Термический анализ сплавов
В. И. Кабацкий, Ю. Г. Дьяченко
ТЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛОВ
И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Лабораторные и практические работы
(для студентов специальности 7.05050401
дневной формы обучения)
Утверждено
на заседании
ученого совета ДГМА
Протокол № от 2012
Краматорск
ДГМА
УДК 621.7/.9+620.2
ББК 34+30.3
К 12
Рецензенты:
Перерва А. В.,канд. техн. наук, доцент, Донбасский институт техники и менеджмента;
Новиков О. А.,канд. физ.-мат. наук, декан физико-математического факультета, Славянский государственный педагогический университет.
Наведені лабораторні та практичні роботи, варіанти контрольних завдань, питання до заліку чи іспиту.
Кабацкий, В.И.
К 12 Технология металлов и материаловедение : лабораторные и практические работы (для студентов специальности 7.05050401 дневной формы обучения) / В. И. Кабацкий, Ю. Г. Дьяченко. – Краматорск : ДГМА, 2012. – 70 с.
ISВN
Приведены лабораторные и практические работы, варианты контрольных заданий, вопросы к зачету или экзамену.
УДК 621.7/.9+620.2
ББК 34+30.3
© В. И Кабацкий.,
Ю. Г. Дьяченко, 2012
ISВN © ДГМА, 2012
 |
СОДЕРЖАНИЕ
| Введение ……………………………………………… | ||
| Лабораторная работа 1. Твердость и методы ее измерения. Изучение влияния содержания углерода на твердость отожженных углеродистых сталей ……………………………. | ||
| Лабораторная работа 2. Термический анализ металлов …... Лабораторная работа 3. Микроструктура углеродистых сталей в равновесном состоянии ………………………………… Лабораторная работа 4. Типы сварных соединений при электродуговой сварке. Выбор формы подготовки кромок.. Практическая работа 1. Изучение системы маркировки и классификации конструкционных металлических материалов | ||
| Практическая работа 2. Изучение характера превращений и формирование структуры сплавов по диаграммам состояния двухкомпонентных систем……………………………………… Практическая работа 3. Превращения в сталях при охлаждении Практическая работа 4. Технология изготовления детали …….. Вопросы для подготовки к зачету и экзамену по дисциплине... | ||
| Приложение А. Основные разновидности диаграмм состояния систем двухкомпонентных сплавов ……………………………......... | ||
| Список рекомендованной литературы …………………………....... |
ВВЕДЕНИЕ
Целью проведения лабораторных и практических работ по дисциплине «Технология металлов и материаловедение» является изучение методов исследования и расчета характеристик процессов, связанных с производством металлических конструкционных материалов. Студенты учатся обобщать и анализировать экспериментальные и расчетные данные, составлять таблицы, строить графические зависимости, формулировать выводы и заключения на основании литературных и полученных данных.
Перед выполнением работы студенты должны ознакомиться с теоретическими материалами по учебнику и конспекту лекций; проверка знаний осуществляется путем устного опроса или тестового контроля.
По результатам лабораторной работы студентами составляется отчет, который должен быть защищен. При защите преподаватель оценивает качество оформления и содержание отчета, а также степень усвоения студентами представленного материала.
На первом занятии студентов знакомят с правилами внутреннего распорядка и техники безопасности в учебных помещениях и лабораториях кафедры, после чего каждый студент расписывается в книге по технике безопасности.
1 Лабораторная работа 1
ТВЕРДОСТЬ И МЕТОДЫ ЕЕ ИЗМЕРЕНИЯ. ИЗУЧЕНИЕ
ВЛИЯНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА НА ТВЕРДОСТЬ ОТОЖЖЕННЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
1.1 Цель работы
Освоить методику определения твердости. Экспериментально изучить влияние углерода, содержащегося в стали, на ее твердость.
1.2 Теоретические сведения
Под твердостью понимается свойство поверхностного слоя материала сопротивляться упругой и пластической деформации или разрушению при местных контактных воздействиях со стороны другого, более твердого и не получающего остаточной деформации тела (индентора) определенной формы и размера. Разнообразие методов и разный физический смысл чисел твердости затрудняют выработку общего определения твердости как механического свойства. При различных условиях проведения испытания числа твердости могут характеризовать упругие свойства, сопротивление малым или большим пластическим деформациям, сопротивление материала разрушению.
