Теория

Задание.

1.Ознакомиться с устройством и работой лабораторных печей, термопар и пирометров.

2.Изучить устройство твердомеров (Бринелля и Роквелла).

3.Определить твердость предложенных образцов материалов (марок Стали марок 10, 45, У8, Р18).

4.По полученным результатам оформить отчет и сделать выводы.

Приборы, материалы и инструменты. Для выполнения работы по определению твердости металлов необходимы:

-твердомеры Бринелля;

-твердомеры Роквелла;

-лупа для измерения отпечатков;

-микроскоп по Бринеллю;

-три комплекта образцов отожженной стали марок: 10, 45, У8, Р18.

Методика проведения эксперимента. Работу выполняют три бригады по 3-5 человек. Три бригады работают на твердомерах Роквелла (с алмазным конусом и со стальным закаленным шариком), одна бригада на твердомере Бринелля. Затем бригады меняются местами.

Студентам выдаются образцы сталей для измерения твердости на твердомере Бринелля и Роквелла.

Теория.

В основу термического анализа положен метод построения кривых нагревания или охлаждения в координатах “температура - время”. Так как фазовые превращения в металлах и сплавах сопровождаются тепловыми эффектами, на кривых охлаждения можно наблюдать либо остановки (фазовые изменения происходят при постоянной температуре), либо перегибы за счет изменения скорости охлаждения (фазовые превращения протекают в интервале температур).

Для проведения термических анализов металлов и сплавов необходимо знать устройство и принцип действия применяемого оборудования. В качестве оборудования для нагрева применяются печи, обычно электрические. По методу превращения электрической энергии в тепловую электрические печи подразделяются на печи сопротивления (нагрев по закону Джоуля), дуговые и катодные.

Лабораторные печи сопротивления в зависимости от формы рабочего пространства делятся на трубчатые, тигельные или шахтные и муфельные. Независимо от размера и материала нагревателей эти печи имеют много общего в своей конструкции.

Трубчатая электрическая печь типа Т-40.60 предназначена для термической обработки металлов и сплавов при температуре до 1250⁰С. Печь состоит из кожуха, изготовленного из листовой стали, двух торцевых крышек и стоек печи. Внутри кожуха на фарфоровой трубке помещен нагревательный элемент из сплава ЭИ-626, помещенный в шамотную трубу. Пространство между кожухом и трубой заполнено шамотной крошкой. Регулирование температуры осуществляется терморегулятором, а контроль термопарой. Электропечь укреплена на двух стойках и может устанавливаться под любым углом относительно своего горизонтального положения. Загрузку ее можно осуществлять с обеих сторон через торцевые отверстия.

Простая тигельная печь применяется для получения небольших количества сплавов, их прокаливания и т.д. Конструктивное отличие ее от трубчатой печи состоит в том, что рабочее пространство печи образует шамотный стакан, внутри которого находится тигель.

Шахтные электрические печи предназначены в основном для работ с легкоплавкими сплавами. Они изготавливаются, как правило, с шахтой небольшой емкости. Монтаж шахтной печи прост: на шамотный стакан, служащий шахтой печи, наматывается в качестве нагревателя проволока или лента из нихрома и обмазывается специальной огнеупорной замазкой. В таком виде нагревательный стакан устанавливается в металлический кожух на асбестовом основании. Пространство между стаканом и стенками кожуха заполняется асбестовой ватой. Рабочая температура этих печей до 650⁰С.

Муфельная электрическая печь МП-2У предназначена для термической обработки металлов в стационарных лабораториях при температурах до 1000⁰С. Электропечь состоит из металлического корпуса, изготовленного из листовой стали, внутри которого помещен керамический муфель с намотанным на него нагревателем, и пульта управления (терморегулятора). Пространство между муфелем и корпусом заполнено теплоизоляцией.

Муфельная печь загружается через проем, закрываемый дверцей, установленной на шарнирных рычагах. Регулирование температуры (двухпозиционное) осуществляется терморегулятором. Автоматическую работу пульта управления показывает периодическое зажигание сигнальной лампы. В электропечи предусмотрена возможность изменения температуры в рабочем пространстве с помощью показывающего милливольтметра и термопары, вводимой в рабочую камеру через отверстие в задней стенке корпуса. Печь рассчитана на нагрев до 1000⁰С в течение 140 мин. Для определения температуры пользуются термометрами, термопарами, оптическими пирометрами.

Термопара представляет собой два изолированных проводника (электрода), одни концы, которых образуют горячий спай, а другие – холодный спай. Термопара присоединяется к гальванометру. Лабораторные термопары изготавливаются из проволоки диаметром 0,5 мм (реже 0,1-0,2 мм).

Применяемые для термопар материалы должны: 1)иметь разные электродные потенциалы; 2)быть жаропрочными и не окисляться при высоких температурах; 3)обладать постоянством термоэлектрических свойств и давать высокую термоэлектродвижущую силу; 4)иметь высокую электропроводность и быть дешевыми.

В зависимости от материала термопары можно разделить на три основные группы.

1.Термопары из благородных металлов:

а) платина-платинородий (рабочий диапазон температур до 1600⁰С);

б) платина-платинородий (до 1200⁰С);

в) золото-платина-палладий в паре с платинородием (до 1250⁰С).

2.Термопары из неблагородных металлов:

а) медь-константан (до 350-400⁰С);

б) хромель-алюмель (до 1000-1100⁰С);

в) железо-константан (до 600⁰С) и т.д.

3.Термопары из металлических термоэлектродов в паре с неметаллами и химическими соединениями.

В некоторых случаях применение термопар и термометров сопротивления невозможно по значению измеряемой температуры или затруднительно, так как эти приборы требуют теплового контакта со средой, температура которой измеряется. Поэтому температуру измеряют на расстоянии оптическими и радиационными пирометрами.

Определение температуры оптическим пирометром основано на измерении напряженности излучения лучей определенной длины волны.