Методическая разработка по дисциплине "свойства материалов"

Министерство образования Нижегородской области   Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение  Арзамасский коммерческо­технический техникум Методические указания по выполнению лабораторных работ учебной дисциплины Свойства материалов по профессиям 15.01.32 Оператор станков с программным управлением 15.01.05 Сварщик (электросварочные и газосварочные работы),  23.01.03 Автомеханик                                          Арзамас, 2017 Одобрена МО  дисциплин  Протокол № ____ От «___» ______________20___г. Председатель МО  ______________Н.К. Дондук Составлена в соответствии с  требованиями к результатам  освоения основной  профессиональной программы по профессиям 15.01.25 Станочник  (металлообработка) 15.01.05  Сварщик (электросварочные и  газосварочные работы), 23.01.03  Автомеханик Зам. директора по УПРиЭД  _______________А.Н.Ушанков Автор: О.Г.Кузнецова,   преподаватель   категории ГБПОУ СПО «Арзамасский коммерческо­технический техникум»   спецдисциплин   первой   квалификационной Методические указания содержат задания к лабораторным работам, порядок их выполнения,   рекомендации,   перечень   контрольных   вопросов   по   каждой лабораторной   работе,   требования   к   знаниям   и   умениям.   Приведен   список оборудования, основной литературы и нормативных документов, рекомендуемых для   подготовки   к   выполнению   лабораторных   работ.   Методические   указания предназначены   для   студентов   обучающихся   по   профессиям   15.01.25   Станочник (металлообработка),   15.01.05   Сварщик   (электросварочные   и   газосварочные работы), 23.01.03 Автомеханик. 2 СОДЕРЖАНИЕ Введение Лабораторная работа № 1 Микроанализ металлов и сплавов Лабораторная работа № 2 Испытание металла на прочность при растяжении Лабораторная работа № 3 Испытание металла на твердость Лабораторная работа № 4 Испытание металла на ударную вязкость                                               3 Введение Лабораторные   работы  направлены   на  экспериментальное   подтверждение   и   проверку существенных   теоретических   положений   (законов,   зависимостей),   необходимых   при   освоении учебной дисциплины (профессиональных модулей). В   процессе   лабораторного   занятия   обучающиеся   выполняют   одну   или   несколько лабораторных   работ   (опытов)   под   руководством   преподавателя   в   соответствии   с   изучаемым содержанием учебного материала. Содержанием лабораторных работ является выполнение различных практических приемов, в том числе профессиональных, работа с оборудованием, инструментами, приспособлениями и др. Состав заданий для лабораторного занятия спланирован с расчетом, чтобы за отведенное время они могли быть выполнены качественно большинством обучающихся. Выполнению   лабораторных   работ   предшествует   проверка   знаний   студентов   –   их теоретической готовности к выполнению задания. Формы   организации   работы   обучающихся   на   лабораторных   работах   могут   быть: фронтальная, групповая и индивидуальная. При   фронтальной   форме   организации   работ   все   обучающиеся   выполняют   одновременно одну и ту же работу. При групповой форме организации работ одна и та же работа выполняется микрогруппами по 2­5 человек. При   индивидуальной   форме   организации   занятий   каждый   обучающийся   выполняет индивидуальное задание. Выполнение лабораторных работ по дисциплине   « Свойства материалов»  направлено на формирование общих компетенций: ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес. ОК   2.   Организовывать   собственную   деятельность,   выбирать   типовые   методы   и   способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество. ОК   3.   Принимать   решения   в   стандартных   и   нестандартных   ситуациях   и   нести   за   них ответственность. ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного характера. ОК   5.   Использовать   информационно­коммуникационные   технологии   в   профессиональной деятельности. ОК 6. Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями. ОК 7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), за результат 4 выполнения заданий. ОК   8.   Самостоятельно   определять   задачи   профессионального   личностного   развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации. ОК   9.   Ориентироваться   в   условиях   частой   смены   технологий   в   профессиональной деятельности. ОК   10.   Исполнять   воинскую   обязанность,   в   том   числе   с   применением   полученных профессиональных знаний (для юношей).                                                                                                      Лабораторная работа № 1 Тема: «Микроанализ металлов и сплавов» 1 Цель: выполнить микроанализ металлов и сплавов. Для   выполнения   работы   необходимо устройство   и   принцип   работы металлографических микроскопов, последовательность изготовления микрошлифов; необходимо уметь проводить наблюдение микроструктур.  знать  Выполнение   данной   практической   работы   способствует   формированию   профессиональных компетенций ПК 1.1­1.4. Выполнять механические испытания образцов материалов, использовать физико­химические методы исследования металлов, пользоваться справочными таблицами для определения свойств материалов.  2 Оборудование для испытания: 1) 2) металлографический микроскоп – 1 шт; образцы материалов (микрошлифы) – 1 шт. ВРЕМЯ ВЫПОЛНЕНИЯ: 90 минут   3 Теоретическое обоснование Микроанализ   применяют   для   изучения   металлов   и   сплавов   на   специальных   образцах (микрошлифах). Строение металла или сплава, наблюдаемое при помощи микроскопа, называется микроструктурой. Между микроструктурой металлов и их свойствами существует четкая связь. Микроанализ позволяет: • • • определить форму и размеры зерен; определить форму, размеры, содержание и относительное расположение фаз; выявить наличие имеющихся в металле неметаллических включений и микродефектов (микротрещины и микропоры). 5 Эта   информация   позволяет   судить   о   свойствах   металлов   и   сплавов,   о   предшествующей обработке этих материалов (литье, деформирование, термообработка и др.). Микроанализу   подвергают   специально   подготовленные   образцы,   называемые микрошлифами.   Микрошлиф   –   это   срез   металла,   отполированного   до   состояния   зеркальной поверхности.  Микрошлиф  готовят,  вырезая  из   того  места  детали,  которая  является  наиболее важным в эксплуатационных условиях металла или детали. Размер (10 х 10 х 15) мм. Одну из плоскостей   шлифуют,   полируют   и   протравливают   химическими   реактивами   для   выявления микроструктуры сплава. Для получения зеркальной поверхности образец полируется на сукне или фетре, смоченном полирующей смесью. Полученный микрошлиф промывается водой, а затем спиртом или бензином и просушивается фильтровальной бумагой. Микрошлифы   исследуются   без   травления   или   протравленными.   В   нетравленом   шлифе можно   наблюдать   природу   и   характер   расположения   неметаллических   включений:   оксидов, сульфидов, графита, а также виды микродефектов – микротрещины, микропоры. Структура и ее особенности определяются на протравленных шлифах. При травлении (например для сталей и чугунов раствором азотной кислоты в этиловом спирте) различные структуры разъедаются травлением с разной скоростью, поэтому образуется микрорельеф и его неровности создают сочетание света и тени: однородные структуры отражают больше света и видны светлыми, разнородные – темными (т.к. светлые лучи от них рассеиваются, не   попадая   в   объектив).   Максимальная   неоднородность   на   границах   зерен   (где   скопление примесей   и   искривлений   кристаллической   решетки),   поэтому   зерна   резко   очерчены,   т.к. протравливаются сильнее. Для   исследования   микроструктуры   металлов   и   сплавов   применяют   металлографические микроскопы, которые позволяют рассматривать при увеличении непрозрачные тела в отраженном свете.   Выпускаются   микроскопы   вертикальные   и   горизонтальные   МИМ­6,   МИМ­7   и   МИМ­3, МИМ­8.        