Материал: Практическая работа 1 Физические свойства металлов и методы их изучения

а) Схема вдавливания шарика в испытуемый металлF- нагрузка, D – диаметр шарика, d_отп – диаметр отпечатка;б) Измерение лупой диаметра отпечатка (на рисунке d=4,2 мм).Таблица 1. Выбор диаметра шарика, нагрузки и выдержки под нагрузкой в зависимости от твердости и толщины образца

Материал	Интервал твердости в единицах Бринелля, МПа	Толщина испытуемого образца, мм	Диаметр шарика D, мм	Нагрузка F, Н (кгс)	Выдержка под нагрузкой τ, с
Черные металлы	1400-4500	более 6 6…3 менее 3	10 5 2,5	29430 (3000) 7355 (750) 1840 (187,5)	10
	Менее 1400	более 6 6…3 менее 3	10 5 2,5	9800 (1000) 2450 (750) 613 (62,5)
Цветные металлы и сплавы (медь, латунь, бронза, магниевые сплавы и др.)	350-1300	более 6 6…3 менее 3	10 5 2,5	9800 (1000) 2450 (750) 613 (62,5)	30
Цветные металлы (алюминий, подшипниковые сплавы и др.)	80-350	более 6 6…3 менее 3	10 5 2,5	2450 (250) 613 (62,5) 153,2 (15,6)	60

На рисунке 2 приведена схема рычажного прибора. Образец устанавливают на предметный столик 4. Вращая маховик 3, винтом 2 поднимают образец до соприкосновения его с шариком 5 и далее до полного сжатия пружины 7, надетой на шпиндель 6. Пружина создает предварительную нагрузку на шарик, равную 1 кН (100 кгс), что обеспечивает устойчивое положение образца во время нагружения. После этого включают электродвигатель 13 и через червячную передачу редуктора 12, шатун 11 и систему рычагов 8,9, расположенных в корпусе 1 твердомера с грузами 10 создает заданную полную нагрузку на шарик. На испытуемом образце получается шаровой отпечаток. После разгрузки прибора образец снимают и определяют диаметр отпечатка специальной лупой. За расчетный диаметр отпечатка принимают среднее арифметическое значение измерений в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Рисунок 2. Схема прибора БринелляПо выше приведенной формуле, используя измеренный диаметр отпечатка, вычисляется число твердости HB. Число твердости в зависимости от диаметра полученного отпечатка можно также найти по таблицам (см. таблицу чисел твердости).При измерении твердости шариком диаметром D = 10,0 мм под нагрузкой F = 29430 Н (3000 кгс), с выдержкой τ = 10 с – число твердости записывается так: HB 2335 Мпа или по старому обозначению НВ 238 (в кгс/мм²)При измерении твердости по Бринеллю необходимо помнить следующее:

1. 
   Можно испытывать материалы с твердостью не более НВ 4500 Мпа, так как при большей твердости образца происходит недопустимая деформация самого шарика;
   
2. 
   Во избежание продавливания минимальная толщина образца должна быть не менее десятикратной глубины отпечатка;
   
3. 
   Расстояние между центрами двух соседних отпечатков должно быть не менее четырех диаметров отпечатка;
   
4. 
   Расстояние от центра отпечатка до боковой поверхности образца должно быть не менее 2,5 d.
   

Определение твердости по РоквеллуПо методу Роквелла твердость металлов определяют вдавливанием в испытуемый образец шарика из закаленной стали диаметром 1,588 мм или алмазного конуса с углом при вершине 120^о под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок: предварительной Р0 = 10 кгс и общей Р , равной сумме предварительной Р0 и основной Р1нагрузок (рис. 3).Число твердости по Роквеллу HR измеряется в условных безразмерных единицах и определяется по формулам:HR_c = – при вдавливании алмазного конусаHR_в = – при вдавливании стального шарика,где 100 – число делений черной шкалы С, 130 – число делений красной шкалы В циферблата индикатора, измеряющего глубину вдавливания;h₀ – глубина вдавливания алмазного конуса или шарика под действием предварительной нагрузки. Ммh – глубина вдавливания алмазного конуса или шарика под действием общей нагрузки, мм0,002 – цена деления шкалы циферблата индикатора (перемещение алмазного конуса при измерении твердости на 0,002 мм соответствует перемещению стрелки индикатора на одно деление), мм

Вид наконечника и величина нагрузки выбирается по таблице 2, в зависимости от твердости и толщины испытуемого образца. .Число твердости по Роквеллу (HR) является мерой глубины вдавливания индентора и выражается в условных единицах. За единицу твердости принята безразмерная величина, соответствующая осевому перемещению на 0,002 мм. Число твердости по Роквеллу указывается непосредственно стрелкой на шкале С или В индикатора после автоматического снятия основной нагрузки. Твердость одного и того же металла, определенная различными методами выражается различными единицами твердости. Например, HB 2070, HR_c 18 или HR_в 95.Рисунок 3. Схема измерения твердости по РоквеллуТаблица 2

