Порядок выполнения работы и заполнения рабочей таблицы
1. Записать в таблицу характеристики маятникового копра: массу маятника и его длину (расстояние от оси до центра тяжести).
2. Записать номер и материал образца.
3. Измерить с точностью до 0,1 мм размеры поперечного сечения образца в месте надреза и подсчитать площадь сечения, см2.
4. Отклонить маятник на небольшой угол и поместить образец в гнездо на опорах копра надрезом в сторону, противоположную удару ножа маятника.
5. Поднять маятник (нож) в верхнее положение и зафиксировать его защелкой. Записать угол подъема маятника α.
Запрещается устанавливать образец при поднятом на полную высоту маятнике, так как это крайне опасно для работающего.
6. Подвести стрелку к нулю шкалы до упора на штифт.
7. Отпустить защелку и произвести удар по образцу. Дождаться полной остановки маятника.
8. Определить по шкале копра угол подъема маятника после разрушения образца β и записать значение в таблицу.
9. Рассчитать работу деформации и разрушения образца K, кг·м, по формуле K = PL (cos β – cos α) и записать в таблицу. Для получения размерности по системе СИ использовать соотношение 1 кг·м = 10 Дж.
10. Определить ударную вязкость по формуле KCU = K / F, Дж/см2. Записать полученное значение в таблицу.
11. Рассмотреть излом образца и классифицировать его по следующим вариантам: а) хрупкий излом – кристаллический, блестящий; б) вязкий – матовый, волокнистый. Для классификации следует использовать эталонные изломы, имеющиеся в лаборатории.
Таблица 2.1
Результаты испытаний на ударную вязкость
| № п/п | Параметр | Размерность | Величина | ||
| Характеристика копра: | |||||
| – масса маятника | кг | ||||
| – длина маятника | м | ||||
| Номер образца | – | ||||
| Материал образца | – | ||||
| Размеры поперечного сечения образца в месте надреза: | |||||
| – ширина | см | ||||
| – высота | см | ||||
| Площадь поперечного сечения образца | см2 | ||||
| Угол подъема маятника: | градус | ||||
| – до излома образца | |||||
| – после излома образца | |||||
| Работа деформации и разрушения образца | кг·м, Дж | ||||
| Ударная вязкость | Дж/см2 | ||||
| Характеристика излома | – |
Контрольные вопросы
1. Что характеризуют в конечном итоге испытания на ударную вязкость материалов?
2. Каков физический смысл величины ударной вязкости материалов и что принимают за величину ударной вязкости?
3. Объясните физическую размерность величины ударной вязкости.
4. Приведите и расшифруйте символы обозначения ударной вязкости.
5. Какие концентраторы напряжений наносят на образцы для испыта-ний на ударную вязкость?
6. С какой целью на образцы наносят концентраторы напряжений?
7. Почему свойства металлов при механических испытаниях зависят от скорости приложения нагрузки?
8. Есть ли однозначное соответствие между прочностными характе-ристиками металла и значениями его ударной вязкости?
9. С какими особенностями условий эксплуатации изделий связана необходимость определения ударной вязкости?
10. Приведите примеры изделий (деталей), изготовленных из материала, для которого необходимы испытания на ударную вязкость.
11. Расскажите о устройстве и принципе работы маятникового копра, используемого при проведении экспериментов по определению ударной вязкости металлов.
12. Расскажите подробно о методике проведения экспериментальной работы по определению ударной вязкости металлов.
13. Как определяют величины работы деформации и разрушения опытных образцов, используемых при проведении экспериментов?
14. Какие особые условия по обеспечению безопасности требуется соблюдать при проведения экспериментальной работы на маятниковом копре?
15. Каким образом классифицируют излом образцов при проведении экспериментальной работы?
Лабораторная работа 3
ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ
Общие сведения
Измерение твердости – самый доступный и распространенный вид механических испытаний материалов, который широко используется и в исследовательских целях, и как средство сплошного либо выборочного неразрушающего контроля качества материала и термической обработки в производственных условиях. Это объясняется простотой и быстротой измерений, распространенностью и компактностью приборов, возможностью измерения твердости непосредственно на изделиях без вырезки специальных образцов, т. е. без разрушения изделий; возможностью оценки по значениям твердости других механических свойств, в частности временного сопротивления (предела прочности).
В большинстве методов измерения твердости используется принцип вдавливания под нагрузкой в поверхность измеряемого материала специальных наконечников (инденторов) из твердых недеформирующихся материалов (закаленной высокоуглеродистой стали, твердых сплавов, алмазов). Значения твердости определяются по размерам отпечатков либо по глубине вдавливания инденторов.
Большое разнообразие свойств измеряемых материалов, размеров и конфигурации изделий, задач исследования делают невозможным использование единого универсального метода измерения твердости, поэтому на практике применяют несколько методов, различающихся размерами, формой, материалами инденторов, а также величинами нагрузок и длительностей их приложения. Наиболее распространены измерения твердости по методам Бринелля и Роквелла.
Твердость по Бринеллю
Этим способом измеряют твердость изделий из сталей после отжига, нормализации, закалки с высоким отпуском; цветных металлов, неметаллических материалов.
В образец (изделие) на приборе Бринелля (рис. 3.1) под действием нагрузки Р, приложенной без удара, перпендикулярно поверхности образца вдавливают стальной шарик диаметром D и выдерживают его под нагрузкой в течение времени τ. В результате на поверхности образца образуется сферический отпечаток. После снятия нагрузки измеряют диаметр d отпечатка на образце.
Число твердости по Бринеллю определяют как отношение приложенной нагрузки Р к площади сферической поверхности отпечатка. Практически никаких расчетов не делают, а используют готовые таблицы, позволяющие определить число твердости, исходя из измеренного диаметра d отпечатка при использованных нагрузке и длительности нагружения.
Методика и условия испытаний регламентированы ГОСТ 9012–59 «Металлы. Методы испытаний. Измерение твердости по Бринеллю».
Наиболее часто определяют твердость по Бринеллю при D = 10 мм,
Р = 29430 Н (3000 кгс), τ = 10…15 с. В этом случае твердость обозначается цифрами, характеризующими величину твердости, и буквами НВ, например, 185 НВ.
Для изделий небольших размеров и толщины используют другие условия испытания: D = 5 мм при Р = 7355 Н (750 кгс) или D = 2,5 мм при
Р = 1840 Н (187,5 кгс) при τ = 10…15 с для черных металлов и 10…180 с –для цветных. При этих условиях испытаний после букв НВ указываются диаметр шарика D, нагрузка Р и продолжительность выдержки τ под нагрузкой, например, 185 НВ 5/750/20 – твердость по Бринеллю, определенная с применением шарика диаметром 5 мм при нагрузке 750 кгс и продолжительности выдержки 20 с.
Способом Бринелля нельзя испытывать материалы с твердостью более НВ 450 из-за возможности деформирования стального шарика, а также измерять твердость тонких поверхностных слоев (толщиной менее 1…2 мм), так как стальной шарик продавливает этот слой.