Рисунок 3.1. ­ Ход лучей в металлографическом Рисунок 3.2 ­ Схема определения цены деления микроскопе окуляра­микрометра            Луч от источника света 6 (рисунок 3.1) преломляется призмой 4 и попадает через линзу объектива 3 на поверхность микрошлифа 2 и отражаясь от него опять через линзу объектива 3 через призму 5 в линзу окуляра 1 на которую обращен глаз исследователя. Т.е. изображение точки объекта в микроскопе увеличивается дважды: объектив дает первое 6 – промежуточное (Vоб.), окуляр – второе окончательное (Vок.).  Следовательно общее увеличение микроскопа (Vм.) будет следующим:                                                                        Vм.=Vоб. х Vок.                                          (3.1) Величина зерна определяется по шкале стандартных размеров (рисунок 3.3), где проставлены баллы – размеры зерна. Рисунок 3 .3­ Стандартная шкала размеров зерна 4 Ход работы 1. Ознакомиться с устройством и работой металлографического микроскопа. 2. Ознакомиться с методом изготовления микрошлифов и приготовить их к исследованию. 3. Выполнить наблюдение микроструктур микрошлифов и их зарисовать. Форма отчёта 1.  Цель работы ______________________________________________________________ 2.  Что такое микроанализ?_______________________________________________  3. Для чего служит микроанализ?______________________________________________ 4. Что такое микрошлиф и как он готовится?____________________________________ 5. Как определяется общее увеличение микроскопа?___________________________ 6. Пояснить принцип работы оптического металлографического микроскопа?________ 7. Сделать вывод. Контрольные вопросы:   1.Какие исследования называют макроанализом и микроанализом? 2.Что называют микрошлифом? 3.Какие дефекты строения металлов можно обнаружить при выполнении макроанализа и микроанализа?        4.Виды металлографических микроскопов?  Литература: 7 Стуканов В.А. Материаловедение: ­ М.: ИД «Форум»: ИНФРА­М, 2008 – 368 с. Самохоцкий А.И. Лабораторные работы по материаловедению. Изд. Машиностроение. Приложения 22 – параболическое  зеркало 23 – непрозрачный диск 24 – поляризатор 25 ­ анализатор 1­ лампа 2 ­ коллектор 3,14,16 – зеркала 4 – светофильтр 5 – диафрагма 6,8,20 – линзы 7 – призма 9 – стеклянная пластина 10 – объектив 11 – шлиф 12 – ахроматическая линза 13 ­ окуляр 15 ­ фотоокуляры 17 ­ фотопластина 18 – полевая диафрагма 19 ­ фотозатвор 21 – кольцевое зеркало Рисунок Схема хода лучей в металлографическом микроскопе МИМ­7 Структурные составляющие углеродистой стали после отжига: феррит – твердый раствор внедрения углерода. На микрошлифах феррит виден как светлые пятна неодинаковой яркости. Цементит – химическое соединение, под микроскопом при  наблюдении виден в форме пластин, мелких зерен. Перлит – эвтектоид, т.е. механическая смесь из цементита и феррита. Структурные составляющие чугунов. Структура чугуна зависит от скорости охлаждения и химического состава, делятся на белые, серые, высокопрочные и ковкие. Белые чугуны образуются при быстром охлаждении, и почти весь углерод в виде,  в изломе имеет белый цвет. Микроструктура состоит из перлита, лебурита, цементита. Серый чугун образуется при медленном охлаждении. Металлическая основа серого чугуна может   быть   ферритной,   ферритно­перлитной   и   перлитной,   пронизанной   кристаллами   графита пластичной формы. Микроструктура: феррит (светлая основа), перлит (серая основа), пластичный графит (темные включения). 8 Рисунок  Макроструктуры:                         Рисунок Схема, поясняющая видимость      а) ­ излом слитка сурьмы;                           границ зерен под микроскопом (а), и  б) – шлифа сварного шва                            микроструктура металла с ясным                                                         очертанием границ зерен (б). Рисунок Микроструктура низкоуглеродистой стали (х 500) 9 а                                б                                 в      Рисунок Микроструктура чугунов с различной формой графита: а ­ пластинчатая форма графита (серы чугун);   б – шаровидная форма графита (высокопрочный