Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине "Материаловедение" для студентов специальности "Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта"
учебно-методический материал на тему

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

 ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ №1 «ОЗНАКОМЛЕНИЕ С МЕТОДИКОЙ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ПО РОКВЕЛЛУ И БРИНЕЛЛЮ»

ПО ДИСЦИПЛИНЕ ОП.04 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

для студентов специальности

«ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА»

Методические указания предназначены для студентов специальности «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования.

Назначение – привить учащимся навыки самостоятельной работы по исследованию твердости материалов и помочь освоить необходимую для этого аппаратуру.

ВВЕДЕНИЕ

Материаловедение является общепрофессиональной дисциплиной, устанавливающей базовые знания для освоения специальности «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта».

Лабораторные и практические работы – важнейшая составная часть обучения материаловедения, на гармоничное развитие личности студента. Они имеют большое теоретическое и практическое значение .

Целью лабораторных работ является развить у учащихся навыки к самостоятельной работе, дать возможность практически освоить методы определения твердости материалов.

Описание работы составлено по следующему плану. Вначале дается задание и цель работы. Далее указывается, какие приборы, материалы и инструмент необходимы для выполнения работы.

Дается описание устройства и работы машины, прибора, методика испытания, где подробно, по пунктам, указано, как учащийся должен провести работу. Имеется теоретическая часть и  заканчивается указаниями по составлению отчета.

Лабораторные работы каждый учащийся выполняет самостоятельно, а некоторые работы выполняются малыми группами.

Методические указания по выполнению лабораторных работ по материаловедению разработаны в соответствии с рабочей программой дисциплины.

К выполнению лабораторных работ студенты приступают после подробного изучения соответствующего теоретического материала. Перед проведением лабораторной работы необходимо ознакомиться с устройством оборудования и приборов, ознакомиться с правилами обращения с ними. При проведении испытаний необходимо соблюдать правила техники.

К лабораторным работам допускаются только те студенты, которые ознакомились с правилами техники безопасности, прошли общий инструктаж и инструктаж на каждом рабочем месте и расписались в журнале по технике безопасности.

Нельзя без разрешения преподавателя включать рубильники и пускатели, приводить в действие лабораторные машины и оборудование, использовать. Запрещается самостоятельно устранять какие – либо неисправности без разрешения руководителя.

Каждая работа имеет четко составленное задание, где указаны цель и назначение работы, и рассчитана на выполнение в течение одного занятия. Студент, прежде всего, знакомится с оборудованием, после ознакомления с теоретической частью и ходом работы можно приступать к работе.

После окончания занятий студенты приводят в порядок лабораторное оборудование  и рабочее место. В процессе выполнения лабораторной работы и после окончания ее студент должен показать преподавателю полученные им результаты и вытекающие из них выводы. После утверждения преподавателем указанных результатов и выводов каждый студент оформляет отчет по работе, который представляется на проверку и подпись преподавателю в тот же день либо на следующем лабораторном занятии.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ОЗНАКОМЛЕНИЕ С МЕТОДИКОЙ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ПО РОКВЕЛЛУ И БРИНЕЛЛЮ

Цель: научиться определять твердость металлов различными способами.

Оборудование: твердомер Бринелля; твердомер Роквелла; образцы в виде пластин или дисков из различных металлов; лупа для измерения диаметра отпечатка, таблицы и плакаты.

Время на проведение работы – 2 часа

Задание:

1. Изучите методику определения твердости по Бринеллю и Роквеллу;
2. Определите твердость металлов и сплавов различными способами;
3. Ответьте на контрольные вопросы;
4. Составьте отчет о проделанной работе по форме 1;
5. Напишите вывод, сравнивая при этом достоинства и недостатки данных способов.

Подготовительные работы

Заранее подготавливают образцы различных металлов и сплавов, твердость которых будут определять. Образцы изготавливают в виде пластин или дисков с параллельными плоскостями. Толщина пластин или дисков зависит от предполагаемой твердости металла. Так, толщина образцов из мягких сталей, дюралюминия, силумина, никеля, бронзы и латуней – не менее 4 мм.

Поверхность образцов очищают от окалины и других посторонних примесей. На ней не должно быть вмятин, следов от ударов, раковин.

