Свойства и состав строительных сталей и алюминиевых сплавов

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ

Методические указания

к лабораторным работам

для студентов специальности 1–70 02 01

«Промышленное и гражданское строительство»

Разработал

доцент, кандидат технических наук

Михальков В.С.

Утверждены на заседании кафедры

прот. № от «______» ______________2005 г.

Зав. кафедрой _________________Семенюк Я.Д.

Могилев, 2005

Лабораторная работа № 1

СВОЙСТВА И СОСТАВ СТРОИТЕЛЬНЫХ СТАЛЕЙ И АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Цель работы: ознакомление с основными методами измерения твердости, приобретение практических навыков в ра­боте с приборами для измерения твердости.

Время выполнения работы – 2 часа.

Твердостью называют свойство материала оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии в поверхностном слое.

Измерение твердости вследствие быстроты и простоты осуществления, а также возможности без разрушения изделия судить о его свойствах, получило широкое применение для контроля качества металла в металлических изделиях и деталях. Существует целый ряд методов измерения твердости: статические, динамические, специальные. Наибольшее применение в промышленности на­шли статические методы по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу, схема реализации которых приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема определения твердости по Бринеллю (а), Роквеллу (б) и Вик­керсу (в).

Определение твердости по Бринеллю. Сущность метода (ГОСТ 9012-59) (СТ СЭВ 468-77)) заключается во вдавливании стального шарика диаметром Д мм, в образец (изделие) под действием нагрузки F, Н и измерении диаметре отпечатка d, мм, после снятия испытательной нагрузки (рисунок 1, а).

Твердость определяют но формуле, как отношение приложенной нагруз­ки к поверхности сферического отпечатка:

,

где F - прилагаемая нагрузка, Н;

D - диаметр шарика, мм;

d - диаметр отпечатка, мм.

Применяются шарики диаметром 1, 0; 2, 0; 2, 5; 5, 0; 10, 0 мм. Нагрузка из­меняется в пределах 49, 03-29420 Н.

Для железа, стали, чугуна и других прочных сплавов рекомендуются следующие условия испытаний: D ⁼ 1, 0 мм, F = 294, 2 Н; D = 2 мм, F = 1177 Н; D = 2, 5 мм, F = 1839 Н; D = 5, 0 мм, F = 7355 Н; D = 10, 0 мм, F = 29420 Н. Ми­нимальная толщина испытуемого образца - 0, 09 мм. При этом испытания про­водятся шариком диаметром 1, 0 мм при нагрузке 49, 03 Н. Наиболее часто оп­ределение твердости осуществляется шариком диаметром 10, 0 мм при нагрузке 29420 Н и продолжительностью выдержки под нагрузкой 10 с. В этом случае твердость обозначается цифрами, характеризующими ее величину, и буквами НВ, например: 170 НВ. При других условиях испытаний после букв НВ указы­ваются условия испытания в следующем порядке D (мм), F(H) и время выдерж­ки под нагрузкой (с), например: 190 НВ 5/7350/20.

Между временным сопротивлением и числом твердости НВ существует следующая зависимость: для стали σ _В=0, 34НВ, для медных сплавов σ _В =0, 45НВ и для алюминиевых сплавов σ _В =0, 35НВ.

Метод Бринелля не рекомендуется применять для стали с твердостью более 450 НВ, а для цветных металлов - более 200 НВ. При использовании вме­сто стального твердосплавного шарика предельное значение твердости не должно превышать 650 единиц. В этом случае в обозначение твердости вводит­ся дополнительно буква W, например: 570 HBW.

Определение твердости по Роквеллу. Сущность метода (ГОСТ 9013-59 (СТ СЭВ 469-77)) заключается во вдавливании наконечника с алмазным кону­сом с утлом у вершины 120° (шкалы А и С) или со стальным шариком диамет­ром 1, 5875 мм (шкала В) в испытуемый образец (изделие) под действием после­довательно прилагаемых предварительной F₀ (Н) и основной F₁ (Н) нагрузок и измерений остаточного увеличения e (е = (h-h₀ /0, 002) глубины внедрения нако­нечника после снятия основной и сохранения предварительной нагрузки в еди­ницах измерения 0, 002 мм. При испытании с использованием шкалы А нагрузка составляет 588 Н, шкалы В - 980 Н, шкалы С - 1470 Н.

Схема определения твердости по Роквеллу приведена на рисунке 1, б. Под нагрузкой F₀ индикатор прибора вдавливается в образец на глубину h₀. За­тем на испытуемый образец подается полная нагрузка F = F„ + F/ и глубина по­гружения наконечника возрастает. После снятия основной нагрузки F₁ прибор Показывает число твердости по Роквеллу HR. Чем меньше глубина вдавливания h, тем выше твердость испытуемого материала. Единица твердости по Роквеллу - безразмерная величина, соответствующая осевому перемещению индика­тора на 0, 002 мм.

Числа твердости определяются по формулам: HRC (HRA) = 100 - е;

HRB = 180 - е.

Пределы измерения твердости по шкале А - 70-85 единиц, шкале В - 25-100 единиц, шкале С - 22-63 единицы. Условная запись твердости для шкалы А - HRA, шкалы В - HRB, шкалы С - HRC. Например, 60HRC (твердость 60 единиц по шкале С). Шкала А используется для измерения твердости очень твердых, но хрупких материалов и тонких поверхностных слоев (0, 5-1, 0 мм). По шкале В определяют твердость сравнительно мягких материалов (< 400 НВ). Шкала С используется для испытания материалов, имеющих высокую твер­дость (> 450 НВ). В настоящее время применяется обозначение НРСэ - это твердость, воспроизводимая государственным специальным эталоном (ГОСТ 8.064-79).

Твердость по Виккерсу. Метод (ГОСТ 2999-75 (СТСЭВ470-77)) заклю­чается во вдавливании алмазного наконечника, имеющего форму правильной четырехгранной пирамиды (угол при вершине 136°), в образец (изделие) под действием нагрузки F в Н и измерении диагонали отпечатка d в мм, оставшего­ся после снятия нагрузки (рисунок 1, в). Нагрузка может изменяться в пределах 9, 8-980 Н.