2018-02-14
502
Выбор метода определения твердости для различных материалов
Определение твердости по методу Бринелля
Необходимо выбрать режим (т.е. определить диаметр шарика, нагрузку и время выдержки) для определения твердости по методу Бринелля для:
черного металла мягкого – ЧМм (HB≤140 кГ/мм2);
черного металла твердого – ЧМт (HB ≥140 кГ/мм2);
цветного металла твердого – ЦМт (HB≥130 кГ/мм2);
цветного металла средней твердости – ЦМст (HB=35-130 кГ/мм2);
цветного металла мягкого – ЦМм (HB=35-130 кГ/мм2),
(по таблице 3).
Исходные данные выбираются из матриц заданий (табл. 1 и 2). Каждый студент определяет свое задание входя в таблицы по своему номеру в классном журнале (с 1 по 15 - № задачи 1, 2, и 3, а с 16 по 29 - № задачи 4,5 и 6, или по указанию преподавателя).
Таблица 1.
Вид материала образца
| № по списку | № задачи | ||||||
| I | II | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
|
| Вид материала | ||||||
| 1 | 29 | ЧМм | ЧМт | ЦМт | ЦМст | ЦМм | ЦМм |
| 2 | 28 | ЦМм | ЧМм | ЧМт | ЦМт | ЦМст | ЦМм |
| 3 | 27 | ЦМм | ЦМм | ЧМм | ЧМт | ЦМт | ЦМст |
| 4 | 26 | ЦМст | ЦМм | ЦМм | ЧМм | ЧМт | ЦМт |
| 5 | 25 | ЦМт | ЦМст | ЦМм | ЦМм | ЧМм | ЧМт |
| 6 | 24 | ЧМт | ЦМт | ЦМст | ЦМм | ЦМм | ЧМм |
| 7 | 23 | ЧМм | ЧМт | ЦМт | ЦМст | ЦМм | ЦМм |
| 8 | 22 | ЦМм | ЧМм | ЧМт | ЦМт | ЦМст | ЦМм |
| 9 | 21 | ЦМм | ЦМм | ЧМм | ЧМт | ЦМт | ЦМст |
| 10 | 20 | ЦМст | ЦМм | ЦМм | ЧМм | ЧМт | ЦМт |
| 11 | 19 | ЦМт | ЦМст | ЦМм | ЦМм | ЧМм | ЧМт |
| 12 | 18 | ЧМт | ЦМт | ЦМст | ЦМм | ЦМм | ЧМм |
| 13 | 17 | ЧМм | ЧМт | ЦМт | ЦМст | ЦМм | ЦМм |
| 14 | 16 | ЦМм | ЧМм | ЧМт | ЦМт | ЦМст | ЦМм |
| 15 | ЦМм | ЦМм | ЧМм | ЧМт | ЦМт | ЦМст | |
|
|
|
Таблица 2.
Толщина образца в мм
| № по списку | № задачи | ||||||
| I | II | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
|
| Толщина в мм. | ||||||
| 1 | 29 | 10 | 5 | 5.5 | 7.5 | 4.5 | 20 |
| 2 | 28 | 6 | 10 | 5 | 3.5 | 7.5 | 4.5 |
| 3 | 27 | 3 | 5 | 10 | 5 | 9.5 | 3.5 |
| 4 | 26 | 4 | 3 | 9 | 10 | 8 | 5.5 |
| 5 | 25 | 4 | 4 | 3 | 7 | 10 | 5 |
| 6 | 24 | 5 | 6 | 4 | 3 | 88 | 10 |
| 7 | 23 | 15 | 5 | 23 | 4 | 3 | 14 |
| 8 | 22 | 0.5 | 15 | 5 | 12 | 4 | 3 |
| 9 | 21 | 12.5 | 6.5 | 15 | 5 | 7 | 4 |
| 10 | 20 | 3 | 5.5 | 0.5 | 15 | 5 | 12 |
| 11 | 19 | 7.5 | 3 | 12.5 | 21.5 | 15 | 5 |
| 12 | 18 | 4.5 | 5 | 3 | 3.5 | 23.5 | 15 |
| 13 | 17 | 20 | 4.5 | 5 | 3 | 6.5 | 10.5 |
| 14 | 16 | 10.8 | 20 | 4.5 | 5 | 3 | 12.5 |
| 15 | 12.2 | 10.8 | 20 | 4.5 | 5 | 3 | |
Справочный материал
Таблица 3
Выбор диаметра шарика и нагрузки в зависимости от твердости и толщины испытываемого образца (ГОСТ 9012-59)
| материал | Интервал в числах Бринеля, кГ/мм2 | Минимальная толщина испытываемого образца, мм | Соотношение между нагрузкой P и диаметром шарика D | Диаметр шарика D, мм | Нагрузка P, кГ | Длительность выдержки под нагрузкой, с |
| Черные металлы | ≥140 | 6-3 4-2 менее 2 | P=30D2 | 10 5 2,5 | 3000 750 187.5 | 10 |
| Черные металлы | ≤140 | более 6 6-3 | P=10D2 | 10 5 | 1000 250 | 10 |
| Цветные металлы и сплавы (медь, латунь, бронза, магниевые сплавы и т.д.) | ≥130 | 6-3 4-2 менее 2 | P=30D2 | 10 5 2,5 | 3000 750 187.5 | 30 |
