- •Ю. А. Манаков материаловедение
- •Методические указания по выполнению семестрового задания
- •Теоретические материалы
- •Тема 1. Основные понятия
- •Теоретический материал
- •1.1. Общие понятия и определения
- •1.2. Классификация материалов
- •1.3. Требования к материалам при их выборе
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 2. Строение металлов
- •Теоретический материал
- •2.1. Кристаллические и аморфные тела
- •2.2. Строение чистых металлов
- •2.3. Кристаллографические направления и индексы
- •Анизотропия
- •2.4. Влияние типа химической связи на структуру и свойства кристаллов. Типы кристаллов
- •2.5. Дефекты кристаллического строения
- •2.6. Дислокационный механизм пластической деформации
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 3. Строение сплавов. Диаграммы состояния
- •Теоретический материал
- •3.1. Строение сплавов
- •3.2. Диаграммы состояния двойных сплавов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 4. Строение неметаллических материалов
- •Теоретические материалы
- •4.1. Строение полимеров
- •Вопросы для самоконтроля
- •4.2. Строение стекол
- •Вопросы для самоконтроля
- •4.3. Строение керамики
- •Вопросы для самоконтроля
- •4.4. Композиционные материалы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 5. Свойства материалов и их определение
- •Теоретические материалы
- •5.1. Классификация свойств материалов, их общая характеристика
- •5.2. Механические (прочностные) свойства материалов
- •5.3. Твердость материала
- •5.4. Теплофизические свойства
- •5.5. Изменение свойств материалов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 6. Термическая и химико-термическая обработка
- •Теоретические материалы
- •6.1. Диффузия
- •6.2. Термическая обработка
- •Виды и операции то
- •6.3. Химико-термическая обработка
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 7. Металлические конструкционные материалы
- •Теоретические материалы
- •7.1. Сплавы железа с углеродом Общая характеристика железоуглеродистых сплавов
- •Классификация сталей
- •Углеродистые стали
- •Легированные стали
- •Стали и сплавы с особыми свойствами
- •Сортамент сталей
- •Вопросы для самопроверки
- •7.2. Цветные металлы и сплавы Медь и ее сплавы
- •Проволока дкрнм-0,6-кт-л80ам гост 1066-80 –
- •Алюминий и его сплавы
- •Сплавы магния
- •Сплав мл5 гост2856-79. Титан и его сплавы
- •Бериллий и сплавы на его основе
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 8. Неметаллические конструкционные материалы
- •Теоретические материалы
- •8.1. Термопластичные и термореактивные пластмассы
- •8.2. Керамика, стекло, ситаллы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Темы 9,10,11. Электротехнические материалы
- •Теоретические материалы
- •9.1. Энергетические зоны твердого тела
- •9.2. Проводниковые материалы Понятие об электропроводности
- •Электрические свойства и параметры проводниковых материалов
- •Классификация и характеристика проводниковых материалов
- •9.3. Полупроводниковые материалы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 10. Диэлектрические материалы
- •Теоретические материалы
- •10.1. Классификация и основные свойства диэлектриков
- •10.2. Поляризация диэлектриков и ее виды
- •.Влияние температуры и частоты на поляризацию
- •10.3. Электропроводность диэлектриков. Виды электропроводности
- •10.4. Диэлектрические потери
- •10.5. Электрическая прочность диэлектриков
- •10.6. Нагревостойкость диэлектриков
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 11. Магнитные материалы
- •Теоретические материалы
- •11.1. Общие положения
- •11.2. Основные свойства и параметры магнитных материалов
- •11.3. Классификация магнитных материалов и их характеристика
- •Магнитомягкие материалы
- •Магнитотвердые материалы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 12. Понятие о точности обработки и шероховатости поверхности
- •Теоретические материалы
- •12.1. Точность размеров
- •12.2. Шероховатость поверхности
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •Содержание
5.3. Твердость материала
Твердость характеризует способность материала сопротивляться внедрению в его поверхность более твердого тела – индентора. В качестве инденто ра используют закаленный стальной шарик или алмазный наконечник в виде конуса или пирамидки. При вдавливании индентора поверхностные слои материала испытывают значительную пластическую деформацию. После снятия нагрузки на поверхности остается отпечаток.
