Макроскопический метод исследования строения материалов

Задание

1. Ознакомиться с устройством и работой твердомера.

2. Определить твёрдость предложенных образцов материалов (марок стали 20,60,У9,Р6М5)

3. По полученным результатам оформить отчёт и сделать выводы.

Приборы, материалы и инструменты: твердомер ИТ5010, микроскоп, четыре комплекта отожжённой стали марок 20, 60, У9, Р6М5.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ

Твёрдостью металла называют его свойство оказывать сопро-тивление пластической деформации при внедрении в него стандарт-ного тела- наконечника (индентора) через поверхностные слои материала. Измерение твёрдости получило широкое применение для контроля качества изделий. По числу твёрдости может быть приближённо определено значение предела прочности металла на растяжение, чем часто пользуются в производственных условиях. Испытание на твёрдость является основным методом оценки качества термообработки изделия.

При испытаниях по методу Бринелля величина твёрдости определяется как отношение прилагаемой нагрузки P к сферической поверхности F. При этом шарик диаметром D оставляет на металле лунку диаметром d и глубиной внедрения h. Зная, что лунка представляет собой шаровой сегмент площадью и , получим выражение для твёрдости:

, кгс/мм

На основе этой формулы составлены таблицы чисел твёрдости в зависимости от размера d полученного отпечатка (см. ГОСТ 9012-59), которыми пользуются при испытаниях.

Твёрдость по Виккерсу определяют путём статического вдавливания в поверхность исследуемого образца алмазной четырёхгранной пирамиды с углом между противоположными гранями. Число твёрдости определяют по формуле

кгс/мм

где d – диагональ отпечатка, P=5-100 кгс.

При испытании измеряют обе диагонали отпечатка и с точностью до 0.001 мм при помощи микроскопа. В расчётах применяют среднеарифметическое значение обеих диагоналей. Составлены таблицы зависимости значения твёрдости от размера диагонали отпечатка при различных нагрузках, что позволяет при испытаниях не производить какие- либо вычисления ( ГОСТ 2999-75).

В приложении 1 к лабораторной работе даётся таблица измерения твёрдости исследуемых образцов под нагрузкой 30 кгс при выдержке 10- 15 сек. Принято обозначать в этом случае твёрдость буквами HV. При других условиях испытания наряду с обозначением HV дополнительно указывается время выдержки.

Сущность метода определения по Роквеллу состоит в том, что в качестве вдавливаемого стандартного тела применяется алмазный конус с углом при вершине 120⁰ или стальной закалённый шарик диаметром 1.58 мм.

Нагружение наконечников ведётся в два этапа. Предварительное – нагрузкой 10 кгс на глубину h (мм) до соприкосновения наконечника с образцом. Общая нагрузка для стального шарика 100 кгс, для алмазного конуса 150 кгс. Значение твёрдости определяют по глубине остаточного вдавливания наконечника h мм (находящегося под предварительной нагрузкой 10 кгс) и выражают формулами

HRB= 130- (h- h / 0,002) для шарика,

HRC= 100- (h-h )/0,002 ) для конуса

Здесь 0,002 мм- цена деления индикатора – условная единица твёрдости.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Сущность измерения твёрдости на приборе ИТ5010.

Прибор ИТ5010 предназначен для измерения твёрдости как по методу Бриннеля ,так и по методу Виккерса, заключающемуся во вдавливании в испытуемое тело алмазной четырёхугольной пирамиды. Устройство прибора измерения твёрдости ИТ 5010

Назначение

Прибор универсальный для измерения твёрдости металлов и сплавов ИТ 5010 (рис. 2.1) служит для измерения твёрдости металлов и сплавов по методам Виккерса и Бринелля.

2. Устройство и принцип работы.

Прибор представляет собой конструкцию с рычажной системой воспроизведения заданных нагрузок и нанесения отпечатка на образце.

Измерение отпечатка производится:

- в режиме работы по методу Виккерса с помощью встроен-ной отсчётно- проекционной системы;

- в режиме работы по методу Бринелля с помощью встроенной отсчётно – проекционной системы и микроскопа МПБ-3

3. Порядок работы.

