Вимірювання твердості методом Брінелля.

1. Встановити приблизно марку металів заданих зразків, виміряти їхню товщину і вибрати необхідні умови випробування - діаметр кульки, навантаження і час. Налагодити прилад на заданий режим випробовування.

2. Встановити зразок на столик приладу, підвести його до індентора, підтиснути до упора і включити електродвигун приводу. Після автоматичного виключення електродвигуна опустити столик і зняти зразок.

3. Аналогічно повторити випробування зразків із інших матеріалів.

4. За допомогою мікроскопа МПБ-2 виміряти два взаємно перпендикулярних діаметри (d₁ i d₂) кожного відбитка, обчислити середнє значення, а потім визначити твердість зразка в цілому.

5. Результати вимірів занести у табл.1.3 і зробити висновки.

Таблиця1.3

Протокол результатів вимірювань за Брінеллем

Вимірювання твердості методом Роквелла.

1. Встановити орієнтовну марку металу і передбачувану твердість зразків, визначити умови випробування кожного з них - індентор, навантаження, шкала вимірювання. Налагодити прилад на потрібний режим. Включити електродвигун приводу.

2. Встановити зразок на столик приладу, підвести зразок до індентора і далі до суміщення маленької стрілки індикатора з червоною точкою, сумістити "нуль" чорної шкали з кінцем великої стрілки, а потім натиснути і відпустити педаль пуску. Наприкінці циклу іспитів зафіксувати значення твердості проти кінця великої стрілки на відповідній шкалі вимірів і опустити столик.

3. Повторити випробування твердості ще в двох точках. Аналогічно повторити випробування зразків з інших матеріалів.

4. За значеннями твердості, визначеної в різних точках, для кожного зразка знайти середнє значення, а потім за таблицею перевести значення твердості за Роквеллом у твердість за Брінеллем і у твердість за Віккерсом..

5. Результати вимірів занести у табл.1.4 і зробити висновки про твердість зразків.

Таблиця 1.4.

Протокол результатів вимірювань за Роквеллом

Контрольні запитання

1. Що таке твердість? 2. Що таке індентор? 3. Які є види інденторів? 4. В чому полягає сутність вимірювання твердості за методом Брінелля? 5. В чому полягає сутність вимірювання твердості за методом Роквелла? 6. Твердість яких металів вимірюють за методом Брінелля? 7. Як позначається твердість виміряна за методом Брінелля? 8. Як позначається твердість виміряна за методом Роквелла?

Лабораторна робота № 2

Макроскопічний метод дослідження

Металів

Мета роботи: Навчитися проводити дослідження макроструктури металів, виявляти дефекти, визначати вид зламу, умови та характер попередньої обробки.

Забезпечення роботи: набір зразків, реактиви, плакати

Теоретичні відомості

Макроскопічний аналіз (макроаналіз) - це дослідження будови металів і сплавів неозброєним оком або оптичними приладами (переважно лупою), які мають невелике (до 30-ти разів) збільшення. Виявлена в такий спосіб будова називається макроструктурою. Оскільки спроможність людського ока незнача (не більше 0,3 мм), то й мінімальні розміри елементів досліджуваної структури повинні перевищувати 0,3 мм.

Основними задачами макроаналізу є: визначення порушення суцільності металу (усадочної розпушеності, газових пухирів і раковин, пустот у литому металі, тріщин, які виникли при термічній обробці чи пластичній деформації); дефектів зварювання (непроварювання, газові пухирі, порожнини); встановлення хімічної неоднорідності сплаву (ліквації); визначення способу обробки деталі (лиття, обробка тиском, різанням); визначення неоднорідності будови, утвореною термічною чи хіміко-термічною обробкою (глибина поверхневого гартування, глибина цементації); встановлення причини руйнування деталі за характером структури зламів.

Макроаналіз буває трьох видів: зовнішній огляд; вивчення макрошліфів; вивчення зламів.