Способы определения твердости делят на статические и динамические в зависимости от скорости приложения нагрузки, а по способу ее приложения – на методы вдавливания и царапания. Наиболее распространены методы, в которых используется статическое вдавливание индентора нормально поверхности образца. Во всех методах испытания на твердость очень важно правильно подготовить поверхностный слой образца. Нагрузка прилагается по оси вдавливания индентора перпендикулярно к испытуемой поверхности. Результаты испытаний на твердость зависят от продолжительности приложения нагрузки к вдавливаемому индентору и выдержки под нагрузкой. Неизбежные различия в структуре разных участков образца приводят к разбросу значений твердости, который тем больше, чем меньше размер отпечатка.
Выбор формы, размеров индентора и величины нагрузки зависит от цели испытания, структуры, ожидаемых свойств, состояния поверхности и размеров используемого образца.
1.2.1 Метод измерения твердости вдавливанием стального шарика (твердость по Бринеллю)
При измерении твердости по Бринеллю стальной закаленный шарик диаметром D вдавливают в испытуемый образец под приложенной определенное время нагрузкой Р, после снятия нагрузки измеряют диаметр d отпечатка, оставшегося на поверхности образца (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 - Схема определения твердости по Бринеллю
Число твердости по Бринеллю (НВ) есть отношение нагрузки Р, действующей на индентор диаметром D, к площади F шаровой поверхности отпечатка:
. (1.1)
Твердость по Бринеллю определяют при помощи шарикового индентора диаметром 2,5; 5 или 10 мм. Инденторы изготавливают из стали с твердостью не менее 6 500 МПа. Методом Бринелля можно испытывать материалы с твердостью от НВ 80 до НВ 4 500. При большей твердости образца возможна деформация индентора. Рекомендуемые нагрузки и диаметры шариков для определения НВ различных металлических материалов приведены в таблице 1.1.
Для определения твердости по Бринеллю применяют специальные приборы типа ТШ-2.
Таблица 1.1
| Испытуемый металл | Пределы измеряемой твердости НВ, МПа | Соотношение между нагрузкой Р и диаметром шарика D | Диаметр шарика D, мм | Нагрузка Р, Н | Выдержка под нагрузкой, с |
| Черные металлы | 1 400… 4 500 | Р = 30 D2 | 2,5 | 3 000 7 500 1 875 | |
| То же | До 1 400 | Р = 30 D2 | 2,5 | 3 000 7 500 1 875 | |
| Цветные металлы, латуни, бронзы | 310… 1 300 | Р = 10 D2 | 2,5 | 10 000 2 500 | |
| Алюминий, цветные подшипниковые сплавы | 80…350 | Р = 2,5 D2 | 2,5 | 2 500 |
1.2.2 Метод измерения твердости вдавливанием алмазного конуса или стального шарика (твердость по Роквеллу)
Принципиальное отличие данного способа от рассмотренного выше измерения по Бринеллю состоит в том, что твердость определяют по глубине отпечатка, получаемого при вдавливании алмазного конуса или стального шарика.
При измерении твердости по Роквеллу индентор – алмазный конус с углом при вершине 1200 и радиусом закругления 0,2 мм или стальной закаленный шарик диаметром 1,5875 мм (1/16 дюйма) вдавливается в образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок: предварительной Р0 и общей Р = Р0 + Р1, где Р1 – основная нагрузка.
Схема определения твердости по Роквеллу приведена на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 – Схема определения твердости по Роквеллу
Сначала индентор вдавливается в поверхность образца под предварительной нагрузкой Р0 = 100 Н, которая не снимается до конца испытания. Под нагрузкой Р0 индентор погружается в образец на глубину h0. Затем на образец подается полная нагрузка и увеличивается глубина вдавливания. Чем больше глубина вдавливания h, тем меньше число твердости.