чугун);  в – хлопьевидная форма графита (ковкий чугун): шлифы нетравленые ( х 100) 10 Рисунок Общий вид микроскопа МИМ­7: 1 — основание; 2 — корпус; 3 — фотокамера; 4 — микрометрический винт;  5 — визуальный тубус с окуляром; 6 — рукоятка иллюминатора; 7 — иллюминатор; 8 — предметный столик; 9 — клеммы; 10 — винты перемещения столика; 11 — макрометрический винт; 12 — осветитель; 13 — рукоятка светофильтров;  14 — стопорное устройство осветителя; 15 — рамка с матовым стеклом Лабораторная работа № 2 Тема:  «Испытание металла на прочность при растяжении» 11 1  Цель      ­   изучить   поведение   материала   при   растяжении   до   разрушения,   получить диаграмму растяжения и установить основные механические характеристики материала образца      Для выполнения работы необходимо знать:   механические характеристики материалов  ;      необходимо уметь:  ­     производить расчет механических характеристик.         Выполнение данной практической работы способствует формированию профессиональных компетенций ПК 1.1­1.4. Выполнять механические испытания образцов материалов, использовать физико­химические методы исследования металлов, пользоваться справочными таблицами для определения свойств материалов.    2 Оборудование и инструменты: 1) Испытываемый образец – 1 шт; Для испытания применяют стандартный образец, от формы и размеров которого зависит результат. Образцы диаметром 20 мм называют нормальными, а образцы с меньшими диаметрами – пропорциональными. Расчетная  длина на образце отмечается рисками.  При  l0=10d  образцы называют длинными, а при l0=5d – короткими.  2) Испытательная машина – Р5 Она снабжена захватами, в которых образец должен быть закреплен таким образом, чтобы не возникало перекосов   образца, и предполагаемая нагрузка действовала по продольной оси образца. Впоследствии образец подвергается принудительному удлинению, путем перемещения одного   из   захватов   машины.   Перемещение   захвата   производится   плавно   и   непрерывно   с небольшой   скоростью   (не   более   20   мм/мин).   При   несоблюдении   этих   условий   результаты испытаний окажутся неверными. 3) Штангенциркуль – 1 шт; 4) Диаграммная бумага.  ВРЕМЯ ВЫПОЛНЕНИЯ: 90 минут      3 Теоретическое обоснование При   статических   испытаниях   на   растяжение   определяют   следующие   основные механические характеристики материалов: 1)  предел  пропорциональности  σпц  –  наибольшее   напряжение,   для  которого  справедлив закон Гука                             σпц= Fпц А0                                       (3.1)                                                                где Fпц – сила пропорциональности, КГС;       А0 – площадь поперечного сечения образца, мм2.                          А0=П.d0 2/4                                      (3.2)                                                                  где d0 – диаметр образца до испытания, мм. 2)   предел   текучести   σт  –   напряжение,   при   котором   происходит   рост   пластической деформации без заметного увеличения нагрузки:                                        σт=Fт/А0                            (3.3) 12 где Fт – сила текучести, КГС. 3) предел прочности σпч – наибольшее условное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, выдерживаемой образцом до разрушения                                    σпч=Fпч/А0                               (3.4)                                               где Fпч – максимальная нагрузка, выдерживаемая образцом до разрушения, КГС. 4)   относительное   остаточное   удлинение   при   разрыве     –   величина,   характеризующая δ пластичность материала                                    =δ lk−l0 l0 ×100                        (3.5)                                                 где lk – длина расчетной части образца после разрыва, мм;       l0 – расчетная длина образца до испытания, мм; 5) относительное остаточное сужение ψ  – величина, характеризующая пластичность материала: А0−Ак А0                                   =ψ ×100                         (3.6)                                      где Ак – площадь поперечного сечения образца в месте разрыва, мм2                                         Ак=П.dк 2/4                           (3.7)                                                        где dк – диаметр образца в месте разрыва, мм. Результаты   испытания   образца   на   растяжение   наиболее   наглядно   можно   представить диаграммой,   выражаемой   зависимость   удлинения   от   нагрузки.   