Перечислите методы испытаний металлов и сплавов на твердость: Методы определения твердости металла

Перечислите методы испытаний металлов и сплавов на твердость: Методы определения твердости металла | Speranza

alexxlab | 23.01.1990 | 0 | Разное

Содержание

Испытания металла, проведение испытаний

Испытания металлов включает в себя ряд исследований, которые проводятся на специальном оборудовании, для определения физико-механических свойств металла. Методы испытаний разделяются на несколько основных групп: механические, химические, радиационные, радиографические.

Механические испытания металла

Из группы механических испытаний металла основными являются:

Испытания на ударный изгиб. Испытания на ударный изгиб KCV, KCU проводятся при комнатной и пониженной температурах (до минус 70C). Определяется ударная вязкость и доля вязкой составляющей в %.
Испытания на растяжение. Проводится с целью определения временного сопротивления и относительного удлинения после разрыва.
Испытания на изгиб. Во время данного испытания металла определяются характеристики изгиба на 90, до заданного угла, до параллельности сторон.

Измерение твёрдости металла. Определяется твёрдость по Роквелле (HR), Бринел. (НВ), Виккресе (НV).

Химические испытания металла

Химико-спектральный анализ сталей. Важное испытание, которое определяет характеристики массовой доли углерода, марганца, кремния, хрома, никеля, меди, мышьяка, фосфора, серы, ванадия, алюминия, титана, ниобия, вольфрама, молибдена, циркония, углеродного эквивалента. Показатель, подтверждающий марку стали.
Анализ флюсов сварочных плавленых. Определяет насыпную плотность и влажность.

Радиационные испытания металла

Радиационный контроль металлов и изделий на их основе. Удельная активность гамма-излучающих радионуклидов. Данный вид испытаний подтверждает радиационную безопасность металла по совокупности радионуклидов.

Выездные испытания металла

Радиографический контроль качества сварных соединений. Данный вид испытаний выявляет внутренние дефекты, такие как: непровары, трещины, поры, металлические и неметаллические включения. А также, включает в себя заключение о качестве сварного соединения в соответствии с НД.

Проведение испытаний металла

Испытания металла и изделий из сплавов металла являются добровольной процедурой, но очень важной с целью дальнейшего использования сырья или готовых изделий по назначению. Для проведения испытаний необходимо обратиться в испытательную лабораторию, оснащенной специальным оборудованием и средствами измерений.

В структуру нашей компании входит испытательная лаборатория, оснащенная следующим оборудованием:

Маятниковый копер МК
Машина универсальная испытательная УММ
Машина разрывная испытательная РМ-50
Твердомер портативный ультразвуковой INATEST
Термометр «TESTO 0560.1110»
Термометр для спецкамер низкоградусный СП-100
Штангенциркуль ШЦ-I
Угломер с нониусом
Установка спектрометрическая МКС-01А «МУЛЬТИРАД» с блоком детектирования БДКС-36-01А
Дозиметр-радиометр поисковый МКС/СРП-08А в составе с блоками детектирования
ПК с программным обеспечением «ПРОГРЕСС»
Чашка Петри
Денситометр ДНС-2
Трафарет для расшифровки радиографических снимков
Набор мер оптической плотности (ЛОП-1)
Рентгенаппарат «Ратмир -190»
Проявочный автомат «Kodak M-37»
Негатоскоп НГС-1, № 01040820.03.2001
Проволочные эталоны чувствительности типа 11,12,13, EN462-1, W10, W6
Спектрометр оптико-эмиссионный портативный PMI-MASTER UVR, № 13R0076
Манометр технический
Эксцентриковая шлифовальная машинка, 220-240 В-50 Гц, 400 Вт, d 125 мм, ООО «Кострома Рус», Москва

Помимо проведения испытаний, компетентные специалисты нашей компании оказывают услугу по изготовлению образцов для испытаний металлов на собственной производственной базе.

При желании, процесс заготовки образцов и проведения испытаний можно заснять на фото и/или видео.

Практическая работа по теме: “Определение твёрдости материала” по дисциплине “Материаловедение”

Практическая работа №1

Тема: Определение твёрдости материала.

Цель:

1.Усвоить понятие твердости.

2.Изучить сущность определения твердости различными методами.

Твердость – это сопротивление материала проникновению в его поверхность стандартного тела (индентора), не деформирующегося при испытании.

Широкое распространение объясняется тем, что не требуются специальные образцы.

Это неразрушающий метод контроля. Основной метод оценки качества термической обработке изделия. О твердости судят либо по глубине проникновения индентора (метод Роквелла), либо по величине отпечатка от вдавливания (методы Бринелля, Виккерса).

Во всех случаях происходит пластическая деформация материала. Чем больше сопротивление материала пластической деформации, тем выше твердость.

Наибольшее распространение получили методы Бринелля, Роквелла и Виккерса. Схемы испытаний представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 — Схемы определения твердости: а – по Бринеллю; б – по Роквеллу; в – по Виккерсу

Твердость по Бринеллю

Испытание проводят на твердомере Бринелля (рисунок 1 а).

В качестве индентора используется стальной закаленный шарик диаметром D 2,5; 5; 10 мм, в зависимости от толщины изделия.

Нагрузка Р, в зависимости от диаметра шарика и измеряемой твердости: для термически обработанной стали и чугуна – P=30D

2, литой бронзы и латуни – P=10D², алюминия и других очень мягких металлов – P=2,5D².

Продолжительность выдержки: для стали и чугуна – 10 с, для латуни и бронзы – 30 с.

Полученный отпечаток измеряется в двух направлениях при помощи лупы Бринелля.

Твердость по Бринеллю обозначается НВ 250.

Испытание по Бринеллю

Прибор для испытания на твердость по Бринеллю

Наиболее распространенным прибором для испытания на твердость по Бринеллю является автоматический рычажный пресс.

Схема автоматического рычажного пресса показана на рисунке 1. В верхней части станины 1 имеется шпиндель 2, в который вставляется наконечник с шариком 3. Может быть установлен один из трех наконечников — с шариком диаметром 10,5 или 2,5 мм. Столик 4 служит для установки на нем испытываемого образца 5. Вращением по часовой стрелке рукоятки 6 приводят в движение винт 7, который, перемещаясь вверх, поднимает столик 4, и образец 5 прижимается к шарику 3. При вращении рукоятки 6 до тех пор, пока указатель 8 не станет против риски, пружина 9 сжимается до отказа и создается предварительная нагрузка в 100 кГ.

Электродвигатель 10, который включают нажатием кнопки, расположенной сбоку пресса, приводит во вращение эксцентрик 11. При вращении эксцентрика 11 шатун 12, перемещаясь вниз, опускает рычаг 13 и соединенную с ним подвеску 14 с грузами 15, создавая этим нагрузку на шарик, который вдавливается в образец. При дальнейшем вращении эксцентрика И шатун 12, перемещаясь вверх, поднимает рычаг 13 и подвеску 14 с грузами 15, снимая этим нагрузку с шарика. Когда рычаг и подвеска с грузами достигнут исходного положения, автоматически дается сигнал звонком и автоматически выключается электродвигатель. Вращением рукоятки 6 против часовой стрелки опускают столик 4. В зависимости от грузов, установленных на подвеске 14, создается различная нагрузка

Рисунок 1 – Схема автоматического рычажного пресса для определения твёрдости.

Метод Роквелла

Основан на вдавливании в поверхность наконечника под определенной нагрузкой (рисунок 1 б)

Индентор для мягких материалов (до НВ 230) – стальной шарик диаметром 1/16” (Ø1,6 мм), для более твердых материалов – конус алмазный.

Нагружение осуществляется в два этапа. Сначала прикладывается предварительная нагрузка P₀ (10 ктс) для плотного соприкосновения наконечника с образцом. Затем прикладывается основная нагрузка Р₁, в течение некоторого времени действует общая рабочая нагрузка Р. После снятия основной нагрузки определяют значение твердости по глубине остаточного вдавливания наконечника h под нагрузкой P₀.

Испытание по Роквеллу

Прибор типа Роквелла ТК-2

Общий вид и схема прибора ТК-2 показаны на рис. 2 и 3. Шпиндель 1 прибора (см. рис. 2) служит для закрепления на его конце с помощью винта 2 оправки 3 с шариком или алмазным (или из твердого сплава) конусом. Постоянный груз 4 создает нагрузку 50 кГ если на постоянный груз 4 установлен груз 5 (40 кГ), то создается нагрузка 90 кГ, если на постоянный груз 4 установлен груз 5 и груз 6 (50 кГ), то создается нагрузка 140 кГ. Стол 7 служит для установки на нем испытываемого образца 8. При вращении по часовой стрелке маховика 9 приводится во вращение винт 10, который, перемещаясь вверх, поднимает стол 7. и образец 8 подводится к оправке 3 с шариком или алмазным конусом. При дальнейшем вращении маховика 9 сжимается пружина 11, шарик, или алмазный конус, начинает внедряться в испытываемый образец 8, а стрелки поворачиваются по шкале индикатора 12. При вращении маховика 9 до тех пор, пока образец не упрется в ограничительный чехол 13, малая стрелка индикатора дойдет до красной точки, а большая стрелка установится приблизительно в вертикальном положении (с погрешностью ±5 делений) (, создается предварительная нагрузка 10 кГ. Точную установку шкалы индикатора на нуль производят при помощи барабана 14 (см. рис. 3) тросиком 15, закрепленным на ранте индикатора. Циферблат индикатора имеет две шкалы — черную (С) и красную (В). Независимо от того, что вдавливается в испытываемый образец — алмазный конус или шарик, с большой стрелкой индикатора всегда совмещается нуль черной шкалы со значком «С». Большую стрелку с нулевым штрихом красной шкалы со значком «В» не совмещают ни в каком случае.

Приведение в действие основной нагрузки осуществляется с помощью привода 16 от электродвигателя, работающего непрерывно и отключаемого с помощью тумблера 17 только при длительных перерывах в работе прибора.

Нажатием клавиши 18 приводят в действие кулачковый блок 19 механизма привода 16, передача от которого к грузовому рычагу 20 осуществляется с помощью штока 21. При этом подвеска 22 с грузами 4—6 опускается, и этим обеспечивается действие основной нагрузки и создается общая нагрузка (предварительная + основная).

Под действием основной нагрузки шарик, или алмазный конус, все глубже проникает в испытываемый образец, при этом большая стрелка индикатора поворачивается против часовой стрелки. После окончания вдавливания основная нагрузка, действовавшая на образец, автоматически снимается и остается предварительная нагрузка. При этом большая стрелка индикатора перемещается по часовой стрелке и указывает на шкале индикатора число твердости по Роквеллу. При испытании алмазным конусом под нагрузкой 150 или 60 кГ отсчет производят по черной шкале, а при испытании шариком под нагрузкой 100 кГ — по красной шкале.

По окончании цикла испытания кулачковый блок автоматически отключается и фиксируется в исходном положении. Нормальная – продолжительность цикла испытания 4 сек при положении рукоятки 23 (см. рис. 3) указателя против буквы Н.

Рисунок 2 – Прибор ТК-2 Рисунок 3 – Схема прибора ТК-2

Метод Виккерса

Твердость определяется по величине отпечатка (рисунок 1 в).

В качестве индентора используется алмазная четырехгранная пирамида с углом при вершине 136°.

Нагрузка Р составляет 5…100 кгс. Диагональ отпечатка d измеряется при помощи микроскопа, установленного на приборе.

Преимущество данного способа в том, что можно измерять твердость любых материалов, тонкие изделия, поверхностные слои. Высокая точность и чувствительность метода.

Испытание по Виккерсу

Прибор типа Виккерса.

Основной частью прибора (рис. 4) является поворотная головка 1, в которой смонтирована оправка с алмазной пирамидой 2, закрытой чехлом 3; специальный измерительный микроскоп 4 для измерения длины диагонали отпечатка и рабочий шпиндель 5.

При повороте рукояткой 6 головки 1 в крайнее левое положение прибор приводится в рабочее состояние, при котором ось рабочего шпинделя 5 совмещается с осью промежуточного шпинделя 7. При повороте рукояткой 6 головки 1 в крайнее правое положение прибор приводится в положение, при котором оптическая ось микроскопа 4 совмещается с центром отпечатка. При установке прибора в рабочее положение пружина 8 соединяет промежуточный шпиндель 7 с призмой 9 грузового рычага 10. На подвеске VI грузового рычага 10 устанавливают сменные грузы 12.

Столик 13 служит для установки на нем испытываемого образца 14. При вращении по часовой стрелке маховика 15 приводится во вращение винт 16, который, перемещаясь вверх, поднимает столик 13, и образец 14 прижимается к чехлу 3. В правой части прибора имется грузовой привод с масляным амортизатором 17 при помощи которого приложение нагрузки, выдержка под нагрузкой и снятие нагрузки осуществляются механически за счет энергии опускающегося груза 18. В связи с этим до прижима образца 14 к чехлу 3 грузовой привод должен быть взведен, что осуществляется нажимом рукоятки 19. При этом подъемный шток 20 удерживается во взведенном положении рычагом 21, жестко связанным с рукояткой 19 взвода, а рычаг 22 запирает всю систему привода во взведенном положении.

Рисунок 4 – Кинематическая схема прибора типа Виккерса.

Привод включают нажимом на педаль 23 пускового механизма. При этом приводится в движение рычаг 22 и под действием груза 18 опускается втулка 24, опирающийся на нее подъемный шток 20 и поршень 25 масляного амортизатора 17. Одновременно опускается грузовой рычаг 10, который опирается на шток 20, при этом алмазная пирамида 2 вдавливается в поверхность образца 14. При опускании втулки 24, шарнирно связанной с рычагом 26, соединенным с тягой 27 происходит подъем рычага 28 навстречу штоку 20. Когда шток 20 опустится приблизительно на 16 мм, его нижний конец встречается с рычагом 28. При дальнейшем опускании втулки 24 продолжается подъем рычага 28, при этом поднимается шток 20 и грузовой рычаг 10. К концу хода поршня 25 масляного амортизатора 17 шток 20 придет в начальное положение и снимет нагрузку.

Продолжительность выдержки образца под нагрузкой регистрируется сигнальной лампочкой 29. В момент приложения нагрузки сигнальная лампочка зажигается и гаснет, когда нагрузка снята. Продолжительность выдержки образца под нагрузкой может быть от 10 до 60 сек, что достигается изменением скорости опускания штока амортизатора регулятором 30.

