Для вивірення приладу на зусилля передбачена гайка з накаткою 8. Навантаження на досліджуваний зразок створюється за допомогою рукоятки 9, гвинтової пари 10 і наконечника 11. Рукоятка 9 з’єднується з гвинтовою парою за допомогою гвинта 12. За допомогою кронштейна 13 до наконечника кріпиться індикатор годинникового типу 14. Він служить для визначення глибини занурення кульки у досліджуваний зразок.

Для дослідження на твердість зразків з металів та сплавів служать два наконечники з кульками діаметрів 2,5 мм і 1,588 мм. Кульки виготовлені суцільно з наконеч-никами. Для дослідження на твердість зразків з деревини до приладу додається наконечник з півсферою діаметром 10 мм.

Перед початком вимірювань прилад затискають у лещатах за спеціальний прилив, розташований у нижній частині його корпусу. Наконечник вставляють у крон-штейн і закріплюють гвинтом. У другий отвір кронштейна вставляють індикатор і теж закріплюють гвинтом. Нако-нечник з індикатором закріплюють у приладі.

Для зручності в користуванні зразок для вимірювання треба брати товщиною не більше 30 мм при рекомендо-ваній довжині і ширині не більше 200х80 мм.

Для вимірювання зразок розташовують посередині столика. Потім підводять наконечник 1 до поверхні зразка, доторкуються до нього кулькою і встановлюють ніжку індикатора так, щоб можна було шкалу індикатора встановити на 0.

Вимірювання твердості металів і сплавів можна проводити за методом Бринеля і Роквела. При вимірюванні твердості за методом Бринеля використовують наконеч-ник з кулькою з діаметр 2,5 мм. За допомогою рукоятки 9 його вдавлюють у зразок з сталі з навантаженням 1875 Н, з кольорових металів 625 Н. По індикатору визначають глибину вдавлювання кульки. За таблицею 1.4 знаходять площу відбитку в зразку F.

Значення твердості знаходять за формулою

НВ = Р/ F,

де Р – величина навантаження;

F – площа відбитку.

Таблиця 1.5

№	Глибина вдавлювання кульки, мм	Площа відбитка, мм2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17	0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,011 0,012 0,013 0,014 0,015 0,016 0,017 0,018 0,019 0,020	0,314 0,393 0,471 0,5509 0,628 0,706 0,785 0,8635 0,942 1,0205 1,099 1,177 1,256 1,334 1,413 1,492 1,57

За значенням величини твердоті можна наближено визначити межу твердості зразку. Так для не гартованих сталей σ = 0,34 НВ. Способом Бринеля не можна вимірювати зразки великої твердості, оскільки кулька може деформуватись і залишити неправильний відбиток. Крім того, в такому випадку може зруйнуватись кулька. Тому методом Бринеля переважно рекомендується вимірювати твердість кольорових металів.

При вимірюванні твердості за методом Роквела вико-ристовують наконечник з кулькою діаметром 1,588 мм. Навантаження прикладають 1000 Н. Всі операції вимірю-вання такі як при вимірюванні за методом Бринеля.

Значення твердості встановлюють за формулою:

,

де h – глибина занурення кульки,

k– постійна величина, яка дорівнює 0,26,

c - заглиблення кульки на 0,002 мм, яке відповідає одній поділці індикатора.

Визначення твердості деревини проводиться за допомогою наконечника з кулькою, діаметр якої відповідає площі відбитку 1 см². При вдавленні до заглиблення півсфери в деревину визначають величину навантаження Р. Поскільки в цьому разі F=1 см², то значення твердості дорівнюватиме Р/ F.

Увага!

1. Корпус приладу виготовлений з чавуну, тому надмірні зусилля до рукоятки можуть привести до його руйнування .

2. Періодично треба проводити перевірки правиль-ності показів пристрою для встановлення величини наван-таження. Перевірку рекомендується проводити контроль-ним динамометром у такій послідовності:

1. зняти наконечник 11 з кронштейном 13 та індика-тором 14;

2. встановити на столику 6 контрольний динамометр;

3. прикласти навантаження на подушку динамометра і звірити покази динамометра з показами шкали приладу.

При виявленій різниці показів більше 5% треба провести регулювання приладу. Для цього послаблюють стопорний гвинт гайки 8 і обертають її до вирівнювання показів приладу і динамометра. Потім гайку 8 застопо-рюють.