Диаграмма   растяжения   дает возможность определить механические характеристики. Рисунок 3.1 – Диаграмма растяжения 4  Ход работы 1 Ознакомимся с устройствами машины. Запишем масштаб записи диаграммы: а) по оси удлинения μl=10:1; б) по оси нагрузки μF=1:25 2   Выполним   эскиз   образца.   Измерим   диаметр  d0  и   расчетную   длину  l0,   отмеченную   на образце рисками. 13 Рисунок 4.1 – эскиз образца 3 Закрепим образец в захватах машины. Включим электродвигатель испытательной машины и   наблюдаем   за   процессом   растяжения   образца.   Наибольшая   нагрузка,   предшествующая разрешению образца Fmax=Fпч снимем по шкале силоизмерительного устройства. 4 Обработаем диаграмму растяжения а) найдем расстояние DN= Fmax μF  ,дел                            (3.8) Отложим DN деление на полученной диаграмме от точки D вниз по вертикали; б) определим расстояние до нулевой линии СМ, АК 5 Вычислим значения: а) силы текучести  FT=СМ.μF,КГС                                                    (3.9) б) сила пропорциональности  Fпц=АК.μF,КГС                                                   (3.10)                                                                        6 Выполним эскиз образца после испытания, соединив обе части разрушенного образца  сложив их вместе. Замерим расстояние между рисками lк и диаметр образца в месте разрыва dк. Рисунок 4.2 – Эскиз образца после испытания 7 Найдем механические характеристики σТ, σпц, σпч,  δ ψ ,  , используя формулы третьего пункта. 8 Вывод………..           Форма отчёта 1 Цель работы 2 Перечень оборудования и инструментов 3 Теоретическое обоснование 4 Ход работы 1) эскиз и размеры образца до испытания 14 2) испытания образца: а) схема диаграммы растяжения (с указанием характерных точек). б) наибольшая нагрузка, предшествующая разрушению образца Fпч= КГС 3) вид и размеры образца после разрушения 4) результаты испытания: ­ нагрузка, соответствующая переделу текучести Fт, КГС; пределу пропорциональности Fпц, КГС; и определить замерим соответствующие расстояния по диаграмме испытания. 5) найдем механические характеристики КГС/мм2 по  формулам (1), (3), (4) ­ относительное остаточное удлинение  ψ ­ относительное остаточное сужение  6) ответы на контрольные вопросы δ , % по формуле (5) , % по формуле (6) Контрольные вопросы: 1 Укажите цель работы 2 Что называется пределом текучести и пределом прочности? 3 Какие механические свойства материала можно определить по диаграмме растяжения? 4 На какой испытательной машине выполняется работа? 5 Какой применяется образец? 6 Как проводится нулевая линия на диаграмме и оси координат диаграммы растяжения? 7 Как определяется предел текучести, если на диаграмме растяжения имеется участок, параллельной оси удлинения? 8 По какой величине относительно остаточного удлинения определяют условный предел текучести? 9   На   какую   площадь   сечения   образца   нужно   делить   максимальную   нагрузку,   которую выдержал образец до разрушения при определении предела прочности 10 Для какого участка диаграммы растяжения справедлив закон Гука? 11 Как измеряются свойства материала, если он подвергался предварительной вытяжке за предел текучести? Литература: 1 Аркуша А.И. Техническая механика. Теоретическая механика и сопротивление материалов. –  М.: Высшая школа, 2007, ­ 352 с 2 Эрдеди А.И.Теоретическая механика.Сопротивление материалов.­Высш.школа, 2003, ­342с. 15 Лабораторная работа № 3 Тема: «Испытание металлов на твердость»   1 Цель  ­ определение твердости образцов металлов и сплавов. Для выполнения работы необходимо знать:      необходимо уметь:   свойства металлов и сплавов, устройство и работу твердомеров типа ТШ и ТК ;      ­   выполнять испытания твердости.           