Лабораторные работы

АВТОТРАНСПОРТНЫЙ И

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

Специальность: 190604- «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта»

190201- «Автомобиле- и тракторостроение»

190701- «Организация перевозок и управление на автомобильном транспорте»

Дисциплина: материаловедение

ОТЧЕТ

АТЭМК2.ЛР.09.07.001 ПЗ

Студента группы________ ___________________________

2010

Лабораторная работа № 1

Определение твердости методом Бринелля

Отчет

Цель работы. Ознакомиться с устройством пресса Бринелля и с методикой определения твердости на нем.

Научиться выбирать условия испытания для различных материалов. Определить твердость материала образца. Определить предел прочности стального образца.

Оборудование и материалы:

1. Пресс Бринелля.

2. Отсчетный микроскоп типа МПБ-3.

3. Линейка.

4. Образцы стали, латуни, бронзы, алюминия.

Порядок проведения работы

1. Замерить толщину образцов и определить диаметры шариков, величины нагрузок и время выдержки под нагрузкой.

2. Подготовить поверхности образцов для испытания.

3. Подготовить пресс к испытанию, установив шарик, нагрузку и время, необходимое для испытания.

4. Произвести вдавливание.

5. Измерить с помощью микроскопа МПБ-3 диаметр отпечатка в двух взаимно перпендикулярных направлениях «а-а» и «в-в».

6. Произвести расчеты.

7. Определить твердость НВ по справочной таблице и сравнить с твердостью, определенной расчетом.

Ход работы

Схема испытания

Р - прилагаемая нагрузка, кг;

D - диаметр шарика, мм;

d - диаметр лунки (отпечатка), мм;

t – толщина образца

Выбор диаметра шарика наконечника D

D₁ =10 мм при толщине образца t> 6мм

D₂ =5мм при толщине образца 3мм< t< 6мм

D₃ =2, 5мм при толщине образца t< 3мм

Расчет нагрузки в кГ

P=KD² К -коэффициент материала.

К₁ =30 (для черных металлов)

К₂ = 10 (для твердых цветных металлов – латуни, бронзы, меди)

Кз=2, 5 (для мягких цветных металлов – алюминия, магния, свинца)

Расчетные формулы:

, следовательно

p=3, 14

F_лунки - площадь отпечатка, мм²;

s_в = 0, 37 HB кГ/мм² для углеродистой и низколегированной стали – предел прочности.

Протокол испытания

Расчеты:

Протокол испытания

Материал образца	Толщина образца t, мм	Диаметр шарика D, мм	Нагрузка P, кГ	Диаметр отпечатка (в мм) в направлении измерения	Твердость НВ, кГ/мм2	Предел прочности sв, кГ/мм2	Марка материала, ГОСТ
Сечение «а-а» d1	Сечение «в-в» d2		Расчетная	Табличная
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11

Вывод:

Лабораторная работа № 2

Определение твердости методом Роквелла

Отчет

Цель работы. Ознакомиться с устройством пресса Роквеллая и с методикой определения твердости на нем.

Научиться выбирать условия испытания для различных материалов.

Определить твердость закаленной стали и незакаленной стали.

Сравнить методы определения твердости по Бринеллю и Роквеллу.

Оборудование и материалы:

1. Пресс Роквелла.

2. Образец закаленной стали НВ> 230, и образец незакаленной стали НВ> 230.

Порядок проведения работы

1. Ознакомится с устройством и принципом действия пресса Роквелла.

2. Изучить методику определения твердости по методу Роквелла. Выбрать условия испытания.

3. Получить у преподавателя образцы и испытать их методом Роквелла.

4. Результаты испытаний занести в таблицу «Протокол испытания».

5. Сравнить методы испытания твердости по Бринеллю и Роквеллу, сделать выводы.

Ход работы

Схема испытания

Р₀ – предварительная нагрузка, равная 10 кГ;

h₀ – углубление, соответствующее предварительной нагрузке;

Р₁ – основная нагрузка;

Р =Р₀ + Р₁ – суммарная нагрузка;

h – суммарное (полное) углубление конуса.

Таблица выбора условий испытаний

Протокол испытания

Вопросы для самопроверки

1. Что называется твердостью

2. Какие способы определения твердости вы знаете?

3. В чем сущность определения твердости по методу Бринелля?

4. Какова сущность определения твердости по методу Роквелла?

5. Какие преимущества можно отметить в каждом из изученных методов?

6. Какие недостатки можно указать в каждом из методов определения твердости?

Вывод

Лабораторная работа № 3

Изучение микроструктуры углеродистой стали в отожженном состоянии

Отчет

Цель работы. научиться проводить микроанализ железа и углеродистых сталей;

Ознакомиться со структурными составляющими этих сплавов;

Научиться определять марку стали по ее микроструктуре.

Оборудование и материалы:

1. Металлографический микроскоп «Метам ЛВ».

2. Набор микрошлифов железа и углеродистой стали.

3. Фотографии микроструктур металлов и сплавов.

