В зависимости от испытуемого материала и толщины образца

СБОРНИК ЗАДАНИЙ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ И САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ РАБОТ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ И КОНСТРУКЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Лабораторные работы (II семестр)

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ»

 

Порядок выполнения работы

 

1. В соответствии с номером варианта выбрать 2 материала и метод измерений (таблица 1).
2. Определить вид и размер индентора (таблице 2).
3. Ознакомиться с методическими указаниями. По заданным в таблице 1 результатам 5-ти испытаний произвести необходимые расчеты.
4. В связи с тем, что твердость исследуемого материала определяется в ходе проведения параллельных экспериментов (проведено n=5 испытаний), расчет твердости и представление результатов расчетов в окончательном виде выполнять с учетом следующих рекомендаций:

1) вычислить среднее арифметическое значение x_ср:

,

где x_i – результат i -го единичного измерения;

2) вычислить среднюю квадратическую погрешность результатов единичных измерений:

;

3) определить среднюю квадратическую погрешность результата измерения среднего арифметического:

;

4) определить полуширину доверительной погрешности:

,

где t_Р(n) – коэффициент распределения Стьюдента, является функцией доверительной вероятности Р (принять Р=0,95) и числа измерений n. Для Р=0,95 и n=5 значение t_Р(n)=2,776;

 

5) окончательное значение искомой физической величины представить в соответствии с выражением:

при Р=0,95.

1. Сравнить полученные результаты с данными таблицы 3.
2. Ответить на контрольные вопросы.

 

Таблица 1

Исходные данные

Вариант	Наименование материала	Толщина образца, мм	Метод испытания	Измеряемый параметр, мм	Результаты испытаний
1.	Бронза		По Бринеллю	dB	1,45	1,49	1,48	1,45	1,47
Жаропрочный чугун		По Виккерсу	dV	0,81	0,79	0,86	0,86	0,84
2.	Латунь		По Бринеллю	dB	2,87	2,93	2,88	2,94	2,91
Электрокорунд		По Роквеллу	h0/h	0,21/1,31	0,23/1,32	0,22/1,33	0,20/1,34	0,21/1,32
3.	Медь		По Бринеллю	dB	5,94	5,93	5,95	5,89	5,98
Металлокомпозит		По Роквеллу	h0/h	0,50/1,81	0,49/1,82	0,51/1,82	0,48/1,80	0,52/1,82
4.	Серый чугун	0,8	По Виккерсу	dV	0,33	0,36	0,31	0,35	0,32
Гетинакс		По Бринеллю	dB	5,90	5,98	5,96	5,90	5,97
5.	Высокопрочный чугун	0,5	По Виккерсу	dV	0,22	0,28	0,26	0,23	0,22
Сталь незакаленная		По Бринеллю	dB	2,55	2,61	2,56	2,61	2,58
6.	Жаропрочный чугун		По Виккерсу	dV	0,17	0,16	0,14	0,17	0,13
Стеклотекстолит	5,5	По Бринеллю	dB	2,50	2,47	2,48	2,53	2,51
7.	Сталь незакаленная	0,5	По Виккерсу	dV	0,42	0,39	0,45	0,48	0,45
Дуралюмин	3,5	По Бринеллю	dB	1,07	1,11	1,12	1,09	1,08
8.	Сталь незакаленная		По Бринеллю	dB	4,88	4,86	4,89	4,90	4,86
Корунд		По Роквеллу	h0/h	0,18/1,130	0,14/1,14	0,16/1,13	0,18/1,14	0,19/1,16
9.	Сталь закаленная	0,2	По Виккерсу	dV	0,31	0,29	0,33	0,36	0,28
Оргстекло	7,5	По Бринеллю	dB	4,54	4,53	4,57	4,59	4,53
10.	Сталь закаленная		По Виккерсу	dV	0,85	0,83	0,89	0,88	0,84
Силумин	4,5	По Бринеллю	dB	2,68	2,65	2,62	2,68	2,63
11.	Керамика		По Роквеллу	h0/h	0,01/0,56	0,02/0,55	0,03/0,57	0,02/0,56	0,04/0,55
Бронза		По Бринеллю	dB	0,90	0,94	0,91	0,89	0,94
12.	Металлокомпозит		По Роквеллу	h0/h	0,32/1,79	0,33/1,79	0,32/1,81	0,33/1,82	0,34/1,81
Алюминий	2,5	По Бринеллю	dB	1,22	1,24	1,26	1,28	1,24
13.	Фарфор		По Роквеллу	h0/h	0,04/0,98	0,03/0,99	0,04/0,94	0,06/0,99	0,05/0,97
Сталь незакаленная		По Бринеллю	dB	4,01	4,03	4,02	3,99	4,05
14.	Текстолит		По Бринеллю	dB	5,89	5,85	5,88	5,91	5,86
Высокопрочный чугун	2,5	По Виккерсу	dV	0,56	0,51	0,49	0,53	0,55
15.	Оргстекло	6,5	По Бринеллю	dB	4,36	4,39	4,34	4,38	4,40
Серый чугун	3,5	По Виккерсу	dV	0,75	0,78	0,71	0,73	0,75

Примечание: d_B – среднее арифметическое диаметров отпечатков; d_V – среднее арифметическое двух диагоналей; h₀ – глубина погружения индентора под действием предварительной нагрузки, h – глубина погружения индентора под действием общего усилия.

