Минобрнауки России
Федеральное государственное
бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального
образования
«»
УГС (код, наименование)
Направление подготовки
(код, наименование)
Профиль (наименование)
Факультет
Кафедра
Учебная
дисциплина «»
Курс
Группа
КУРСОВАЯ РАБОТА
Тема «Определение твердости металлов»
Студент
_________________
________________
(подпись, дата)
(инициалы, фамилия)
Руководитель,
к.т.н., доцент
________________
________________
(подпись, дата)
(инициалы, фамилия)
Оценка за курсовую работу
___________ ____________________
(подпись руководителя)
Санкт-Петербург
2014 г.
К статическим методам определения
твёрдости относятся методы вдавливания:
• измерение твёрдости по методу
Бринеля;
При определении твёрдости
данным методом в поверхность
материала с помощью пресса
вдавливается стальной шарик диаметром
10
мм, 5 мм или 2,5 мм. Шарик под нагрузкой выдерживается
10 – 60 секунд, затем нагрузка снимается
и по площади оставленного на поверхности
образца отпечатка (лунки) рассчитывается
твёрдость по Бринелю.
• измерение твёрдости по методу
Роквелла;
• измерение твёрдости по методу
Виккерса;
При измерении твёрдости по
методу Виккерса в образец вдавливается
четырёхгранная алмазная пирамида с углом
при вершине α = 136о. Величина
твёрдости определяется путём деления
нагрузки на площадь боковой поверхности
получаемого пирамидального отпечатка.
• измерение микротвёрдости;
Микротвёрдость определяется
вдавливанием алмазных наконечников в
виде пирамид. Чаще всего используется
четырёхгранная пирамида с квадратным
сечением и с углом при вершине 136о.
• измерение твёрдости методом
царапания;
При царапании происходит не
только упругая и пластическая деформация
испытуемого материала, но и местное разрушение
его. Нанесение царапины на поверхность
образца производится алмазным конусом
с углом при вершине 90о при перемещении
предметного столика.
Преимущества измерения твёрдости
(вдавливанием):
1. Твёрдость определяется
не только у пластичных материалов,
но также у материалов, которые при обычных
механических испытаниях (например, на
растяжение) разрушаются хрупко (чугуны).
2. Между твёрдостью пластичных
металлов определяемой методом вдавливания,
существует количественная зависимость
с другими механическими свойствами –
прежде всего с пределом прочности на
растяжение (σв).
3. Измерение твёрдости
выполняется значительно проще, чем определение
прочности, пластичности и вязкости. В
данном случае не требуется изготовления
специальных образцов, которые, как правило,
разрушаются при испытании.
4. Определение твёрдости
– неразрушающий метод контроля. Испытаниям
могут подвергаться как специально изготовленные
образцы, так и готовые детали, которые
после измерения можно использовать по
назначению.
5. Твёрдость можно измерять
на деталях небольшой толщины, а также
в очень тонких поверхностных слоях. При
измерении микротвёрдости можно определять
твёрдость отдельных фаз и структурных
элементов.
1. Общие сведения
Твердость – это свойство материала сопротивляться
проникновению в него другого тела, которое
при этом не получает остаточных деформаций.
В лабораторных и заводских условиях применяют
различные способы определения твёрдости
образцов и изделий для характеристики
их механических свойств. На поверхность
материалов воздействуют наконечниками
из закалённой стали, алмаза, сапфира,
твёрдого сплава, имеющеми форму шарика,
конуса, пирамиды или иглы. Величина твёрдости
и её размерность для одного и того же
материала зависят от применяемого метода
измерения. Пересчёт значений твёрдости,
определяемый разными методами, производится
по таблицам и эмпирическим формулам.
Измерение твердости металла
по методу Роквелла
Количество образцов - 10
шт.
Условия проведения
испытания – производственная лаборатория
При измерении твёрдости по
методу Роквелла в образец (изделие) вдавливается
алмазный конус с углом при вершине α =
120о или стальной
шарик с диаметром D = 1,588 мм (1,59 мм).
Вдавливание производится в
два этапа – сначала прилагается предварительная
нагрузка Ро = 980 Н (10 кГ),
а затем основная Р1. Таким образом
общая нагрузка будет равна их сумме Р
= Ро + Р1. Предварительная
нагрузка необходима для того, чтобы исключить
влияние упругой деформации и различной
степени шероховатости поверхности образца.
