1. Определение твердости

Твердостью называется сопротивление материала проникновению в него другого более твердого тела.

Основными методами определения твердости являются методы внедрения в поверхность испытываемого металла стандартных наконечников из твердых недеформирующихся материалов под действием статических нагрузок: методы Бринелля, Роквелла и Виккерса.

Значения твердости выражаются числами твердости в различных шкалах. Кроме указанных методов измерения твердости массивных образцов, деталей и полуфабрикатов, используются методы измерения микротвердости, т.е. измерение твердости отдельных составляющих микроструктуры сплавов.

При измерении твердости любым способом поверхность испытываемого образца или детали должна быть плоской, так как при измерении твердости цилиндрических образцов наконечник вдавливается глубже, чем при испытании плоских образцов той же твердости, поэтому твердость получается заниженной.

Поверхность образца или изделия должна быть горизонтальной и не иметь таких дефектов, как окалина, забоины, грязь, различные покрытия. Все поверхностные дефекты должны быть удалены мелкозернистым наждачным кругом, напильником или наждачной бумагой. При обработке поверхности образца недопустимо изменение твердости вследствие нагрева или наклепа поверхности. При нанесении отпечатка на испытуемое изделие или образец расстояние между соседними отпечатками и до края образца должно быть не менее 3 мм.

Для определения твердости по Бринеллю в качестве твердого тела, вдавливаемого в испытуемый материал, используют стальной шарик определенного диаметра D, который вдавливается в испытуемый материал с усилием Р (рис. 42). После снятия нагрузки на поверхности материала остается шаровой отпечаток диаметром d.

Рис. 42. Схема вдавливания стального шарика при испытании твердости по Бринеллю: P – усилие при испытании, Н; D – диаметр шарика, мм; d – диаметр отпечатка на поверхности металла, мм

Показателем твердости является число твердости по Бринеллю, обозначаемое НВ (Н – Hardness, англ. – твердость, В – начальная буква названия метода Brinell).

Число твердости НВ представляет собой отношение усилия Р к площади поверхности F получаемого отпечатка (шарового сегмента) НВ = Р/F.

Число твердости НВ определяют с помощью таблиц по значениям диаметра отпечатка d, мм, учитывая диаметр D, мм, вдавливаемого шарика и нагрузку Р, кг. Значения чисел твердости НВ рассчитывают по формуле

(49)

Твердость по Бринеллю выражается в кгс/мм³ (значение твердости по Бринеллю обычно дают без указания размерности, например, НВ 350).

Если нагрузка Р выражена в ньютонах, то число твердости НВ выражается в МПа, при этом размерность записывается так: НВ 3600 МПа.

Методом Бринелля можно испытывать материалы с твердостью не более НВ 450. При более высокой твердости испытуемого материала вдавливаемый шарик деформируется и результаты испытания искажаются.

Испытания на твердость по Бринеллю проводят на твердомерах марки ТБ, в которых нагрузка на наконечник со стальными шариками прилагается через систему рычагов, нагрузка подбирается комбинацией грузов.

Контрольные вопросы

1. Чему соответствуют все линии на диаграмме «железо-углерод»?

1. Содержанию углероду в сплаве.

2. Содержанию цементита в сплаве.

3. Критическим точкам.

4. Линиям перекристаллизации сплава.

2. Как изменится твердость и прочность сплавов с изменением количества в них углерода?

1. С увеличением содержания углерода снижаются твердость и прочность.

2. С уменьшением содержания углерода повышаются твердость и прочность.

3. С увеличением содержания углерода увеличиваются твердость и прочность.

4. С уменьшением содержания углерода твердость и прочность не изменяются.

3. Что такое аллотропия?

1. Температура, при которой металл переходит из жидкого состояния в кристаллическое состояние.

2. Выделение или поглощение теплоты при переходе металла из жидкого состояния в кристаллическое состояние.

3. Способность одного и того же химического элемента при различной температуре иметь разную кристаллическую структуру.

4. Температура, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое состояние.

4. Чем обусловлены характерные признаки металлов?

1. Их аморфным строением.

2. Химическими связями и аморфным строением.

3. Химическими связями и кристаллическим строением.