Включить прибор в сеть тумблером 10. Установить на грузовую подвеску 14 набор испытательных грузов, соответствующий выбранной нагрузке по табл. (таблица 2) В зависимости от выбранной нагрузки и метода испытания Виккерса или Бринелля установить испытательный наконечник 3. Установить на столе 1 изделие и с помощью маховика 2 подвести его до соприкосновения с упором 4. В зависимости от метода испытания (например, по методу Виккерса), выбранной нагрузки установить на реле 11 нужное время выдержки. Отвести рукоятку 12 вправо и вывести её из зацепления. Штанги под действием пружины, рычага и грузов будут опускаться, а испытательный наконечник внедряться в испытуемое изделие. Загорится лампа 9 и включится реле времени. По окончании заданной выдержки времени сработает световая сигнализация. Рукоятку 12 ввести в зацепление.

Измерить диагонали отпечатка в двух взаимно перпенди-кулярных направлениях. Для этого: с помощью маховика 2 отрегу-лировать резкость проекции отпечатка на экране, вращением левого микрометрического винта 16 подвести ближайшее большое деление прозрачной шкалы до совмещения с левым углом проекции отпечатка, вращением правого микрометрического винта 17 подвести ближайшее большое деление матовой шкалы до совмещения с правым углом проекции отпечатка, отсчитать длину диагонали отпечатка.

Число больших делений, заключённых между углами проекции, даёт число десятых долей миллиметра, число делений нониуса матовой шкалы, заключённых между нулевыми делениями шкал, даёт число сотых долей миллиметра, а число делений на барабане правого микрометрического винта, находящегося против риски, нанесённой на корпусе винта, даёт число тысячных долей миллиметра.

Аналогично измерить длину второй диагонали отпечатка, повернув измерительную головку 15 на угол 90⁰.

Подсчитать среднеарифметическое двух измерений и по таблице чисел твёрдости в соответствии с выбранной нагрузкой найти значение твёрдости испытуемого изделия. Длину диагоналей можно измерить, подводя к углам проекции отпечатка малое деление, соответствующее половине большого деления, но в этом случае необходимо помнить, что каждое малое деление равно 0,05 мм в плоскости предмета.

По методу Бринелля диаметр отпечатка замерить в двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью микроскопа МПБ-3. Подсчитать среднеарифметическое двух измерений и по таблице чисел твёрдости в соответствии с выбранной нагрузкой найти значение твёрдости испытуемого изделия. По окончании работы тумблером 10 отключить прибор от сети.

Результаты эксперимента заносят в приведённую ниже таблицу.

Таблица

Твёрдость сталей, измеренная на твердомере ИТ5010 по Бринеллю и Виккерсу.

№	Марка стали	HB	HV	Примечание
	Сталь 20
	Сталь 60
	У9
	Р6М5

Выводы по работе

Необходимо сравнить свойства конструкционных и инструментальных сталей.

Вопросы для самопроверки

1. Что понимается под термином твёрдость?

2. Какие приборы служат для измерения твёрдости?

3. Какова нагрузка на испытуемый материал при измерении твёрдости по Бринеллю, Виккерсу?

4. Методика измерения твёрдости.

5. Как изменяется твёрдость углеродистых сталей с увели-чением содержания в них углерода?

6. Какая сталь более твёрдая: У12 или Р6М5 ?

7. Дать характеристики статической прочности металлов, их деление.

8. Чем обуславливается реальная прочность металлов?

9. Для каких металлов существует связь между пределом прочности и твёрдостью металлов?

10. Что такое статическая, ударная и циклическая прочность металлов?

11. При каких условиях и на каких металлах проявляется ползучесть?

Вопросы для СРС

1.Твёрдость как характеристика свойств материала.

2.Связь твёрдости с механическими свойствами материалов.