Зовнішній огляд

Зовнішній огляд деталі дозволяє встановити зовнішні дефекти будови деталі: наявність тріщин, раковин, відшарування часток металу, порушення форми деталі, характер розташування дефектів (суцільний, зональний, рядковий чи радіальний); виділити ділянки деталі для більш глибокого вивчення будови.

Вивчення макрошліфів.

Макрошліф - це поверхня зразка, підготовлена для дослідження макроструктури. Зразок вирізають з визначеного місця деталі, залежно від того, що досліджується (виливок, поковка, штамповка, прокат, зварна чи термічно оброблена деталь) і що потрібно вивчити (структуру кристалізації, ліквацію тощо), поверхню шліфують абразивним папером різних номерів, після кожного з яких напрям шліфування змінюють на 90°. Закінчують шліфування на папері з розміром абразивних часток 50...40 мкм. Після цього поверхню промивають водою або спиртом, просушують фільтрувальним папером і травлять для виявлення досліджуваної структури.

Дослідження дендритної будови.При вивченні дендритної будови литої сталі, тріщин і пор застосовують 15-відсотковий розчин персульфата амонію (NH₄)S₂O₈ або 50-відсотковий розчин соляної кислоти HCl при температурі 60…70^оС. Час травлення 15...25 хв. Міждендритні проміжки витравлюються, а осі дендритів виступають на поверхню. Пори та тріщини проявляються у вигляді темних ділянок різної форми (рис.2.1).

Рис.2.1. Будова литої сталі

Дослідження волокнистої будови.Волокниста структура характерна для пластично деформованого металу, який має анізотропію властивостей у різних напрямках. Так, вздовж волокон ударна в’язкість, пластичність і опір руйнуванню значно вища, ніж впоперек. Тому бажано виготовляти вироби так, щоб волокна не перерізалися, а максимально відповідали їхній конфігурації.

Волокна в металі – це витягнуті осі первинних кристалів (дендритів) або структурних складових, напрямок яких залежить від напряму пластичної деформації. За характером їх розташування можна встановити спосіб виготовлення деталі (наприклад, обробка тиском або різанням) (рис.2.2).

Рис.2.2. Макроструктура деталей, виготовлених обробкою тиском (а) і різанням (б).

Для виявлення волокнистої будови деформованих сталей використовують розчин хромпіка в сірчаній кислоті - К₂Сr₂О₇ (25 г) + Н₂SO₄ (60 мл) + Н₂О (500 мл) чи реактив Гейна - NН₄Cl (53 г) + Сu Сl₂ (85г) + H₂O (1000 мл).

Дослідження ліквації сірки.Сірка практично нерозчинна в залізі, проте утворює з ним сульфід заліза FeS, який входить в склад евтектики, що утворюється при температурі 988 ^оС. Наявність легкоплавкої та крихкої евтектики, яка розміщається на границях зерен, робить сталь крихкою при температурах, близьких до 800 ^оС (тобто при температурах гарячої обробки тиском). Таке явище має назву червоноламкості. Шкідливий вплив сірки посилюється і її нерівномірним розміщенням по об’єму металу – схильністю до ліквації.

Для виявлення ліквації сірки у сталі застосовують метод Баумана. Поверхню макрошліфа, добре відшліфовану абразивною шкіркою з дрібним зерном, протирають ватою, змоченою спиртом. Потім аркуш бромосрібного фотопаперу змочують на світлі і витримують протягом 5…10 хвилин у 5-відсотковому розчині сірчаної кислоти, підсушують і прикладають емульсійною стороною до досліджуваної поверхні. Для отримання хороших результатів потрібно прогладити папір гумовим валиком чи рукою, не допускаючи його зміщення відносно макрошліфа.

На ділянках сталі, де є скупчення сульфідів FeS і MnS, відбуваються такі реакції:

FeS + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂S (2.1)

MnS + H₂SO₄ = MnSO₄ + H₂S (2.2)

Сірководень, який утворюється навпроти місця розміщення сульфідів, реагує з бромистим сріблом емульсійного шару:

2AgBr + H₂S = 2HBr + Ag₂S (2.3)

Після досягнення заданої витримки (3…15 хв) папір відділяють, промивають під струменем води, фіксують зображення у гіпосульфіті протягом 20…30 хв, знову промивають і просушують на повітрі. Сірчисте срібло Ag₂S має темно-коричневий колір, тому темні ділянки, які утворюються на фотопапері, вказують контури та характер розподілу включень сульфідів у досліджуваній сталі.