Таблиця 1.6. Переведення чисел твердості, визначених різними методами

Діаметр відбитка, мм	Твердість за Брінелем	Твердість за Роквелом				Діаметр відбитка, мм		Твердість за Брінелем		Твердість за Роквелом
		Шкала								Шкала
		С	А	Б	С					А	Б
1	2	3	4	5	6		7		8		9	10
2,20 2,25 2,30 2,35 2,40 2,45 2,50 2,55 2,60 2,65 2,70 2,75 3,40 3,45 3,50 3,55 3,60	7800 7450 7120 6820 6530 6270 6010 5720 5550 5340 5140 4950 3210 3110 3020 2930 2860	72 70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 50 35 34 33 31 30	89 87 86 85 84 83 82 81 79 78 77 76 67 67 67 66 66	- - - - - - - - - - - - - - - - -	2,80 2,85 2,90 2,95 3,00 3,05 3,10 3,15 3,20 3,25 3,30 3,35 4,75 4,80 4,85 4,90 4,95		4770 4610 4440 4290 4150 4010 3880 3750 3630 3520 3410 3310 1590 1560 1530 1490 1460		49 48 46 45 44 42 41 40 39 38 37 36 - - - - -		76 75 74 73 72 71 71 70 70 69 68 68 - - - - -	- - - - - - - - - - - - 83 82 81 80 78

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
3,65 3,70 3,75 3,80 3,85 3,90 3,95 4,00 4,05 4,10 4,15 4,20 4,25 4,30 4,35 4,40 4,45 4,50 4,55 4,60 4,65 4,70	2770 2690 2620 2550 2480 2410 2350 2280 2230 2170 2120 2070 2020 1960 1920 1870 1830 1790 1740 1700 1660 1630	29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 16 15 15 - - - - - - -	65 65 64 64 63 63 62 62 61 61 60 60 59 58 58 57 56 56 55 - - -	- - - - - 100 99 98 97 97 96 95 94 93 92 91 89 88 87 86 85 84	5,00 5,05 5,10 5,15 5,20 5,25 5,30 5,35 5,40 5,45 5,50 5,55 5,60 5,65 5,70 5,75 5,80 5,85 5,90 5,95 6,00 6,10	1430 1400 1370 1340 1310 1280 1260 1240 1210 1180 1160 1140 1120 1090 1070 1050 1030 1010 990 970 960 920	- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -	- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -	76 76 75 74 72 71 69 69 67 66 65 64 62 61 59 58 57 56 54 53 52 49

Лабораторна робота №2 визначення металів за їх зовнішніми ознаками та деякими властивостями

Мета роботи: ознайомитися з найбільш поширеними металами та сплавами. Навчитися за зовнішніми ознаками та деякими властивостями визначати назву металу.

При виконанні роботи треба отримати такі знання та уміння:

Знання - характеристика поширених металів та їх сплавів (колір, густина, твердість, температура плавлення, теплопровідність, електропровідність, тощо).

Уміння – за зовнішніми ознаками визначати такі метали: сталь, чавун, мідь, алюміній, латунь, бронза, дюралюміній тощо.

Обладнання та матеріали: зразки різних металів та їх сплавів (колекція), твердоміри ТК-2 і ТШ-2, ваги електричні, штангенциркуль.

Короткі теоретичні відомості

До металів відносяться особливі речовини, які проявляють такі властивості: підлягають пластичній деформації і не руйнуються, проводять електричний струм, мають виражену температуру плавлення тощо. Метали мають малу твердість та міцність. При чому чим чистіше метал, тим гірші в нього механічні властивості. Тому в техніці метали використовуються рідко, тільки там, де потрібні хороші фізичні властивості (теплопровідність, електропровідність тощо). Переважна більшість деталей виготовляється з сплавів, їх отримують частіше всього методом розплаву. Розплавляють елементи, змішують в певних пропорціях і охолоджують.

На практиці важливо вміти розрізняти метали і сплави по зовнішнім ознакам та деяким властивостям. Досвідчені спеціалісти безпомилково можуть визначити тип металу чи славу.

При підготовці до роботи, користуючись довідни-ковою літературою, заповніть таблицю 2.1 даними про такі метали: сталь чавун, мідь, латунь, бронза, алюміній, дюр-алюміній, цинк, олово, бабіт.

Таблиця 2.1

Метал чи сплав	Колір	Основні компоненти	Густина	Твердість	Взаємодія з агресивним середовищем

Питання для самоконтролю

1. Як визначити хімічний склад металу ?

2. Як визначити будову металу (макро-, мікро- та тонку структуру)?