Порядок выполнения работы:

Запишите: практическая работа № 1, тема, цель;
Дайте определение твердости;
Перечислите методы измерения твердости;
Оформите работу в виде таблицы:

Наименование метода	Сущность метода	Индентор	Продолжительность выдержки	Условное обозначение твердости	Схема определения твердости	Схема прибора для измерения твердости

Практическое занятие по дисциплине “Материаловедение”. Тема “Рассмотрение способов испытания металлов на твердость и возможность их применения”

Дисциплина: МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №1

Тема: Рассмотрение способов испытания металлов на твердость и возможность их применения

Цель работы: изучение методов определение твердости металлов и оборудования, в зависимости от применяемого метода, приобретение навыков определения твердости.

Задание 1. Заполните схему, приведенную на рис.1.

Задание 2. Изобразите начальные этапы кристаллизации.

Задание 3. Используя информационный банк, заполните схему, представленную на рис.2.

Информационный банк: твердость, прочность, пластичность, теплопроводность, ударная вязкость, цвет, химическая коррозия, ковкость, плотность, свариваемость, теплоемкость.

Задание 4. Рассмотрение способов испытания металлов на твердость и возможность их применения.

Дать определение твердости.
Описать сущность способа испытания металлов на твердость по методу Бринелля.
Определить твердость металлов:

Вариант 1. Образец из серого чугуна толщиной 10 мм, при диаметре отпечатка 3,1 мм; из латуни толщиной 10 мм при диаметре отпечатка 4,5 мм.

Вариант 2. Образец из стали толщиной 8 мм, при диаметре отпечатка 2,8 мм; из меди толщиной 12 мм при диаметре отпечатка 5,1 мм.

Вариант 3. Образец из серого чугуна толщиной 15 мм, при диаметре отпечатка 3,3 мм; из бронзы толщиной 10 мм при диаметре отпечатка 4,5 мм.

Вариант 4. Образец из стали толщиной 12 мм, при диаметре отпечатка 3,1 мм; из латуни толщиной 14 мм при диаметре отпечатка 4,3 мм.

Вариант 5. Образец из серого чугуна толщиной 10 мм, при диаметре

отпечатка 3,6 мм; из алюминиевого сплава толщиной 10 мм при диаметре отпечатка 5.6 мм.

Результаты расчетов внести в таблицу [1], стр. 22-27.

Задание 5. Перечислите методы испытаний металлов и сплавов на твердость. На основании чего применяется тот или иной метод?

Рекомендуемая литература:

Лабораторный практикум по материаловедению в машиностроении и металлообработке: учеб. Пособие для нач. проф. образования. – М.: Академия, 2010.
Адамаскин A.M. Материаловедение. – М.: Академия, 2006
Солнцев Ю.П. Материаловедение. – М.: Академия, 2007

Перечислить механические свойства металлов

Основные механические свойства

К основным механическим свойствам относят прочность, пластичность, твердость, ударную вязкость и упругость. Большинство показателей механических свойств определяют экспериментально растяжением стандартных образцов на испытательных машинах.

Прочность – способность металла сопротивляться разрушению при действии на него внешних сил.

Пластичность – способность металла необратимо изменять свою форму и размеры под действием внешних и внутренних сил без разрушения.

Твердость – способность металла сопротивляться внедрению в него более твердого тела. Твердость определяют с помощью твердомеров внедрением стального закаленного шарика в металл (на приборе Бринелля) или внедрением алмазной пирамиды в хорошо подготовленную поверхность образца (на приборе Роквелла). Чем меньше размер отпечатка, тем больше твердость испытуемого металла. Например, углеродистая сталь до закалки имеет твердость 100 . . . 150 НВ (по Бринеллю) , а после закалки – 500 . . . 600 НВ.

Ударная вязкость – способность металла сопротивляться действию ударных нагрузок. Эта величина, обозначаемая КС (Дж/см 2 или кгс • м/см ), определяется отношением механической работы А, затраченной на разрушение образца при ударном изгибе, к площади поперечного сечения образца.

Упругость – способность металла восстанавливать форму и объем после прекращения действий внешних сил. Эта величина характеризуется модулем упругости Е (МПа или кгс/мм 2 ), который равен отношению напряжения а к вызванной им упругой деформации. Высокой упругостью должны обладать стали и сплавы для изготовления рессор и пружин.

Механические свойства металлов

Под механическими свойствами понимают характеристики, определяющие поведение металла (или другого материала) под действием приложенных внешних механических сил. К механическим свойствам обычно относят сопротивление металла (сплава) деформации (прочность) и сопротивление разрушению (пластичность, вязкость, а также способность металла не разрушаться при наличии трещин).

В результате механических испытаний получают числовые значения механических свойств, т. е. значения напряжений или деформаций, при которых происходят изменения физического и механического состояний материала.

Оценка свойств

При оценке механических свойств металлических материалов различают несколько групп их критериев.

Критерии, определяемые независимо от конструктивных особенностей и характера службы изделий. Эти критерии находятся путем стандартных испытаний гладких образцов на растяжение, сжатие, изгиб, твердость (статические испытания) или на ударный изгиб образцов с надрезом (динамические испытания).
Прочностные и пластические свойства, определяемые при статических испытаниях на гладких образцах хотя и имеют важное значение (они входят в расчетные формулы) во многих случаях не характеризуют прочность этих материалов в реальных условиях эксплуатации деталей машин и сооружений. Они могут быть использованы только для ограниченного числа простых по форме изделий, работающих в условиях статической нагрузки при температурах, близких к нормальной.
Критерии оценки конструктивной прочности материала, которые находятся в наибольшей корреляции со служебными свойствами данного изделия и характеризуют работоспособность материала в условиях эксплуатации.

Конструкторская прочность металлов

Критерии конструктивной прочности металлических материалов можно разделить на две группы:

критерии, определяющие надежность металлических материалов против внезапных разрушений (вязкость разрушения, работа, поглощаемая при распространении трещин, живучесть и др.). В основе этих методик, использующих основные положения механики разрушения, лежат статические или динамические испытания образцов с острыми трещинами, которые имеют место в реальных деталях машин и конструкциях в условиях эксплуатации (надрезы, сквозные отверстия, неметаллические включения, микропустоты и т. д.). Трещины и микронесплошности сильно меняют поведение металла под нагрузкой, так как являются концентраторами напряжений;
критерии, которые определяют долговечность изделий (сопротивление усталости, износостойкость, сопротивление коррозии и т. д.).

Критерии оценки

Критерии оценки прочности конструкции в целом (конструкционной прочности), определяемые при стендовых, натурных и эксплуатационных испытаниях. При этих испытаниях выявляется влияние на прочность и долговечность конструкции таких факторов, как распределение и величина остаточных напряжений, дефектов технологии изготовления и конструирования металлоизделий и т. д.

Для решения практических задач металловедения необходимо определять как стандартные механические свойства, так и критерии конструктивной прочности.

Металлами называют химические вещества и элементы, которые характеризуются такими свойствами, как хорошей проводимостью тепла и электрического тока, непрозрачностью, но способны отражать свет, ковкостью, и пластичностью. Металлы используют практически во всех отраслях, сферах нашей жизни. Из них делают различные механизмы, машины, оборудование, приборы и еще очень много разных вещей. Все металлы разделяют по числу, характером и содержанием легирующих частиц (компонентов) и по величине чистоты. Компонентами называются химические частицы, которые могут входить в состав сплава или металла. Обычно каждый металл имеет свои уникальные возможности. Но для его использования выделяют отдельный ряд свойств. Эти свойства называются механическими. В данной статье будут рассмотрены механические свойства металлов.

Понятие механических свойств металлов

Что означают эти механические свойства? Они описывают и объясняют способность того или иного металла осуществлять сопротивление на силовые факторы из внешней среды. И соответственно есть числовые показатели, указывающие степень сопротивления того или иного металла. К основным механическим свойствам металлов и сплавов на сегодняшний день относят твердость, вязкость, прочность, ползучесть, пластичность, износоустойчивость, и ударную вязкость. Величины этих свойств определяют во время опытов, предусматривающие силовую нагрузку на металл или сплав. И такие нагрузки подразделяют на динамические, статические и повторно-переменные. Испытания металла проводят такими способами как растяжение, скручивание, сгибание, сжатия и ударное сгибания.

Понятие прочности металла

Под прочностью металла понимают способностью сплава или металла осуществлять сопротивление, как внешним силовым факторам, так и внутренним факторам, и таким образом не поддаваться деформации. Если внешние факторы вполне понятны, т.е. это удар, пресс, нажим, то к внутренним относятся нагрев, или охлаждения, изменение структуры исследуемого вещества.

Определение твердости металла

Твердостью металла является его способность противостоять или осуществлять сопротивление телу, которое намного тверже.

Твердость проверяют методами вдавливания в исследуемый материал шариков определенных размеров или алмазной пирамиды. Твердость определяют по трем показателям, а именно по Бринеллю, по Роквеллу и по Виккерсу.

Твердость по Бринеллю определяется в результате вдавливания стального шарика, который имеет диаметр два с половиной миллиметра, или пять или десять миллиметров.

Для определения твердости по Роквеллу вдавливается или стальной шарик, который имеет диаметр 1,58 мм, или алмазный конус, который имеет угол на своей вершине 120 °. Различают несколько значений твердости, а именно очень твердую, мягкую сталь и закаленную сталь. Для первого вида твердости используют вдавливания алмазного конуса, для второго применяют стальной шарик, а для последнего вида принимают алмазный или твердосплавный конус. Система Роквелла в результате неглубокого погружения алмазного конуса в исследуемый материал позволяет исследовать металл более точно, чем система Бринелля.

Что касается определения твердости по системе Виккерса, то при его методике используется алмазная пирамида, которая имеет правильную четырехгранную форму. После того, как подвергли воздействию металл со стороны пирамиды, то есть ее погрузили в металл на определенную величину, осуществляют расчеты, отталкиваясь от величины диагоналей вмятины в металле. Там даже разработаны специальные таблицы. Этот метод применяют для измерения твердости металлических деталей, имеющих небольшое поперечное сечение, а также для поверхностных слоев, имеющих большую твердость и малую тонкость.

Упругость, ударная вязкость, ползучесть и усталость

Механические свойства металлов и сплавов также включают в себя и упругость. Под ней понимают способность металла восстанавливать свою первоначальную форму после того, как прекратились внешние силы.

Такое свойство как пластичность означает возможность сплава или металла изменять свои формы во время нагрузки и сохранять уже новые формы после прекращения нагрузки.

Под ударной вязкостью понимают свойство металла, что дает сопротивление действию ударной нагрузки. То есть по металл бьют каким-то специально заготовленным материалом, а металл, в свою очередь, или выдерживает, или разрушается. Единицей измерения является Джоуль на квадратный метр.

Под свойством ползучесть понимается способность металлов или сплавов непрерывно и медленно изменять свою форму, другими словами деформироваться под воздействием нагрузки в течение длительного времени.

Восновные механические свойства металлов включают еще такое понятие как усталость, или умеренное разрушение структуры металла в течение времени при непрерывном числе переменных нагрузок.

И еще

Каждая механическая характеристика имеет свой предел, или свою границу, после которой наступает разрушение структуры металла. Если вам нужно произвести определение механических свойств металлов, а точнее параметры растяжения, то следует выделить временное сопротивление, истинное сопротивление разрыва, и предел текучести. Под временным сопротивлением понимают условное состояние сопротивления, которое соответствует сильной нагрузке, после превышения силы которой, произойдет разрушение кристаллической сетки металла. Истинное сопротивление разрыва определяется следующим образом: доля нагрузки во время разрыва делится на площадь поперечного сечения металла, где произошел разрыв. Пределом текучести называется такая нагрузка, которая является минимальной и при которой металл начинает деформироваться. Этот предел текучести называют еще физическим. Есть еще один предел текучести, который называют условным. Под ним понимают нагрузки, при которых происходит растяжение образца металла на 0,2 процента от его длины. Кроме этих есть еще другие показатели, которые характеризуют механические свойства металлов и сплавов.

При характеристике прочности также используют границу пропорциональности. Это такой размер нагрузки, который дает отклонение линейной корреляции между величиной нагрузки и величиной удлинения и может достигать 10-15%.

А пределом упругости является величина нагрузки, при которой происходит деформация.

The requested URL /apache22/data/www/uploads/ГђВјГђВµГ‘В…ГђВ°ГђВЅГђВёГ‘В‡ГђВµГ‘ВЃГђВєГђВёГђВµ_Г‘ВЃГђВІГђВѕГђВ№Г‘ВЃГ‘В‚ГђВІГђВ°_ГђВјГђВµГ‘В‚ГђВ°ГђВ»ГђВ»ГђВѕГђВІ _ГђВјГђВ°Г‘В‚ГђВµГ‘ВЂГђВёГђВ°ГђВ»ГђВѕГђВІГђВµГђВґГђВµГђВЅГђВёГђВµ_ГђВё_Г‘В‚ГђВµГ‘В…ГђВЅГђВѕГђВ»ГђВѕГђВіГђВёГђВё.pdf was not found on this server.

Исследование структуры и свойств легкоплавких припоев

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Организационно-методические указания…………………………..3 Общие требования мер безопасности…………………………………….4 Лабораторная работа №1. Определение твердости металлов методами вдавливания………………………………………………………….6 Лабораторная работа №2. Испытание на растяжение. Исследование влияния углерода на механические свойства стали…………………………………………………………………………………14 Лабораторная работа №3. Исследование структуры и свойств легкоплавких припоев ……………………………………………………….21 Лабораторная работа №4. Исследование микроструктуры углеродистых сталей в отожженном состоянии………………37 Лабораторная работа №5. Исследование структурных составляющих сплавов по диаграмме состояния железо-углерод…………………………………………………………………..43 Лабораторная работа №6. Исследование процесса закалки стали………………………………………………………………………………….51 Лабораторная работа №7. Исследование микроструктуры легированных сталей…………………………………………………………60 Лабораторная работа №8. Исследование процесса закалки и старения алюминиевых сплавов………………………….69 Лабораторная работа № 9. Определение величины и вида деформации термопластов………………………………………78

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Определение твердости металлов методами вдавливания.

1.1. Учебные цели:

1. Произвести испытание по определению твердости.

2. Исследовать зависимость твердости стали от содержания в ней углерода.

3. Научить студентов методам анализа полученных результатов.

1.2. Учебные вопросы:

1. Определение твердости методом Бринелля.

2. Определение твердости методом Роквелла

3. Исследование влияния углерода на твердость стали.

1.3.Учебно-справочные материалы определения твердости.

Под твердостью понимается сопротивление, оказываемое внедрению в материал другого, более твердого тела.