Общие сведения

Твердость – это свойство материала сопротивляться деформации при местном контактном воздействии на него, более твердого тела.

Твердость является одним из главных механических свойств металлов и сплавов и связана с другими механическими (проччностью, пластичностью, вязкостью), технологическими (штампуемостью, обрабатываемостью резанием) и эксплуатационными (износостойкостью, упругостью) свойствами.

Для пластичных материалов (черные и цветные металлы и их сплавы, и т.д.) используются стандартные методы определения твердости. Основными ГОСТами на способы нормирования (измерения) твердости стали являются:

- твердость по Бринеллю (ГОСТ 9012-59),

- твердость по Роквеллу (ГОСТ 9013-59),

- твердость по Виккерсу (ГОСТ 2999 -75),

- твердость по Шору (ГОСТ 2373-78).

Содержание работы

1. Измерение твердости металлов по методу Бринелля

Метод Бринелля основан на том, что в испытуемый материал под нагрузкой вдавливают стальной закаленный шарик и по величине (диаметру) полученного отпечатка (лунки) судят о его твердости (рисунок1).

Рисунок 1. Схема измерения твердости по методу Бринелля.

а) Схема вдавливания шарика в испытуемый металл

F- нагрузка, D – диаметр шарика, dотп – диаметр отпечатка;

б) Измерение лупой диаметра отпечатка (на рисунке d=4,2 мм).

Число твердости по Бринеллю HB выражается отношением приложенной нагрузки F к площади S сферической поверхности отпечатка (лунки) на измеряемой поверхности.

HB =  ,  (Мпа),

где

F – нагрузка, Н;

S – площадь сферической поверхности отпечатка, мм2 (выражена через D и d );

D – диаметр шарика, мм;

d – диаметр отпечатка, мм;

Величину нагрузки F , диаметр шарика D и продолжительность выдержки под нагрузкой τ, выбирают по таблице 1

Таблица 1. Выбор диаметра шарика, нагрузки и выдержки под нагрузкой в зависимости от твердости и толщины образца

На рисунке 2 приведена схема рычажного прибора. Образец устанавливают на предметный столик 4. Вращая маховик 3, винтом 2 поднимают образец до соприкосновения его с шариком 5 и далее до полного сжатия пружины 7, надетой на шпиндель 6. Пружина создает предварительную нагрузку на шарик, равную 1 кН (100 кгс), что обеспечивает устойчивое положение образца во время нагружения. После этого включают электродвигатель 13 и через червячную передачу редуктора 12, шатун 11 и систему рычагов 8,9, расположенных в корпусе 1 твердомера с грузами 10 создает заданную полную нагрузку на шарик. На испытуемом образце получается шаровой отпечаток. После разгрузки прибора образец снимают и определяют диаметр отпечатка специальной лупой. За расчетный диаметр отпечатка принимают среднее арифметическое значение измерений в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Рисунок 2. Схема прибора Бринелля

По выше приведенной формуле, используя измеренный диаметр отпечатка, вычисляется число твердости HB. Число твердости в зависимости от диаметра полученного отпечатка можно также найти по таблицам (см.таблицы чисел твердости).

При измерении твердости шариком диаметром D = 10,0 мм под нагрузкой F = 29430 Н (3000 кгс), с выдержкой τ  = 10 с – число твердости записывается так: HB 2335 Мпа или по старому обозначению НВ 238         (в кгс/мм2)

При измерении твердости по Бринеллю необходимо помнить следующее:

1. Можно испытывать материалы с твердостью не более НВ 4500 Мпа, так как при большей твердости образца происходит недопустимая деформация самого шарика;
2. Во избежание продавливания минимальная толщина образца должна быть не менее десятикратной глубины отпечатка;
3. Расстояние между центрами двух соседних отпечатков должно быть не менее четырех диаметров отпечатка;
4. Расстояние от центра отпечатка до боковой  поверхности образца должно быть не менее 2,5 d;

Порядок измерения твердости на твердомере Бринелля

1. Установить на подвеску грузы, соответствующие выбранной нагрузке;
2. Установить наконечник с шариком требуемого диаметра;
3. Поместить на столик прибора испытуемый образец так, чтобы центр получившегося отпечатка находился от края образца на расстоянии не менее двух диаметров шарика;
4. Вращением маховика поднять столик до упора;
5. Нажатием кнопки включить электродвигатель ;
6. После снятия нагрузки и остановки электродвигателя опустить столик и снять образец;
7. Измерить полученный отпечаток (лунку) с помощью лупы Бринелля;
8. По измеренному диаметру отпечатка определить число твердости.