| Цветные металлы и сплавы (медь, латунь, бронза, магниевые сплавы и т.д.) | 35-130 | 9-3 6-3 | P=10D2 | 10 5 | 1000 200 | 30 |
| Цветные металлы и сплавы (алюминий, подшипниковые сплавы и т.д.) | 8-35 | Более 6 | P=2,5 D2 | 10 | 250 | 60 |
|
|
|
Определить соответствие чисел твердости по методам Бринелля и Роквелла
| № по № по списку | HB, кгс/мм2 | HRC | HRA |
| HB, кгс/мм2 | HRC | HRA | HRB |
| 1 | 772 | 98.8 | ||||||
| 2 | 71.5 | 234 | ||||||
| 3 | 86.3 | 22.5 | ||||||
| 4 | 681.2 | 97.3 | ||||||
| 5 | 65.4 | 227.1 | ||||||
| 6 | 83.1 | 98,3 | ||||||
| 7 | 600.3 | 97.7 | ||||||
| 8 | 59.7 | 217.6 | ||||||
| 9 | 79.2 | 97,1 | ||||||
| 10 | 533.7 | 94.1 | ||||||
| 11 | 51.7 | 211.3 | ||||||
| 12 | 76.1 | 94,7 | ||||||
| 13 | 477.6 | 94.5 | ||||||
| 14 | 48.8 | 207.2 | ||||||
| 15 | 74.9 | 92,3 | ||||||
| 16 | 428.1 | 93.3 | ||||||
| 17 | 44.3 | 201.4 | ||||||
| 18 | 71.8 | 87,4 | ||||||
| 19 | 400.7 | 92.8 | ||||||
| 20 | 41.3 | 192.7 | ||||||
| 21 | 70.2 | 84,9 | ||||||
| 22 | 362.9 | 91.9 | ||||||
| 23 | 38.1 | 183.7 | ||||||
| 24 | 69.5 | 81,6 | ||||||
| 25 | 330.5 | 88.2 | ||||||
| 26 | 35.2 | 173.2 | ||||||
| 27 | 67.1 | 81,4 | ||||||
| 28 | 301.8 | 87.1 | ||||||
| 29 | 31.1 | 170.6 | ||||||
| 30 | 65.7 | 81,2 |
(по таблице 1.2 «Материаловедение. Заданияна лабораторные работы. Казань, 2001»)
Таблица 4.
Структура и свойства сплава «железо-углерод» при изменении температуры
Описать структуру и свойства сплава Fe - C (рис.2.1) при охлаждении следующего состава: содержание углерода С в сплаве (%)= 0,22 умножить на порядковый номер студента (по списку).
Рис. 2.1.
3. Расчет чисел твердости
Число твердости по Бринеллю определяется по формуле:
,
где
D -диаметр шарика, мм;
d- диаметр отпечатка (d должен быть в пределах 0,2-0,6 D), мм;
P -нагрузка, кГ.
| № по списку | Исходные данные, P, кгс / D, мм / d, мм | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1 | 3000 / 10 / 2.05 | 750 / 5 / 1.15 | 187.5 / 2.5 / 1.15 | 1000 / 10 / 2.25 |
| 2 | 750 / 5 / 1.15 | 3000 / 10 / 3.05 | 15.6 / 2.5 / 1.2 | 187.5/ 2.5 /1.15 |
| 3 | 187.5/ 2.5 /1.15 | 750 / 5 / 1.25 | 3000 / 10 / 2.15 | 15.6 / 2.5 / 1.2 |
| 4 | 1000 / 10 / 2.25 | 187.5/ 2.5 /1.05 | 750 / 5 / 1.35 | 3000 / 10 / 2.25 |
| 5 | 250 / 5/ 2.35 | 1000 / 10 / 2.85 | 187.5/ 2.5 /1.15 | 750 / 5 / 1.45 |
| 6 | 62.5 / 2.5 / 1.05 | 250 / 5/ 2.35 | 1000 / 10 / 2.95 | 187.5/ 2.5 /1.15 |
| 7 | 3000 / 10 / 1.25 | 62.5 / 2.5 / 1.05 | 250 / 5/ 2.35 | 1000 / 10 / 3.25 |
| 8 | 750 / 5 / 2.15 | 3000 / 10 / 1.05 | 62.5 / 2.5 / 1.05 | 250 / 5/ 2.35 |
| 9 | 187.5 / 2.5 / 1.15 | 750 / 5 / 205 | 3000 / 10 / 2.65 | 62.5 / 2.5 / 1.05 |
| 10 | 1000 / 10 / 2.25 | 187.5/ 2.5 /1.15 | 750 / 5 / 2.10 | 3000 / 10 / 4.65 |
| 11 | 200 / 5 /2.95 | 1000 / 10 / 2.25 | 187.5/ 2.5 /1.15 | 750 / 5 / 0.15 |
| 12 | 62.5 / 2.5 / 1.05 | 200 / 5 /2.95 | 1000 / 10 / 2.25 | 187.5/ 2.5 /1.15 |
| 13 | 250 / 5/ 2.35 | 62.5 / 2.5 / 1.05 | 200 / 5 /2.95 | 1000 / 10 / 2.25 |
| 14 | 62.5 / 5 /3.15 | 250 / 5/ 2.35 | 62.5 / 2.5 / 1.05 | 200 / 5 /2.95 |
