Порядок выполнения работы

При изучении стекла и изделий из него студенты знакомятся с образцами и заполняют таблицу с указанием вида изделий, ихкраткой характеристики, размеров изделий, их назначения. Для листовых материалов (крупноразмерных) определяют толщину листа, вид стекла (прозрачное, глушенное, цветное), характер поверхности.

Для штучных стеклоизделий производят замер толщины, длины и ширины, определяют вид стекла и другие показатели, характеризующие качество.

Для плиточных материалов и штучных стеклоизделий определяют размеры, вид стекла, способы изготовления и области применения.

Для образцов, полученных вырезкой из основного материала, определяют технические показатели, характеризующие свойства и области их применения.Путем сравнения фактических размеров и форм с требованиями ГОСТ дают оценку качества стеклоизделий.

Для выполнения работы используют образцы изделий из коллекций и стенды. Полученные результаты заносят в таблицу по прилагаемому образцу.

№№ пп	Наименование изделия, марка	Краткая характеристика: вид стекла, форма, строение и др.	Размеры, мм			Характерные свойства	Область применения
			l	b	h
1
2 …

Контрольные вопросы:

1. Что называется стеклом?

2. Какие основные сырьевые материалы применяют при производстве отделочных стекол?

3. Классификация изделий из стекла.

4. Основные технологические операции при производстве стекла.

5. Какие стеклоизделия относятся к конструктивным?

6. Какие стеклоизделия относятся к отделочным?

Литература:

1. Пискарев В.А. Лабораторные работы по курсу «Строительные материалы и изделия» – М.: Высш. школа, 1976.

2. Болдырев А.С., Золотое П.П., Люсов А.Н. и др. Строительные материалы. Справочник. – М.: Стройиздат, 1989. – 567 с.

3. Микульский В.Г. и др. Строительные материалы (материаловедение и технология): Учебное пособие. – М.: ИАСВ, 2004, 2007. – 594 с.

4. Горшков В.С. и др. Вяжущие, керамика и стеклокристаллические материалы: структура и свойства: Справочное пособие. – М.: Стройиздат, 1994.

5. Казеннова Е.П. Общая технология стекла и стеклянных изделий. – М.: 1989. – 144 с.

Лабораторная работа № 6

Тема «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ» –1 час

1. Общие сведения

Твердостью материала называют способность тела 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.

Количественной оценкой твердости является число твердости НВ, равное отношению нагружения (Н) к площади поверхности отпечатка (мм²). Все методы измерения твердости можно разделить на две группы в зависимости от вида движения индентора: статические и динамические методы. Статическим методом измерения твердости называется такой, при котором индентор медленно и непрерывно вдавливается в испытуемый металл с определенным усилием. Наибольшее распространение получили статические методы определения твердости. К статическим методам относят следующие: измерение твердости по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу (рис. 1). Наиболее часто применяются два метода измерения твердости: метод Бринелля и метод Роквелла, и реже метод Виккерса.

Рис. 1. Схема испытаний на твердость

а) по Бринеллю; б) по Роквеллу; в) по Виккерсу

При динамическом испытании контролируют величину отскока испытательного инструмента от поверхности испытываемого образца. К динамическим методам относят методы определения твердости по Шору и Польди.

Сущность метода Бринеллязаключается в том, что в испытываемый образец вдавливают закаленный стальной шарик определенного диаметраD, прикладывая в течение определенного времени усилиеF. На поверхности образца получается отпечаток в виде лунки. По диаметру отпечатка определяют его площадьS. При измерении твердости по Бринеллю применяют шарики (стальные или из твердого сплава) диаметром 1,0; 2,0; 2,5; 5,0; 10,0мм.

Твердость металлов по Бринеллю (HB) рассчитывают по формуле:

, МПа, (1)

где F– усилие, действующее на шарик (Н, кгс); D–диаметр шарика,мм; d – диаметр отпечатка (лунки),мм;S– площадь поверхности сферического отпечатка,мм².

При испытании значение Fпринимают: для стали и чугуна – Н, меди и сплавов – Н, а для очень мягких металлов (например, алюминия) – Н.

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.

Наиболее распространенные соотношения между величинами нагрузки, диаметрами шариков, твердостью и толщиной испытываемых образцов приведены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры определения твердости металлов по Бринеллю

Область применения	Пределы твердости испытываемого материала	Толщина материала, мм	Диаметр шарика, мм	Нагрузка F,H
Стали и серые литейные чугуны	1400-4500	6-3 4-2 2	10 5 2,5	30000 7500 1875
	До 1400	6 6-3	10 5	10000 2500

Метод Бринелля применим для металлов и сплавов с твердостью не более 4500 МПа, т.к. при большей твердости стальной шарик может деформироваться.