В зависимости от условий испытания (нагрузки и типа индентора) обозначается твердость по Роквеллу. Область применения метода Роквелла, условия испытания и принцип обозначения твердости с учетом условий испытания приведены в таблице 1.2.
Пример обозначения твердости по Роквеллу: HRC 51 (твердость 51 по шкале С).
Для измерения твердости по Роквеллу используют прибор типа «ТК».
Таблица 1.2
| Примерная твердость по Бринеллю, МПа | Обозначение шкалы по Роквеллу | Индентор | Нагрузка, Н (см. рис. 1.2) | Допустимые пределы измерения твердости по Роквеллу | Обозначение твердости | ||
| Р0 | Р1 | Р | |||||
| 600…2 300 | В | Стальной шарик | 1 000 | 25…100 | HRB | ||
| 2300…7 000 | С | Алмазный конус | 1 400 | 1 500 | 20…70 | HRС | |
| Более 7 000 | А | То же | Более 70 | HRА |
1.3 Материалы, оборудование и принадлежности
Для выполнения работы необходимы: набор образцов сталей с различным содержанием углерода (не менее 4…5), твердомер типа «ТШ», лупа МПБ-2 (или измерительный микроскоп ИМЦ 100 х 50, А), твердомер типа «ТК», таблица для определения твердости по размеру отпечатка.
1.4 Ход работы
1.4.1 Определение твердости по Бринеллю
Подготовленный образец (прошлифованный) установить на предметный столик твердомера «ТШ». Маховиком подвести предметный столик с испытуемым образцом к индентору до упора. При этом создается предварительная нагрузка 1 000 Н. Нажатием кнопки включить прибор в работу. После прекращения действия нагрузки прибор автоматически отключается. Опустить предметный столик и с помощью оптических приборов определить величину (диаметр) отпечатка.
Испытания проводить дважды на каждом образце. Величину твердости определить по среднеарифметическому значению диаметра отпечатка (см. табл. 1.1 или формулу (1.1)).
Результаты измерений занести в таблицу 1.3.
Таблица 1.3
| Но-мер образ-ца | Марка стали | Содержание углерода, % | Диаметр шарика, мм | Нагружение на шарик, Н | Диаметр отпечатка, мм | Величина твердости НВ, МПа | ||
| 1 испытание | 2 испытание | Средняя величина | ||||||
| 30 000 | ||||||||
По полученным результатам твердости построить графическую зависимость (по оси ординат – НВ, МПа; по оси абсцисс – процентное содержание углерода).
1.4.2 Определение твердости по Роквеллу
Подготовленный образец (прошлифованный) установить на предметный столик твердомера «ТК» и вращением маховика подвести его до соприкосновения с индентором (алмазным конусом). Продолжая подъем столика, довести нагрузку до 100 Н, которая достигается при совпадении малой стрелки индикатора с красной точкой на шкале прибора. Черную большую стрелку вращением сектора установить на нуль шкалы. Легким нажатием на рычаг запускают прибор в работу. После прекращения внедрения индентора в металл, чему соответствует прекращение перемещения стрелки индикатора, производится отсчет твердости по шкале индикатора. На одном образце произвести два измерения. Результаты измерений занести в таблицу 1.4.
Таблица 1.4
| Номер образца | Марка стали | Индентор | Нагрузка на индентор | Обозначение шкалы прибора | Значение твердости | Обозначение твердости | ||
| 1-е изм. | 2-е изм. | Средняя величина | ||||||
| Алмазный конус | С | |||||||
1.5 Содержание отчета
Отчет должен содержать: название работы и ее цель, теоретические сведения, включающие краткое описание и схемы методов определения твердости, таблицы 1.3 и 1.4 с полученными результатами испытаний, графическую зависимость значений твердости по НВ от содержания углерода, вывод о влиянии содержания углерода в стали на ее твердость.
Лабораторная работа 2
ТЕРМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СПЛАВОВ
Цель работы
Освоить методику проведения термического анализа двухкомпонентных сплавов, построения кривых охлаждения и диаграммы состояния сплавов на основе исследования системы сплавов «олово – свинец».