Таблица 2

Область применения и характеристики статических методов измерения твердости

в зависимости от испытуемого материала и толщины образца

Наименование материала	Характеристика материала	Твердость по Бринеллю, МПа	Толщина образца, мм	Тип индентора	Диаметр индентора, мм	Метод определения твердости по
Бринеллю	Виккерсу	Роквеллу
Черные металлы (стали, чугуны)	Незакаленные стали	< 4500	0,1÷1	Алмазная призма, конус	–	–	+	+
1÷2	Закаленный стальной шарик	1,56	–	–	+
2÷4	2,5	+	–	–
4÷6	5,0	+	–	–
> 6	10,0	+	–	–
Специальные закаленные стали, чугуны	> 4500	> 0,1	Алмазный конус, призма	–	–	+	+
Цветные металлы, сплавы и пластмассы	–	–	2÷4	Закаленный стальной шарик	2,5	+	–	–
4÷6	5,0	+	–	–
> 6	10,0	+	–	–
Керамика и композиционные материалы	–	–	> 0,1	Алмазный конус	–	–	–	+

 

 

«РАСЧЕТ КОНСТРУКТИВНОЙ ПРОЧНОСТИ»

Порядок выполнения работы

 

1. Получить у преподавателя вариант задания для выполнения практической работы. Руезультаты расчетов свести в таблицу:

 

Номер испытания	Величина	Приращение	tgβi
нагрузки P, кгс	удлинения ∆l, мм	нагрузки ∆Pi, кгс	удлинения ∆(∆li), мм

 

2. При заполнении таблицы рассчитать по ∆P_i, ∆(∆l_i) и tgβ_i.

3. Построить диаграмму растяжения анализируемого материа­ла в координатах «нагрузка P – абсолютное удлинение ∆l » на миллиметровой бумаге. Путем замены координатных осей пре­вратить диаграмму растяжения в диаграмму деформации: σ = f(ε).

4. Определить предел пропорциональности σ_ПЦ по значению tgβi в протоколе испытаний.

5. Определить графически по диаграмме деформации предел текучести σ_Т, или услов­ный предел текучести σ_0,2.

6. Определить предел прочности σ_В по диаграмме деформа­ции, используя графический метод.

Для всех вариантов индивидуальных заданий (табл. 3.1 – 3.3) использовались стержни из сталей различных марок, подвергнутые химико-термической обработке. Химико-термическая (электроэрозионная) обработка выполнялась с целью упрочнения и по­вышения коррозионной стойкости изделий.

Таблица 3.1

Материал –сталь 45

Номер варианта
1.1	1.2	1.3	1.4
Режим электроэрозионной обработки Сила тока I, А
Время воздействия τ, с
Начальные размеры образца Площадь сечения F0, мм2
20,3	19,24	18,47	19,24
Длина l0, мм
№	P, кг	∆l, мм	№	P, кг	∆l, мм	№	P, кг	∆l, мм	№	P, кг	∆l, мм
		0,04			0,04			0,01			0,02
		0,08			0,08			0,05			0,04
		0,12			0,12			0,09			0,08
		0,16			0,16			0,13			0,12
		0,2			0,20			0,17			0,16
		0,24			0,28			0,21			0,2
		0,28			0,36			0,25			0,24
		0,36			0,4			0,29			0,28
		0,4			0,44			0,33			0,32
		0,44			0,48			0,37			0,36
		0,48			0,52			0,41			0,4
		0,52			0,56			0,45			0,44
		0,56			0,6			0,53			0,48
		0,6			0,64			0,61			0,52
		0,64			0,68			0,69			0,56
		0,68			0,72			0,77			0,6
		0,72			0,84			0,81			0,64
		0,76			0,88			0,89			0,68
		0,8			0,96			0,97			0,72
		0,84			1,0			1,05			0,76
		0,88			1,08			1,09			0,8
		0,92			1,16			1,13			0,84
		0,96			1,2			1,17			0,88
		1,0			1,24			1,21			0,92
		1,04			1,28			1,25			0,96
		1,08			1,36			1,33			1,02
		1,12			1,44			1,41			1,08
		1,16			1,52			1,45			1,12
		1,2			1,56			1,49			1,16
		1,24			1,6			1,53			1,2
		1,28			1,68			1,57			1,24
					1,76			1,61			1,28
					1,84			1,65			1,32
					1,88			1,69			1,36
					1,92			1,73			1,4
					2,2			1,77			1,44
					2,36			1,81			1,48
					2,44			1,89			1,52
					2,48			1,97
					2,56			2,01
					2,63