2. Измерение твердости металлов по методу Роквелла

Приборы и материалы

1. Твердомер Роквелла;
2. Образцы закаленной и незакаленной стали, детали машин, инструменты.

Задание

1. Ознакомиться с устройством твердомера Роквелла
2. Ознакомиться с методом измерения твердости металлов по методу Роквелла
3. Произвести измерение твердости образцов или деталей;
4. Результаты измерений занести в таблицу 2.

Содержание работы

Метод Роквелла основан на том, что в испытуемый металл вдавливается алмазный конус (или стальной закаленной шарик диаметром 1,59 мм) и по глубине отпечатка судят о твердости (рисунок 2).

Рисунок 2. Схема измерения твердости по Роквеллу.

Число твердости по Роквеллу HR измеряется в условных безразмерных единицах и определяется по формулам:

HRc =  – при вдавливании алмазного конуса

HRв =  – при вдавливании стального шарика,

где 100 – число делений черной шкалы С, 130 – число делений красной шкалы В циферблата индикатора, измеряющего глубину вдавливания;

h0 – глубина вдавливания алмазного конуса или шарика под действием предварительной нагрузки. Мм

h – глубина вдавливания алмазного конуса или шарика под действием общей нагрузки, мм

0,002 – цена деления шкалы циферблата индикатора (перемещение алмазного конуса при измерении твердости на 0,002 мм соответствует перемещению стрелки индикатора на одно деление), мм

Вид наконечника и величина нагрузки выбирается по таблице 2, в зависимости от твердости и толщины испытуемого образца .

Число твердости по Роквеллу (HR) является мерой глубины вдавливания индентора и выражается в условных единицах. За единицу твердости принята безразмерная величина, соответствующая осевому перемещению на 0,002 мм.

Число твердости по Роквеллу указывается непосредственно стрелкой на шкале С или В индикатора после автоматического снятия основной нагрузки.

Твердость одного и того же металла, определенная различными методами выражается различными единицами твердости.

Например, HB 2070, HRc 18 или HRв 95.

Таблица 2

Метод Роквелла отличается простотой и высокой производительностью, обеспечивает сохранение качественной поверхности после испытания, позволяет испытывать металлы и сплавы, как низкой, так и высокой твердости. Этот метод не рекомендуется применять для сплавов с неоднородной структурой (чугуны серые, ковкие и высокопрочные, антифрикционные подшипниковые сплавы и др.).

Порядок измерения твердости по Роквеллу

1.Установить требуемый наконечник (алмазный конус или стальной шарик) и соответствующую нагрузку, руководствуясь таблицей 2;

2. Поместить на столик прибора испытуемый образец;

3. Вращением рукоятки осторожно поднимать столик с образцом до тех пор, пока малая стрелка на шкале индикатора не установится против нанесенной на циферблате точки (большая стрелка при этом должна остановиться на нулевом делении черной шкалы с погрешностью не более  5 делений);

4. Перемещением рифленого полукольца совместить нулевую отметку черной шкалы с большой стрелкой;

5. Плавным нажатием на клавишу включить привод механизма нагружения;

6. После окончания цикла нагружения и снятия основной нагрузки произвести отсчет делений по шкале индикатора (черной или красной, в зависимости от наконечника и нагрузки), по показанию большой стрелки и записать полученный результат;

7. Вращением маховика против часовой стрелки опустить столик;

8. Дважды повторить измерения, передвигая образец после каждого измерения.

Отчет о проделанной работе

1. Результаты измерений занести в таблицу 3;
2. Ответить на контрольные вопросы;
3. Написать вывод, сравнивая при этом достоинства и недостатки данных способов измерения твердости.

Контрольные вопросы

\

1. Что такое твердость?
2. Перечислите методы определения твердости материалов.
3. Обозначение твердости по Бринеллю?
4. Критерий определения твердости по Бринеллю?
5. Обозначение твердости по Роквелла?
6. Критерий определения твердости по Роквеллу?

Таблица 3