Гоувпо «воронежская государственная технологическая академия» Ю. П. Земсков, Л. Б. Лихачева

Правила техники безопасности
1. Все студенты, приступая к лабораторным работам, должны ознакомиться с правилами работы в лаборатории кафедры и расписаться в журнале по технике безопасности.
2. Работы проводятся только с разрешения преподавателя.
3. Все электроприборы должны быть заземлены.
4. Студенты обязаны осторожно обращаться с приборами и оборудованием.
5. По окончании работы приборы должны быть отключены от сети.


Порядок выполнения работы
1. Изучить работу твердомера ТК-2М. Произвести замеры твердости образцов. Использовать таблицу 2.
2. Произвести расчеты и заполнить табл. 3. Определить класс (марку)стали или чугуна.

4. 
   Определить свойства образцов, используя формулу
   

σ_в = КHB,

где К – коэффициент, зависящий от материала. Для стали с твердостью 120 … 450 НВ К ≈ 0,34; для меди, латуни, бронзы отожженных К ≈ 0,55, наклепанных К ≈ 0,40; для алюминия и алюминиевых сплавов с твердостью 20 … 45 НВ К ≈ 0,35.

Таблица 2
Ориентировочный перевод значений твердости, определяемых
различными методами

HV, МПа	НВ, МПа	НR по шкале			HV, МПа	НВ, МПа	НR по шкале
		С	А	В			С	А	В
12340	7800	72	84	--	2280	2290	20	61	100
11160	7450	70	83	--	2220	2230	19	60	99
10220	7120	68	82	--	2170	2170	17	60	98
9410	6820	66	81	--	2130	2120	15	59	97
8680	6730	64	80	--	2080	2070	14	59	95
8040	6270	62	79	--	2010	2010	13	58	94
7460	6010	60	78	--	1970	1970	12	58	93
6940	5780	58	78	--	1920	1920	11	57	92
6500	5550	56	77	--	1860	1870	9	57	92
6060	5340	54	76	--	1830	1830	8	56	90
5870	5140	52	75	--	1780	1790	7	56	90
5510	4950	50	74	--	1740	1740	6	55	89
5340	4770	49	74	--	1710	1700	4	55	88
5020	4610	48	73	--	1660	1670	3	54	87
4740	4440	46	73	--	1620	1630	2	53	86
4600	4290	45	72	--	1590	1590	1	53	85
4350	4150	43	72	--	1550	1560	-	-	84
4230	4010	42	71	--	1520	1520	-	-	83
4010	3880	41	71	--	1490	1490	-	-	82
3900	3750	40	70	--	1480	1460	-	-	81
3860	3630	39	70	--	1430	1430	-	-	80
3610	3520	38	69	--	1400	1400	-	-	79
3440	3410	36	68	--	1380	1370	-	-	78
3340	3310	35	67	--	1340	1340	-	-	77
3200	3210	33	67	--	1310	1310	-	-	76
3110	3110	32	66	--	1290	1280	-	-	75
3030	3020	31	66	--	1270	1260	-	-	74
2920	2930	30	65	--	1230	1230	-	-	73
2850	2850	29	65	--	1210	1210	-	-	72
2780	2770	28	64	--	1180	1180	-	-	71
2700	2690	27	64	--	1160	1160	-	-	70
2610	2620	26	63	--	1150	1140	-	-	68
2550	2550	25	63	--	1130	1110	-	-	67
2490	2480	24	62	--	1100	1100	-	-	66
2400	2410	23	62	102	1090	1090	-	-	65
2350	2350	21	61	101	1080	1070	-	-	64

Таблица 3
Результаты испытаний

Образец	Материал	Состояние	HRС ср	НВ, МПа	σв, МПа
1
2
3
4
5

Содержание отчета

1. 
   Краткое описание методики определения твердости металлов и сплавов.
   
2. 
   Результаты испытаний в виде таблицы 3.
   
3. 
   Выводы.
   