Дослідження ліквації фосфору.Фосфор також є шкідливою домішкою у сталі і має підвищену схильність до ліквації. Розчиняючись, він надає сталі понижену міцність при кімнатних температурах - холодноламкість. Для визначення ліквації фосфора використовують реактив Гейна: NН₄Сl (53 г) + СuСl₂ (85г) +H₂O (1000 мл). Поверхню макрошліфа протирають ватою, змоченою у спирті, і опускають на 1…2 хв у реактив. При цьому залізо розчиняється і витісняє мідь, яка осаджується на поверхні зразка. Струменем води мідь змивається з поверхні, макрошліф протирають і просушують. Місця, збагачені фосфором, матимуть темний колір. Це відбувається тому, що сталь, збагачена фосфором, розчиняється швидше.

Визначення глибини поверхневої термічної обробки.Для визначення глибини поверхневої термічної чи хіміко-термічної обробки застосовують 10-відсотковий спиртовий розчин HNO₃. Зона впливу на макроструктурі забарвлюється в темний колір (рис.2.3).

Рис.2.3. Макроструктура термічно обробленої деталі (поверхневе гартування)

Вивчення зламів

Зламом називається поверхня, по якій відбулося руйнування деталі чи зразка. Вони бувають кристалічні (крихкі), волокнисті (в’язкі) та втомленісні.

Крихкий злам є результатом крихкого руйнування, яке відбувається під дією зовнішніх сил без помітної пластичної деформації. На такому зламі можна спостерігати зерна, їхню форму і взаємне розташування. Крихкі злами бувають інтеркристалічними (міжкристалічними) - руйнування відбуваються по межах зерен, тому що вони менш міцні, ніж самі зерна сплаву, та транскристалічними - руйнування відбувається по тілу зерна. Інтеркристалічний злам має характерну каменеподібну будову та блискучий колір. У транскристалічному зламі колір зламу матовий, а поверхня рівна (зерна не виділяються в зламі).

Рис.2.4. Будова крихких зламів:

а - інтеркристалічного; б - транскристалічного

Волокнистий злам є результатом в’язкого руйнування, яке супроводжується значною пластичною деформацією зерен. Він має характерну волокнисту будову, колір – тьмяний (рис.2.5). За волокнистим зламом не можна судити про внутрішню будову, оскільки не виявляється форма і розмір зерна.

Втомленісний злам (рис.2.6) є ознакою втомленісного руйнування деталей, яке відбувається під дією знакозмінних напруг. Злам має три зони: 1 - ядро (тріщина, пора, неметалічне включення); 2 - зона втоми, яка має ступінчасто-складчасту будову з окремими ділянками блискучої поверхні; 3 - зона залишкового руйнування (зону доломлювання), яке може бути крихким або в’язким (в залежності від умов впливу напруг на кінцевій стадії руйнування, будови і властивостей металу).

Рис.2.5. Будова в’язкого злому Рис.2.6. Будова втомленісного зламу

Порядок виконання роботи

Дослідити волокнисту будову заданих деталей. Визначити характер їх обробки. Дослідити ліквацію сірки. Визначити дефекти зварювальних швів. Дослідити і зарисувати злами. Вказати дефекти та причини їх виникнення.

Контрольні запитання

1. Що таке макроаналіз? 2. Що таке макрошліф? 3. Які є види макроаналізу? 4. Як готується макрошліф? 5. В чому полягає відмінність у макрошліфах деталей виготовлених обробкою тиском та різанням? 6. Що таке волокна в металі? 7. Що таке ліквація? 8. Що таке червоноламкість? 9. Що таке холодноламкість? 10. Як визначають глибину поверхневої термічної обробки сталі? 11. Що таке злам? 12. Які є види зламів?

Лабораторна робота № 3