Контрольні запитання

1. Пояснити які властивості матеріалів називаються фізичними, хімічними, експлуатаційними або службовими, технологічними, механічними? Навести приклади цих властивостей.

2. Схарактеризувати будову і принцип дії розривної машини та методику проведення випробувань на розтяг.

3. Пояснити що називається міцністю, пластичністю, пружністю та для чого потрібно знати ці механічні характеристики металів?

4. Пояснити які механічні характеристики металів можна визначити за діаграмою розтягу? Дати означення цих характеристик і записати формули, за якими вони визначаються.

5. Навести приклади значень границь міцності, відносних видовжень і звужень основних конструкційних матеріалів.

Лабораторна робота № 3. Визначення твердості металів і сплавів

Мета: 1. Ознайомитися з методами визначення твердості металів.

2. Навчитися самостійно визначати твердість методами Брінелля і Роквелла.

Обладнання, матеріали та інструменти

Прес типу Брінелля; прилад типу Роквелла, мікроскоп Брінелля, пристрій для заточування зразків, комплекти досліджуваних зразків.

Короткі теоретичні відомості

Твердістю називається здатність матеріалу чинити опір проникненню в його поверхню більш твердого тіла. У лабораторних і заводських умовах застосовують різні способи визначення твердості металів для характеристики їхніх механічних властивостей. Твердість металів вимірюють за допомогою впливу на поверхню металу наконечника (індентора), виготовленого із матеріалу, що практично не деформується (алмазу, загартованої сталі або з твердого сплаву) і має певну геометричну форму ( кулька, конус, піраміда або голка), Існує декілька способів вимірювання твердості, що відрізняються за характером впливу індентора (наконечника). Твердість можна визначати втискуванням наконечника (спосіб втискування), дряпанням поверхні (спосіб дряпання), ударом або ж за відскоком наконечника-кульки. Твердість, визначена дряпанням, характеризує опір руйнуванню (для більшості металів шляхом зрізу); твердість, визначена за відскоком, характеризує пружні властивості; твердість, визначена втискуванням, – опір пластичній деформації.

Найбільше застосування одержало вимірювання твердості втискуванням. У результаті втискування з достатньо великим навантаженням поверхневі шари металу, що перебувають під наконечником і поблизу від нього, зазнають пластичної деформації. Після того як навантаження знімається, на поверхні зразка (виробу) залишається відбиток. Особливість цієї деформації в тому, що вона відбувається тільки у невеликому об’ємі, оточеному недеформованим металом. У таких умовах випробування, близьких до всебічного нерівномірного стискування, виникають передусім дотичні напруження, а доля розтягуючих напружень незначна порівняно з напруженнями, що виникають при інших видах механічних випробувань (на розтяг, згин, кручення, стискування). При вимірюванні твердості втискуванням пластичну деформацію одержують не тільки пластичні метали, але й непластичні (наприклад, чавун), що при звичайних механічних випробуваннях (на розтяг, згин, кручення, стискування) руйнуються за крихким механізмом майже без мікроскопічно помітної пластичної деформації.

Отже, твердість характеризує здатність матеріалу чинити опір місцевій пластичній деформації і є механічною властивістю металу, що відрізняється від інших його механічних властивостей способом вимірювання.

М алий об’єм деформованого металу, можливість проведення випробувань на поверхнях тіл різної форми і розмірів, на деталях невеликої товщини і в дуже тонких шарах металу, не користуючись спеціально виготовленими зразками, швидкість і простота випробування, а також можливість без руйнування виробу судити про його властивості внаслідок існування кількісної залежності між твердістю пластичних металів й іншими механічними властивостями (найперше межі міцності _в) роблять випробування на твердість незамінним виробничим методом масового контролю металу.

Значення твердості, так само як і інших механічних властивостей, залежать від хімічного складу і структури металу, тому вимірювання твердості широко використо-вують у промисловості для оцінки властивостей деталей і якості термічної обробки.

Оскільки в процесі вимірювання твердості деталь не руйнується, тому цю властивість контролюють постійно, тоді як характеристики міцності і пластичності – вибірково.

З

Рис. 3.1.

Схема визначення твердості за Брінеллем

алежно від форми індентора (кулька, конус, піраміда) і величини, що вимірюється (відношення навантаження до площі одержаного відбитка), розрізняють три основних стандартних методи вимірювання твердості матеріалів: за Брінеллем, Роквеллом і Віккерсом.

При вимірюванні твердості будь-яким способом поверхня досліджуваного зразка або деталі повинна бути плоскою, оскільки при вимірюванні твердості циліндричних зразків наконечник втискується глибше, ніж при випробуванні плоских зразків тієї ж твердості, тому твердість буде заниженою.

Поверхня зразка або виробу повинна бути горизонтальною і не мати таких дефектів, як окалина, бруд, забої, різні покриття. Всі поверхневі дефекти повинні бути усунуті дрібнозернистим наждачним кругом, напилком або наждачним папером. При обробці поверхні зразка недопустима зміна твердості внаслідок нагрівання або наклепу поверхні. При нанесенні відбитка на досліджуваний виріб або зразок відстань між сусідніми відбитками і до краю зразка повинна бути не менше 3 мм.

Метод Брінелля (за іменем шведського інженера Ю.А.Брінелля) зводиться до того, що в досліджуваний метал протягом певного часу під певним навантаженням втискується стальна загартована кулька діаметром 2,5; 5 або 10 мм (рис. 3.1). Після знімання навантаження на поверхні металу утворюється відбиток у вигляді сферичного сегмента діаметром d (мм). Діаметр кульки D (мм), що втискується в досліджувану поверхню, величину навантаження Р і тривалість витримки під навантаженням залежно від твердості і товщини досліджуваного зразка вибирають за табл. 3.1.

Таблиця 3.1