4. Электронными межатомными связями и кристаллическим строением.

5. Входящие в состав сплава элементы или вещества находятся

1. В одной из двух видов связи.

2. В одной из трех видов связи.

3. В двух из трех видов связи.

4. В двух из четырех видов связи.

6. Каковы разновидности черных металлов?

1. Стали, сплавы и чугуны.

2. Сплавы и чугуны.

3. Стали и чугуны.

4. Стали, чугуны и дюралюмины.

7. Как называется процесс получения чугуна в доменных печах?

1. Чугун получают в результате окисления железа из руд.

2. Чугун получают в результате восстановления железа из руд.

3. Чугун получают в результате нейтрализации железа из руд.

4. Чугун получают в результате расплавления стали.

8. С какой целью производится отжиг стали?

1. С целью повышения твердости и снижения пластичности и вязкости.

2. С целью уменьшения твердости и повышения пластичности и вязкости.

3. С целью повышения свариваемости.

4. С целью повышения ковкости.

9. В чем заключается процесс выплавки стали?

1. В уменьшении количества углерода и примесей в чугуне путем окисления их кислородом воздуха.

2. В уменьшении количества углерода и примесей в чугуне путем их восстановления кислородом воздуха.

3. В переплавке железных руд.

4. В увеличении количества углерода в чугуне.

10. Какие из сталеплавильных агрегатов считаются наиболее совершенными?

1. Мартеновские печи.

2. Конвертерные печи.

3. Кислородно-конвертерные печи.

4. Электрические печи.

11. Полный отжиг стали – это:

1. Нагрев до температуры выше нижних критических точек на 30…50 ^оС, выдержке при этой температуре с последующим медленным охлаждением.

2. Нагрев до температуры выше верхних критических точек на 30…50 ^оС, выдержке при этой температуре с последующим медленным охлаждением.

3. Нагрев до температуры выше верхних критических точек на 30…50 ^оС, выдержке при этой температуре с последующим очень быстрым охлаждением.

4. Нагрев до температуры ниже верхних критических точек на 30…50 ^оС, выдержке при этой температуре с последующим медленным охлаждением.

12. В результате чего происходит переход упругой деформации в пластическую деформацию?

1. В результате перегрева стали.

2. В результате релаксации напряжений.

3. В результате наклепа.

4. В результате переохлаждения стали.

13. Неполный отжиг стали – это:

1. Нагрев до температуры выше нижних критических точек на 30…50 ^оС, выдержке при этой температуре с последующим медленным охлаждением.

2. Нагрев до температуры ниже верхних критических точек на 30…50 ^оС, выдержке при этой температуре с последующим медленным охлаждением.

3. Нагрев до температуры выше верхних критических точек на 30…50 ^оС, выдержке при этой температуре с последующим медленным охлаждением.

4. Нагрев до температуры выше верхних критических точек на 30…50 ^оС, выдержке при этой температуре с последующим очень быстрым охлаждением.

14. Закалка стали – это:

1. Нагрев до температуры ниже верхних критических точек на 30…50 ^оС, выдержке при этой температуре с последующим медленным охлаждением.

2. Нагрев до температуры выше нижних критических точек на 30…50 ^оС, выдержке при этой температуре с последующим медленным охлаждением.

3. Нагрев до температуры выше верхних критических точек на 30…50 ^оС, выдержке при этой температуре с последующим медленным охлаждением.

4. Нагрев до температуры выше верхних критических точек на 30…50 ^оС, выдержке при этой температуре с последующим очень быстрым охлаждением.

15. Какая из сталей обладает меньшей чувствительностью к старению?

1. Низкоуглеродистая сталь.

2. Легированная сталь.

3. Углеродистая сталь.

4. Низколегированная сталь.

16. В каком из чугунов углерод находится в связанном состоянии?

1. В белом чугуне.

2. В сером чугуне.

3. В ковком чугуне.

4. В ферросплавах.