Твердость конструкционных и инструментальных материалов в большинстве случаев определяется методом вдавливания в них специальных наконечников (инденторов). Чем глубже наконечник проникает в материал, тем твердость этого материала меньше.

Наконечники изготавливаются из малодеформирующихся материалов (закаленная сталь, алмаз, твердые сплавы). Их форма и размеры стандартизированы. Стандартизированы также сила и время вдавливания.

Испытания на твердость получили широкое применение благодаря простоте, быстроте и портативности оборудования. Жестких требований к форме используемых образцов не предъявляется. Они изготавливаются так, чтобы их рабочая поверхность могла быть установлена перпендикулярно оси наконечника. Для выполнения этого условия часто используются различной формы приспособления, входящие в комплект твердомеров. В последние годы широкое применение нашли переносные твердомеры, с помощью которых можно определять твердость материалов непосредственно на крупногабаритных изделиях.

Наибольшее распространение для определения твердости материалов получили методы Бринелля и Роквелла.

Определение твердости методом Бринелля

Схема испытаний при определении твердости методом Бринелля приведена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схема испытаний по методу Бринелля

Стальной шарик диаметром D, силой P вдавливается в образец в течение времени τ. В результате на образце образуется сферический отпечаток (лунка) диаметром d.

Характеристикой твердости является число твердости, которое определяется по формуле и обозначается НВ:

HB = P/F,

где F – площадь поверхности отпечатка (шарового сегмента).

Если поверхность отпечатка выразить через D и d, то:

, МПа (кгс/мм²).

Результаты измерений записываются: НВ2000МПа, НВ1500МПа и т.д. При использовании технической системы, единицы измерения не пишут: НВ200, НВ150и т.д.

Достоверность результатов определения твердости обеспечивается правильным выбором условий испытаний (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Выбор нагрузки и диаметры шарика

Толщина испытуемого образца, мм	Диаметр шарика D,мм	Нагрузка, Р
Чугун, сталь	Медь 10D²	Алюминий 2,5D²
>6
от 3 до 6				62,5
	2.5	187,5	62,5	15,6

Диаметры полученных отпечатков должны находиться в пределах . Кроме того, боковые стороны образца не должны заметно деформироваться. В противном случае испытание считается недействительным.

Испытания производятся на твердомерах типа ТШ (твердомер шариковый), которые часто называют прессами Бринелля. Схема твердомера приведена на рис. 1.2.

В верхней части станины 5 твердомера расположен шпиндель 1, в который вставляется наконечник (индентор) (2) с шариком. В нижней части станины находится винт со столиком 3, на котором устанавливается образец. При вращении маховика 4 по часовой стрелке винт перемещается вверх, поднимает столик 3 и прижимает образец к шарику 2. Грузами 7, расположенными на подвеске 8, создается необходимая нагрузка, вдавливающая шарик в образец. Величина нагрузки устанавливается подбором числа грузов. Приложение и снятие нагрузки производится автоматически с помощью электродвигателя 6, снабженного реле времени.

Рис. 1.2. Твердомер типа «ТШ»

Диаметр лунки измеряется с помощью специальной лупы, имеющей измерительную шкалу с ценой деления 0,05 мм. Измерения производятся в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Твердость определяется по среднему значению d по вышеприведенной формуле или по таблице 2 приложения.

Достоинства метода:

1. Высокая точность.

2. Линейная зависимость между НВ и σ_в для пластичных материалов. Приблизительно σ_в =НВ/3.

Недостатки метода:

1. Ограниченный диапазон испытаний. Методом Бринелля можно испытывать материалы с НВ < 4500 МПа.

2. Невозможность испытаний тонких образцов (< 2 мм).

3. Значительный диаметр отпечатка, нарушающий поверхность детали и являющийся концентратором напряжений.

Определение твердости методом Роквелла

При определении твердости методом Роквелла в образец вдавливается либо стальной шарик диаметром 1/16 дюйма (1,59 мм), либо алмазный конус с углом при вершине120°. Иногда вместо алмаза конус изготавливают из твердых сплавов. Шарик используется при испытании относительно мягких материалов (НВ < 2300 МПа), конус – твердых (НВ > 2300 МПа).

Схема испытаний по методу Роквелла приведена на рис. 1.3. Вначале к наконечнику прикладывается предварительная нагрузка Р₀ = 98,1Н (10кгс). Она необходима для устранения влияния неровностей поверхности образца. Затем к предварительной плавно добавляется основная нагрузка: Р₁ = 882,9Н (90 кгс) при испытании шариком, и Р₁ = 1373,4Н (140 кгс) при испытании конусом.

Рис. 1.3. Схема испытаний по методу Роквелла

Таким образом, шарик вдавливается общей нагрузкой Р = Р₀ + Р₁ = 981Н (100 кгс), конус – Р = Р₀ + Р₁ = 1471,5Н (150 кгс).

Твердость по Роквеллу обозначается буквами HRB при испытании шариком и HRC – при испытании конусом. В обоих случаях после букв ставятся цифры чисел твердости: HRB72, HRC60 и т.д.

Твердость по Роквеллу измеряется условными единицами, характеризующими глубину внедрения наконечника в материал образца. Число твердости определяется по формулам:

HRB = 130 – e и HRC = 100 – e.

Величина e определяется по формуле:

e = (h – h₀)/0,002,

где h – глубина внедрения наконечника, измеренная после снятия основной нагрузки;

h₀– глубина внедрения наконечника под воздействием предварительной нагрузки;

0,002 – глубина внедрения наконечника, принятая за единицу твердости.

Испытания проводятся на твердомерах типа «ТК» (твердомер конусный), которые часто называют приборами Роквелла (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Твердомер типа «ТК»

Контроль правильности величины предварительной нагрузки и отсчет чисел твердости производится с помощью механического индикатора (рис. 1.5), фиксирующего глубину внедрения наконечника.

Рис. 1.5. Индикатор

Для контроля предварительной нагрузки на индикаторе предусмотрена малая стрелка. Вращением ходовой гайки (рис. 1.5) эту стрелку необходимо совместить с красной точкой на шкале индикатора.

Для отсчета результатов измерений на индикаторе предусмотрено две шкалы и большая стрелка. При использовании конуса число твердости считывается по наружной черной шкале (шкале С), шарика – по внутренней красной (шкале В). Соответственно схеме испытаний результаты считываются после снятия основной нагрузки.

Для правильного отсчета, после приложения предварительной нагрузки, необходимо вращением циферблата индикатора за ободок совместить нуль внешней (черной) шкалы с большой стрелкой индикатора.

Условия испытания по методу Роквелла (шкалы, наконечники и нагрузка) можно выбрать по данным табл. 1.2.

Таблица 1.2

Шкалы, наконечники и нагрузка

Шкала	Индентор	Полная нагрузка, кгс
HRA	Алмазный конус
HRC	Алмазный конус
HRB	Стальной шарик

Метод Роквелла позволяет испытывать и очень твердые материалы. Твердость таких материалов определяют с помощью алмазного конуса при общей нагрузке Р=588,6Н (60 кгс). Отсчет при этом также снимается по внешней (черной) шкале, но обозначают HRA. Сниженная нагрузка применяется для предупреждения выкрашивания материала конуса.

Достоинства метода:

1. Широкий диапазон измерений, охватывающих твердость практически всех материалов.

2. Возможность испытывать очень тонкие образцы, и даже поверхностные слои материала деталей.

3. Малые размеры отпечатка.

4. Оперативность измерений.

Недостатки метода:

1. Сравнительно невысокая точность.

2. Сложная зависимость твердости от прочности.

3. Отсутствие размерности.

Исследование влияния углерода на твердость стали

В процессе испытаний, определяется твердость образцов стали с различным содержанием углерода. Полученные данные вносятся в сводную таблицу испытаний. По этим данным строится зависимость твердости стали от содержания в ней углерода, и производится её анализ.

Порядок выполнения работы

1. Изобразить схему и определить условия испытания опытных образцов по методу Бринелля (рис. 1.1, табл. 1.1).

2. Произвести виртуальные испытания опытных образцов на твердомере «ТШ».

3. Внести результаты в сводную таблицу испытаний.

4. По результатам испытаний построить зависимость твердости стали от содержания в ней углерода.

5. Изобразить схему и определить условия испытаний по методу Роквелла (рис. 1.3, табл. 1.2).

6. Произвести испытания опытных образцов на твердомере «ТК».

7. Внести результаты в сводную таблицу испытаний.

8. По результатам испытаний построить зависимость твердости стали от содержания в ней углерода.

9. Сформулировать выводы по работе, в которых отразить влияние углерода на твердость стали, достоинства и недостатки методов Бринелля и Роквелла.

Контрольные вопросы

1. Что называется твердостью материала?

2. Как выбирается диаметр шарика и величина нагрузки при определении твердости по Бринеллю?

3. Приведите формулу для определения твердости по Бринеллю.

4. Укажите условия испытания на твердость по Роквеллу для двух шкал (наконечник и величину нагрузки).

5. В каких единицах измеряется твердость по Бринеллю и Роквеллу?

6. Укажите рациональные области применения испытаний по Бринеллю и Роквеллу.

7. С какой целью применяют предварительную нагрузку?

8. Как влияет содержание углерода в стали на её твёрдость?

9. Как обозначается твердость по Бринеллю и Роквеллу?

Литература для самостоятельной работы:

1. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И., Ф.Войткун Материаловедение. СПб, Химиздат, 2002 с.81-84.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Испытание на растяжение. Исследование

влияния углерода на механические свойства стали

2.1. Учебные цели:

1. Освоить методику определения основных характеристик механических свойств стали по экспериментальной диаграмме растяжения.

2. Научить студентов методам анализа полученных результатов.

2.2. Учебные вопросы:

1. Испытание образцов на разрывной машине.

2. Определение характеристик прочности и пластичности стали.

3. Исследование влияния углерода на механические свойства стали.

2.3. Учебно-справочные материалы испытаний на растяжение

Испытания образцов на разрывной машине

Статические испытания на растяжение являются распространенным методом определения механических свойств металлов. Они проводятся путём плавного растягивания образцов на стандартных разрывных машинах, конструкции которых обеспечивают определённые скорости деформации.

Форма и размеры образцов для испытаний регламентированы ГОСТ 1497-84. Они могут быть плоскими или цилиндрическими, нормальными и пропорциональными. В нормальных образцах регламентированы абсолютные размеры, в пропорциональных – соотношение размеров.

В данной работе используются наиболее употребительные цилиндрические пропорциональные образцы с (рис. 2.1). Такие образцы называют короткими или пятикратными. В ряде случаев испытываются и длинные или десятикратные образцы с . Во всех случаях расчетная длина рабочей части образца выделяется точками или штрихами.

Рис. 2.1. Цилиндрический образец для испытаний на растяжение:

а – до испытания; б – после испытания

Испытания проводятся на разрывной машине УТС 110-50.01. (рис. 2.2). Принцип работы машины основан на принудительном деформировании образца при одновременном измерении нагрузки, прикладываемой к образцу, и соответствующей ей величины деформации образца. В машину входят:

– установка испытательная 1 с захватами 2 и 3 или опорными плитами в зависимости от выбранного вида испытания для установки испытуемого образца;

– пульт оператора 4, в котором расположены блок центрального процессора, клавиатура 6 для ввода информации в режиме диалога и управления машиной при испытании, а также жидкокристаллический графический дисплей 5 для отображения деформации.

При испытании на растяжение испытуемый образец устанавливается в захваты 2 и 3, подвижная траверса 11 получает вертикальное перемещение вверх от ходового винта. При этом образец нагружается, нагрузка передается на упругий элемент датчика силы 12. При разрушении образца нагрузка регистрируется на дисплее пульта оператора. После разрушения образца, подвижная траверса 11 автоматически или по команде оператора возвращается в исходное положение.

Рис. 2.2. Схема разрывной машины УТС 110-50.01

Определение характеристик прочности и пластичности углеродистой стали

На диаграмме растяжения образца стали с малым содержанием углерода (рис. 2.3) можно выделить несколько характерных участков.

Рис. 2.3. Диаграмма растяжения материалов:

а – с площадкой текучести; б – без площадки текучести

На участке 0-1 удлинение образца пропорционально растягивающей нагрузке. Это свидетельствует о том, что металл испытывает только упругую деформацию. По ординате точки 1 определяется Р_пц.

При нагрузке Р_т, соответствующей точке 2, на диаграмме наблюдается горизонтальный участок 2-3. На этом участке материал деформируется при постоянной нагрузке – «течёт». Горизонтальный участок диаграммы получил название площадки текучести.

При дальнейшем растяжении увеличение деформации сопровождается ростом растягивающей нагрузки, что свидетельствует о постепенном упрочнении материала.

Наибольшее упрочнение наблюдается в точке 4 (нагрузка Р_max ). Начиная с Р_max, в образце развивается местная пластическая деформация, которая приводит к образованию «шейки» – местного утонения наиболее слабого участка образца. После точки 4 растягивающая нагрузка постепенно уменьшается (участок 4-5), и в точке 5 образец разрывается.

Для материалов, на диаграмме растяжения которых площадка текучести отсутствует, вместо Р_т определяется Р_0,2 – нагрузка, после снятия, которой остаточная деформация составляет 0,2% от ℓ₀.

Для определения Р_0,2 вычисляют соответствующее остаточное удлинение Δℓ_пл=0,002ℓ₀. Найденное значение откладывают по оси абсцисс вправо от начала координат, с учетом масштаба диаграммы. Из полученной точки Е проводят прямую, параллельную начальному участку диаграммы. Ордината точки пересечения этой прямой с кривой растяжения определяет искомую нагрузку Р_0,2.

В данной работе определяются три характеристики прочности: предел пропорциональности –σ_пц, предел текучести –σ_т или условный предел текучести –σ_0,2 и временное сопротивление (предел прочности) –σ_в.

Предел пропорциональности σ_пц – наибольшее напряжение, до которого сохраняется пропорциональная зависимость между нагрузкой и деформацией (удлинением):

σ_пц= Р_пц/F₀, МПа (кгс/мм²).

Предел текучести σ_т – напряжение, при котором происходит рост деформации без заметного увеличения растягивающей нагрузки:

σ_т= Р_т/F₀, МПа (кгс/мм²).

У большинства материалов площадка текучести отсутствует (см. рис. 2.3, б). В таких случаях вместо σ_т определяется условный предел текучести σ_0,2 – напряжение, при котором остаточная деформация составляет 0,2% от начальной длины образца ℓ₀:

σ_0,2= Р_0,2/F₀, МПа (кгс/мм²).

Временное сопротивление σ_в – напряжение, соответствующее максимальной растягивающей нагрузке:

σ_в = Р_max/F₀, МПа (кгс/мм²).