Испытания на твердость – доступный и распространенный вид механических испытаний, так как для многих материалов количественные значения твердости и прочностные показатели пропорциональны (см. формулы на странице 43). Это позволяет по значениям твердости сделать заключение о прочностных свойствах материала.
Наиболее распространенным испытанием на твердость при вдавливании индентора являются: метод Бринелля, метод Виккерса, метод Роквелла. Отличие одного метода от другого заключается в использовании различной формы и материала индентора, прикладываемой к индентору нагрузке, оценке (расчету) твердости по глубине или площади отпечатка, а также по возможности применения с учетом конструктивных особенностей детали. Более подробно методы измерения твердости будут рассмотрены на лабораторной работе (см. также [1, 2, 3]).
При испытаниях на твердость по Бринеллю (ГОСТ 9012-59) в образец вдавливается закаленный шарик диаметром D под действием нагрузки P от 500 до 3000 Н (рисунок 22,а).
П осле снятия нагрузки измеряется диаметр отпечатка сферической лунки. Число
твердости по Бринеллю обозначается HB и подсчитывается как отношение нагрузки P к площади поверхности отпечатки М:
,
где d – диаметр вдавливаемого шарика, мм; D – диаметр отпечатка шарика на поверхности, мм. Обозначается она числом твердости без указания размерности, например, НВ200.
Метод Бринелля используется для определения твердости материалов малой и средней твердости: сталей с твердостью не более HB450, цветных металлов ≤ HB200 и т.п. Для ряда материалов установлена корреляционная связь между временным сопротивлением (в МПа) и числом твердости HB: - для горячекатаных сталей; для медных сплавов; для алюминиевых сплавов.
Метод Бринелля не рекомендуется применять для материалов с твердостью более HB450, а также малой толщины.
При испытаниях на твердость по Виккерсу, ГОСТ 2999-75, (рисунок 22,б) в поверхность материала вдавливается алмазная четырехгранная пирамидка. После снятия нагрузки измеряется диагональ квадрата у отпечатка– d1. Число твердости по Виккерсу обозначается HV и подсчитывается по формуле: HV=1.854 P/d12, где Р измеряется в ньютонах, а d1 – в мм. Обозначается твердость по Виккерсу числом единиц твердости без указания размерности, например, HV405.
По Виккерсу, в сравнении с методом Бринелля, можно испытывать материалы с высокой твердостью, а также детали малых сечений или тонких поверхностных слоев. Числа твердости по Виккерсу и по Бринеллю, имеющих твердость до НВ450, практически совпадают.
Испытания на твердость по Роквеллу наиболее универсальны и наименее трудоемки, так как не нужно измерять размеры отпечатка и определять его площадь по таблицам. Число твердости определяется непосредственно по шкале твердомера в зависимости от глубины вдавливания индентора. В качестве индентора используется алмазный конус или стальной шарик. В зависимости от материала индентора выбирают соответствующую нагрузку. Для различных комбинаций нагрузок и наконечников прибор Роквелла имеет три измерительных шкалы: А, В, С. Твердость по Роквеллу HR обозначают также числом единиц твердости с указанием шкалы твердости, например HRA70, НRB58, HRС50.
Шкалу А (алмазный конус и нагрузка 600Н) применяют для измерения особо твердых материалов, для тонких листовых материалов или тонких (0,5…1 мм) слоев. Обозначают измеренную твердость HRA. Пределы измерения твердости по этой шкале 70…85.
Шкалу В (стальной шарик и нагрузка 1000Н) принимают для измерения твердости сравнительно мягких материалов (менее НВ400). Обозначают измеренную твердость HRB. Пределы измерения твердости по шкале В – 25…100 единиц твердости HRB.
Шкалу С (алмазный конус и нагрузка 1500Н) используют для твердых материалов (свыше НВ450), например для закаленных сталей. Обозначают измеренную твердость HRC. Пределы измерения твердости – HRC20…67.
Числа твердости по Роквеллу приближенно можно перевести в числа твердости по Бринеллю или Виккерсу по специальным таблицам соответствия [ см. лабораторную работу ].
Метод измерения микротвердости отдельных зерен, структурных составляющих, тонких слоев или деталей малой толщины стандартизован (ГОСТ 9450-76). Этот метод аналогичен методу измерения твердости по Виккерсу, но выполняется при небольших нагрузках порядка 0,05…5Н.