Выполнение данной практической работы способствует формированию профессиональных компетенций ПК 1.1­1.4 Выполнять механические испытания образцов материалов, использовать физико­химические методы исследования металлов, пользоваться справочными таблицами для определения свойств материалов.   2 Оборудование и инструменты:   твердомеры типа ТШ ;  измерительный микроскоп МПБ­2;  1. 2. 3. образцы металлов и сплавов, таблица чисел твердости. ВРЕМЯ ВЫПОЛНЕНИЯ: 90 минут  3 Теоретическое обоснование             Твердость – это способность материала сопротивляться проникновению индентора. По методу   Бринелля   определяют   твердость   отожженной   стали,   цветных   металлов   и   сплавов. Индентор – стальной закаленный шарик диаметром 10; 5; 2,5 мм, вдавливается в поверхность образца под действием нагрузки в течение определенного времени. Определение твердости — наиболее   распространенный   метод   исследования   свойств   материала.   Это объясняется   рядом 16 причин: определение твердости является неразрушающим методом, так как деталь после такого измерения может быть использована по назначению; испытания на твердость не требуют высокой квалификации; зная твердость, можно судить и о других механических свойствах. Метод Бринелля. В качестве индентора используется стальной закаленный шарик,  который вдавливают в испытуемый образец на специальном прессе. В результате на поверхности образца образуется отпечаток в виде сферической лунки (рис. 3.1).                                    Рисунок 3.1 – Образец   Диаметр   отпечатка   измеряют   в двух   взаимно­перпендикулярных   направлениях   с помощью микроскопа   Бринелля   —   лупы   со шкалой. Число   твердости НВ,   кгс/м м²,   —   это отношение приложенной нагрузки к площади поверхности отпечатка, его вычисляют по формуле (3.1). На   практике   пользуются   таблицей,   в которой   указаны   значения   твердости   в зависимости от диаметра   отпечатка.   Диаметр   шарика   и нагрузку   выбирают   так,   чтобы   соблюдалось соотношение d= (0,25…0,5)D, т.е. для разных материалов эти параметры различны. При диаметре индентора 10 мм, нагрузке 3000 кгс (29430 Н) и времени выдержки под нагрузкой 10 с твердость обозначается только цифрами и латинскими буквами, например 200 НВ. Эти условия приняты для определения   твердости   сталей   и чугунов.   При изменении   условий   испытаний   помимо значений   твердости   указываются   диаметр   шарика,   усилие   и время   выдержки   под нагрузкой. Например, 185 НВ/5/750/20, здесь 5 — диаметр шарика в мм, 750 — нагрузка в кгс (7 350 Н), 20 — время выдержки под нагрузкой в с. Метод   Бринелля   не является   универсальным.   Он не позволяет   испытывать   материалы с твердостью более 450 НВ (может деформироваться шарик), а также образцы толщиной менее десятикратной глубины отпечатка. Твёрдость по Бринеллю определяется по формуле (3. 1) (когда усилие выражено в Н). При   определении   твёрдости   по   Бринеллю   за   диаметр   отпечатка   d   принимают среднеарифметическое значение результатов измерений. Обозначается   твёрдость   по   Бринеллю   численным   значением   и   символом   HB,   после которых указывается диаметр шарика и приложенное усилие. Только когда твёрдость по Бринеллю   определяется   шариком   диаметром   10   мм   при   усилии   3000   кгс   и продолжительности   выдержки   30   секунд,   обозначение   результата   представляет   собой лишь числовое значение и HB, например 285 HB. Таблица 3.1 ­ Выбор диаметра шарика и нагрузки Материал Твердост Толщина Соотношение Диаметр Нагрузка Выдержка 17 ь по Бринеллю образца, мм Сталь, чугун 140­150 ˂ 140 ˃ 130 Цветные материалы и сплавы 6­3 4­2 2˂ 6˃ 6­3 2˂ 6­3 4­2 между нагрузкой P  и диаметром шарика P = 300 D2 P = 100 D2 P = 100 D2 шарика, мм P, Н под нагрузкой, C 10 5 2,5 10 5 2,5 10 5 30000 7500 1850 10000 2500 625 30000 7500 10 10 10 10 10 10 30 30   Число твердости по методу Бринелля определяется по формуле:  HB =  2P ПD(D−√D2−d2)  ; Мпа         (3.1) где Р — прилагаемая нагрузка,Н;      D и d — соответственно диаметр шарика и отпечатка,мм . или по таблице чисел твердости НВ ГОСТ 9012­79 по диаметру отпечатка d.       4 Ход работы: 1. Выполните эскиз заготовки  (рисунок 3.1). 