Характеристиками пластичности материалов являются относительное удлинение и относительное сужение.

Относительное удлинение δ определяется по формуле:

δ = 100(ℓ_к – ℓ₀)/ℓ₀ = 100Δℓ_пл/ℓ₀, %

где ℓ_к – длина расчетной части образца после разрыва, мм;

Δℓ_пл – абсолютное удлинение (пластическая деформация) рабочей части образца за время испытаний, мм.

Величина ℓ_к может быть измерена непосредственно на образце, если сложить его части. Величину Δℓ_пл = ℓ_к– ℓ₀ можно определить по диаграмме растяжения как расстояние от начала координат до точки пересечения с осью абсцисс прямой, проведенной через точку разрыва образца параллельно участку пропорциональности (рис. 2.3, а).

Относительное сужение ψ определяется по формуле:

Ψ = 100 (F₀ – F_к)/F₀, %;

где F₀– площадь поперечного сечения образца до испытаний;

F_к – площадь поперечного сечения шейки образца в месте разрыва.

Исследование влияния углерода на механические свойства стали

В процессе испытаний производится определение характеристик механических свойств стали с различным содержанием углерода. Полученные характеристики вносятся в сводную таблицу испытаний, по которым строятся зависимости механических свойств стали от содержания в ней углерода и проводится анализ.

Порядок выполнения работы

1. Измерить расчетную длину ℓ₀ и диаметр рабочей части d₀ образца. Величина ℓ₀ измеряется штангенциркулем с точностью 0,1 мм. Диаметр d₀ измеряется микрометром с точностью 0,01 мм в трёх сечениях (в середине и по краям рабочей части). По наименьшему значению d₀ рассчитать площадь поперечного сечения рабочей части образца F₀=πd₀²/4.

2. Произвести испытание образцов в порядке, указанном преподавателем.

3. Измерить диаметр рабочей части образца в месте разрыва d_к и вычислить площадь F₀=πd_к²/4. Измерение d_к производить штангенциркулем с точностью до 0,1 мм.

4. По диаграмме растяжения определить нагрузки Р_пц, Р_т(Р_0,2) и Р_max, а также остаточную деформацию Δℓ_пл.

5. Рассчитать характеристики прочности σ_пц, σ_т(σ_0,2), σ_в, и пластичности δ и ψ материала образцов.

6. Сравнением рассчитанных характеристик прочности и пластичности с аналогичными характеристиками, приведенными в ГОСТ 1050-88, 14959-79 и 1435-74 (таблица 1 приложения) определить марку испытанной стали и содержание в ней углерода. Привести примеры применения данной стали.

7. Внести полученные сведения в сводную таблицу испытаний.

8. По данным сводной таблицы испытаний построить графики зависимостей характеристик прочности и пластичности стали от содержания в ней углерода.

9. Сформулировать выводы по работе, в которых отразить влияние содержания углерода на механические свойства стали.

Контрольные вопросы

1. Какие образцы применяются при испытаниях на растяжение?

2. Изобразите схему диаграммы растяжения для низкоуглеродистой и среднеуглеродистой стали.

3. Укажите на диаграмме растяжения точку начала образования на образце шейки.

4. Укажите на диаграмме точки, по которым определяются характеристики прочности.

5. Приведите формулы для определения характеристик прочности и пластичности.

6. Дайте определение предела пропорциональности, предела текучести, условного предела текучести, временного сопротивления.

7. Как обозначаются и в каких единицах измеряются характеристики прочности и пластичности?

8. Как по диаграмме растяжения определить величину пластической деформации образца?

9. Как влияет содержание углерода на характеристики прочности стали?

10. Как влияет содержание углерода на характеристики пластичности стали?

Литература для самостоятельной работы:

1. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И., Ф.Войткун Материаловедение. СПб, Химиздат, 2002 с.80-81

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Таблица 3.1

Критические температуры сплавов Рb ̶ Sb

№ сплава	Химический состав сплава, %	Верхняя критическая t,°С	Нижняя критическая t,°С	Микроструктура сплава
	Sb	Рb







	10.0

Рис.3.4. Диаграмма состояния Pb-Sb

Правило фаз

Диаграмма состояния дает представление о процессах кристаллизации сплавов, показывает области существования сплавов в жидком и твердом состояниях и интервал кристаллизации, позволяет определять равновесный состав жидкой и твердой фаз на любой стадии кристаллизации.

Процесс кристаллизации подчиняется правилу фаз, которое дает количественную зависимость между степенью свободы системы и количеством фаз и компонентов.

Фазой называется однородная часть неоднородной системы, разграниченная от других частей системы (фаз) поверхностью раздела, при переходе через которые химический состав или структура вещества изменяются скачком.

Для условий, когда все превращения происходят при постояннном давлении, правило фаз выражается уравнением

С= к – f + 1

где: С – число степеней свободы системы, т.е. число внешних

( температура ) и внутренних ( концентрация ) факторов,

которые можно изменять без изменения числа фаз в системе;

к – число компонентов;

f – число фаз.

Процесс кристаллизации сплавов Pb-Sb с точки зрения правила фаз представляется в таком виде.

В период охлаждения жидкого сплава число степеней свободы будет две:

C = к – f + 1= 2 – 1 + 1 = 2

Это значит, что можно менять в известных пределах температуру, а также можно изменять концентрацию жидкого раствора, добавляя к нему свинец или сурьму, а сплав останется однофазным (жидкий раствор).

В период выделения кристаллов пересыщающего компонента из жидкого раствора (между линией ликвидус и солидус) .

С = к – f + 1 = 2 – 2 +1= 1.

Это значит, что в известных пределах можно повышать или понижать температуру, но число фаз останется равным двум:

жидкий раствор и твердые кристаллы.

В период образования эвтектики (линия солидус) число степеней свободы равно 0, так как

С = к – f + 1= 2- 3 + 1= 0.

Это значит, что процесс кристаллизации эвтектики происходит при постоянной температуре, причем концентрация сурьмы в каждой фазе строго постоянна, а именно: в жидком растворе – 13 % – Sb , в твердых кристаллах сурьмы – 100 % Sb , в твердых кристаллах свинца – 100 % Pb.

Правило отрезков

Для определения количественного соотношения фаз и концентрации фаз применяют правило отрезков (или правило рычага).

Рассмотрим на диаграмме состояния системы Pb-Sbсплав с исходной концентрацией К. При температуре Т сплав состоит из кристаллов сурьмы и жидкости. Для определения состава фаз через заданную точку а проводят линию до пересечения с границами области диаграммы. Проекция точки в на ось концентрации покажет состав жидкой фазы, а проекция точки c – состав твердой фазы. Из диаграммы видно, что в процессе кристаллизации при понижении температуры, состав жидкой фазы изменяется по линии ликвидус и стремится к эвтектической концентрации, а состав твердой фазы остается постоянным.

При кристаллизации изменяется и соотношение фаз: количество твердой фазы увеличивается, жидкой – уменьшается.

Обозначим жидкую фазу через Q_ж, твердой через Q_тв, а общее количество жидкой и твердой фаз через Q. Если написать уравнение моментов относительно точки а, то

Qж . ав = Qтв. ас ; Q_ж/Q_тв = ас/ав ; Q_ж/Q = ас/вс ; Q_ж= ас/вс. 100% ;

Q_тв/Q = ав/вс ; Q_тв= ав/вс . 100%

Порядок выполнения работы

1. Определить по экспериментальным кривым охлаждения сплавов системы Pb-Sb и Cu-Ni значения критических температур и записать их в табл. 3.1, 3.2. Построить диаграммы состояния данных сплавов.

2. Рассмотреть значение критических температур, точек, линий и областей диаграммы Pb-Sb и Cu-Ni .

3. Определить количество и химический состав фаз по температурам, заданным преподавателем.

4. Изучить состав припоев – твердых растворов по диаграмме состояния свинец – олово. Выделить на диаграмме (рис. 3.6) структурные области I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII, IX и дать описание структур. Выделить на оси концентрации области сплавов – твердых растворов и области сплавов с эвтектикой ( до- и заэвтектические ).

Контрольные вопросы

1. Что такое граница ликвидус?

2. Что такое граница солидус?

3. Что называется эвтектикой?

4. Что называется эвтектическим сплавов?

5. Что такое доэвтектический сплав?

6. Что такое заэвтектический сплав?

7. Какие фазы находятся в области АDС?

8. Какие фазы находятся в области CBE?

9. Какие фазы находятся левее и правее точки С при комнатных температурах?

Литература для самостоятельной работы:

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Порядок выполнения работы

1. Изучить микроструктуру трех видов стали (доэвктоидной, эвктоидной и заэвктоидной). Зарисовать схемы изучаемых микроструктур, обозначить на них структурные составляющие.

2. Сравнением изучаемых микроструктур с эталонными (таблица приложения) определить доли площади шлифа (в %), занимаемых отдельными структурными составляющими, рассчитать содержание углерода в изучаемых сталях и определить их марки.

3. По известным значениям механических свойств структурных составляющих и их содержания определить расчетные значения σ_в^‘, δ^‘ и НВ^‘ и сравнить их со значениями этих показателей по ГОСТ 1050-88, ГОСТ 14959-79 и ГОСТ 1435-74 (таблица приложения 1). Привести примеры применения этих сталей.

4. По результатам исследований сформулировать выводы, в которых отразить возможности микроанализа сталей.

Контрольные вопросы:

1. Что такое сталь?

2. Перечислите структурные составляющие стали?

3. Дайте определения структурных составляющих сталей и охарактеризуйте их свойства.

4. Какую структуру имеют доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные стали?

5. Как маркируются конструкционные и инструментальные углеродистые стали?

6. Как обозначить марку стали, содержащую 0,2; 0,4; 0,8; 1,2% углерода?

7. Укажите типичные марки сталей для изготовления трубопроводов, рессор, пружин и сверл.

Литература для самостоятельной работы:

1. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И., Ф.Войткун Материаловедение. СПб, Химиздат, 2002 с.201, 204 – 210.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Стали

6.1. Учебные цели:

1. Провести виртуальную термическую обработку

2. Исследовать влияние вида термической обработки на структуру и механические свойства углеродистой стали.

3. Сформировать практические умения по выбору режима и выполнению закалки и отпуска углеродистых сталей.

6.2. Учебные вопросы:

1. Выбор режима термической обработки стали.

2. Закалка и отпуск стали.

3. Специальные методы закалки (ступенчатая, изотермическая).

Специальные способы закалки

Недостатком обыкновенной закалки (в одном охладителе) является опасность коробления деталей и возникновения в них закалочных трещин. Эти дефекты возникают в результате действия в материале деталей высоких температурных напряжений, возникающих при быстром охлаждении. Особенно опасно быстрое охлаждение в интервале температур мартенситного превращения (280-130ºС). Чем сложнее форма деталей и чем выше в стали содержание углерода, тем больше опасность появления таких дефектов закалки. Поэтому для деталей сложной формы, изготавливаемых из высокоуглеродистых сталей часто применяют особые способы закалки, отличающиеся от обыкновенной условиями охлаждения. В качестве примера рассмотрим закалку образцов из стали марки 50 двумя методами: ступенчатым и изотермическим.

Температура нагрева и время выдержки при этих способах закалки принимается так же, как и при обыкновенной закалке, а режим охлаждения назначается с учетом диаграммы изотермического превращения аустенита (рис. 6.1). Диаграмма строится в координатах температура t, ºС, – время τ, сек.

Рис. 6.1. Диаграмма изотермического превращения

аустенита стали марки 50

Кривая 1 соответствует началу выделения феррита из аустенита, 2 – началу превращения аустенита, 3 – окончанию превращения аустенита. Левее кривой 2 находится область переохлажденного аустенита, правее кривой 3 – область продуктов изотермического превращения аустенита. Вид этих продуктов превращения зависит от температуры превращения: при t=650-550ºС – образуется перлит (П), 550-600ºС – сорбит (С), 450-550ºС – троостит (Т). Перлит, сорбит и троостит имеют одинаковое пластинчатое строение и отличаются степенью дисперсности (толщиной пластин). Именно поэтому их относят к перлитным структурам. Средняя толщина пластин в перлите небольшая 0,6-1,0 мкм, в сорбите – 0,3-0,5 мкм, в троостите – 0,1-0,20 мкм. Мартенситное превращение происходит в интервале температур М_н (~270ºС) – начало превращения и М_к (~150ºС) – конец превращения. Между областями трооститного и мартенситного превращений располагается промежуточная зона. В ней образуется своеобразная структура – бейнит. Бейнит представляет собой механическую смесь мартенсита с небольшой концентрацией углерода (~0,2%С) и частиц цементита.

Ступенчатая закалка. На рис. 6.1 этому способу закалки соответствует график охлаждения 1. В качестве охлаждающей среды первой ступени охлаждения в лабораторной работе используется расплав смеси солей (55% KNO₃ и 45% NaNO₂), температура которого поддерживается равной примерно 300ºС, т.е. выше М_н закаливаемой стали на 30-50ºС.

Нагретый до температуры закалки (~ 850ºС) образец быстро погружают в соляную ванну, где выдерживают в течение времени, необходимого для охлаждения стали до температуры расплава и выравнивания температуры по его объему. Время изотермической выдержки назначается так, чтобы в структуре образца не началось превращение переохлажденного аустенита. Для используемых образцов общее время нахождения в соляной ванне (охлаждение + изотермическая выдержка) τ=10с.

Дальнейшее охлаждение образца осуществляется на воздухе. При этом происходит превращение переохлажденного аустенита в мартенсит, т.е. собственно закалка. При медленном охлаждении на воздухе резко снижаются внутренние напряжения, а, следовательно, возможность коробления деталей и возникновения в них закалочных трещин.

Недостатком способа является ограничение размеров закаливаемых деталей. Из-за низкой скорости охлаждения в сравнительно горячей среде в центральных зонах крупных деталей скорость охлаждения может оказаться ниже критической. Для предупреждения этого явления максимальный диаметр деталей из углеродистых сталей, закаливаемых таким способом, составляет 10 мм.

Ступенчатой закалке обычно подвергают инстру

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОЕНИИ, СВОЙСТВАХ И МЕТОДАХ ИСПЫТАНИЙ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Министерство образования Нижегородской области

Государственное бюджетное образовательное учереждение

«Профессиональный лицей № 36».

Зачетная работа по гл. 1

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОЕНИИ, СВОЙСТВАХ И МЕТОДАХ ИСПЫТАНИЙ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

ПО ПРЕДМЕТУ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Курс 1. Выполнил:

Группа № 2 Чистяков Дмитрий

Специальность: Слесарь по ремонту автомобилей.