4. Диаграмма Fe-Fe₃C.

Порядок проведения работы

1. Изучить методические рекомендации к выполнению работы.

2. Получить у преподавателя набор микрошлифов и исследовать их под микроскопом, используя увеличение от 300 до 600 раз;

3. Сравнить изображения наблюдаемых структур с фотографиями;

4. Зарисовать схемы изученных микроструктур в квадратах размером 3х3 см;

5. Указать для каждой изученной структуры ее вид, увеличение, примерное содержание углерода, структурные составляющие, примерную марку стали, предполагаемые свойства данной стали, ее применение.

Методические рекомендации

Работу следует проводить, восстановив в памяти область сталей на диаграмме состояния Fe-Fe₃C. Углеродистые стали в отожженном состоянии имеют равновесную структуру, соответствующую диаграмме состояния Fe-Fe₃C в ее нижней части (ниже линии PK).

Стали по структуре делятся на три группы: доэвтектоидные (количество углерода до 0, 8%), эвтектоидная сталь (количество углерода 0, 8%) и заэвтектоидные стали (количество углерода от 0, 8 до 2, 14%).

Схематические изображения структуры этих сталей приведены ниже. Помимо структур сталей приведена структура чистого железа (феррит).

В доэвтектоидных сталях по микроструктуре можно определить количество углерода, а, следовательно, и марку стали. Для этого достаточно рассчитать в процентном отношении состав структурных фаз феррита и перлита в изучаемом микрошлифе и составить пропорцию:

100% П – 0, 8% С

а% П – х % С,

где а – относительная площадь (в%), занятая перлитной фазой в изучаемой стали.

Величину а определяют визуально, рассматривая структуру в микроскоп или по фотоснимку.

Искомое содержание углерода х определяется из указанной выше пропорции:

Пример. Визуально установлено, что в стали 60% перлита и 40% феррита. Составляем пропорцию:

100% П – 0, 8% С

60% П – х % С.

отсюда:

Согласно ГОСТ 1050-88 качественную конструкционную углеродистую сталь маркируют согласно количеству углерода номерами (10, 15, 20, 25….45, 50, 55…). Следовательно, в нашем примере ближайшей по содержанию углерода маркой будет сталь 50

Схемы микроструктуры железа и углеродистых сталей с различным содержание углерода

Ход работы

1. Техническое железо- феррит. Количество углерода не более 0, 02%.

2. Эвтектоидная сталь - перлит.

3. Доэвтектоидная сталь – феррит + перлит.

4. Заэвтектоидная сталь –перлит + цементит.

Вопросы для самопроверки

1. Какие сплавы называются сталями?

2. На какие структурные группы делятся стали при нормальных условиях?

3. Какими структурными составляющими обладает до-, за- и эвтектоидная сталь?

4. Как определить марку эвтектоидной стали по ее микроструктуре?

Вывод

Лабораторная работа № 4

Изучение микроструктуры серых чугунов

Отчет

Цель работы:

Научиться проводить микроанализ серых чугунов;

Ознакомиться со структурными составляющими серых чугунов;

Произвести анализ структуры серых, высокопрочных и ковких чугунов, установить зависимость между структурой и механическими свойствами данных сплавов;

Определить предполагаемые марки чугуна.

Оборудование и материалы:

1. Металлографический микроскоп «Метам ЛВ».

2. Набор микрошлифов серых чугунов.

3. Фотографии микроструктур металлов и сплавов.

4. Диаграмма Fe-Fe₃C.

Порядок проведения работы

1. Изучить методические рекомендации к выполнению работы.

2. Получить у преподавателя набор микрошлифов и исследовать их под микроскопом, используя увеличение от 300 до 600 раз;

3. Сравнить изображения наблюдаемых структур с фотографиями;

4. Зарисовать схемы изученных микроструктур в квадратах размером 3х3 см;

5. Указать для каждой изученной структуры ее вид, увеличение, форму графита, структуру металлической основы, оценить приблизительно механические свойства, присвоить марку.

6. Указать применение каждого вида чугуна.

Методические рекомендации

Серый чугун имеет в изломе серый цвет, что объясняется присутствием в его структуре графита. В зависимости от формы графита различают серый чугун обычной прочности (пластинчатая форма графитовых включений), высокопрочный чугун (шаровидная форма графита), ковкий чугун (хлопьевидная форма графита).

Графит в структуре серых чугунов выделяется на фоне металлической основы. Металлическая основа чугунов имеет структуру стали и может быть трех видов: ферритная, ферритно-перлитная и перлитная.

Структура металлической основы в чугунах проявляется после травления микрошлифа, в то время. как форму графитовых включений можно увидеть и на нетравленом шлифе. Формы графита в чугунах до травления представлены на схеме.

Графит пластинчатый Графит шаровидный Графит хлопьевидный

После травления становится ясной структура металлической основы, например: высокопрочный чугун на ферритно-перлитной основе схематически выглядит так:

П – перлит;

Г – графит;

Ф – феррит.