Контрольные вопросы

1. 
   Какие методы определения твердости Вам известны?
   
2. 
   Каковы единицы измерения твердости, определяемой различными способами?
   
3. 
   По каким формулам определяются числа твердости по различным методам?
   
4. 
   Как проводится подготовка образца для измерении твердости?
   
5. 
   Как проводятся испытания твердости на приборе ТК-2?
   
6. 
   В каких случаях используют при измерении шарик, алмазный конус, твердосплавный конус?
   
7. 
   Почему измерения твердости по Бринеллю нельзя применять для тонких образцов?
   
8. 
   Почему широко применяется метод измерения твердости по методу Роквелла?
   
9. 
   Каковы зависимости между твердостью и пределом прочности?
   

Лабораторная работа № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИКРОТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Цель работы: ознакомление с методикой определения микротвердости на приборе ПМТ-3. Определение механических свойств стали по ее микротвердости.


Необходимое оборудование, приспособления, инструмент, материалы: микротвердомер ПМТ-3, образцы сплавов металлов в отожженном и закаленном состояниях.
Теоретические сведения
Микротвердость (H_m) является одной из определяющих физико-механических характеристик. Определение микротвердости применяется для изделий мелких размеров и отдельных структурных составляющих сплавов с целью выявления отдельных составляющих микроструктуры, а также для исследования структур, полученных после термической (закалка) и химико-термической обработок. В испытуемую поверхность вдавливают алмазную пирамиду под нагрузкой 0,02…2 Н. Микротвердость H_m определяется по той же формуле, что и твердость по Виккерсу. Образцы для измерений подготавливаются так же, как микрошлифы. Определение микротвердости производят на приборе ПМТ – 3.
Описание прибора ПМТ-3.
Прибор имеет массивный штатив, который обеспечивает большую устойчивость. Имеется приспособление для исследования в темном поле.
Прибор ПМТ-3 (рис. 1) состоит из основания 1, выполненное в виде коробки с ребрами жесткости, к которому прикреплена цилиндрическая колонка 2 с ленточной резьбой. На колонку надет кронштейн 3, который закреплен на ней разрезной втулкой с зажимным винтом 5 и может перемещаться с помощью кольцевой гайки 4. Кронштейн несет тубус 6, в нижней части которого укреплен кронштейн индентора 7.
Сверху тубуса устанавливается наклонная окулярная трубка 8 и винтовой окулярный микрометр 9 или прямая трубка для фотографирования. В кронштейне 3 размещены механизмы грубой и тонкой подач тубуса. Рукоятка тонкой подачи имеет деления, каждый из которых соответствует 0,002 мм подъема или опускания тубуса.
Предметный столик может перемещаться во взаимно перпендикулярных направлениях, что достигается с помощью микрометрических винтов. Точность перемещения 0,01 мм достигается в пределах 10 мм. Для поворота предметного столика на 180º от упора до упора (из начального положения, когда визируется место испытания, во второе положение для производства испытания) служит специальная рукоятка.

Рис. 1. Прибор ПМТ-3 (разрез вертикальный)

Конструкция столика и механизма перемещения позволяют обеспечить совмещение места, выбранного для испытания, с местом фактического отпечатка с точностью до 0,003 мм.