Пределы измерения твердости образца в единицах Бринелля, НВ	Обозначение твердости по Роквеллу		Вид наконечника	Общая нагрузка F, Н (кгс)	Минимальная толщина образца	Пределы измерения в единицах Роквелла
	шкала	Число твердости
От 500 до 2300 (незакаленные стали, цветные металлы и их сплавы	В	HRВ	Стальной шарик	981 (100)	0,7	25…100 по шкале В
от 2000 до 7000 (закаленные стали)	С	HRС	Алмазный конус	1471 (150)	0,7	20…67 по шкале С
От 4000 до 9000 (детали подвергшиеся цементации или азотированию, твердые сплавы и др.)	А	HRА	Алмазный конус	588 (60)	0,4	70…85 по шкале В

Метод Роквелла отличается простотой и высокой производительностью, обеспечивает сохранение качественной поверхности после испытания, позволяет испытывать металлы и сплавы, как низкой, так и высокой твердости. Этот метод не рекомендуется применять для сплавов с неоднородной структурой (чугуны серые, ковкие и высокопрочные, антифрикционные подшипниковые сплавы и др.).

Практическая частьСодержание отчета.

1. 
   Укажите название работы, ее цель.
   

Ответьте на вопросы:1. Что называется твердостью?2. В чем сущность определения твердости?3. Какие 2 метода определения твердости вы знаете? В чем их отличие?4. Как необходимо подготовить образец к испытанию?5. Чем объяснить отсутствие универсального метода определения твердости?6. Почему из многих механических характеристик материалов наиболее часто определяют твердость?7. Зафиксируйте в тетради схему определения твердость по Бриннелю и по Роквеллу.Лабораторная работа № 2Тема: «Механические свойства металлов и методы их изучения (прочность, упругость)»Цель работы: изучить механические свойства металлов, методы их изучения.Ход работы:1.Ознакомьтесь с теоретическими положениями.2.Выполните задание преподавателя.3.Составьте отчет в соответствии с заданием.Теоретическая частьОсновными механическими свойствами являются прочность, упругость, вязкость, твердость. Зная механические свойства, конструктор обоснованно выбирает соответствующий материал, обеспечивающий надежность и долговечность конструкций при их минимальной массе.Механические свойства определяют поведение материала при деформации и разрушении от действия внешних нагрузок. В зависимости от условий нагружения механические свойства могут определяться при: 1. Статическом нагружении - нагрузка на образец возрастает медленно и плавно.2. Динамическом нагружении - нагрузка возрастает с большой скоростью, имеет ударный характер.3. Повторно-переменном или циклическим нагружении - нагрузка в процессе испытания многократно изменяется по величине или по величине и направлению.Для получения сопоставимых результатов образцы и методика проведения механических испытаний регламентированы ГОСТами. При статическом испытании на растяжение: ГОСТ 1497 получают характеристики прочности и пластичности.Прочность – способность материала сопротивляться деформациям и разрушению.Пластичность – это способность материала изменять свои размеры и форму под воздействием внешних сил; мера пластичности – величина остаточной деформации.

Устройство, определяющее прочность и пластичность – это разрывная машина, которая записывает диаграмму растяжения (см. рис. 4), выражающую зависимость между удлинением образца и действующей нагрузкой.Рис. 4. Диаграмма растяжения: а – абсолютная, б – относительная.Участок оа на диаграмме соответствует упругой деформации материала, когда соблюдается закон Гука. Напряжение, соответствующее упругой предельной деформации в точке а, называется пределом пропорциональности.Предел пропорциональности – это наибольшее напряжение, до достижения которого справедлив закон Гука.При напряжениях выше предела пропорциональности происходит равномерная пластическая деформация (удлинение или сужение сечения).Точка b – предел упругости – наибольшее напряжение, до достижения которого в образце не возникает остаточной деформации.Площадка сd – площадка текучести, она соответствует пределу текучести – это напряжение, при котором в образце происходит увеличение деформации без увеличения нагрузки (материал «течет»).Многие марки стали, цветных металлов не имеют ярко выраженной площадки текучести, поэтому для них устанавливают условный предел текучести. Условный предел текучести – это напряжение, которое соответствует остаточной деформации равной 0,2% от первоначальной длины образца (сталь легированная, бронза, дюралюминий и др. материалы). Точка В соответствует пределу прочность (на образце появляется местное утоньшение – шейка, образование утоньшения характерно для пластичных материалов).Предел прочности – это максимальное напряжение, которое выдерживает образец до разрешения (временное сопротивление разрыву).За точкой В нагрузка падает (вследствие удлинения шейки) и разрушение происходит в точке К.Практическая часть.Содержание отчета. 1. Укажите название работы, ее цель.2. Какие механические свойства вы знаете? Какими методами определяются механические свойства материалов?3. Запишите определение понятий прочность и пластичность. Какими методами они определяются? Как называется устройство, которое определяет эти свойства? С помощью чего определяются свойства?4. Зафиксируйте абсолютную диаграмму растяжения пластичного материала.