Достоинствами этого метода являются: высокая точность, повторяемость результатов, возможность приближенно оценивать характеристики стали и чугуна.

К недостаткам относятся: возможность определять твердость металлов только доНВ=4500 МПа, получение сравнительно больших отпечатков, трудность определения твердости крупногабаритныхи тонких деталей.

Метод Роквеллаоснован на вдавливании наконечника (алмазный конус с углом или закаленный шарикd=1,588) в испытываемый образец под действием фиксированной нагрузки.

Твердость по Роквеллу измеряют в условных единицах по формулам:

HR = 100 – е(при вдавливании алмазного конуса с углом при вершине),

HR = 130 – е(при вдавливании стального шарика,м с углом при вершине 120⁰),

где ;h – глубина внедрения наконечника (м), под действием общей нагрузки Fпосле снятия основной нагрузки ;h₀ – глубина внедрения наконечника под действием предварительной нагрузки(м).

Твердость по Роквеллу обозначается HRА,HRВ,HRС. Измерение производят путем отсчета по шкалам, соответствующим установленной нагрузке.

Шкалу испытания (А, В или С) и соответствующие ей условия испытания (вид наконечника, общее усилие) выбирают в зависимости от предполагаемого интервала твердости испытуемого материала по табл. 2.

Таблица 2. Выбор нагрузки и наконечника для испытания твердости по Роквеллу

Шкала индика-тора	Тип наконеч-ника	Нагруз-ка, Н (кгс)	Твердость			Обозна-чение твер-дости по Роквеллу	Область приме-нения	Допус-каемые пределы шкалы
			По Роквеллу, HR	По Бринел-лю, НВ	Пример-ная твердость по Виккерсу
А	Алмазный конус	600 (60)	85	3600-7190	390 – 900	HRA	Твердые сплавы и изделия по цемента-ции, азотиро-вании	70 – 85
В	Стальной шарик d=1,588	1000 (100)	25-100	600-2400	60 – 240	HRB	Незака-ленные стали, цветные металлы	25 – 100
С	Алмазный конус (тв.сплавы)	1500 (150)	20-67	2170-7190	240 – 900	HRC	Закален-ные стали	20 – 67

При испытании очень твердых металлов или тонких изделий используют алмазный конус и общую нагрузку 600 H(60 кгс). Твердость отсчитывают по шкале «А» и обозначаютHRА.

Если при испытании более мягких материалов используют стальной шарик и общая нагрузка составляет 1000 H(100 кгс), то твердость отсчитывают по шкале «В» и обозначаютHRB.

При испытании металлов с высокой твердостью применяют конус и общую нагрузку 1500 H(150 кгс). Твердость отсчитывают по шкале «С» и обозначаютHRC.

За единицу твердости принимают величину, соответствующую осевому перемещению шарика или конуса на 0,02 мм и являющуюся ценой деления шкалы индикатора-глубиномера.

Между значениями HRAиHRCимеется следующая зависимость:

HRC= 2HRA- 104.

К достоинствам данного метода относят простоту и большую скорость измерений, малые размеры и глубину отпечатка, широкий диапазон твердости.

Недостатками метода являются низкая повторяемость результатов и необходимость тщательной подготовки поверхности испытуемого образца.

Метод Роквелла широко применяется в промышленности, особенно для твердых и тонколистовых металлов и сплавов.

Твердость по Виккерсуопределяют путем статического вдавливания в испытываемую поверхность четырехгранной алмазной пирамиды с углом между противоположными гранями.

Число твердости определяют так же, как и в способе Бринелля, отношением нагрузки на площадь отпечатка (МПа):

, МПа (2)

где F – нагрузка на пирамиду (кгс),Н (500-1200 Н);D – среднее арифметическое длины обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки, мм; α – угол между противоположными гранями пирамиды при вершине, равной .

Преимущество метода Виккерса – возможность измерения твердости как мягких, так и особо твердых материалов. Этим методом можно измерять твердость очень тонких изделий, а также твердость поверхностных слоев, например, при обезуглероживании пирамиды даже при малой глубине ее внедрения диагональ отпечатка имеет большую величину, что определяет высокую точность и чувствительность этого метода.