Определение твердости материалов

1. Экономика отросли (строительства): Учебник для среднего специального образования/ В.В.Акимов, Т.Н.Макарова – М.: ИНФРА-М, 2005-304с.
2. Экономика строительной отросли: Учебник для студентов ср.проф.учеб. заведений/ Н.И.Бакушева/ - М.: Издательский центр «Академия», 2006-224с.
3. Экономика строительства: Учебник/ под общей редакцией И.С.Степанова. – 3-е издание доп. и перераб. – М.: ЮРАЙТ- Издат, 2004-620с.
4. Экономика строительства: Под редакцией И.С.Степанова–М.: Юрайт, 1997-416с.
5. Экономика: Учебник/ под редакцией А.С.Булатова – М.: Издательство БЕК, 1996-632с.
6. ГОСТ 2.105-95. Единая система конструкторской документации. Общие требования к текстовым документам.
7. ГОСТ 21.101-97. Система проектной документации для строительства. Основные требования к проектной документации.

 

 

Рыбинская государственная авиационная технологическая академия

имени П. А. Соловьева

 

Кафедра «Материаловедение, литье и сварка»

 

Методические указания к лабораторной работе

 

«Методы определения твердости материалов»

 

Для дисциплины

«Материаловедение»

специальность 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением»

направление 150400 «Технологические машины и оборудование»

 

 

Разработал:

к. т. н., доцент Воздвиженская М. В.

вед. инж. Кудрякова Е. Р.

 

Рыбинск, 2009

 

 

Определение твердости материалов

 

Лабораторная работа

 

Цель работы: изучить методы определения твердости материалов по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу; ознакомиться с устройством прессов Бринелля, Роквелла; научиться определять твердость по методу Бринелля и Роквелла.

 

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

1.1. Механические свойства материалов

 

Механические свойства определяют конструктивную прочность или работоспособность изделий в условиях внешних силовых нагрузок. Виды механических испытаний классифицируют по следующим признакам:

1) способ нагружения (растяжение, сжатие, изгиб, кручение, срез, циклическое нагружение);

2) скорость нагружения (статические испытания – медленное нагружение, динамические испытания – быстрое нагружение);

3) протяженность во времени (кратковременные, длительные).

При статическом нагружении изделий в условиях растяжения определяют временное сопротивление (предел прочности) s _В , условный предел текучести s_0,2, относительное удлинение d, относительное сужение y. Методика определения механических свойств при растяжении и сжатии регламентирована ГОСТ 1497-84 и ГОСТ 25.503-80 соответственно, напряжения измеряют в МПа, d, y и e – в %. Испытания на растяжение при повышенных температурах регламентируются ГОСТ 9651-84, при пониженных температурах – ГОСТ 11150-84.

В условиях динамических, ударных нагрузок проводят испытание материала на ударную вязкость (ГОСТ 9454-78). Ударная вязкость оценивается работой разрушения образца при ударе, отнесенной к начальной площади поперечного сечения образца, МДж/м². При испытании материалов используют образцы с концентратором (надрезом) вида U или V, а также с предварительно наведенной трещиной глубиной ~2,5 мм, для обозначения этих видов ударной вязкости используют символы KCU, KCV, KСТ, соответственно.

В условиях знакопеременных нагрузок растяжение-сжатие проводят испытания на сопротивление материала усталостному разрушению: определяют предел выносливости при симметричном цикле нагружения s_-1 или усталостную долговечность N _s (ГОСТ 25.502-79). Напряжение s_-1 соответствует максимальному напряжению цикла, которое материал может выдерживать не разрушаясь, при достаточно большом числе циклов нагружения N» 10⁶…10⁸, а N _s соответствует числу циклов нагружения, которое выдерживает образец до разрушения при заданном уровне напряжения s.

В условиях контактных нагрузок (шестерни, опоры, валы) широко используются показатели твердости НВ, HRC, HV, которые характеризуют сопротивление материала местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого тела - индентора.

Метод измерения твердости по Бринеллю (ГОСТ 9012-59): значение твердости НВ определяют путем деления нагрузки P на площадь поверхности сферического отпечатка d, полученного путем вдавливания в испытуемый материал шарика диаметром D. Твердость по Роквеллу (ГОСТ 9013-59)определяют в условных единицах по глубине вдавливания алмазного конуса при нагрузке P = 600 Н и 1500 Н (шкалы А и С) - HRА, HRС или шарика при P = 1000 Н (шкала В) - HRB. Измерение твердости по Виккерсу (ГОСТ 2999-75) осуществляется путем вдавливания в материал четырехгранной пирамиды под действием нагрузки P. Значение твердости HV определяют путем деления нагрузки P на квадрат диагонали отпечатка пирамиды d ².

В настоящее время существуют следующие методы определения твердости: а) метод вдавливания; б) метод отскакивания; в) метод царапания; г) метод качания маятника.

Под твердостью металла при вдавливании по­нимается его сопротивление местной пластиче­ской деформации при контактном приложении нагрузки.

Испытание на твердость благодаря своей быстроте, простоте, а также возможности производить испытания на готовых изделиях без их разрушения и повреждения получило очень широкое распро­странение, как на заводах, так и в научно-исследовательских лабо­раториях. Для деталей, подвергнутых химико-термической обработ­ке (цементации, азотизации и т. д.), и закаленных инструменталь­ных сталей определение твердости является основным методом ис­пытания при оценке качества изделий.

 

1.2. Определение твердости по Бринеллю

 

Методика определения твердости по Бринеллю состоит в том, что, пользуясь специальным прессом (прессом Бринелля), в испы­туемый металл А (рис. 1) под определенной нагрузкой Р вдавли­вается стальной закаленный шарик диаметром D, и по величине полученного отпечатка d судят о твердости. Число твердости по Бринеллю определяется отношением нагрузки, действующей на ша­рик, к поверхности полученного отпечатка, т. е.

, (1)

где НВ – число твердости по Бринеллю;

Р – нагрузка в кгс;

S – площадь шарового отпечатка (сегмента).