Проверил (а):

Преподаватель спец предметов:

Уварова И.Н.

Оценка_______________

«____»___________ 2012 г

Кстово

2012 г.

Министерство образования Нижегородской области

Государственное бюджетное образовательное учереждение

«Профессиональный лицей № 36».

Зачетная работа по гл. 2

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО ТЕОРИИ СПЛАВОВ

ПО ПРЕДМЕТУ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Курс 1. Выполнил:

Группа № 2 Чистяков Дмитрий

Специальность: Слесарь по ремонту автомобилей.

Проверил (а):

Преподаватель спец предметов:

Уварова И.Н.

Оценка_______________

«____»___________ 2012 г

Кстово

2012 г.

Министерство образования Нижегородской области

Государственное бюджетное образовательное учереждение

«Профессиональный лицей № 36».

ДОМАШНЯЯ РАБОТА ПО гл. 1

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОЕНИИ, СВОЙСТВАХ И МЕТОДАХ ИСПЫТАНИЙ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

ПО ПРЕДМЕТУ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Курс 1. Выполнил:

Группа № 2 Чистяков Дмитрий

Специальность: Слесарь по ремонту автомобилей.

Проверил (а):

Преподаватель спец предметов:

Уварова И.Н.

Оценка_______________

«____»___________ 2012 г

Кстово

2012 г.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОЕНИИ, СВОЙСТВАХ И МЕТОДАХ ИСПЫТАНИЙ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

1. Какие материалы дали названия целым эпохам?

_____________________________________________________________________________________

2. Допишите определение: металлами называют химически простые вещества ____________

3. Приведите примеры известных вам металлов.

_________________________________________________________________

4. Перечислите металлы, которые наиболее часто применяются в машиностроении и приборостроении.

__________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Напишите химические обозначения известных вам редких цветных металлов. Для выполнения задания используйте таблицу Менделеева.

6. Закончите определения:

а) вещества, атомы которых расположены в пространстве хаотично, называют_________________________________________________________

б) вещества, атомы которых расположены в пространстве в определенном порядке, образуя кристаллическую решетку, называют_____________

7. Допишите определение: сплав — это_____________________________

_________________________________________________________________

8. Что называют компонентом сплава?

_________________________________________________________________

9. Чем отличаются сплавы от чистых металлов?

_________________________________________________________________

10. Что представляет собой кристалл?

_________________________________________________________________

11. Перечислите известные вам дефекты кристаллов.

__________________________________________________________________________________________________________________________________

12. Изобразите кубическую гранецентрированную и гексогональную плот- ноупаковаиную кристаллические решетки аналогично кубической объемно- центрированной решетке, показанной на рис. 1.1. Приведите характеристики, следуя представленному примеру.

Пример. Кубическая объемно-центрированная решетка состоит из девяти атомов (восемь расположены в вершинах решетки и один — в центре). Такую решетку имеют хром Сг, вольфрам W, ванадий V и железо Fe при температурах до 900 °С и свыше 1400 °С.

Рис. 1.1. Кубическая объемно-центрированная решетка

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

13. В приведенных прямоугольниках (рис. 1.2) схематически изобразите основные этапы процесса кристаллизации.

Рис. 1.2. Основные этапы процесса кристаллизации

Рис. 1.3. Кривые охлаждения чистого металла (а) и изменение свободной

энергии металла в твердой (7) и жидкой [2] фазах [б] в зависимости от
температуры Т:

А Г — степень переохлаждения; T_s, Т_п — теоретическая и фактическая температуры
кристаллизации; т — время; 1/₃ — скорости охлаждения

14. Используя графики, приведенные на рис. 1.3, определите, как влияют скорость охлаждения v и температура Т на кристаллизацию чистых металлов. Запишите свои выводы:

V.________________________________________________

Т:________________________________________________

15. Заполните пропуски в определениях, выбрав необходимый термин (анизотропия, аллотропия):

а) способность одного и того же металла образовывать кристаллическую решетку разной формы называют______________________________

б) неоднородность физических свойств в различных направлениях плоскостей кристаллической решетки называют_______________________

16. Запишите следующие металлы:

а) претерпевающие аллотропические превращения

б) не претерпевающие аллотропических превращений

Для выполнения задания используйте информационный банк: железо Fe, алюминий А1, никель Ni, титан Ti, цинк Zn, кобальт Со, вольфрам W, медь Си, олово Sn, серебро Ад, свинец РЬ.

17. Перечислите методы изучения структур металлов и сплавов.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

18. Заполните табл. 1.1, в которой запишите условия исследования и отличительные признаки различных методов анализа структуры металлов.

Проанализируйте эти методы и запишите ваши выводы об эффективности исследований.

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Таблица 1.1. Методы анализа структуры и их особенности

Метод	Условия исследования	Отличительные признаки
Макроанализ

Микроанализ
Спектральный анализ

Магнитная дефектоскопия

Ультразвуковая дефектоскопия

Рентгеновский анализ

Метод радиоактивных изотопов

19. Какие свойства металлов вы знаете?

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

20. Дорисуйте «башмачки» к «лапкам паучка» (рис. 1.4). Укажите в них физические свойства металлов.

Рис. 1.4. Физические свойства металлов [«паучок» и «башмачки»)

21. Какие технологические свойства металлов и сплавов отражены на рис .1.5? Запишите их.

Рис. 1.5. Технологические свойства металлов:

п — частота вращения заготовки; S — подача

22. Запишите по горизонтали названия технологических свойств металлов и сплавов, а также их механических свойств, определяемых с помощью технологических испытаний. Прочтите по вертикали термин, обозначающий эти названия.

23. Какие новые методы испытаний металлических образцов вам известны?

__________________________________________________________________________________________________________________________________

24. Определите относительное удлинение 8 и марку конструкционной стали (ГОСТ 1050—88″), если при испытании стандартного образца из этой стали (рис. 1.6) на разрыв его начальные размеры составляли: d₀ = 10мм и 1₀= 100мм. Длина образца после разрыва 7_К= 119 мм.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

26. Какие химические свойства металлов и сплавов вам известны?

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

27. На рис. 1.7 впишите в свободные кружки («планеты») виды химической и электрохимической коррозии металлов и сплавов. Укажите соответствующие методы защиты от коррозии.

Рис. 1.7. Виды химической и электрохимической коррозии металлов и сплавов («парад планет»)

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

28. Какие механические свойства металлов вам известны?

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

29. С какой целью определяют механические свойства металлов?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

30. Перечислите методы испытаний металлов и сплавов на твердость.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

31. Какой метод испытаний металлов и сплавов на твердость находит широкое применение в машиностроении?

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Зачетная работа по гл. 1

Практическая работа

Практическая работа №1

Тема: Определение твёрдости материала.

Цель:

1.Усвоить понятие твердости.

2.Изучить сущность определения твердости различными методами.

Широкое распространение объясняется тем, что не требуются специальные образцы.

Рисунок 1 — Схемы определения твердости: а – по Бринеллю; б – по Роквеллу; в – по Виккерсу

Твердость по Бринеллю

Испытание проводят на твердомере Бринелля (рисунок 1 а).

Нагрузка Р, в зависимости от диаметра шарика и измеряемой твердости: для термически обработанной стали и чугуна – P=30D², литой бронзы и латуни – P=10D², алюминия и других очень мягких металлов – P=2,5D².

Продолжительность выдержки: для стали и чугуна – 10 с, для латуни и бронзы – 30 с.

Полученный отпечаток измеряется в двух направлениях при помощи лупы Бринелля.

Твердость по Бринеллю обозначается НВ 250.

Испытание по Бринеллю

Прибор для испытания на твердость по Бринеллю

Схема автоматического рычажного пресса показана на рисунке 1. В верхней части станины 1 имеется шпиндель 2,в который вставляется наконечник с шариком 3. Может быть установлен один из трех наконечников — с шариком диаметром 10,5 или 2,5 мм. Столик 4 служит для установки на нем испытываемого образца 5. Вращением по часовой стрелке рукоятки 6 приводят в движение винт 7, который, перемещаясь вверх, поднимает столик 4, и образец 5 прижимается к шарику 3. При вращении рукоятки 6 до тех пор, пока указатель 8 не станет против риски, пружина 9 сжимается до отказа и создается предварительная нагрузка в 100 кГ.

Рисунок 1 – Схема автоматического рычажного пресса для определения твёрдости.

Метод Роквелла

Основан на вдавливании в поверхность наконечника под определенной нагрузкой (рисунок 1 б)

Испытание по Роквеллу

Прибор типа Роквелла ТК-2

Рисунок 2 – Прибор ТК-2 Рисунок 3 – Схема прибора ТК-2

Метод Виккерса

Твердость определяется по величине отпечатка (рисунок 1 в).

В качестве индентора используется алмазная четырехгранная пирамида с углом при вершине 136°.

Испытание по Виккерсу

Прибор типа Виккерса.

Рисунок 4 – Кинематическая схема прибора типа Виккерса.

Привод включают нажимом на педаль 23 пускового механизма. При этом приводится в движение рычаг 22 и под действием груза 18 опускается втулка 24, опирающийся на нее подъемный шток 20 и поршень 25 масляного амортизатора 17. Одновременно опускается грузовой рычаг 10, который опирается на шток 20, при этом алмазная пирамида 2 вдавливается в поверхность образца 14. При опускании втулки 24, шарнирно связанной с рычагом 26, соединенным с тягой 27 происходит подъем рычага 28 навстречу штоку 20. Когда шток 20 опустится приблизительно на 16 мм, его нижний конец встречается с рычагом 28. При дальнейшем опускании втулки 24 продолжается подъем рычага 28, при этом поднимаетсяшток 20 и грузовой рычаг 10. К концу хода поршня 25 масляного амортизатора 17 шток 20 придет в начальное положение и снимет нагрузку.

Порядок выполнения работы:

Запишите: практическая работа № 1, тема, цель;

Дайте определение твердости;

Перечислите методы измерения твердости;

Оформите работу в виде таблицы:

Наименование метода	Сущность метода	Индентор	Продолжительность выдержки	Условное обозначение твердости	Схема определения твердости	Схема прибора для измерения твердости

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/208330-prakticheskaja-rabota

Как измерить твердость металлов

Измерение твердости металлов

Изображение предоставлено Shutterstock/Thaweesak Thipphamon

Существует несколько различных методов испытаний и шкал, которые используются для измерения относительной твердости таких материалов, как металлы. Ниже приводится краткое изложение наиболее распространенных из этих методологий.

Испытание на твердость по Бринеллю

Испытание по Бринеллю для определения твердости металлических материалов заключается в приложении известной нагрузки к поверхности испытуемого материала через закаленный стальной шарик известного диаметра.Измеряют диаметр полученного постоянного отпечатка в металле, а затем рассчитывают число твердости по Бринеллю (BHN) по следующей формуле, в которой D = диаметр шарика в миллиметрах, d = измеренный диаметр по краю отпечатка в миллиметрах, и P = приложенная нагрузка в килограммах.

Если бы стальной шарик не деформировался под действием приложенной нагрузки и если бы отпечаток действительно был сферическим, то предыдущая формула была бы общей, и можно было бы использовать любую комбинацию приложенной нагрузки и размера шарика.Отпечаток, однако, не совсем сферическая поверхность, потому что всегда должна быть некоторая деформация стального шарика и некоторое восстановление формы металла в отпечатке; следовательно, для стандартного теста Бринелля размер и характеристики мяча, а также величина приложенной нагрузки должны быть стандартизированы. В стандартной пробе Бринелля используется мяч диаметром 10 мм и нагрузка 3000, 1500 или 500 кг. Желательно, хотя и не обязательно, чтобы испытательная нагрузка была такой величины, чтобы диаметр выемки был в пределах 2.от 50 до 4,75 мм. Следующие испытательные нагрузки и приблизительные числа Бринелля для этого диапазона диаметров оттисков составляют: 3000 кг, от 160 до 600 BHN; 1500 кг, от 80 до 300 BHN; 500 кг, от 26 до 100 руб. При проведении теста Бринелля нагрузку следует прикладывать постоянно и без рывков в течение не менее 15 с для железа и стали и не менее 30 с при испытании других металлов. Минимальный период 2 минуты, например, рекомендуется для магния и магниевых сплавов. (Для более мягких металлов иногда используются нагрузки в 250, 125 или 100 кг.)

В соответствии со стандартом E10-66 Американского общества по испытаниям и материалам стальной шарик можно использовать для материала с BHN не более 450, шар Hultgren — для материала не более 500 или карбидный шарик — для материала не более 630. Испытание на твердость по Бринеллю не рекомендуется для материалов с BHN выше 630.

Испытание на твердость по Роквеллу

Твердомер по Роквеллу представляет собой прибор, который измеряет твердость путем определения глубины проникновения пенетратора в образец при определенных фиксированных условиях испытания.Пенетратор может представлять собой стальной шарик или алмазный сфероконический пенетратор. Число твердости связано с глубиной вдавливания, и число выше, чем тверже материал. Сначала прикладывается небольшая нагрузка в 10 кг, вызывающая начальное проникновение; циферблат устанавливается на ноль на черно-цифровой шкале, и прикладывается основная нагрузка. Эта основная нагрузка обычно составляет 60 или 100 кг, когда в качестве пенетратора используется стальной шар, но при необходимости могут использоваться и другие нагрузки. Шаровой пенетратор обычно имеет диаметр 1 дюйм, но для мягких металлов могут использоваться другие пенетраторы большего диаметра, например 18 дюймов.При использовании алмазного сфероконического пенетратора нагрузка обычно составляет 150 кг. Опыт определяет наилучшее сочетание нагрузки и пенетратора для использования. После того, как большая нагрузка приложена и снята, в соответствии со стандартной процедурой, показания снимаются, пока еще действует второстепенная нагрузка.

Шкалы твердости по Роквеллу

Различные шкалы Роквелла и их применение показаны в следующей таблице. Тип пенетратора и нагрузка, используемая с каждым из них, показаны в таблицах 5 и 6, в которых приведены сравнительные значения твердости для различных шкал твердости.

Там, где желателен неглубокий отпечаток или небольшая площадь для материалов, более мягких, чем закаленная сталь.

