УДК 669
ББК 34.2
Ж 34
Рекомендовано к изданию редакционноиздательским советом ФГОУ
ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет» (председа
тель совета – профессор В.В. Каракулев).
Рецензенты:
С. И. Богодухов
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой
материаловедения и технологии материалов
Оренбургского государственного университета;
М. И. Филатов
доктор технических наук, профессор, заведующий
кафедрой техносферной безопасности и биоинженерии
Оренбургского государственного аграрного университета
Жариков, Н.А.
Ж 34 Металловедение: лабораторный практикум. – Оренбург: Издатель
ский центр ОГАУ, 2007. – 124 с.
ISBN 9785888384169
Практикум содержит краткие теоретические сведения по темам лабораторных
работ, указания о порядке выполнения практических заданий и перечень вопросов
для составления отчета о выполненной работе. Предназначен для студентов инже
нерных специальностей ОГАУ.
ISBN 9785888384169
© Жариков Н. А., 2007
Стр.3
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1
ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ
Цель работы. Ознакомление с методикой и средствами измерения
твердости материалов, приобретение практических
навыков работы на твердомерах.
Задание. 1. Изучить устройство, принцип действия и технические
возможности твердомеров Бринелля и Роквелла.
2. Определить твердость металлических образцов.
3. Составить отчет.
1. Общие сведения
Твердость – сопротивление материала местной пластической
деформации, возникающей при внедрении в него более твердого
тела.
Такими телами являются инденторы: стальной закаленный шарик,
конус или пирамида из твердого сплава или алмаза. Индентор, закрепленный
в держателе представляет собой наконечник.
Твердость материалов (металлов) — сложное свойство, зависящее
от их прочности и пластичности, а также от метода измерения.
Новые методы основаны на использовании ультразвуковых колебаний
(фиксировании изменения собственной частоты колебательной
системы в процессе опыта); на измерении разности скоростей падения
и отскока ударника от испытуемой поверхности (электронный твердомер).
По способу Шора твердость металлов определяют по высоте
отскакивания бойка от испытуемой поверхности, что зависит от упругости
материала. Твердость минералов оценивают методами: царапания
(более твердым эталоном), шлифования или вдавливания.
Наиболее распространены методы Бринелля, Роквелла и Виккерса,
основанные на оценке твердости по размерам полученного отпечатка.
5
Стр.6
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ
2. Метод Бринелля
2.1. Сущность метода
На специальном приборе (твердомере) стальной закаленный шарик
диаметром D (рис. 1) под действием нагрузки Р вдавливается в испытуемый
объект (деталь, заготовку, образец).
P
D
d
Рис. 1. Схема испытания на твердость по методу Бринелля
По истечении времени τ нагрузка снимается, а на поверхности изделия
остается отпечаток. По его площади (диаметру d) определяют
значение твердости соответствующего материала.
2.2. Выбор параметров испытания
В зависимости от толщины изделия s выбирают наконечник с шариком
соответствующего диаметра.
Таблица 1. К выбору диаметра шарика
s, мм
D, мм
до 3
2,5
3 - 6
5,0
Нагрузку рассчитывают по зависимости
Р = k ⋅ D2, кг |F, кН|
где k – коэффициент пропорциональности.
более 6
10
6
s
Стр.7
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ
Материал
Черный металл
Сплав цветных металлов
Цветной металл
Таблица 2. К выбору значений k и τ
kτ, с
30
10
2,5
10
30
60
2.3. Устройство и работа твердомера
Твердомер Бринелля (рис. 2) имеет тонкостенный чугунный корпус,
в верхней части которого винтом к подпружиненному шпинделю 3 прикреплен
сменный наконечник с шариком 1. На шпиндель через рычаги 4
и 6 передается усилие от подвески 7 с набором грузов 8.
4
3
2
1
14
15
16
13
12
11
10
5
6
7
8
9
Рис. 2. Схема твердомера Бринелля
Под наконечником расположен плоский (для изделий круглого сечения
призматический) столик 14. В корпусе размещены электродвигатель
9 и червячный редуктор с шатуном 12.
7
Стр.8
МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ
Испытуемое изделие укладывают на предметный столик, а затем
вращением маховика 15 с винтом 16 перемещают его к наконечнику.
При включении электродвигателя колесо 10 начнет медленно поворачиваться
по часовой стрелке вместе с шатуном 12 и упорным роликом
13. При этом ролик с шатуном будет опускаться. Под действием грузов
8 через подвеску рычаг 6 станет поворачиваться на оси 5 и поворачивать
рычажок 4, который через шпиндель 3 будет вдавливать шарик в
образец.
Нагрузка на шарик по мере поворота червячного колеса возрастает и
достигает полной в момент отрыва ролика 13 от рычага. Это происходит
при остановке шарика, шпинделя и рычагов. В этот момент включится
контрольная лампочка и начнется отсчет времени опыта.
При замыкании электрической цепи контактом 11, связанным с
колесом 10, двигатель переключится на обратный ход, ролик 13 с шатуном
пойдет вверх и, поворачивая рычаг 6, разгрузит наконечник.
Электродвигатель отключится. В момент касания пары ролик-рычаг
лампочка выключится.
2.4. Требования к образцам
Образец должен иметь параллельные поверхности. При испытании
изделий круглого сечения под индентор опиливают лыску.
Образец должен быть чистым (без влаги, краски, ржавчины и т.д.)
со шлифованной или обработанной напильником испытуемой поверхностью.
При низких нагрузках (Р) требуется малая шероховатость
поверхности.
2.5. Правила безопасности
• Соблюдать общие правила работы с электроприборами.
• Тщательно устанавливать образец на предметном столике.
• Стоять при испытании сбоку твердомера.
• При испытании только наблюдать за работой прибора.
8
Стр.9
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ
2.6. Порядок испытания
• На подвеску 7 навесить необходимый набор грузов.
• Установить в нужное положение подвижный контакт 11.
• Положить на столик испытуемое изделие. При необходимости
придерживать его, подвести к наконечнику и слегка поджать.
• Убедиться в том, что требования по установке соблюдены (см.
табл. 3).
Таблица 3. Требования к установке образцов
на твердомере Бринелля
Твердость образца, HB
До 35
Более 35
между центром
отпечатка и
Расстояние
краем образца
≥ 3,0 d
≥ 2.5 d
Расстояние
между
центрами
отпечатков
≥ 6,0 d
≥ 4,0 d
• Вращая маховик 15 до заметного сопротивления, сжать калиброванную
пружину шпинделя.
• Нажатием кнопки включить электродвигатель. Замерить время
действия полной нагрузки по периоду свечения контрольной
лампочки.
• После выключения двигателя повернуть маховик 15 против часовой
стрелки и снять образец.
2.7. Определение значения твердости
Диаметр отпечатка d измеряют с помощью специальной лупы, снабженной
шкалой с делениями. Измерения выполняют в двух взаимно
перпендикулярных направлениях (рис. 3) и вычисляют среднее значение.
Испытание каждого образца должно быть двукратным.
d1
Рис. 3. Схема измерения диаметра отпечатка с помощью лупы
9
d2
Стр.10