Лабораторные работы по металловедению и термической обработке металлов - Самохоцкий А.И., Кунявский М.Н.

Author: Самохоцкий А.И. Кунявский М.Н.

Tags: общее машиностроение технология машиностроения металловедение металлургия обработка металлов термическая обработка металлов лабораторные работы

Year: 1981

Similar

Металловедение и термическая обработка

Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов

Металловедение и термическая обработка металлов

Технология термической обработки металлов

Text

А.И.САМОХОЦНИЙ, М.Н. НУНЯВСНИИ
Лабораторные
работы
ПО МЕТАЛЛОВЕДЕНИЮ
И ТЕРМИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ
А. И. Самохоцкий, М. Н. Кунявский
ЛАБОРАТОРНЫЕ
РАБОТЫ
ПО МЕТАЛЛОВЕДЕНИЮ
И ТЕРМИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ
Третье издание,
переработанное и дополненное
Допущено Министерством высшего
и среднего специального образования СССР
в качестве учебного пособия для учащихся
машиностроительных техникумов
Москва «МАШИНОСТРОЕНИЕ» 1981
Б БК 34.2
С17
УДК 621 Д669.017 (075.3)
Рецензенты:
Цикловая комиссия Московского авиационного моторо-
строительного техникума им. С. К. Туманского (Н. С. Ми-
тина)
Самохоцкий А. И., Кунявский М. Н.
С17 Лабораторные работы по металловедению и
термической обработке металлов. Учеб, пособие
для машиностроительных техникумов. — 3-е изд.,
перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1981. —
174 с., ил.
25 к.
С ---107-81. 2704070000
038(01)-81
ББК 34.2
6П3.4
© Издательство «Машиностроение», 1981 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В учебном пособии даны указания по проведе-
нию лабораторных работ по предметам «Металло-
ведение» и «Технология термической обработки
металлов» для подготовки техников специальностей
«Металловедение и термическая обработка метал-
лов», «Литейное производство черных металлов»,
«Ковочно-штамповочное производство», «Порошко-
вая металлургия и производство твердых сплавов»,
«Технология сварочного производства».
Назначение учебного пособия — привить уча-
щимся навыки самостоятельной работы по иссле-
дованию структуры и свойств металлов и сплавов,
неразрушающим методам контроля, использованию
данных микроанализа, освоению необходимой для
этого аппаратуры, проведению основных операций
термической обработки стали и цветных сплавов.
По сравнению со вторым изданием (1971 г.) в
третьем издании дополнительно даны работы по
нормализации стали, определению прокаливаемо-
сти стали и термической обработке дуралюмина,
что обеспечивает проведение всех лабораторных
работ, предусмотренных программой предмета
«Технология термической обработки металлов».
Для большинства структур сталей и сплавов даны
их схемы. Во всех работах сделаны необходимые
уточнения в соответствии с современным научным
уровнем, а также более правильным методическим
изложением.
Работы 14 и 15 составлены М. Н. Кунявским,
остальные — А. И. Самохоцким.
I. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
ПО МЕТАЛЛОВЕДЕНИЮ
РАБОТА 1
НАБЛЮДЕНИЕ С ПОМОЩЬЮ БИОЛОГИЧЕСКОГО
МИКРОСКОПА ЗА ПРОЦЕССОМ
КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ИЗ РАСТВОРА СОЛИ
Задание
1. Изучить устройство биологического микроскопа и
работу на нем.
2. Начертить и описать оптическую схему биологи-
ческого микроскопа.
3. Просмотреть на биологическом микроскопе про-
цесс кристаллизации капли раствора соли.
4. Описать процесс кристаллизации соли.
5. Зарисовать строение затвердевающей капли раст-
вора соли с соответствующими пояснениями.
6. Написать отчет по работе в соответствии с пункта-
ми 2, 4 и 5 задания.
Цель работы
Изучить процесс кристаллизации из раствора соли.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь биологи-
ческий микроскоп; соли РЬ(\Юз)2, К2СГ2О7, NH4C1,