Склероскоп Шора

Склероскоп — это прибор, который измеряет твердость изделия с точки зрения эластичности. Молоток с алмазным наконечником падает с известной высоты на испытуемый металл. Когда этот молоток ударяет по металлу, он отскакивает, и чем тверже металл, тем сильнее отскок. Записывается предельная высота отскока, и среднее число показаний, снятых на одном изделии, даст хорошее представление о твердости работы.Гладкость поверхности работы влияет на показания прибора. На показания также влияют контур и масса изделия и глубина гильзы, а в науглероженном изделии мягкий сердечник малоглубинного науглероживания, пакетной закалки или цианидной закалки, поглощающий силу удара молотка. и уменьшая отскок. Молоток весит около 40 гран, высота отскока закаленной стали составляет около 100 по шкале, или около 614 дюймов (158,8 мм), а общее падение составляет около 10 дюймов или 255 миллиметров.

Испытание на твердость по Виккерсу

Критерий Виккерса в принципе аналогичен критерию Бринелля. Стандартный пенетратор Виккерса представляет собой алмазную пирамиду с квадратным основанием, имеющую угол при вершине 136 градусов. Числовое значение числа твердости равно приложенной нагрузке в килограммах, деленной на площадь пирамидального вдавления. Требуется гладкая, прочно поддерживаемая, плоская поверхность. Нагрузка, которую обычно прикладывают в течение 30 секунд, может составлять 5, 10, 20, 30, 50 или 120 килограммов.50-килограммовая нагрузка – самая обычная. Число твердости основано на длине диагонали квадратного отпечатка. Тест Виккерса считается очень точным и может применяться как к тонким листам, так и к более крупным профилям при надлежащем регулировании нагрузки.

Числа твердости по Кнупу

Испытание на твердость по Кнупу применимо к чрезвычайно тонким металлам, поверхностям с покрытием, исключительно твердым и хрупким материалам, очень неглубоким науглероженным или азотированным поверхностям, а также в тех случаях, когда приложенная нагрузка не должна превышать 3600 граммов.Индентор Кнупа представляет собой алмаз, отшлифованный до вытянутой пирамидальной формы, и он производит отпечаток, имеющий длинные и короткие диагонали с соотношением примерно 7 к 1. Продольный угол индентора составляет 172 градуса, 30 минут, а поперечный угол 130 градусов. . Прибор Tukon Tester, в котором используется индентор Кнупа, является полностью автоматическим с электронным управлением. Число твердости по Кнупу равно нагрузке в килограммах, деленной на проектируемую площадь вмятины в квадратных миллиметрах. Число отпечатков, соответствующее длинной диагонали и заданной нагрузке, можно определить по таблице, рассчитанной для теоретически идеального индентора.Нагрузку, которая может варьироваться от 25 до 3600 грамм, прикладывают в течение определенного времени и всегда перпендикулярно испытуемой поверхности. Необходимы притертые плоские поверхности без царапин.

Индикатор твердости Monotron

С помощью этого инструмента импрессорный наконечник с алмазным шариком диаметром 34 мм вдавливается в материал на глубину 95000 дюймов; давление, необходимое для создания этого постоянного отпечатка, указывает на твердость. Один из двух циферблатов показывает давление в килограммах и фунтах, а другой — глубину отпечатка в миллиметрах и дюймах.Показания в числах Бринелля можно получить с помощью шкалы, обозначенной как М-1.

Keep’s Test

С помощью этого устройства стандартное стальное сверло делает определенное число оборотов, прижимая его со стандартной силой к испытуемому образцу. Твердость автоматически записывается на диаграмме, на которой совершенно мягкий материал дает горизонтальную линию, а материал, такой же твердый, как само сверло, дает вертикальную линию, промежуточная твердость представлена соответствующим углом между 0 и 90 градусами.

Резюме

В этой статье обобщены общие методы и шкалы для определения твердости металлов, включая тесты на твердость по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу. Узнайте больше о свойствах материалов из Справочника по машинному оборудованию, 30-е издание, которое опубликовано и доступно в Industrial Press на Amazon.

Чтобы найти источники поставок приборов для измерения твердости, посетите платформу поиска поставщиков Thomas, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг.

Другие изделия из металлов

Еще из раздела Инструменты и элементы управления

Определение твердости металлов | Лабораторные испытания Inc.

Роквелл, Бринелль, испытание на твердость по Виккерсу и др.

Материал Испытание на твердость определяет прочность материала путем измерения его сопротивления проникновению. Результаты испытаний на твердость могут быть чрезвычайно полезными при выборе материалов, поскольку сообщаемое значение твердости показывает, насколько легко материал поддается механической обработке и насколько хорошо он будет изнашиваться.Испытания металлов на твердость обычно проводятся для оценки ценности обработки и покрытий.

Laboratories Testing Inc., недалеко от Филадельфии, штат Пенсильвания, США, проводит испытания на твердость металлических материалов . Методы испытаний включают в себя различные услуги по определению микротвердости и макротвердости, такие как Rockwell, поверхностный Rockwell, Brinell, Vickers и Knoop.

Испытания проводятся в соответствии со спецификациями ASTM, а также другими стандартами и требованиями заказчика в отношении типа материала и применения.Все испытательные образцы могут быть подготовлены на месте в нашем механическом цехе для быстрого выполнения работ.

Ассортимент методов определения твердости металлов

Испытание на твердость по Роквеллу и Поверхностное испытание на твердость по Роквеллу выполняются на отливках, поковках и других относительно крупных металлических изделиях и образцах, поскольку при испытаниях образуется большая видимая вмятина.

Тест на твердость по Бринеллю можно применять практически к любому металлическому материалу.

Определение микротвердости по Определение твердости по Кнупу и Виккерсу Методы измеряют небольшие образцы или небольшие области в образце. Они часто используются для измерения твердости поверхности или покрытия на науглероженных или цементируемых деталях, а также состояния поверхности, таких как прижоги от шлифовки или обезуглероживание. (Виккерс также доступен в макровесах до 50 кг.)

Таблицы преобразования

для сравнения весов доступны на веб-сайте LTI.

Методы испытаний/спецификации

Роквелл – ASTM E18; НАСМ-1312-6
Поверхностный по Роквеллу – ASTM E18; НАСМ-1312-6
Бринелля – ASTM E10
Микротвердость – ASTM E384; НАСМ-1312-6
Виккерс – ASTM E384, ASTM E92

Запросите расценки на испытания в соответствии с вашими требованиями к испытаниям на твердость.

Тестовые процессы

Определение твердости обычно проводится с использованием испытательных машин, оснащенных индентором, который вдавливается в испытуемый материал в течение определенного периода времени. Форма индентора зависит от типа теста на твердость и включает коническую, шаровидную и пирамидальную формы. Каждая испытательная машина также использует другую систему приложения силы или нагрузки и записывает значение твердости при вдавливании в килограммах силы в соответствии с их индивидуальными шкалами твердости.

Испытание на твердость по Бринеллю

Во время теста на твердость по Бринеллю твердосплавный шариковый индентор вдавливается в образец с точно контролируемой силой в течение определенного периода времени.После удаления материал имеет круглую выемку, которая измеряется для расчета твердости материала по формуле.

Испытание на твердость по Роквеллу

В дополнение к тесту на твердость по Роквеллу существует поверхностный тест по Роквеллу. Для каждого испытания небольшая нагрузка прикладывается либо к алмазному конусу, либо к индентору со стальным шариком, расположенному на поверхности испытуемого материала, чтобы установить нулевое контрольное положение. Затем в течение определенного периода времени прикладывается большая нагрузка, после чего остается приложенной второстепенная нагрузка.Число твердости по Роквеллу будет представлять собой разницу в глубине между нулевой контрольной позицией и отпечатком из-за большой нагрузки.

Выбор индентора зависит от характеристик исследуемого материала. В тесте на твердость по Роквеллу применяются более высокие значения малой и большой нагрузки, чем в поверхностном тесте по Роквеллу, однако оба теста предлагают три различных варианта основных нагрузок. Для испытаний на твердость по Роквеллу и поверхностных испытаний на твердость по Роквеллу используется более тридцати различных шкал из-за различных вариантов и комбинаций испытаний, инденторов и основных нагрузок.

Испытание на твердость по Кнупу

Этот тест на микротвердость используется для очень маленьких деталей и элементов материала, которые невозможно проверить другими методами, и использует испытательную нагрузку 1000 граммов или меньше. Тест Кнупа проводится, как и определение твердости по Бринеллю, путем приложения контролируемой силы в течение определенного времени к индентору в форме ромба. Оттиск измеряется под микроскопом и используется вместе с испытательной нагрузкой для расчета значения твердости по шкале Кнупа.

Испытание на твердость по Виккерсу

Испытание на твердость по Виккерсу можно проводить как по шкале микро-, так и по макротвердости с максимальной испытательной нагрузкой 50 кг.Этот тип испытания на твердость также выполняется путем приложения контролируемой силы в течение определенного периода времени к индентору, который в данном случае представляет собой алмазную пирамиду с квадратным основанием. Измерение оттиска и испытательная нагрузка используются в соответствующей формуле для расчета значения твердости по Виккерсу. Подобно Бринеллю и Кнупу, этот метод имеет одну шкалу, охватывающую весь диапазон твердости.

Возможности LTI

Передовой опыт определения твердости по Роквеллу

Основы измерения твердости

Твердость применительно к большинству материалов, и в частности к металлам, является ценным, показательным и широко используемым механическим тестом, который используется в различных формах уже более 250 лет.Как материальное имущество, его ценность и важность нельзя недооценивать; информация, полученная в результате испытания на твердость, может быть использована для получения важной информации о характеристиках материала и понимания долговечности, прочности, гибкости и возможностей различных типов компонентов, от сырья до подготовленных образцов и готовой продукции. Испытания на твердость широко используются во многих отраслях промышленности и играют особую роль в строительстве, аэрокосмической, автомобильной промышленности, контроле качества, анализе отказов и многих других формах производства.

Что такое испытание на твердость при вдавливании?

Самое основное и часто используемое определение — сопротивление материала остаточной пластической деформации. Его измеряют, помещая индентор с заданной геометрией и свойствами в материал в течение определенного промежутка времени и измеряя либо глубину проникновения, либо размеры полученного отпечатка или отпечатка. Испытания по Роквеллу являются наиболее часто используемым методом благодаря быстрому получению результатов и обычно используются для металлов и сплавов.Он генерирует значение на основе глубины отступа или невосстановленного отступа.

Важность хорошей практики

Для получения точных и надежных результатов определения твердости по Роквеллу крайне важно, чтобы операторы и используемые методы следовали надлежащей методике и практике испытаний. Точный характер и точность теста Роквелла требуют соблюдения строгого протокола определения твердости и соблюдения стандартов. С единицей измерения одной обычной точки Роквелла, равной всего 0.002 мм (около 0,00008 дюйма) становится очевидным, что такое точное измерение требует очень точной измерительной системы и процесса. Неправильная подготовка и проведение испытания на твердость по Роквеллу может привести к искажению данных испытаний или ложным показаниям, что может привести к производству и поставке некондиционной продукции. Это может иметь пагубные и катастрофические последствия для производительности и целостности товаров, в которых они используются.

Тип материала
Толщина образца
Площадь/ширина
Место тестирования
Однородность материала
Ограничения масштаба

Методы испытаний Роквелла — шкала испытаний

Следовать разумной практике и соблюдать применимые стандарты относительно просто и будет в значительной степени способствовать получению достоверных и точных результатов.Прежде всего в любом испытательном процессе по Роквеллу необходимо определить правильную шкалу твердости, которая будет использоваться для тестируемого компонента. Существует 30 различных шкал Роквелла, большинство из которых охватывает шкалы Rockwell HRC и HRB для испытания большинства сталей, латуни и других металлов. С ростом использования материалов, отличных от обычной стали и латуни, а также требований к тестированию тонких материалов и листовой стали, необходимы базовые знания о факторах, которые необходимо учитывать при выборе правильной шкалы, чтобы обеспечить точность теста Роквелла.Выбор стоит не только между обычным испытанием на твердость и испытанием на поверхностную твердость с тремя различными основными нагрузками для каждого, но также между алмазным индентором и сталью диаметром 1/16, 1/8, 1/4 и 1/2 дюйма. шариковые инденторы. Часто технические спецификации устанавливаются на этапе проектирования материалов, и оператор может полагаться на задокументированные требования к весу. Если спецификации не существует или есть сомнения в пригодности заранее определенной шкалы, следует провести анализ следующих факторов, влияющих на выбор шкалы:

Тип материала

При отсутствии определенной шкалы твердости следует определить тип материала и сравнить его с различными таблицами, в которых указан типичный тип шкалы, применимый к данному материалу.Обычно это основано на исторических данных и информации эмпирического тестирования. Как правило, рекомендуется использовать самую большую нагрузку, которую может выдержать материал, поскольку больший отступ обеспечит наибольшую целостность и минимальное влияние состояния поверхности материала. Как правило, инденторы с алмазной шкалой используются для закаленных сталей и других очень твердых материалов, в то время как шариковые шкалы более применимы к материалам из латуни, медных сплавов и алюминия. В то время как знание состава материала является необходимым инструментом при выборе весов, есть несколько других чрезвычайно важных параметров материала, которые играют роль при определении надлежащего метода и техники испытаний, которым необходимо следовать.

Толщина материала

Первостепенное значение при выборе шкалы имеет толщина материала. Поскольку 30 шкал Роквелла различаются суммарной испытательной силой, а также типом индентора, на нагрузку или силу, чрезмерную для толщины материала, в конечном счете будет влиять опорная наковальня. Прерывание потока материала, подобное этому, может привести к ошибочным показаниям и значительной неправильной интерпретации фактической твердости материала. ASTM предоставляет требования к толщине окалины как в табличной, так и в графической форме.Рекомендуется использовать их в качестве справочного руководства при выборе подходящей шкалы в зависимости от толщины материала. Общее, хотя и приблизительное, правило состоит в том, что материал должен быть как минимум в 10 раз больше глубины отпечатка при использовании индентора алмазного типа и как минимум в 15 раз больше глубины вдавливания при использовании индентора шарикового типа. При необходимости можно рассчитать фактическую глубину любой вмятины, чтобы подтвердить выполнение этого требования, но обычно это не требуется, поскольку справочные таблицы и графики предоставляют достаточную информацию для принятия обоснованного решения.Как правило, на опорной (нижней) поверхности материала не должно быть заметно деформации материала.

