Материал: 55

Министерство образования и науки РФ ФГБОУ ВПО «СибАДИ»

Кафедра «Конструкционные материалы и специальные технологии»

МЕТОДЫ ЗАМЕРА ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ И ИХ СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ

Методические указания к лабораторной работе по дисциплинам «Материаловедение», «Материаловедение. Технология конструкционных материалов»

Составители В. И. Матюхин, М. С. Корытов, В. В. Акимов

Омск

СибАДИ

2011

УДК 621.785 ББК 34.651

Рецензент: д-р. техн. наук, проф. каф. «ЭиРА» В.И. Гурдин

Методические указания к лабораторным работам по дисциплинам «Материаловедение», «Материаловедение. Технология конструкционных

материалов» для студентов очной и заочной форм обучения для технических специальностей и направлений факультетов «Автомобильный транспорт», «Нефтегазовая и строительная техника», «Автомобильные дороги и мосты», «Экономика и управление» в соответствии с требованиями ГОС ВПО и ФГОС ВПО

Методы замера твердости металлов и их структурный анализ:

Методические указания к лабораторной работе по дисциплинам «Материаловедение», «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» / Сост.: В. И. Матюхин, М. С. Корытов, В. В. Акимов. – Омск: СибАДИ, 2011. – 12 с.

Рассмотрены методы замера твердости металлов и области применения макро- и микроструктурного анализа металлов и сплавов.

Ил.7. Библиогр.: 2 назв.

Составители: В.И. Матюхин, М.С. Корытов, В. В. Акимов2011

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания к лабораторным работам по дисциплинам «Материаловедение», «Материаловедение. Технология конструкционных

материалов» разработаны в помощь студентам очной и заочной форм обучения для технических специальностей и направлений факультетов «Автомобильный транспорт», «Нефтегазовая и строительная техника», «Автомобильные дороги и мосты», «Экономика и управление» в соответствии с требованиями ГОС ВПО и ФГОС ВПО

Цель лабораторной работы – познакомиться с методикой изготовления макро- и микрошлифов для изучения структуры, замера твердости по методам Бринелля, Роквелла и Виккерса. Изучить назначение структурного анализа металлов и сплавов и методику работы с оптическим микроскопом.

1. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

1.1. Измерение твердости по методу Бринелля

Этот метод применяют для измерения твердости металлов, твердость по Бринеллю которых меньше 450 HB [3]. Схема испытания твердости дана на рис. 1.

Сущность замера твердости: стальной закаленный шарик 1 диаметром D под действием нагрузки P вдавливается в образец 2. После снятия нагрузки P на образце остается отпечаток диаметром d, который является мерой твердости. Чем больше диаметр отпечатка, тем твердость материала меньше [1, 2]. Согласно ГОСТ 9012–59 диаметр шарика, нагрузка и выдержка под нагрузкой зависят от сплава и толщины образца.

Число твердости по Бринеллю (HB) подсчитывается как отношение нагрузки P к площади сферического отпечатка F:

где F – площадь поверхности отпечатка, мм2; P – нагрузка на шарик, кг. На практике пользуются заранее составленными таблицами,

указывающими число HB в зависимости от диаметра отпечатка d при постоянных значениях нагрузки P и диаметра шарика D.

3

Работы Н. А. Минкевича, И. А. Одинга, Н. В. Гевелинга показали, что между пределом прочности В и числом твердости HB различных

1.2. Измерение твердости по методу Роквелла

При испытании на твердость по методу Роквелла в поверхность материала вдавливается алмазный конус с углом при вершине 120 или стальной шарик диаметром 1,588 мм [4]. За условную меру твердости применяется глубина отпечатка. Схема испытания дана на рис. 2.

Рис. 2. Схема испытаний твердости по Роквеллу: PПР – предварительная нагрузка; PОСН – основная нагрузка

Вначале прикладывается предварительная нагрузка PПР, под действием которой индентор (алмаз, шарик) вдавливается на глубину h0. Затем прикладывается основная нагрузка PОСН, под действием которой индентор вдавливается на глубину h1. После этого снимают основную нагрузку. Под действием упругой деформации индентор поднимается вверх, но не достигает уровня h0. Разность (h – h0) зависит от твердости материала. Чем тверже материал, тем меньше эта разность. Глубина отпечатка измеряется индикатором часового типа с ценой деления 0,002 мм. Число твердости обозначается символом HR. Существуют три способа замера твердости по методу Роквелла:

а) Способ А (HRA 80, HRA 90). Нагрузка вдавливания P= PПР+PОСН= 10+50=60 кг. В качестве индентора используется алмазный конус. Способом А замеряют твердость твердых сплавов.

б) Способ B (HRB 25, HRB 50). Нагрузка вдавливания P= PПР+PОСН= 10+90=100 кг. В качестве индентора используется стальной шарик. Способом B замеряют твердость мягких материалов.

4