| 15 | 15.6 / 2.5 / 1.2 | 62.5 / 5 /3.15 | 250 / 5/ 2.35 | 62.5 / 2.5 / 1.05 |
| 16 | 3000 / 10 / 0.85 | 15.6 / 2.5 / 1.2 | 62.5 / 5 /3.15 | 250 / 5/ 2.35 |
| 17 | 750 / 5 / 2.18 | 3000 / 10 / 0.95 | 15.6 / 2.5 / 1.2 | 62.5 / 5 /3.15 |
| 18 | 187.5 / 2.5 / 1.15 | 750 / 5 / 0.18 | 3000 / 10 / 2.90 | 15.6 / 2.5 / 1.2 |
| 19 | 1000 / 10 / 2.25 | 187.5/ 2.5 /1.15 | 750 / 5 / 0.85 | 3000 / 10 / 1.95 |
| 20 | 250 / 5/ 2.35 | 1000 / 10 / 2.25 | 187.5/ 2.5 /1.15 | 750 / 5 / 3.15 |
| 21 | 62.5 / 2.5 / 1.05 | 250 / 5/ 2.35 | 1000 / 10 / 2.25 | 187.5/ 2.5 /1.15 |
| 22 | 3000 / 10 / 1.45 | 62.5 / 2.5 / 1.05 | 250 / 5/ 2.35 | 1000 / 10 / 2.25 |
| 23 | 750 / 5 / 3.85 | 3000 / 10 / 1.55 | 62.5 / 2.5 / 1.05 | 250 / 5/ 2.35 |
| 24 | 187.5 / 2.5 / 1.15 | 750 / 5 / 0.95 | 3000 / 10 / 1.85 | 62.5 / 2.5 / 1.05 |
| 25 | 1000 / 10 / 2.25 | 187.5/ 2.5 /1.15 | 750 / 5 / 1.23 | 3000 / 10 / 3.07 |
| 26 | 200 / 5 /2.95 | 1000 / 10 / 2.25 | 187.5/ 2.5 /1.15 | 750 / 5 / 3.10 |
| 27 | 62.5 / 2.5 / 1.05 | 200 / 5 /2.95 | 1000 / 10 / 2.25 | 187.5/ 2.5 /1.15 |
4. Расчет параметров режима закалки углеродистой стали для получения заданной твердости
В целях повышения прочности, твердости и износостойкости проводится закалка стали.
Параметрами, характеризующими режим закалки, являются:
температура нагрева,
время нагрева и выдержки,
скорость охлаждения.
Температура нагрева углеродистой стали под закалку определяется по диаграмме состояния "железо-углерод" (рис. 4.1) в зависимости от содержания углерода в стали, на 30-50° выше линии GSK.
|
|
|
Рис.4.1. Диаграмма состояния "железо-углерод"
Эти температуры являются оптимальными, так как обеспечивают наибольшую твердость, прочность и минимальное обезуглероживание
стали. Иные температуры нагрева для закалки стали нежелательны. Так, закалка доэвтектоидной стали с нагревом до температур, находящихся в интервале между PS и GS, приведет к сохранению в структуре закаленной стали феррита (структура после такой закалки будет мартенсит+феррит), поэтому закалка будет неполной и твердость стали не достигнет максимального значения, так как феррит имеет низкую твердость.
Нагрев стали под закалку до температур выше оптимальных приводит к понижению твердости за счет образования крупноигольчатого мартенсита, к обезуглероживанию стали, короблению, появлению трещин.
Время нагрева и выдержки должно обеспечить достижение температуры закалки по всему объему изделия и завершение процессов структурных превращений при нагреве стали.
Нормы времени нагрева и выдержки деталей из углеродистой стали, в электропечах приведены в табл.1.
Таблица 1
Нормы времени нагрева и выдержки в печи деталей из углеродистой стали
| Температура нагрева, °C | Формы нагреваемых деталей | |
| Круглого сечения | Квадратного сечения | |
| 400 | 1.0 | 1.3 |
| 500 | 1.0 | 1.2 |
| 600 | 0.9 | 1.1 |
| 700 | 0.7 | 0.9 |
| 800 | 1.5 | 2.0 |
| 900 | 1.3 | 1.8 |
Рис.4.2. Диаграмма изотермического превращения аустенита
По критической скорости закалки выбирается по табл.2 охлаждающая среда, обеспечивающая охлаждение со скоростью, близкой к критической.
Таблица 2
