ФБТ БИ 1курс / TKM / #12 / ТКМ лабораторная № 12 =)

Лабораторная работа № 12

Тема: Влияние пластической деформации на структуру и твердость материалов.

Цель работы: - изучить влияние пластической деформации на структуру, главным образом на величину зерна, и на механические свойства (твердость) металлов.

Приборы, материалы и инструменты:

Приборы типа Роквелла, и Бринедля образцы пластичных цветных металлов или сплавов, деформированных с разной степенью деформации, штангенциркуль, линейка, лупа для измерения диаметра отпечатка.

Методика определения относительных удлинений и поперечного сужения

Характеристиками пластичности материала являются относительные удлинения и сужение. Удлинение δ представляет собой отношение прироста длины обрез после растяжения к первоначальной расчетной длине, .

Длину образца до и после пластической деформации измеряют штангенциркулем с точностю до 0,1 мм.

Относительное сужение 𝛗 - отношение уменьшения площади поперечного сечения образца к первоначальной площади поперечного сечения, %.

Где и – площади сечения образца соотведственно до и после растяжения.

Чтобы получить площадь поперечного сечения, необходимо штангенциркулем измерить диаметр D поперечного сечения с точностью до 0,1 мм в двух взаимно перепендикулярных направелниях и по средней арифметической вычеслить площадь, :

Относительное сужение 𝛗 является более стабильной характеристикой пластичности металла, чем относительное удлинение.

Истинную деформацию определяют отношением изменения длины ( или сечения) образца к его длине ( или сечению) в данный момент. Общее истинное удлинение

Где и - конечная и начальная длина образца и - начальное и конечное сечение образца 𝛗 – сужение поперечного сечения образца.

Полу результаты определения δ, f, 𝛗, а также измеренные величины и записывают в табл. 1.

Методика определения твердости

Широкое распространение испытаний материалов на твердость объясняется тем, что при этом не требуется изготовление специальных образцов методика испытаний весьма проста и может выполнятся непосредственно на готовой детали без ее разрушения. В большинстве случаев при испытаний твердости вдавливают и исследуемый материал индентор, изготовленный из значительно более твердого материала. О твердости судят либо по голубине проникновения индентора ( твердость по Роквеллу HRC, HRB , HRA), либо по величине отпечатка от вдавления индентора при соответствующей нагрузке ( твердость по Бринеллю HB, Виккерсу HV микро-твердость Н). Во всех перечисленных случаях при вдавливании индентора происходит пластическая деформация испытуемого материала под индентором. Чем больше сопротивление материала пластической деформации, тем меньше глубина,на которую проникает индентор и тем выше твердость.

Таким образом, твердость при испытаниях методам вдавливания характерезует сопротивление металла пластическим деформациям, т. д , по существу, определяются те же механические свойства материала, которые находят и при испытаниях на растяжение но в иных условиях напряженного состояния.

Наиболее широко применяется испытание твердости по Бринеллю и по Рокквеллу. При опредилении твердости по Бринеллю индентор в виде стального шарика определенного диаметра D вдавливается при определенной нагрузке Р в испыиуемый материал. Твердость по Юринеллю определяется по диаметру отпечатка d по формуле, МПа:

По Бринеллю находят твердость относительно мягких материалов ( чугунов, отожженной стали, цветных металлов и их сплавов). При определение твердости по Роквеллу в испытуемое тело вдавливается алмазный конус с углом при вершине 1200 при испытании твердости очень твердых металлов или стальной закаленный шарик диаметром 1,588 мм при испытании мягких материалов. Конус или шарик вдавливается при приложению двух последовательных нагрузок: предварительной Р = 100 Н и основной. Суммарная нагрузка для шкалы В равна Р = 1000 Н; для шкали С, Р = 500 Н и для шкалы А, Р = 600; последняя шкала применяется при испытании очень твердых материалов ( шкала А).

Твердость по Роквеллу устанавливается в условных единицах. За единицу твердости принята величина, соответствующая осевому перемещению индентора на 0,002 мм. Твердость HR опредиляется по формуле HR = 100-е ( при измерении по шкале А и С, HR = 130-е ( при измерении со шкалы В). Значение е опредиляю по формуле:

Где – глубина внедрения индентора под действием нагрузки .

При определении твердости HR нет необходимости в проведении таких расчетов, так как твердость определяется по показаниям прибора.

Были проведены исследования, посвященные установлению связи между различными прочностными характеристиками и твердостью материала. В результате установлены эмпирические формулы для некоторых технических важных сплавов.

Для многих пластичных материалов имеется следующая зависимость между пределом прочности и твердости по Бринеллю HB:

Где с – коэффициент пропорциональности, для сталей е = 0,33 … 0,36. Следует отметить, что для хрупких – материалов (чугун, силуман) надежной корреляции между твердостью и пределом прочности получить не удается.

Недостатком измерения твердости является то, что по показателям твердости не удается установить достаточно достоверно характеристик пластичности материала.

Подготовка образцов для испытания

Для большей наглядности лучше выбрать для испытаний пластичные материалы ( меди, латунь, низкоуглеродистая сталь). Рекомендуется использовать цилиндрические образцы диаметром 10 и высотой 15 мм. Холодную деформацию осадкой этих образцов можно проводить под прессом, а образцов из меди и латуни – вручную, помещая образец в стальную матрицу и ударяя молотком по пуансону.

При отжатий на прессе степень деформации составляет до 50…60 % первоначальной высоты, высоту образца до и после деформации измеряют штангенциркулем с точностью до 0,1 мм. Твердость образцов, а также рекомендуется измерять стальным шариком по Рокцеллу ( шкала В), а образцов меди и однофазной латуни – по Бринеллю ( шариком диаметром 2.5 мм при нагрузке 62,5 Л). Микроструктуру надо изучать на образцах до и после деформации ( с малой и большой степенью обжатия). Слои металла у торцевой поверхности цилиндрического образца испытывают меньшую деформацию, чем слои на цилиндрической поверхности, поэтому микроанализ ( при увеличении 200 – 300 раз) и измерение твердости следует выполнить на боковой поверхности деформированных образцов. Для измерения твердости поверхности образца ( как испытываемая, так и опорная) должны быть плоскими, параллельными друг другу и не должны иметь таких дефектов, как окалины, забоины, грязь, различные покрытия. Все дефекты поверхности образца удаляются мелко- зернистым наждачным кругом, напильником или наждачной бумагой. При обработке поверхности образ не должны нагреваться выше 100 – 150 °C.

Подготовка поверхности образца необходима для получения правильного отпечатка и чтобы края его были отчетливо видны для измерения ( по Бринеллю).

Методические указания по провидению

Лабораторной работы

Механизм пласт деформации. Пластическая деформация в кристаллах осуществляется скольжением частей кристалла относительно друг друга под действием напряжений, превышающих предел упругости ( рис. 1 – 3 ). Скольжение возникает по определенным кристалло-графическим плоскостям с наиболее плотной упаковкой атомов. Такие плоскости имеют