Индентор состоит из штока, укрепленного на двух пружинах. На нижний конец штока надевается оправка с алмазным наконечником. Шток опускается и поднимается вращением рукоятки ( приблизительно на 180 º ).
Упругость пружин регулируют таким образом, чтобы без нагрузки, под влиянием собственного веса деталей индентора, не получалось заметного отпечатка при максимальном увеличении. В процессе работы регулировка пружин может оказаться нарушенной из-за упругой их деформации.
Положение можно исправить, приподняв корпус индентора вращением гайки. Для этого необходимо освободить винт, стягивающий лапки наружной втулки. Для предохранения штока индентора от разворотов в конструкции предусмотрена колонка, входящая во втулку.
Винтовой окулярный микрометр 9 состоит из компен-сационного окуляра, снабженного отсчетным приспособлением, состоящим из винта, гайки, отсчетного барабанчика и каретки с подвижной сеткой. На подвижной сетке нанесены перекрестие и две риски ( би - штрих ) (рис. 2). Перекрестие служит для наводки на отпечаток, а риски – для отсчетов. На неподвижной сетке через каждый миллиметр нанесены штрихи. Цена деления отсчетного барабанчика окулярного микрометра (Z) составляет 0,000315 мм и определяется посредством объект-микрометра с ценой деления 0,01 мм по формуле
= ,
где – число делений объект-микрометра;
- цена деления объект-микрометра;
- число делений окулярного микрометра.

Осветитель, укрепленный на нижней части тубуса микроскопа, работает от лампочки напряжением 8 В (20 Вт), питающийся через трансформатор от электросети.

Проведение испытаний.

Производят настройку прибора в следующей последовательности.
1. Исследуемый образец закрепляют на пластинке со штифтами пластилином; строгое расположение образца по отношению к плоскости предметного столика достигается вдавливанием образца в пластилин ручным прессом.
2. Проверяют исправность работы нагружающего механизма. Для этого шток индентора вхолостую несколько раз перемещают при небольшом нагружении (5…10 г). при этом шток должен перемещаться без заеданий, плавно.
3. Проверяют совмещение отпечатка с точкой пересечения перекрестия. Для этого делают пробный отпечаток в любом месте образца при небольшом нагружении. Если совмещения не будет то центровочными винтами отпечаток подводят к точке пересечения перекрестия и после этого делают еще один пробный отпечаток.
4. Проверяют чувствительность работы индентора (наконечника). Сначала производят отпечаток без нагружения, а затем при нагружении 0,5 г. В первом случае отпечатка не видно даже при максимальном увеличении. Во втором случае алмаз оставляет небольшой отпечаток, видимый при том же увеличении.
5. Проверяют правильность показаний прибора. Для этого делают несколько отпечатков на эталонном материале.
После проведения проверочных операций приступают к натуральным испытаниям в следующей последовательности.
1. Ставят на утолщенную часть штока индентора выбранный груз.
2. Выбирают место для испытания.
3. Плавно поворачивают предметный столик на 180^○ (от одного упора к другому) для производства отпечатка. Испытуемое место должно оказаться точно под алмазом.
4. Медленным поворотом рукоятки арретира индентора (от упора до упора) отпускают шток с алмазным наконечником до соприкосновения с образцом. Этот поворот следует производить в течение 10…15 с. После выдержки в течение 5 с рукоятку арретира возвращают в исходное положение.
5. Предметный столик возвращают в исходное положение соответствующей рукояткой так, чтобы в момент вращения предметного столика алмаз был в поднятом состоянии. Несоблюдение этого условия может привести к поломке алмаза. Если прибор был предварительно хорошо отцентрован, то полученный отпечаток совместиться с точкой пересечения перекрестия.
6. Для измерения диагонали отпечатка вращают микрометрические винты предметного столика, подводя отпечаток к перекрестию окуляра так, чтобы две стороны отпечатка совместились с двумя сторонами перекрестия (положение 1 рис. 2).
Если вращением винтов нельзя получить точного совмещения, то вращают окуляр на окулярной трубке. Для этого освобождают стопорный винт окуляра и вращают его до более точного совмещения сторон отпечатка с линиями перекрестия. После этого стопорный винт зажимают. Отмечают показания измерительного барабанчика окулярного микрометра. Затем вращением измерительного барабанчика перемещают отпечаток так, чтобы две другие его стороны были совмещены с линиями перекрестия (положение 2 рис. 2). Отмечают второе показание измерительного барабанчика. Разность двух показаний, умноженная на значение цены деления, дает истинную величину диагонали отпечатка.

Рис. 2. Шкала и перекрестие окулярного микрометра прибора ПМТ-3