Служба поддержки

Поддержка образца также чрезвычайно важна при испытаниях по Роквеллу, поскольку этот метод включает измерение глубины. Любое движение образца передается на индентор и измерительную систему, в результате чего в тест вносится ошибка. С точным характером теста (имея в виду, что один балл Роквелла по обычной шкале равен 0.002 мм или 0,00008 дюйма) перемещение всего на 0,001 дюйма может привести к ошибке более чем в 10 пунктов Роквелла. Поддерживающая наковальня должна быть выбрана в соответствии с геометрией образца и обеспечивать полную и бескомпромиссную поддержку, и очень важно, чтобы наковальня была достаточно жесткой, чтобы предотвратить любую деформацию во время использования. Есть определенные критерии, которым должны соответствовать все наковальни; хорошей ссылкой является ASTM E18, где можно найти основные рекомендации, включая рекомендации по твердости наковальни. Опорное плечо и поверхность, на которую опирается образец, должны быть параллельны друг другу, а наковальня должна располагать испытуемый образец перпендикулярно индентору.Как на опорной поверхности, так и на буртике не должно быть вмятин, царапин и грязи, и они должны иметь достаточную конструкцию, чтобы должным образом поддерживать испытуемый материал. Наковальни следует регулярно проверять, как правило, перед каждым использованием, и если обнаружено, что они слишком повреждены, их следует заменить. Поврежденные, зазубренные или грязные инденторы могут вызвать значительный дрейф и проблемы с воспроизводимостью показаний твердости. Существует множество стандартизированных, а также изготовленных по индивидуальному заказу приспособлений для приспособления к тестируемым образцам различной геометрии.Некоторые из наиболее распространенных наковальней включают плоские или плоские наковальни для поддержки плоских поверхностей, наковальню в форме буквы «V» для поддержки цилиндрических работ и цилиндрическую наковальню для деталей большего диаметра. Другой часто используемой наковальней является наковальня с пьедесталом, которая имеет небольшую приподнятую плоскую точку и используется при проверке небольших, тонких или неправильной формы деталей, а также испытуемых материалов, не имеющих действительно плоского дна. Поскольку очень важно обеспечить контакт между испытуемым образцом и частью наковальни непосредственно под индентором, небольшое выступающее пятно сводит к минимуму эффект, который может быть достигнут с неплоскими испытуемыми образцами, за счет уменьшения площади поверхности контакта.Образцы для испытаний, которые не являются плоскими, должны быть помещены на опорную наковальню изогнутой стороной вниз, чтобы обеспечить плотный контакт с наковальней в точке испытания. Для поддержки изделий тонкого листового типа рекомендуется использовать алмазную точечную наковальню. Эта наковальня состоит из слегка приподнятой плоской полированной алмазной поверхности, которая поддерживает образец и предотвращает повреждение и воздействие, которые могут возникнуть при использовании стандартной наковальни. Эта наковальня используется только с весами Роквелла на 15 или 30 тонн. Никогда не рекомендуется использовать алмазный индентор с алмазной наковальней, так как возможна поломка индентора и наковальни.Наковальня «гусиная шея» рекомендуется для испытания поверхностей наружного диаметра тонкостенных труб. Обычно он навинчивается на ходовой винт тестера или опорный держатель и включает в себя оправку в верхней части для поддержки тестируемой детали, которая помещается на эту оправку, чтобы предотвратить податливость материала во время испытаний. Более крупные детали можно поддерживать с помощью испытательных столов большого диаметра или стола с Т-образными пазами, которые можно использовать для зажима испытательного образца на столе. Из-за размера и веса стола с Т-образными пазами их можно использовать только с тестерами Rockwell®, которые приводят в действие индентор вниз к неподвижному столу, прикрепленному к основанию тестера, в отличие от ввода детали в алмаз через провод. винтовое срабатывание.Еще одним полезным приспособлением является приспособление Vari-Rest, которое выдвигается горизонтально для поддержки удлиненных деталей.

Перпендикулярность

Фундаментальным требованием является то, чтобы поверхность, подлежащая вдавливанию, была перпендикулярна направлению движения индентора и чтобы образец не двигался и не скользил во время цикла испытания. Исследование показало, что влияние на шкалу HRC указывает на то, что угол наклона в один градус между поверхностью образца и осью индентора может привести к 5%-ной ошибке в твердости.Угол наклона никогда не должен превышать 2 градусов, чтобы обеспечить точное тестирование. На перпендикулярность индентора к образцу влияют многие факторы, в том числе противоположные поверхности материала, опорная наковальня и механические компоненты тестера. Кроме того, индентор и держатель индентора играют решающую роль в перпендикулярности.

Интервал отступа

Во время испытания образцов или проверки образцов расстояние между отпечатками, а также от кромки материала должно быть надлежащим образом выдержано, чтобы любые соседние отпечатки или обработанные края не влияли на следующее испытание.Принятый критерий заключается в том, что расстояние от центра любого углубления должно быть не менее чем в три раза больше диаметра углубления. Что касается расстояния от края материала, то расстояние от центра любого углубления до края испытуемого образца должно быть не менее не менее чем в два с половиной раза больше диаметра вмятины. Цель этих расстояний состоит в том, чтобы гарантировать, что на любое сделанное углубление не повлияет деформационное упрочнение и течение материала вокруг предыдущего углубления. Кроме того, требование к краевому расстоянию гарантирует, что площадь контакта вмятины обеспечивает надлежащую опору.

Цилиндрические испытания и поправочные коэффициенты

При испытаниях на цилиндрических поверхностях результаты обычно показывают более низкое значение твердости, чем если бы материал был плоским. Это условие связано с кривизной образца для испытаний и зависит от приложенной силы; твердость материала; размер и форма углубления; и диаметр испытательного образца. Если испытания будут использоваться только в целях контроля, а все остальные факторы останутся одинаковыми (диаметр образца, масштаб и индентор), будет достаточно информации, чтобы можно было сопоставить сравнительные данные и последующие испытания.Однако в большинстве случаев лучше сравнивать твердость закругленного материала со значением твердости плоского куска, делая необходимыми поправочные коэффициенты. В цилиндрическом изделии уменьшение боковой поддержки приведет к тому, что индентор глубже проникнет в материал, что приведет к более низким показаниям твердости. Если диаметр материала превышает 25 мм (1 дюйм), поверхность будет иметь подходящую структуру поверхности для испытаний, и исправления не требуются. Материалы меньшего диаметра потребуют добавления поправочного коэффициента к результату испытания.Большинство доступных цифровых тестеров Rockwell обеспечивают соответствие диаметру цилиндра, и к результату автоматически добавляется поправочный коэффициент. В тестере циферблатных индикаторов с ручным управлением необходимо обращаться к таблицам поправок ASTM, чтобы определить правильный коэффициент для корректировки. В качестве альтернативы, в отличие от выпуклых поверхностей, вогнутые поверхности будут обеспечивать большую опору для материала из-за кривизны по направлению к индентору и приведут к явно более твердому материалу из-за образования более мелкой выемки.В этом случае необходимо вычесть поправочный коэффициент. Следует отметить, что все поправки дают приблизительные результаты, и не следует ожидать, что они будут соответствовать точным спецификациям. Также очень важно обеспечить точное выравнивание индентора по радиусу при цилиндрическом контроле.

Чистота поверхности

В соответствии с хорошей практикой тестируемый материал должен быть чистым, гладким и ровным. Степень шероховатости поверхности образца, которая может повлиять на результаты твердости, зависит от используемой шкалы Роквелла.Обычно обычные весы допускают чистовую шлифовку поверхности для получения точных результатов. Однако по мере того, как приложенные силы становятся меньше, требования к поверхности становятся более важными, и потребность в более гладкой поверхности становится более важной. Для наименьшего испытательного усилия на твердость, по шкале 15 кгс, рекомендуется полированная или притертая поверхность. Следует соблюдать осторожность при отделке любого материала перед испытанием, чтобы избежать возможности вызвать упрочнение материала.

Другие важные факторы, которые следует учитывать

Чистота материала, опорных наковальней, инденторов и любых контактирующих поверхностей, а также общее состояние машины являются ключевыми элементами.
Следует также учитывать окружающую среду прибора. Старайтесь избегать областей, где возникает чрезмерная вибрация, чтобы предотвратить любое влияние на работу тестера и показания твердости. Необходимо обеспечить поддержание постоянного диапазона температур в месте размещения тестера. ASTM рекомендует проводить испытания при температуре окружающей среды от 50 до 95° F (10–35° C).Эксплуатация тестера при экстремальных температурах может отрицательно сказаться на данных испытаний.
Также важна ежедневная непрямая проверка работоспособности тестирующего прибора; используемые весы должны быть проверены с использованием стандартных тестовых мер или купонов. По возможности рекомендуется проверять систему при каждой смене весов и при запуске каждой смены. Следует выбирать блоки, которые находятся в приблизительном диапазоне тестируемого материала и используются только на калиброванной стороне.Для установки наковальни, блока и индентора необходимо сделать два «посадочных» углубления. Эти значения должны быть отброшены до фактической регистрации результатов. Всего в процессе проверки должно быть сделано пять показаний; измеренные значения должны находиться в пределах допусков, указанных на блоке и сертификате блока. Если проверка не удалась, машину следует вывести из эксплуатации до тех пор, пока не будут выполнены соответствующие регулировки или ремонт. Следует проводить периодический визуальный осмотр алмазных и шариковых инденторов на наличие повреждений, которые могут возникнуть во время испытаний, а поврежденные – заменять.
Наконец, техническое обслуживание и санкционированная проверка прибора необходимы для бесперебойной работы и гарантии того, что система соответствует требованиям к точности теста Роквелла. ASTM рекомендует ежегодное техническое обслуживание и проверку тестера Rockwell и более частую проверку при интенсивном использовании или экстремальных условиях. Проверка должна выполняться аккредитованным агентством по проверке, а отчет должен следовать и ссылаться на метод испытаний ASTM E18 Rockwell.
Испытание на твердость является важным и полезным инструментом при испытании материалов, контроле качества и приемке, а также характеристик материалов.Мы полагаемся на данные, полученные для проверки термической обработки, структурной целостности и качества компонентов, чтобы определить, обладает ли материал свойствами, необходимыми для обеспечения того, чтобы материалы, используемые в вещах, которые мы используем каждый день, вносили свой вклад в хорошо спроектированный, эффективный и безопасный мир. . Надлежащая техника, процедура, строгое соблюдение стандартов и соблюдение передовой практики в значительной степени способствуют точности и полезности испытаний по методу Роквелла.

Общие методы идентификации металлов | Веричек Технические услуги

Способность идентифицировать металл является ценным навыком для многих операций, таких как сварка, механическая обработка, резка и изготовление.

Металлурги используют различные методы, от традиционных до современных, для идентификации металлолома и листового металла, поступающего в цех. В этом посте мы рассмотрим некоторые известные традиционные и современные методы идентификации металлов, а также плюсы и минусы их использования.

Традиционный метод тестирования

Некоторые популярные традиционные методы тестирования: Внешний вид , Spark , Rockwell и Brinell Har Плотность .Как правило, преимущество этих тестов заключается в их экономической эффективности, а недостатки включают сильную зависимость от опыта персонала и методы, которые могут повредить образцы.

Проверка внешнего вида

Проверка внешнего вида не всегда дает достаточно информации, но может дать достаточно информации для классификации металла. Этот тест учитывает цвет металла и наличие или отсутствие следов механической обработки на поверхности металла.

Искровой тест

Испытание на искрообразование проводится путем касания куском металла высокоскоростной переносной или стационарной шлифовальной машины с давлением, достаточным для создания искры струи.Опытный слесарь визуально осматривает поток искры, чтобы идентифицировать металлы, и рассматривает длину, цвет и форму потока искры, прежде чем идентифицировать металл.

При использовании этого визуального метода проверки искры мы рекомендуем доверить эту проверку опытным специалистам. В Веричек мы предлагаем услуги по испытанию металлов, а также продажу инструментов для испытаний металлов. Когда клиент запрашивает искровой тест, для выполнения задания отправляются только самые опытные и квалифицированные специалисты Verichek.

Тест Роквелла

Для проведения этого испытания требуется твердомер по Роквеллу. Суть этого метода заключается в измерении глубины отпечатка, сделанного конусообразным наконечником в испытательной машине. Этот специальный тест ограничен, поскольку он показывает только одно из многих свойств металла — твердость металла. Мягкие металлы будут иметь более глубокие отпечатки, а твердые металлы будут иметь более легкий отпечаток.

Испытание на твердость по Бринеллю

похоже на испытание по Роквеллу, поскольку они оба оценивают металлический отпечаток, оставленный предполагаемым объектом.Тест на твердость по Бринеллю отличается тем, что измеряет площадь отпечатка. Закаленный шарик прижимается к металлической поверхности под нагрузкой в 3000 кг, чтобы создать отпечаток. Затем площадь вдавливания измеряется и ей присваивается число твердости. Большая вдавленная область указывает на более мягкий металл, что означает более низкий показатель твердости.

Сравнение и противопоставление традиционных методов тестирования

ВНЕШНИЙ ВИД	СПАРК	ROCKWELL	ТВЕРДОСТЬ ПО БРИНЕЛЛЮ
На основании внешнего вида	На основании внешнего вида	Нет необходимого оборудования	Требуется дополнительное оборудование
Классифицирует металл	Классифицирует металл	Проверяет твердость металла	Проверяет твердость металла
Не требует оборудования	Требуется дополнительное оборудование	Измерение глубины вдавления	Измерение площади вдавления
Не всегда предоставляет достаточную информацию	Требуется обученный специалист	Требуется подготовленная поверхность	Используется для шероховатых поверхностей

Больше не полагаясь только на глаз или личный опыт, современные методы испытаний металлов включают технологии, повышающие скорость процесса и точность результатов при одновременной защите образцов.

Один из популярных методов называется Положительная идентификация металлов (PMI) , в котором используется рентгенофлуоресцентная (XRF) и оптико-эмиссионная спектрометрия (ОЭС) . PMI – это анализ металлического сплава для установления его состава и идентификации марки сплава путем считывания количества в процентах его элементов. Анализаторы PMI обеспечивают детальный элементный анализ материалов для использования в различных областях, от промышленных до исследовательских.

Методы XRF и OES широко используются в промышленности, поскольку они дают точные результаты в течение нескольких секунд после тестирования.Существуют небольшие различия в методах, как описано ниже.

Оптическая эмиссионная спектрометрия

Оптическая эмиссионная спектрометрия (ОЭС)

проста в использовании, быстра и может определять точный количественный распад твердых материалов. OES, также известная как атомно-эмиссионная спектрометрия, использует интенсивность света, излучаемого на определенной длине волны, для определения элементного состава образца. Как и отпечатки пальцев, испускание лучей и света уникальны для металла.

Анализ дается в процентном соотношении.Анализ OES универсален и может использоваться в стационарных, портативных или мобильных средах. Сочетание скорости, универсальности и простоты использования этого метода делает его идеальным испытанием для сплавов.

