагональ отпечатка, мм.
Разница между этими методиками состоит в величинах используемых нагрузок. В методе Виккерса используются нагрузки 5 - 100 кг, а при микроиспытаниях 5 - 500 г. Определение твердости по Виккерсу проводится на твердомере Виккерса, микроиспытания на приборе ПМТ-3.Толщина испытуемых образцов должна быть не менее 1,5 диагоналей. Чтобы отпечаток имел правильную форму, образец должен быть обязательно плоскопараллельным, его поверхность должна быть шлифованной и полированной, так как отпечаток измеряется с использованием микроскопа ввиду его малых размеров.
Оба метода не имеют ограничений по измеряемой твердости. Метод Виккерса применяется для измерения твердости и толщины упрочненных поверхностных слоев методами цементации, азотирования и цианирования конструкционных сталей. Более тонкие слои, полученные азотированием и цианированием инструментальных сталей, борированием, хромированием инструмента и т.д. испытываются на микротвердомере. Метод микротвердости используется для измерения твердости отдельных структурно-фазовых составляющих. Твердость при микроиспытаниях на приборе ПМТ-3 обозначается Нμ.
Следует отметить, что до твердости НВ400 числа твердости по Бринелю и Виккерсу совпадают, при более высокой твердости величина НV превышает НВ, и чем выше твердость, тем больше расхождение.