Література

1. Алаи С.И. Технология конструкционных материалов. – М: Просвещение, 1986. – 303 с.

2. Гуляев А.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1987. – 541 с.

3. Бушок Г.В. Курс фізики, II ч. – К.: Вища школа, 1972. – 235 с.

4. Справочник по практическому металловедению. – К.: Техника, 1984. – 134 с.

5. Довідники з машинобудування та фізики.

Завдання до роботи

1. Встановити вид металу зразків, запропонованих викладачем.

2. Скласти звіт про роботу. Відомості про зразки занести в таку таблицю.

Таблиця 2.2

№ зразка	Колір	Густина	Твердість	Приблизний склад	Назва металу чи сплаву

Додаток для самостійної роботи

Визначення густини металу

Одним з методів попередньої оцінки якості матеріалів є вимірювання густини, яка знаходиться як відношення маси матеріалу m до його об’єму V (г/см3 або кг/дм3)

ρ = m / V.

Відносна густина є відношенням реальної густини до густини еталонної речовини. Найбільш чутливими з методів визначення густини твердих тіл є пікнометричний, флотаційний, гідростатичний й рентгенівський. Пікноме-тричний метод заключається у визначенні маси і об’єму рідини, яка витісняється з спеціальної посудини (пікно-метру), у яку занурюється дослідний зразок. Спочатку дослідний зразок зважують у повітрі. Потім у ретельно вимитий і висушений пікнометр заливають вище мітки допоміжну рідину, нагрівають до кипіння для видалення газів і витримують у термостаті до необхідної температури (зазвичай 20 ºС). Від точності підтримки температури залежить похибка визначення густини.

Густина зразку для температури t:

,

де ρt – густина допоміжної рідини при температурі t;

σ – густина повітря;

m – маса зразку у повітрі;

m2 – маса пікнометра зі зразком, який занурюється у допоміжну рідину;

m1 – маса пікнометра з допоміжною рідиною.

Точність визначення пікнометричним методом досягає 5-10-5 г/см3.

При флотаційному методі підбирається рідина близькою до густини зразка, якій розміщений у ній. Густина і коефіцієнт об’ємного розширення рідини повинні бути відомі з достатньою точністю. Метод використовується для невеликих зразків легких металів (ρ=2…3 г/см3). Для цього методу створені спеціальні установки – градієнтні колони, в яких можна створити стабільний по висоті градієнт густини. У такій колоні мірою густини матеріалу є висота на якій він плаває в рідині. Точність вимірювання флотаційним методом дорівнює 5· 10-6 г/см3.

Для визначення густини твердого тіла гідроста-тичним методом треба послідовно зважити це тіло в повітрі і в допоміжній рідині. Густина визначається за формулою:

,

де m2 – маса зразку в рідині при температурі t ;

m1 – маса зразку у повітрі.

У дослідах зручно використовувати гідростатичні терези Мора.

Відносна зміна густини, викликана наявністю над-лишкових вакансій, вимагає чутливості вимірювання біль-ше 1·10–4. Підвищення чутливості може бути досягнуто при одночасному зважуванні дуже близьких по масі і розмірам зразка та еталону з одного і того ж матеріалу (диференційний метод гідростатичного зважування). Зміна густини зразка:

,

де – різниця мас зразка та еталону;

m– маса зразка,;

ρ – абсолютна густина зразка;

ρр – густина рідини.

Іноді обраховують відносну зміну густини.

.

Точність визначення густини залежить від точності визначення маси зразка в рідині. Бажано, щоб густина рідини була близька до густини досліджуваного зразка. У рідині повинні бути можливо малий коефіцієнт об’ємного розширення, достатньо низька температура затвердіння і висока температура кипіння, малий поверхневий натяг, хороша змоченість матеріалу підвіски. Діаметр нитки повинен бути постійним по всій довжині. Перед зважував-нням нитку слід ретельно очистити.

Рентгенівський метод дозволяє отримати уявлення про густину елементарної комірки кристалічної структури. Метод базується на визначенні кристалічної густини матеріалу ρ по його атомній масі А, об’єму елементарної комірки V і числу розміщених у ній атомів

ρ = n·A/N·V,

де N – число Авогадро.

Об’єм комірки вираховують по її виміряним параметрам, а число атомів визначається типом криста-лічної решітки. Для багатьох досліджуваних матеріалів значення А відоме з достатньою точністю. Точність визначення густини рентгенівським методом вище точності інших методів у наслідок наявності в реальному криста-лічному матеріалі пор та інших макро- і мікро-дефектів, які понижують густину.