Материал: Potekhin - Metallovedeniye 2019

Электронный архив УГЛТУ

Среди всех методов наиболее распространено в производстве измерение твердости по шкале С (HRc).

4.1.3. Измерение твердости по Виккерсу

Данный метод отличается от определения твердости по Бринеллю, по существу, только формой индентора. Пресс Виккерса (ТП-7-1) оснащен алмазной четырехгранной пирамидкой (рис. 25) и оптической системой измерения отпечатка.

Рис. 25. Алмазная пирамидка - индентор и отпечаток на испытуемой поверхности

Величина нагрузки на вдавливаемый индентор может изменяться от 1 до 100 кгс; для черных металлов она равна 30 кгс.

Твердость по Виккерсу HV вычисляют по формуле:

где: Р - нагрузка, кгс; α - угол между противоположными гранями пирамиды при вершине, равный 136°; d - среднее арифметическое значение обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки, мм.

Если испытания проводятся в стандартных условиях, то вычисления по формуле не проводят, а пользуются таблицами в соответствии с ГОСТ 2999-75, в которых приведена твердость в зависимости от длины диагонали отпечатка при различной нагрузке.

Метод Виккерса при небольшой нагрузке на индентор применяют в тех случаях, когда необходимо иметь сведения о твердости тонких поверхностных слоев, например, для оценки твердости цементованной и азотированной поверхности стальных изделий и др.

29

Электронный архив УГЛТУ

Твердость коррелирует со многими свойствами сталей и цветных сплавов, в частности, с механическими (предел упругости, предел текучести, предел прочности, характеристики пластичности), с технологическими (обрабатываемость резанием, деформируемость) и служебными свойствами (износостойкость). Например, чем выше твердость стали, тем ниже пластичность и обрабатываемость резанием, но выше прочность и износостойкость.

При измерениях твердости одного и того же образца методом Бринелля и Роквелла полученные значения HB приблизительно в 10 раз выше, чем значения HRc (табл. 6), т. е. 1ед. HRc ≈ 10 ед. HB.

Таблица 6

Зависимость числа твердости по Бринеллю от диаметра отпечатка к твердости по Роквеллу

Твердость и предел прочности коррелируют между собой согласно эмпирической зависимости σВ ≈ 33 HRc ≈ 3,3 HB, что позволяет по твердости оценивать прочность стали, сплава, не проводя соответствующих трудоемких испытаний на растяжение.

30

Электронный архив УГЛТУ

4.2. Задания к лабораторным и практическим работам

Лабораторные и практические работы по теме: Кристаллические структуры, структурный и фазовый состав, твердость металлов и сплавов

Практическая работа 1

Кристаллические решетки металла и дефекты кристаллического строения

1.Рассмотреть типы кристаллических решеток металлов, индексацию плоскостей и направлений. Определить (вычислить) количество атомов, формирующих элементарную ячейку в ОЦК, ГЦК и ГПУ решетках, определить диаметр атома, используя параметр «а».

2.Изучить строение точечных, линейных и поверхностных дефектов (вакансий, дислокаций, границ зерен).

3.Освоить новые термины, понятия.

4.В отчет занести эскизы, соответствующие определения, особенно выделенные курсивом.

Лабораторная работа 2

Экспериментальное определение параметров зерна

1.Определить размер зерна DЗ и суммарную поверхность SЗ в единице объема.

2.Определить зависимость величин DЗ, SЗ на образцах железа от температуры нагрева.

3.Построить графические зависимости: DЗ = f(tH) и SЗ = f(tH).

4.Сделать выводы, объяснить полученные результаты.

Лабораторная работа 3

Экспериментальное освоение методики определения фазового состава предложенных сплавов

1.Определить фазовый состав 2-3 сплавов, например, сталь 20, 45, У13 и построить зависимость: % феррита, перлита = f(% С).

2.Освоить определение марки углеродистой стали, определив еѐ структурный состав металлографическим способом.

3.Экспериментальное освоение методики определения фазового состава предложенных сплавов.

4.Сделать развернутые выводы.

31

Электронный архив УГЛТУ

Лабораторная работа 4

Определение твердости металлов и сплавов

1.Изучить и освоить теоретическую часть.

2.Познакомиться с методикой измерения твердости.

3.Измерить твердость металлического образца одним или несколькими методами.

4.Проанализировать зависимость твердости от какого-либо фактора. Результаты представить в графическом виде, составить отчет.

Лабораторная работа 5

Изменение свойств сталей в результате деформации

ипоследующего нагрева

1.Изучить теоретическую часть работы.

2.Определить твердость заданных образцов металлов, сталей или сплавов

взависимости от степени их предварительной холодной пластической деформации: Ɛ = 0; 10...15; 20...25; 35...45.

3.Нагреть образцы данного сплава, предварительно продеформированные

5. ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ ДВОЙНЫХ СПЛАВОВ

Диаграмма состояния в графическом изображении описывает фазовый состав любого сплава данной системы в равновесном состоянии в зависимости от температуры и химического состава.

Диаграмма состояния строится экспериментально, например, термическим методом. Дело в том, что любые превращения, происходящие в металле или сплаве, в том числе такие, как плавление при нагревании, кристаллизация при охлаждении, изменение кристаллического строения в твердом состоянии, сопровождаются тепловым эффектом – выделением тепла при охлаждении или поглощением его при нагревании.

Методика термического анализа заключается в том, что чистый металл (например, свинец Pb), а также данный металл с добавлением увеличивающейся доли второго металла изучаемой системы (свинец с добавлением последовательно 5, 10, 15, 20 и т.д. процентов сурьмы Sb), расплавляют и затем охлаждают, контролируя через постоянные промежутки

32

Электронный архив УГЛТУ

времени (τ) температуру образцов. Таким образом получают термические кривые охлаждения (рис. 26).

Рис. 26. Термические кривые охлаждения сплавов системы Pb – Sb

Остановка (горизонтальный участок) на кривой охлаждения или замедление скорости охлаждения свидетельствуют о протекании в сплаве фазового превращения того или иного типа. Точки на кривых охлаждения соответствующие остановке, а также началу и концу замедления изменения температуры сплава, называют критическими точками, а соответ-

ствующие температуры – критическими температурами.

На рис. 26, а точка 1 соответствует началу кристаллизации, а 1' – окончанию кристаллизации Pb, которая и случае чистого металла идет при постоянной температуре. В сплавах ряда составов (рис. 26, б, г) кристаллизация происходит в интервале температур (1-2), а последующая остановка (1 -2' ) свидетельствует о протекании фазового превращения при постоянной температуре.

5.1. Диаграмма состояния первого типа

Диаграммы состояния первого типа характеризуют случаи, когда компоненты, образующие сплав, неограниченно взаимно растворены в жидком состоянии и практически не растворимы в твердом состоянии.

Систему этого типа образуют, например, свинец и сурьма (рис. 27). Рассмотрим термическую кривую охлаждения сплава состава «a»

(Pb + 10 % Sb) (см. рис. 27, а). При температуре а1 начинается процесс кристаллизации: из расплава (L) выделяются кристаллы свинца. При этом выделяется тепло и охлаждение сплава замедляется (уменьшается наклон кривой – участок 1-2 на рис. 26, б). В точке а2 (252 °С) из жидкости (расплава), к тому времени изменившей состав до 13 % Sb, начинают выделяться одновременно кристаллы свинца и сурьмы в виде однородной механической смеси (эвтектики). Образование эвтектики (Э), заканчивающее процесс кристаллизации сплава, происходит при постоянной температуре. Сплав (Pb+13 %Sb) кристаллизуется с образованием только эвтектики и

33