Конструкционных материалов и

Материаловедение»

(часть 1)

    для студентов дневной и заочной форм обучения

факультетов ТАМПТ и МТС

(часть 1)

 

 

 

Севастополь

2013

УДК 669.584 (046)

 

       Методические указания к выполнению лабораторных работ № 1 – 8 (часть 1) по дисциплине «Технология конструкционных материалов и материаловедение» для студентов дневной и заочной форм обучения направлений:

«Инженерная механика», «Машиностроение», «Автомобильный транспорт», «Приборостроение», «Прикладная экология и ООС», «Судостроение и океанотехника», «Судовождение и энергетика судов», «Автоматизация и компьютерно-интегрированные технологии» / Сост. Л.Б.Шрон, Г.П. Резинкина, В.Б Богуцкий, Э.С. Гордеева – Севастополь: изд-во СевНТУ, 2013. Ч.1.- 72 с.

 

       Целью издания методических указаний является помощь студентам в самостоятельном изучении научных и практических основ материаловедения и технологии материалов.

 

       Методические указания обсуждены и утверждены на заседании кафедры «Технология машиностроения», протокол № 4 от   28.12. 2012г.

 

 

Допущены учебно-методическим центром СевНТУ в качестве методических указаний.

 

 

Рецензент:                      д. т. н, проф. Ю.К.Новоселов

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Лабораторная работа№ 1 Определение твердости металлов и сплавов	4
2. Лабораторная работа № 2 Определение основных механических свойств конструкционных материалов при статических нагрузках	16
3. Лабораторная работа № 3 Основные методы исследования структуры металла	26
4. Лабораторная работа № 4 Влияние пластической деформации и нагрева на структуру и свойства металлов и сплавов	32
5. Лабораторная работа № 5 Изучение микроструктуры и свойств углеродистых сталей в отожженном состоянии	38
6. Лабораторная работа № 6 Изучение дефектов углеродистых сталей в отожженном состоянии	44
7. Лабораторная работа № 7 Изучение микроструктуры и ее влияние на свойства чугунов	48
8. Лабораторная работа № 8 Изучение микроструктуры и свойств цветных металлов и сплавов	55
Библиографический список	61
Приложение	62

Лабораторная работа № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с существующими методами измерения твердости конструкционных материалов.

2. Замерить твердость чугуна, бронзы, отожженной и закаленной стали.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

Детали машин и механизмов работают под различного вида нагрузками: одни детали нагружены постоянно действующей в одном направлении силой, другие подвержены ударам, у третьих нагрузки изменяются по величине и направлению.

В соответствии с этим разработаны методы испытания, с помощью которых определяются механические свойства металлов.

К механическим свойствам металлов и сплавов относятся прочность, упругость, пластичность, вязкость, выносливость (усталость) и др.

Твердость является одним из наиболее часто контролируемых параметров. Под твердостью металла понимают сопротивление, оказываемое материалом при вдавливании в него более твердого тела. Вдавливаемый предмет при использовании прибора-твердомера называется индентором.

Между твердостью и другими характеристиками механических свойств существуют довольно постоянные соотношения, в частности, по твердости можно с достаточной точностью определить предел прочности материала и другие характеристики (см. таблицу А5 приложения А)

Для определения твердости применяют различные методы: царапанья, вдавливания, упругий отскок и другие (рисунок 1)

Рисунок 1 – Классификация основных методов

определения твердости

 

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ

 

2.1.1. Измерение твердости тарированным напильником (метод царапанья) ГОСТ 21318-75

На практике для определения твердости стальных закаленных деталей иногда используют принцип царапанья тарированными напильниками, т.е серией напильников, имеющих определенную твердость. Напильник с твердостью большей, чем у испытуемой детали оставляет на ней царапины. Этот метод требует высокой квалификации работника и не претендует на точность.

 

2.1.2. Измерение твердости стальным шариком (метод Бринеля) ГОСТ 9012-59

Испытания твердости по Бринеллю производится вдавливанием стального закаленного шарика (диаметром 2,5, 5 или 10 мм) в испытуемый образец под действием заданной нагрузки Р (30000, 10000, 7500, 2500Н и др.).

В результате вдавливания шарика-индентора 2 на поверхности образца или изделия 1 получается отпечаток-лунка в форме шарового сегмента диаметром d (рисунок 2).

Рисунок 2 – Схема испытания твердости по методу Бринелля

 

Число твердости по Бринеллю определяется как отношение нагрузки Р, передаваемой через шарик на образец, к площади отпечатка:

 

     (1)

где Р – нагрузка на шарик, Н;  F – поверхность отпечатка, мм²;  D – диаметр шарика, мм;  d – диаметр отпечатка, мм.

Диаметр отпечатка d измеряют при помощи специальных отсчетных микроскопов с точностью до 0,05 мм. Выбор диаметра шарика, нагрузки и продолжительность выдержки под нагрузкой производится в зависимости от предполагаемой твердости материала и толщины образца или изделия (таблица А1 приложения А).

В практике определения твердости по Бринеллю вычисления по формуле (1) не делают, а пользуются таблицей, составленной для установленных диаметров шарика D и отпечатка d, а также нагрузки Р (таблица А2 приложения А).

По методу Бринелля, применяя индентор из закаленной стали, можно измерять твердость пластмасс, цветных и черных металлов и сплавов в пределах от 8 до 450 единиц НВ. Перед испытанием поверхность образца или изделия обрабатывается напильником или наждачной бумагой, чтобы она была ровной, гладкой, без дефектов.