Твёрдость по Роквеллу измеряется
в условных единицах. За единицу твёрдости
принята величина, соответствующая осевому
перемещению наконечника на 0,002 мм. В таблице
1 приведены условия, которые необходимо
соблюдать при измерении твёрдости этим
методом. Расстояние между центрами соседних
отпечатков или расстояние от центра какого-либо
отпечатка до края образца должно быть
не менее 3,0 мм.
Таблица 1 – Условия измерений
твердости по методу Роквелла
е = (h –
h0)
/ 0.002,
где hо – глубина
внедрения наконечника в образец под действием
предварительной нагрузки Ро; h – глубина
внедрения наконечника в образец под действием
общей нагрузки Р, измеренная после снятия
основной нагрузки Р1, с оставлением
предварительной нагрузки Ро.
2. Средства измерений
Приборы: твердомер Роквелла, образцовые
меры твердости.
Рисунок 1 – Наконечники для
измерения твердости по методу Роквелла
Реактивы: набор образцов сплавов с лунками,
оставшимися после вдавливания алмазного
конуса
Рисунок 2 – Отпечатки алмазного
конуса при измерении твердости по методу
Роквелла
3. Документация
ГОСТ 1435-99. Прутки, полосы и мотки
из инструментальной нелегированной стали.
Общие технические условия.
ГОСТ 9013-59 (ИСО 6508-86) Металлы.
Метод измерения твердости по Роквеллу.
3. Процедуры испытаний
Подготовка к испытанию
- Выбрать подходящую для проверяемого
материала шкалу (А, В или С)
- Установить соответствующий индентор и нагрузку
- Перед тем, как начать проверку,
надо сделать два не учитываемых отпечатка,
чтобы проверить правильность посадки
наконечника и стола
- Установить эталонный блок
на столик прибора
Методика испытания
- С помощью нижнего винта образец
поднимается до соприкосновения с измерительной головкой;
- Поворотом рукоятки на 90о влево приложить предварительную нагрузку;
- С помощью гайки под индикатором установить его большую стрелку на ноль, а малую – на
вертикальную риску (подвод стрелок осуществляется по часовой
стрелке);
- Плавно повернуть рукоятку на 90о влево до упора и выдержать 5 с;
- Повернуть рукоятку в обратную
сторону, при этом снимается испытательная нагрузка;
- Снять показания твёрдости
со шкалы индикатора;
- Повернуть рукоятку вправо до упора на
90о, сняв, таким образом, предварительную нагрузку;
- Освободить испытуемый образец.
1 – исходное положение;
2 – положение предварительной
нагрузки, установка индикатора
на ноль;
3 – приложение испытательной
нагрузки и выдержка – 5 с; 4 – снятие испытательной
нагрузки и фиксация величины твёрдости;
5 – возвращение рукоятки в исходное положение
Рисунок 3 – Порядок проведения
измерений – схема положения
рукоятки при работе на приборе
Рисунок 4 – Общий вид твёрдомера
Роквелла типа РТП-5011(а),
измерительная ячейка в процессе
работы (б)
5. Результаты испытаний
и расчеты
Таблица 2 – Полученные измерения
Показатель |
Образцы |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
HRC1 |
62 |
62 |
61 |
64 |
62 |
62 |
64 |
65 |
66 |
63 |
HRC2 |
61 |
63 |
60 |
62 |
61 |
62 |
63 |
64 |
63 |
62 |
Среднее значение для каждого
образца:
где
- сумма всех, полученных значений
твердости для образца;
- количество полученных значений
твердости для образца.
Средняя квадратичная погрешность измерения:
Средняя квадратичная ошибка
среднего арифметического:
Таблица 3 – Результаты математической
обработки измерений
HRC |
x |
σxi |
3σxi |
σx |
t |
HRC = x ± t*σx |
1 |
63.1 |
1.269 |
3.807 |
0.401 |
3.17 |
63.1±1.272 |
2 |
62.1 |
1.197 |
3.59 |
0.378 |
3.17 |
62.1±1.2 |
6. Вывод
В ходе работы была измерена
твёрдость по методу Роквелла с учетом
статистической ошибки измерений.
По таблице из книги: «Обработка
инструментальных материалов., Полевой
С. Н., Евдокимов В. Д., Справочник – 2-е изд.,
перераб. и доп. – К.: Тэхника, 1988. – 175с.
(Издательство «Техника»
в книге записана как «Тэхника»)»
делаем вывод, что перед нами
инструментальная легированная сталь 8Х3.