 

Таблица 3.2

Материал –сталь 65Г

Номер варианта
2.1	2.2	2.3	2.4
Режим электроэрозионной обработки Сила тока I, А
Время воздействия τ, с
Начальные размеры образца Площадь сечения F0, мм2
20,83	18,86	20,03	19,64
Длина l0, мм
№	P, кг	∆l, мм	№	P, кг	∆l, мм	№	P, кг	∆l, мм	№	P, кг	∆l, мм
		0,04			0,18			0,04			0,1
		0,08			0,22			0,08			0,14
		0,12			0,26			0,12			0,18
		0,16			0,3			0,2			0,22
		0,2			0,34			0,24			0,26
		0,24			0,42			0,32			0,3
		0,28			0,5			0,36			0,34
		0,32			0,54			0,4			0,38
		0,4			0,58			0,48			0,42
		0,48			0,66			0,52			0,46
		0,52			0,7			0,56			0,5
		0,6			0,74			0,6			0,54
		0,68			0,78			0,64			0,58
		0,72			0,82			0,68			0,62
		0,76			0,86			0,72			0,66
		0,8			0,9			0,76			0,68
		0,84			0,94			0,8			0,74
		0,88			0,98			0,84			0,78
		0,92			1,02			0,88			0,82
		1,0			1,06			0,92			0,86
		1,04			1,1			0,96			0,9
		1,08			1,14			1,00			0,98
		1,16			1,18			1,04			1,02
		1,2			1,3			1,08			1,06
		1,28			1,46			1,12			1,1
		1,32			1,54			1,2			1,12
		1,36			1,62			1,32			1,14
		1,44			1,7			1,48			1,18
		1,52			1,86			1,56			1,26
		1,60			1,94			1,68			1,34
		1,64			2,02			1,76			1,42
		1,68			2,1			1,88			1,5
		1,76			2,18			1,96			1,58
		1,84			2,26			2,04			1,66
		1,88			2,34			2,12			1,74
		1,96			2,42			2,24			1,82
		2,0			2,58			2,34			1,9
		2,08			3,02			2,44			1,98
		2,12			3,1			2,52			2,06
		2,12			3,14			2,6			2,1
					3,18			2,64			2,11

 

 

Таблица 3.3

Материал –сталь ШХ15

Номер варианта
3.1	3.2	3.3	3.4
Режим электроэрозионной обработки Сила тока I, А
Время воздействия τ, с
Начальные размеры образца Площадь сечения F0, мм2
21,24	20,43	20,43	18,86
Длина l0, мм
№	P, кг	∆l, мм	№	P, кг	∆l, мм	№	P, кг	∆l, мм	№	P, кг	∆l, мм
		0,08			0,08			0,04			0,08
		0,12		25,5	0,12			0,08			0,12
		0,16			0,16			0,12			0,16
		0,28		76,5	0,2			0,16			0,20
		0,32			0,24			0,20			0,24
		0,36			0,32			0,24			0,28
		0,44			0,36			0,28			0,32
		0,48			0,4			0,36			0,36
		0,52			0,44			0,40			0,40
		0,56			0,48			0,44			0,44
		0,68			0,52			0,48			0,48
		0,76			0,56			0,52			0,52
		0,8			0,6			0,56			0,56
		0,92			0,64			0,60			0,60
		1,04			0,68			0,68			0,64
		1,08			0,76			0,72			0,70
		1,12			0,84			0,76			0,72
		1,2			0,96			0,84			0,76
		1,24			1,04			0,92			0,80
		1,28			1,08			1,00			0,84
		1,32			1,16			1,08			0,88
		1,4			1,24			1,16			0,92
		1,44			1,28			1,24			0,96
		1,48			1,4			1,36			1,00
		1,56			1,44			1,48			1,04
		1,64			1,48			1,60			1,08
		1,72			1,52			1,68			1,12
		1,84			1,56			1,76			1,20
		1,92			1,64			1,88			1,28
		1,96			1,72			2,00			1,40
		2,0			1,88			2,12			1,48
		2,04			2,20			2,24			1,56
		2,12			2,48			2,32			1,64
		2,16			2,68			2,40			1,76
		2,2			2,88			2,48			1,84
		2,28			3,08			2,56			1,96
		2,36			3,48						2,08
		2,44			3,88						2,24
		2,48			4,48						2,32
		2,56			5,08						2,40
		2,63			5,27						2,47