Лабораторная работа № 18

АСФАЛЬТОБЕТОНЫ

Общие сведения

Свойства асфальтобетона, одного из наиболее распространенных искусственных материалов на органическом вяжущем веществе, зависят от количества и зернового состава минеральной части (щебень, песок), марки органического вяжущего, а также от количества и качества вводимого в смесь минерального порошка, который совместно с битумом называют асфальтобето­ном. Свойства асфальтобетонов в значительной мере зависят от структуры и особенностей асфальтобетонной смеси, а также от величины усадки, что учитывается рекомендациями по изготовлению образцов для испытания асфальтобетонов.

Цель работы

Изучение основных свойств мелкозернистого «теплого» асфальтобетона и влияние на эти свой­ства количества вводимого наполнителя. Ознакомление с разновидностями асфальтобетонов, их свойствами и областью применения.

Порядок выполнения работы

Получение асфальтового бетона включает:

− подбор рационального состава заполнителей и асфальтового вяжущего вещества;

− приготовление асфальтобетонной смеси при определенных температурных условиях;

− определение качества асфальтобетонной смеси и основных свойств асфальтобетона.

Контроль качества выпускаемого асфальтобетона включает следующее:

− описание структуры асфальтобетонной массы: расположение в общей массе крупного заполнителя и относительную степень уплотнения, наличие замкнутых воздушных пространств, равномерность перемешивания минеральных материалов с вяжущим веществом, а также толщину слоев асфальтового покрытия;

− изготовление образцов-призм. При содержании в смеси щебня до 35 % − прессованием под давлением 40 МПа в течение 3 мин. При содержании щебня более 35 % − вибрированием с пригрузом 0,05 МПа и дополнительным прессованием под давлением 20 МПа в течение 3 минут. Масса проб смеси, отобранных из смесителя, а также размеры образцов в зависимости от крупности зерен заполнителя регламентируются ГОСТ 12801 (табл. 48).

Таблица 48

Зависимость размера и массы образца от крупности заполнителя

в асфальтобетоне (по ГОСТ 12801)

Вид испытания	Максимальный размер зерен, мм	Размеры образца, мм		Навеска смеси на 1 образец, г
		Диаметр	Высота
Rсж	5	50,5	50,5 ± 1,0	220…240
Водонасыщение	10, 15, 20	71,4	71,4 ± 1,5	625…630
Набухание	40	101,0	101,0 ± 2,0	1800…1950

− контроль качества покрытий проводят на вырубках из этих покрытий образцов прямоугольной формы или на высверленных цилиндрах-кернах согласно ГОСТ 12801;

− изучение основных свойств асфальтобетона и определение его пригодности согласно ГОСТ 9128 (табл. 49).

Таблица 49

Показатели физико-механических свойств плотных асфальтобетонов

из горячих и теплых смесей (по ГОСТ 9128)

Показатель		Нормы для асфальтобетонов из смесей типа Г для дородного строительства марок
		I	II	III
Rсж, МПа, при температурах, не менее	20 °С	2,5/2,2	2,5/2,2	2,5/2,2
	50 °С	1,0/1,0	1,3/1,0	1,6/1,2
	0 °С	9,0/7,0	11,0/7,0	13,0/8,0
Коэффициент водостойкости, не менее		0,95/0,90	0,90/0,80	0,85/0,75
Коэффициент водостойкости при длительном водонасыщении, не менее		0,90/0,85	0,85/0,75	0,75/0,70
Водонасыщение, % по объему для асфальтобетонов Б и Г		1,5…3,0	1,5…4,0	1,5…4,0
Остаточная пористость по объему, %		2,0…3,5	2,0…5,0	2,0…5,0
Набухание по объему, %, не более		0,5/0,5	0,5/0,7	0,5/0,7

Все предусмотренные в работе испытания асфальтобетона проводят на трех образцах, а за результат принимают среднее ариф­метическое этих испытаний.

Для выполнения поставленных в работе задач каждое звено студентов получает образцы-призмы из теплого мелкозернистого асфальтобетона, песчаную фракцию которого составляют отсевы дробления магматических горных пород.

Каждое звено изучает следующие свойства асфальтобетона:

− предел прочности при сжатии;

− водонасыщение;

− набухание;

− определение коэффициента водостойкости.

Первое звено испытывает образцы асфальтобетона с 6 % минерального порошка, второе − с 10 %, третье − с 16 % минерального порошка.

Методы испытаний