Рентгенофлуоресцентный

Рентгенофлуоресцентный (XRF) — это высокоточный и точный метод измерения элементного состава материалов. XRF-спектрометры возбуждают образец рентгеновскими лучами высокой энергии, заставляя образец излучать определенные характерные лучи, которые считываются XRF-спектрометром.

Требуется портативный XRF-пистолет, но процесс может занять доли секунды. Металлы с высоким процентным содержанием могут считываться за несколько секунд, в то время как металлы с содержанием частиц на миллион могут занимать до нескольких минут. Тем не менее, вы не можете найти более быстрое чтение.

Рентгеновская дифракция

Рентгеновская дифракция (XRD) используется для определения информации о химическом составе металлов. XRD можно использовать рука об руку с XRF, поскольку XRD продвигает тестирование на один шаг вперед, чтобы дать дополнительный контекст.

Процесс идентифицирует присутствующие кристаллические фазы и сравнивает их с базой данных заархивированных фаз. Элементы анализируются в виде измельченного порошка.

XRD помогает оценивать минералы, полимеры, коррозионно-активные вещества, а также другие различные неизвестные материалы. Этот метод может быть полезен для определения и количественной оценки фаз, а также для анализа текстуры.

В отличие от традиционных методов, требующих многолетнего обучения, металлургов, вооруженных спектрометрами PMI, можно обучить и приступить к работе за считанные минуты.

Чтобы узнать о новых и бывших в употреблении анализаторах металлов, использующих эту технологию, ознакомьтесь с нашим онлайн-каталогом анализаторов металлов.

Спектрометр лазерного пробоя (LIBS)

Спектрометр лазерного пробоя (LIBS) представляет собой разновидность атомно-эмиссионной спектрометрии, но для возбуждения образца в нем используется высокоэнергетический лазерный импульс. Этот метод также считается неразрушающим для образцов и популярен при анализе металлолома.

В Веричеке наш mPulse — это портативный LIBS, который может анализировать любые типы металлов в течение 1 секунды.mPulse выпускает лазер, вызывающий высокотемпературную плазму на поверхности образца, а генерируемый свет указывает на состав образца. Это процесс «наведи и снимай», который обеспечивает быстрые и точные результаты!

Сравнение и противопоставление современных методов тестирования

Благодаря современным методам тестирования, таким как идентификация положительного металла, вы можете минимизировать свое рабочее время и максимизировать свою прибыль, в то время как традиционные методы тестирования металлов могут предоставить только общую информацию о ваших образцах.От портативных спектрометров до настольных лабораторных ОЭС и мобильных ОЭС — вы можете приобрести у нас ассортимент анализаторов металлов. Для тех, у кого ограниченный бюджет, наши бывшие в употреблении анализаторы металлов доступны по цене и прошли проверку на качество.

Если вы не уверены, какой анализатор металлов лучше всего подходит для вашей работы, обратитесь сегодня к одному из наших экспертов по спектрометрам за профессиональной рекомендацией. Мы также предоставляем услуги по тестированию металлов и поддержку продуктов для предприятий по всей Северной Америке. Свяжитесь с нами сегодня, если вам нужен ремонт спектрометра или профессиональное обслуживание PMI.

Определение твердости – Производственные процессы 4-5

После прохождения этого модуля вы сможете:

Выполнение теста Роквелла
Выполнение теста Бринелля

Помимо проверки нашей термической обработки в цехе, испытания на твердость иногда необходимы и для производственных работ. Несмотря на то, что это плохое планирование, иногда в наш механический цех поступает заказ с неизвестным сплавом или, возможно, известен его состав, но нет твердости.Можно использовать напильник для грубой проверки обрабатываемости этого металла, но лучший способ выбрать тип фрезы, скорость и подачу — это точное измерение твердости.

Бринелль: Проверка твердости путем считывания диаметра следа шарикового пенетратора.

Rockwell: Проверка твердости по глубине пенетратора.

Метод Роквелла широко применяется как для мягких, так и для твердых металлов. Эта система измеряет пластичность путем измерения глубины, на которую остроконечный зонд известной формы и размера проникнет в материал при воздействии на него точной силы.Благодаря ассортименту Rockwell это самый популярный тест в инструментальных и небольших производственных цехах, а также в учебных лабораториях.

Номера Роквелла:

В системе Роквелла имеется несколько различных шкал. Мы будем использовать шкалу Rockwell C, правильно используемую для закаленной стали. Можно сказать, что шкала C начинается с 0 (отожженная сталь) и доходит до 68, что тверже, чем у инструмента из быстрорежущей стали, и близко к твердосплавному инструменту. Он обозначается большей буквой R с нижним индексом шкалы.

Р _С

Двухэтапный тест Роквелла:

Шаг 1.Калибровка нагрузки

Тестовый объект устанавливается на нижнюю наковальню таким образом, чтобы он был устойчивым и не двигался при нажатии сверху. Затем конусообразный алмазный пенетратор приводится в контакт, а затем вбивается в металл с заданным усилием 20 фунтов. Это приводит к тому, что коническая точка утопает в металле от 0,003 до 0,006 дюйма. Это начальная калибровочная нагрузка. В это время большой циферблатный индикатор поворачивается до нуля.

Шаг 2.

Испытательная нагрузка Затем, когда калибровочное давление на пенетраторе и индикатор установлены на ноль, добавляется вторая дополнительная испытательная нагрузка в 20 фунтов.По мере того, как алмаз погружается дальше, его добавленная глубина преобразуется в циферблат, но в обратной зависимости. Чем глубже проникает алмаз, тем мягче металл, поэтому на циферблате должна отображаться меньшая цифра. И наоборот, когда точка не может войти очень глубоко, металл становится твердым и фиксируется выше на циферблате.

Метод Роквелла измеряет постоянную глубину отпечатка, создаваемого силой/нагрузкой на индентор.

1. Подготовьте образец.

2.Поместите тестовый образец на наковальню.

3. Предварительное испытательное усилие (обычно называемое предварительной нагрузкой или незначительной нагрузкой) прикладывается к образцу с помощью алмазного индентора.

4. Эта нагрузка представляет собой нулевое или исходное положение, которое пробивает поверхность, чтобы уменьшить влияние чистоты поверхности. После предварительной нагрузки применяется дополнительная нагрузка, называемая основной нагрузкой, для достижения общей требуемой испытательной нагрузки.

5. Это усилие удерживается в течение заданного времени (время выдержки: 10–15 секунд), чтобы обеспечить упругое восстановление.

6. Затем эта основная нагрузка снимается, и конечное положение измеряется относительно положения, полученного из предварительной нагрузки, разницы глубины вдавливания между значением предварительной нагрузки и значением основной нагрузки. Это расстояние преобразуется в число твердости.

Испытание на твердость по Бринеллю очень похоже на систему Роквелла в том, что пенетратор вдавливается в образец, однако здесь измеряемым калибром является диаметр вмятины, образовавшейся в результате проникновения твердого стального шарика известного размера в заготовку. поверхность шт.Шарики из закаленной инструментальной стали используются для испытания более мягких материалов, а шарики из твердого сплава используются для испытания более твердых металлов.

Из-за верхней твердости, ограничивающего фактора шарика Бринелля, этот тест правильно использовать в качестве теста мягких и металлов средней твердости.

Номера шкалы Бринелля:

Шкала варьируется от 160 для отожженной стали до примерно 700 для очень твердой стали.

Испытание на твердость по Бринеллю — это альтернативный способ определения твердости металлов и сплавов.

Подготовьте образец.
Поместите тестовый образец на наковальню.
Переместите индентор вниз в положение на поверхности детали.
Приложена незначительная нагрузка и установлено нулевое исходное положение.
Основная нагрузка применяется в течение заданного периода времени (от 10 до 15 секунд) после нуля.
Основная нагрузка снята, а второстепенная остается.
Следуйте процедуре определения твердости по Бринеллю образца алюминия.
1. Вдавите индентор в образец с точно контролируемым испытательным усилием.
2. Поддерживайте силу в течение определенного времени выдержки (обычно от 10 до 15 секунд).
3. По истечении времени выдержки удалите индентор, оставив в образце круглую выемку.
4. Размер отпечатка определяется оптически путем измерения двух диагоналей круглого отпечатка с помощью портативного микроскопа или микроскопа, встроенного в устройство приложения нагрузки.
5. Число твердости по Бринеллю является функцией испытательного усилия, деленной на площадь криволинейной поверхности отпечатка.Отпечаток считается сферическим, радиус которого равен половине диаметра шарика. Среднее значение двух диагоналей используется в следующей формуле для расчета твердости по Бринеллю.

БХН=Ф2Д(Д-Д2-д2)

1. Перечислите пять мер безопасности при термообработке.

2. Что необходимо знать в первую очередь при термообработке стали?

3. Каково время выдержки для металла толщиной от 1 до 2 дюймов?

4. Объясните, пожалуйста, время замачивания.

5. После завершения времени замачивания, что делать дальше?

6. Для закалки образец необходимо поместить в печь при какой температуре?

7. Объясните, пожалуйста, аустенитизацию и закалку.

8. Что такое воздушное охлаждение?

9. Пожалуйста, объясните метод Роквелла.

10. Пожалуйста, объясните тест на твердость по Бринеллю.

Эта глава была взята из следующих источников.

Материалы Испытания металлов

Intertek проводит испытания металлов для оценки пригодности, целостности и безопасности ваших продуктов, компонентов и активов.

Наши квалифицированные и опытные специалисты проводят лабораторные и полевые испытания металлов для всех видов промышленности, включая аэрокосмическую, железнодорожную, атомную, автомобильную, нефтегазовую, подводную, энергетическую, производство удобрений, производство и литейное производство.

Глобальная сеть лабораторий Intertek по испытанию материалов означает, что мы можем испытывать широкий спектр металлов и сплавов, от железа, стали, алюминия и нержавеющей стали до медных и никелевых сплавов, а также многое другое.Наше тестирование может предоставить ценные данные о:

микроструктуре
свойствах материалов
коррозии
прочности
долговечности
производительности
неисправных компонентов

на этапе исследований и разработок при разработке / инновациях продукта, решении проблем качества в производственном процессе до анализа отказов, услуг свидетелей-экспертов и соблюдения нормативных требований.Мы гарантируем, что вы соблюдаете национальные, международные и отраслевые стандарты и правила или спецификации клиента.

Независимые аккредитованные лаборатории Intertek (аккредитованные UKAS в Великобритании) поддерживаются хорошо оборудованными собственными механическими мастерскими, которые могут обеспечить быструю и точную подготовку образцов для лабораторных испытаний, механическими испытательными лабораториями и региональной службой сбора и доставки.

Кроме того, наши испытания металлических материалов дополняют наши услуги по неразрушающему контролю и сварке, предлагая универсальное решение для вашего продукта или промышленных нужд.

Наш опыт и понимание производственных процессов означает, что мы проводим наши испытания с минимальным нарушением вашего производственного и рабочего графиков, а также обеспечиваем короткие сроки выполнения работ.

Обращаясь в Intertek для проведения испытаний материалов из металлов, мы можем дать вам полную гарантию качества, что вы снижаете риски и выполняете коммерческие и нормативные требования к своей продукции, компонентам и активам.

Наши услуги по испытанию материалов включают испытания, исследования, анализ и консультационную поддержку:

Механические испытания

Отправьте нам запрос

Нужна помощь или есть вопрос? +61 (0) 2 8039 8111

Испытание на твердость легированной стали, нержавеющей стали и никелевых сплавов

Как дела, ребята, это Майкл с Майклом снова говорит о металле, чтобы получить еще немного металла! Ты готов! Держу пари, что ты! Прежде чем мы начнем, сделайте мне одолжение, нажмите эту маленькую кнопку мми и подпишитесь.Это помогло бы мне и каналу, так что спасибо. Давай сделаем это!

В этой серии видео мы часто упоминали твердость металла. Спецификации для сплавов стали, нержавеющей стали, никелевых и кобальтовых сплавов обычно содержат требования к твердости.

Так что же такое твердость и как она измеряется?

Давайте воспользуемся простым определением твердости как сопротивления, оказываемого металлом постоянным вмятинам. Для измерения и сравнения сопротивления; представьте, что у нас есть «индентор» стандартного размера и формы и фиксированная сила, которую необходимо приложить.Похоже, все, что нам нужно сделать, это измерить результирующий отпечаток, который он оставляет в металле. В «мягком» материале отпечаток больше и глубже, чем в «твердом». Результаты выражают измерением размера отпечатка или глубины отпечатка, полученного в результате процедуры испытания.

Здесь все немного сложнее. В зависимости от ожидаемой твердости и однородности испытуемого металла детали индентора или приложенная сила или и то, и другое изменяются, чтобы получить надежные результаты.

Существует два общих теста на твердость сплавов и сталей, о которых мы говорили в нашей серии видеороликов. Есть несколько других типов испытаний на твердость для специализированных приложений, которые мы сегодня не будем рассматривать.

При измерении твердости по Бринеллю используется шарообразный индентор диаметром 10 мм и приложенная сила 500 кг для мягких металлов и 3000 кг для сталей и никелевых сплавов. Для твердых материалов индентор изготовлен из карбида вольфрама

Отпечаток шарика на металлической поверхности имеет приблизительно круглую форму, и его диаметр является результатом измерения.Число твердости по Бринеллю (сокращенно «BHN») представляет собой расчетную нагрузку, деленную на площадь поверхности частичного сферического отпечатка, оставленного в металле. Математика уже сделана, чтобы сделать расчет от «диаметра Бринелля» до «BHN» в легкодоступных таблицах.

Результаты чаще всего выражаются в виде значения BHN, но также легко могут быть выражены в виде диаметра.

Например, типичный тест на твердость по Бринеллю на нержавеющей стали типа 304 оставит отпечаток диаметром 4,25 миллиметра, что соответствует 201 BHN.

Измерение твердости по Роквеллу немного более универсально в наших приложениях. Оттиски производятся инденторами гораздо меньшего размера, что делает их более удобными для испытаний даже небольших образцов или деталей.

В нем используется либо алмаз конической формы, известный как индентор Brale для твердых металлов, либо индентор в форме стального шарика диаметром 1/16″ для мягких металлов и приложенные нагрузки 60, 100 или 150 кг. Шкалы Роквелла обозначаются буквой или цифрой и буквой, которые определяют комбинацию типа индентора и приложенной нагрузки.

В тесте Роквелла применяется предварительная нагрузка в 10 кг, а затем основная нагрузка, соответствующая конкретному весу. Измеряют глубину отпечатка, оставленного основной нагрузкой.

Шкала твердости Роквелла B использует шариковый индентор 1/16″ и основную нагрузку 100 кг.