2. Выполните измерение твердостей: а) Замерить диаметр отпечатка измерительный микроскоп МПБ­2; б) Определить число твердости по таблице; в) Результаты измерений внести в таблицу 3.2 Таблица3. 2 – Результат измерений № п/п Наименование материала Режим измерений D, мм Р ,н Время, с Диаметр отпечатка d,мм Толщина материала б,мм НВ 1 2 3 в) Определить число твердости по формуле (3.1). 18 HB =  2P ПD(D−√D2−d2)  ; 4. Сделать вывод. Контрольные вопросы: 1. Что такое твердость? 2. 3. 4.  Классификация методов измерения твердости.  Сущность измерения твердости по Бринеллю.  До какого значения твердости при испытании по Бринеллю используются стальные шарики?  Какие диаметры шарика используют при испытании на твердость по Бринеллю? 5. 6. У каких металлов определяют твердость по методу Бринелля. 7. Почему нельзя определить твердость тонких пластин. 8. Можно   ли   определить   по   методу   Роквелла   твердость   закаленной   стали,   каким индентором? 9. Как записывают твердость, измеренную по методу Роквелла на чертежах деталей? Литература: 1. Стуканов В.А. Материаловедение: ­ М.: ИД «Форум»: ИНФРА­М, 2008 – 368 с. 2. Самохоцкий   А.И.   и   др.   Лабораторные   работы   по   материаловедению.   Изд. Машиностроение.                                  Лабораторная работа № 4 Тема: «Испытание металла на ударную вязкость»       1   Цель   ­    ознакомиться   с   методом   определения   ударной   вязкости   металлов,   научиться экспериментально определять ударную вязкость металлов.  Для выполнения работы необходимо: ­  знать  свойства металлов и сплавов и их влияние на выбор материала для изготовления деталей машин и механизмов; ­ уметь определять ударную вязкость металлов.         Выполнение данной практической работы способствует формированию профессиональных компетенций ПК 1.1­1.4. Выполнять механические испытания образцов материалов, использовать физико­химические методы исследования металлов, пользоваться справочными таблицами для определения свойств материалов.  2 Оборудование и инструменты:   а) маятниковый копер; 19 б) штангенциркуль;   в) образцы материалов. ВРЕМЯ ВЫПОЛНЕНИЯ: 90 минут 3 Теоретическое обоснование  Для   оценки   свойств   материала   при   динамических   нагрузках   недостаточно   механических характеристик, определяемых при статических испытаниях. При больших скоростях нагружения, например, при ударе, увеличивается опасность хрупкого разрушения. Эта опасность особенно воз­ растает  при   наличии   в   детали   различного   рода   надрезов  (отверстия,   галтели,   канавки   и   пр.), которые   вызывают   концентрацию   напряжений   (неравномерное   распределение   напряжений). Надрез позволяет сосредоточить всю деформацию, поглощающую удар, в одном месте. Кроме того, наличие надреза ставит материал в более тяжёлые условия работы, т. к. надрез значительно ослабляет   сечение   и   вызывает   повышение   напряжений   от   изгиба   (вблизи   дна   надреза   эти напряжения резко возрастают из­за концентрации напряжений)  Ударная   вязкость   –   это   способность   металлов   и   сплавов   поглощать   энергию   удара. Определение ударной вязкости производится изломом образца, падающим с определенной высоты маятником. Работа удара Ан, затраченная на излом образца, определяется из разности энергии маятника в положении его до и после удара.  где   Р – вес маятника, кг;       Н – высота подьема центра тяжести маятника до удара, м;       h – высота взлета маятника после удара, м. Ан  =  Р (Н – h)              (4.1)    Ударная вязкость ан, т.е. работа , израсходованная на ударный излом образца :                                     ан=  Aн S                     (4.2) где   ан­  ударная вязкость  кг м/м2       Ан – работа удара кг м,       S – площадь поперечного сечения образца в месте надреза, м2.     