Лабораторная работа №2.
Тема: «Механические свойства металлов и методы их изучения (твердость)»
Цель работы: изучить механические свойства металлов, методы их изучения.
Ход работы:
1.Ознакомьтесь с теоретическими положениями.
2.Выполните задание преподавателя.
3.Составьте отчет в соответствии с заданием.
Теоретическая часть.
Твердостью называют способность материала оказывать сопротивление проникновению в него другого тела.
При испытаниях на твердость тело, внедряемое в материал и называемое индентором, должно быть более твердым, иметь определенные размеры и форму, не должно получать остаточной деформации. Испытания на твердость могут быть статическими и динамическими. К первому виду относятся испытания методом вдавливания, ко второму - методом ударного вдавливания. Кроме того, существует метод определения твердости царапанием - склерометрия.
По значению твердости металла можно составить представление об уровне его свойств. Например, чем выше твердость, определенная вдавливанием наконечника, тем меньше пластичность металла, и наоборот.
Испытания на твердость по методу вдавливания состоят в том, что в образец под действием нагрузки вдавливают индентор (алмазный, из закаленной стали, твердого сплава), имеющий форму шарика, конуса или пирамиды. После снятия нагрузки на образце остается отпечаток, измерив величину которого (диаметр, глубину или диагональ) и сопоставив ее с размерами индентора и величиной нагрузки, можно судить о твердости металла.
Твердость определяется на специальных приборах – твердомерах. Наиболее часто твердость определяют методами Бринелля (СТ СЭВ 468-77, ГОСТ 9012-59) и Роквелла (СТ СЭВ 469-77, ГОСТ 9013-59).
Существуют общие требования к подготовке образцов и проведению испытаний этими методами:
1. Поверхность образца должна быть чистой, без дефектов.
2. Образцы должны быть определенной толщины. После получения отпечатка на обратной стороне образца не должно быть следов деформации.
3. Образец должен лежать на столике жестко и устойчиво.
4. Нагрузка должна действовать перпендикулярно поверхности образца.
Определение твердости по Бринеллю.
Твердость металла по Бринеллю определяют вдавливанием в образец закаленного стального шарика (рис. 1) диаметром 10; 5 или 2,5 мм и выражают числом твердости НВ, полученным делением приложенной нагрузки Р в Н или кгс (1Н = 0,1 кгс) на площадь поверхности образовавшегося на образце отпечатка F в мм2:
НВ = Р/F [Н/мм2] (1Н/мм2 = 1 МПа ≈ 0,1 кгс/мм2), F = π D h, где D – диаметр шарика, мм; h – глубина отпечатка, мм.
Глубину отпечатка h измерить трудно, гораздо проще определить диаметр d. Тогда 
а число твердости по Бринеллю находится по формуле
.
Рис.1. Схема измерения твердости по методу Бринелля
На практике величину твердости по Бринеллю часто не высчитывают, а пользуются специально составленной таблицей. Зная нагрузку, диаметры шарика и отпечатка, по этой таблице можно определить число твердости НВ. Между числами твердости по Бринеллю и пределом прочности при растяжении σb металлов существует приближенная зависимость σb ≈ к НВ [кгс/мм2], где к – коэффициент, определяемый опытным путем. Коэффициент к имеет следующие значения:
| Сталь, НВ < 175 | 0,34 | Медь холоднокатанная | 0,35 |
| Сталь, НВ > 175 | 0,36 | Медь отожженная | 0,48 |
| Алюминий отожженный | 0,40 | Сплавы меди (бронзы, латуни) | 0,40 |
| Дюралюминий | 0,37 |
Прибором для определения твердости металлов по Бринеллю является рычажно-механический прибор ТШ-2 (рис.2)
Рис. 2. Схема прибора ТШ-2 для определения твердости по Бринеллю
1 - маховик; 2 - подъемный винт;3 - шкала для задания времени выдержки под нагрузкой; 4 - кнопка-выключатель; 5 - опорный столик; 6 - шпиндель для индикатора;7 - упорный чехол; 8 - втулка;9 - пружина; 10 - шпиндель;11 - сигнальная лампа; 12, 15 - рычаги; 13 - серьга; 14 - микропереключатель; 16 - вилка; 17 - шатун;18 - грузы; 19 - кривошип; 20 - редуктор; 21 - электродвигатель