Ход работы

1. Серый чугун обычной прочности на ферритно-перлитной основе.

2. Высокопрочный чугун на перлитной основе.

3. Ковкий чугун на ферритной основе.

Вопросы для самопроверки

1. Что называется чугуном?

2. Какие чугуны называются серыми?

3. Какая форма графита характерна для структуры серого чугуна обычной прочности?

4. Какими свойствами характеризуются серые чугуны обычной прочности, как маркируются?

6. Какими свойствами характеризуются высокопрочные чугуны, как маркируются?

7. Какими свойствами характеризуются ковкие чугуны, как маркируются?

Вывод

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Определение числа твердости НВ (по ГОСТ 9012-59)

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Соотношение Чисел твердости по Бринеллю.по Роквеллу и по Виккерсу

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

ГОСТ 1435-74

Сталь инструментальная углеродистая

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

ГОСТ 17293-85

Высокопрочные чугуны

ГОСТ 1215-79

Ковкий чугун

ГОСТ 1412-85

Серый чугун обычной прочности

Лабораторная работа № 5

Выбор режимов термообработки для деталей машин и инструментов

Отчет

Цель работы:

1. Изучить назначение основных видов термообработки: отжига, закалки, нормализации, отпуска.

2. Выбрать режим термообработки для заданных деталей с учетом условий их эксплуатации.

3. Указать структуру сплава после термообработки и приобретенные свойства.

Оборудование и материалы:

1. Справочник термиста.

2. Диаграмма Fe-Fe₃C.

3. ГОСТы на конструкционные и инструментальные материалы с указанием марок и механических характеристик сплавов.

4. Фотографии микроструктур металлов и сплавов.

Порядок проведения работы

1. Изучить методические рекомендации к выполнению работы.

2. Получить у преподавателя задание и выбрать вид и режимы термообработки для указанной детали.

3. Ответ дать в табличной форме, приведенной ниже.

4. Построить участок диаграммы Fe-Fe₃C, и обозначить на ней критические точки, соответствующие выбранным режимам термообработки.

Методические рекомендации

Выполнять работу следует, изучив теорию термической обработки стали. В данной работе особое внимание уделяется закалке и отпуску стали, поскольку именно эти два вида термообработки обеспечивают ответственным деталям машин высокую механическую прочность, износоустойчивость и стойкость к ударным нагрузкам.

Закалка углеродистых сталей проводится в целях повышения твердости, прочности, упругости и сопротивления износу. Закалку применяют для режущих и измерительных инструментов, для деталей машин, подвергающихся износу или испытывающих значительные нагрузки (токарные резцы, сверла, коленчатые валы, шатуны и шестерни и др.).

Закалка складывается из следующих этапов:

а) нагревание изделия до температуры закалки;

б) выдержки изделия в течение определенного времени при данной температуре нагрева;

в) охлаждение изделия с высокой скоростью.

Закалка делится на полную и неполную, выбор вида закалки легко сделать, воспользовавшись схемой 1

Закаленная сталь находится в напряженном состоянии и обладает большой хрупкостью, что препятствует нормальной эксплуатации закаленных деталей. Чтобы уменьшить хрупкость, ослабить напряжения, вызванные закалкой и получить требуемые механические свойства, сталь подвергают отпуску. Отпуск осуществляют путем нагрева закаленной стали до температуры, не превышающей 727⁰С (линия РК на участок диаграмме Fe-Fe₃C).

В результате отпуска изменяется структура закаленной стали и, как следствие, ее свойства, повышаются ударная вязкость, предел упругости, пластичность. В зависимости от температуры отпуска может понизиться и твердость, приобретенная закалкой.

Различают три вида отпуска: низкий, средний и высокий. Выбор вида отпуска и режима его проведения легко сделать, согласно схеме 2. Структуры стали после отпуска определяют согласно схеме 3.

Схема 1. Выбор вида и режима закалки

Схема 2. Выбор вида и режима отпуска

Схема 3. Структуры стали после отпуска

Схема 4. Диапазон оптимальных температур при нагреве стали для закалки

Ход работы

Задание 1: Назначить типовую термообработку с целью обеспечения высокой механической прочности для вала из стали 45 диаметром 50мм.

Задание 2: Назначить типовую термообработку с целью обеспечения высокой твердости для токарного резца из стали У12А (толщина резца 20мм).

Задание 3: Назначить типовую термообработку с целью обеспечения высокой механической прочности и упругости для пружины клапана из стали 55Г. Диаметр пружины 5мм.

Задание выполняется в табличной форме:

Таблица 1

Вопросы для самопроверки

1. Что называется термической обработкой металлов и сплавов?

2. Какие известны виды термообработки?

3. Что называется режимами термообработки?

4. Как осуществляется выбор режимов, по каким правилам?

5. Какие стали называются доэвтектоидными, эвтектоидными и заэвтектоидными, какова их структура до термообработки?

6. Какие структуры этих же сталей можно получить закалкой?

7. Какие структуры получают отпуском?