Для испытания на ударную вязкость применяют образец, представляющий призматический брусок   квадратного сечения (рисунок 4.1). Испытания производят на маятниковом  копре (рисунок 4.2). 20 Рисунок 4.1 – Образец для испытания                  Копер состоит из чугунной станины в виде массивной плиты 2 с двумя вертикальными колоннами   3.   В   верхней   части   колонн   на   горизонтальной   оси   подвешен   укрепленный   в шарикоподшипниках маятник с грузом в виде стального плоского диска с вырезом 5, в котором закреплен стальной закаленный нож служащий бойком при испытании (рис. 4.2.). Внизу на уровне вертикально висящего маятника к колоннам станины прикреплены две стальные закаленные опоры 10, на которые помещают испытываемый образец 11. Под опорами между колоннами проходит тормозной ремень 12, который, прижимаясь к маятнику, качающемуся после удара, вызывает его торможение. Тормозной ремень приводится в действие или вручную специальной рукояткой 1 (копер   MK­15),   или   автоматически   рукояткой   1   (копер   МК­30А). Испытуемый   образец   11, размеры   которого   предварительно   замеряют,   устанавливают   на   опоры   10   надрезом   в противоположную сторону от ножа маятника. 21 Рисунок 4.2 – Маятниковый копер                    Копер состоит из тяжелого маятника подвешенного на оси станины. Разрушения, наносимые   в   ходе   эксперимента,   имеют   различный   характер,   который   зависит   от характеристик металла. Так, при работе с хрупким материалом образец просто разломается, но его форма не будет изменена. Брусочки пластичных металлов будут иметь значительный изгиб в том месте, где будет излом.       4 Ход работы  1   Ознакомиться   с   устройством   и   работой   маятникового   копра,   выполнить   эскиз заготовки рисунок 4.1. 2 Выполнить испытания. По результатам испытаний заполнить таблицу 4.1. 22 Таблица 4.1 – Результат испытаний № опыта Размеры поперечного Площадь поперечного сечения образца мм а*в сечения образца S, м2 Характеристик а излома (хрупкий, вязкий) Работа затраченная Ударная вязкост на разрушение образца Ан, Дж ь ан, кг м /м 2 3 Вычислить величину ударной вязкости образца по формуле 4.2.                                     ан=  Aн S                            4 Найти работу Ан пользуясь специальной таблицей 4.2. Таблица 4.2. ­ Работа, затраченная на излом образца на маятниковом копре маятника , град 90 107 Угол взлета маятник а β Угол начального подьема маятника , град 69 90 107 130 Работа удара, кг м Угол взлета маятник 69 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 0.16 0.11 0.05 000 1.06 1 0.95 0.9 0.84 0.79 0.74 0.68 0.63 0.58 0.52 0.47 0.42 0.36 0.31 0.26 0.21 0.15 0.1 2.13 2.08 2.03 1.97 1.92 1.87 1.81 1.76 1.71 1.65 1.6 1.55 1.49 1.44 1.39 1.34 1.23 1.23 1.18 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 1267 127 23 Угол начального подьема Работа удара, кг м 130 0.97 0.92 0.87 0.82 0.77 0.72 0.68 0.63 0.58 0.53 0.48 0.44 0.4 0.35 0.3 0.26 0.21 0.17 0.13 106 107 108 0.05 00 1.13 1.08 1.05 128 129 130 Контрольные вопросы: 0.08 0.04 00  Какая связь между вязкостью и хрупкостью металлов? 1. 2 .   Как термическая обработка стали влияет на ее вязкость? 2.  Что такое работа удара?      4.   Что такое ударная вязкость?     5.   Чем вызвана необходимость проведения испытаний на ударный изгиб?     6.   Роль надреза в образцах при испытаниях на ударный изгиб.     7.   Устройство и принцип действия маятникового копра.      8.   Порядок проведения испытания.   Литература: 1Самохоцкий   А.И.   и   др.   Лабораторные   работы   по   материаловедению.   Изд. Машиностроение,1971.  1.ГОСТ 10708–76.Копры маятниковые. Технические условия. 2.ГОСТ 8.264–77.Копры маятниковые. Методы и средства поверки. 3.ГОСТ 9454–78.Металлы.   Метод   испытания   на   ударный   изгиб   при   пониженной, комнатной и повышенной температурах. 4.Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. Т.1. М.: Машиностроение, 1974. 5.Астахов М.М., Гольцев В.Ю., Логинов А.В., Лошманов Л.П. Лабораторный практикум «Методы   механических   испытаний.   Динамические   испытания   металлов».   М.:   МИФИ, 1989. 24