3.Методы определения твёрдости

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Таблица 1

Зависимость твёрдости образца от размера отпечатка

Д Диа-гональ отпе-чатка, мм	Значения твердости
	0,000	0,001	0,002	0,003	0,004	0,005	0,006	0,007	0,008	0,009
0,30
0,31
0,32
0,33
0,34
0,35
0,36
0,37
0,38
0,39
0,40
0,41
0,42
0,43
0,44
0,45
0,46				\260				\255
0,47
0,48					237,5	236,5	235,5	234,6	233,6	232,6
0,49	231,7	230,8	229,8	228,9	228,0	227,0	226,1	225,2	224,3	223,4
0,50	222,5	221,6	220,8	219,9	219,0	218,1	217,3	216,4	215,6	214,7
0,51	213,9	213,0	212,2	211,4	210,6	209,8	208,9	208,1	207,3	206,5
0,52	205,7	204,9	204,2	203,4	202,6	201,8	201,1	200,3	199,5	198,8
0,53	198,0	197,3	196,6	195,8	195,1	194,4	193,6	192,9	192,2	191,5
0,54	190,8	190,1	189,4	188,7	188,0	187,3	186,6	185,9	185,2	184,6
0,55	183,9	183,2	182,6	181,9	181,3	180,6	180,0	179,3	178,7	178,0
0,56	177,4	176,8	176,1	175,5	174,9	174,3	173,7	173,0	172,4	171,8
0,57	171,2	170,6	170,0	169,4	168,8	168,3	167,7	167,1	166,5	165,9
0,58	165,4	164,8	164,2	163,7	163,1	162,6	162,0	161,5	160,9	160,4
0,59	159,8	159,3	158,7	158,2	157,7	157,1	156,6	156,1	155,6	155,0
0,60	154,5	154,0	153,5	153,0	152,5	152,0	151,5	151,0	150,5	150,0
0,61	149,5	149,0	148,5	148,0	147,6	147,1	146,6	146,1	145,7	145,2
0,62	144,7	144,3	143,8	143,3	142,9	142,4	142,0	141,5	141,1	140,6
0,63	140,2	139,7	139,3	138,8	138,4	138,0	137,5	137,1	136,7	136,2
0,64	135,8	135,4	135,0	134,6	134,1	133,7	133,3	132,9	132,5	132,1
0,65	131,7	131,3	130,9	130,5	130,1	129,7	129,3	128,9	128,5	128,1
0,66	127,7	127,3	126,9	126,6	126,2	125,8	125,4	125,0	124,7	124,3
0,67	123,9	123,6	123,2	122,8	122,5	122,1	121,7	121,4	121,0	120,7
0,68	120,3	120,0	119,6	119,3	118,9	118,6	118,2	117,9	117,5	117,2
0,69	116,8	116,5	116,2	115,8	115,5	115,2	114,8	114,5	114,2	113,9
0,70	113,5	113,2	112,9	112,6	112,2	111,9	111,6	111,3	111,0	110,7
0,71	110,4	110,0	109,7	109,4	109,1	108,8	108,5	108,2	107,9	107,6

Таблица 2

Набор грузов для проведения

испытаний

Нагрузка Н,(кгс)	Обозначения
49,3 (5)
98,07 (10)
153,2 (15,6)
196,1 (20)
245,3(25)
294,2(30)
490,3 (50)
612,9 (62,5)
980,7 (100)
1226 (125)
1839 (187,5)
2452 (250)

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Рис. 2.1. Общий вид твердомера: 1 – стол; 2–маховик;
3 – наконечник сменный; 4 – упор; 5-8 – система рычагов;

9 – лампа выдержки; 10 – тумблер сети; 11 – реле времени;

12 – рукоятка; 13 – винт крепления наконечника; 14 – груз;

15 – головка измерительная; 16, 17 – винты микрометрические

Лабораторная работа № 2

Макроскопический метод исследования строения материалов

Цель работы: ознакомиться с макроструктурой различных материалов и способами подготовки образцов.

Задание

1. Исследовать и нарисовать макроструктуру изломов.

2. Исследовать и нарисовать макроструктуру макрошлифов.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ

Макроструктурным анализом (макроанализом) называется метод исследования строения металлов и сплавов невооружённым глазом или при небольших увеличениях (до 30 раз). Строение метал-лов, изучаемое при помощи макроанализа, называется макрострук-турой.

Исследование макроструктуры позволяет выявить:

- величину и форму усадочных раковин, усадочную рыхлость,

- величину, форму и расположение отдельных кристаллов как результат первичной кристаллизации, дендритную ликвацию, газовые пузыри, макропоры, трещины, засорённость металла неметалли-ческими включениями;

- ликвацию (сегрегацию) отдельных элементов, входящих в состав сплава, флокены, волосовины, закаты;

- расположение волокон в деталях как результат горячей механической обработки давлением;

- для деталей, прошедших термическую или химико-термическую обработку, глубину закалки, глубину цементации, глубину обезуглероженной зоны, имевший место перегрев при отжиге или закалке;

- для холоднодеформированного металла – следы пласти-ческой деформации.

При макроанализе применяют два метода: макроанализ излома и макроанализ шлифов.