NaCl; пробирки; спиртовку; пинетку; циркуль и линейку.
Биологический микроскоп
Оптическая схема биологического микроскопа. Лучи
1 (рис. 1.1) от естественного или искусственного источ-
4
ника света, отразившись от зеркала 2, проходят через
рассматриваемый объект 3 (в данной работе каплю рас-
твора соли), помещенный на плоское стекло 4, затем че-
рез объектив 5 и через окуляр 6 и попадают в глаз на-
блюдателя.
Рис. 1.1. Оптическая
схема биологического
микроскопа
Рис. 1.2. Биологический
микроскоп
Конструкция биологического микроскопа. Плита 1
микроскопа (рис. 1.2) соединена с колонкой 3 шарни-
ром 2, что позволяет наклонять верхнюю часть микро-
скопа для более удобного наблюдения при работе сидя.
Тубус 7, в верхнюю часть которого вставляют окуляр 6,
а в нижнюю ввинчивают объектив 8, может передвигать-
ся вверх и вниз вращением винта 5. Для точной навод-
ки на фокус служит микрометрический винт 4. На пред-
метный столик 9 помещают плоское стекло 10 с иссле-
дуемым объектом. В нижней части микроскопа установ-
лено зеркало 11.
Приготовление раствора соли. Для получения пере-
сыщенного раствора одну из солей Pb(NO3)2, К2СГ2О7,
NH4CI, NaCl растворяют в воде при температуре 70—
80°С. В работе используют горячий раствор соли.
5
Подготовка и наблюдение процесса кристаллизации
из раствора соли на билогическом микроскопе
1. В верхнюю часть тубуса 7 (см. рис. 1.2) устано-
вить окуляр 6, а в нижнюю — объектив S. Увеличение
не должно быть более 100.
2. Зеркало 11 микроскопа направить в сторону есте-
ственного или искусственного света.
3. Вращением зеркала И,
смотря при этом одним глазом
в окуляр 5, достичь нормаль-
ного прохождения световых лу-
чей (получение светлого по-
ля).
4. На плоское стекло при
помощи пипетки нанести кап-
лю горячего пересыщенного
раствора соли и поместить его
на предметный столик 9.
5. Поднимая (но не опус-
Рис. 1.3.u Строение затвер- кая) тубус 7, вращением ВИН-
девающеи капли раствора та 5 произвести грубую навод-
ку на фокус.
6. Произвести точную на-
водку на фокус вращением микрометрического винта 4.
7. Наблюдать (в окуляр 6) за процессом кристалли-
зации раствора соли и зарисовывать образующиеся с
течением времени кристаллы соли.
Процесс кристаллизации соли. Так же как и при за-
твердевании металлического слитка, в процессе кристал-
лизации капли раствора соли наблюдаются три струк-
турные зоны (рис. 1.3). Зона / состоит из тонкого слоя
мелких дендритов, образующихся у краев капли. Зона
2 характеризуется образованием крупных удлиненных
дендритов. Зона 3 состоит из дендритов, имеющих раз-
личную ориентировку.
РАБОТА 2
МАКРОСКОПИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ (МАКРОАНАЛИЗ)
Задание
1. Приготовить макрошлифы.
2. Выявить неоднородность (ликвацию) серы и фос-
фора; дефекты, нарушающие сплошность металла; строе-
ние литой стали; волокнистую структуру.
3. Кратко описать методы выявления макростроения
и дефектов, зарисовать и дать характеристику выявлен-
ных макроструктур.
4. Написать отчет по работе в соответствии с пунк-
тами задания.
Цель работы
Ознакомиться с методами макроскопического анали-
за и изучить характерные виды макроструктур на образ-
цах железоуглеродистых сплавов.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь образцы
с неравномерным распределением серы и фосфора; с де-
фектами, нарушающими сплошность металла; литой
стали; с волокнистостью; шлифовальную шкурку различ-
ных номеров зернистости; деревянные бруски; вытяжной
шкаф; водяную баню; фарфоровую ванну; резиновый ва-
лик; лупу; щипцы; вату; фильтровальную бумагу; глян-
цевую бромосеребряную фотографическую бумагу;
спирт; реактивы для выявления макроструктуры.
Назначение макроанализа
Макроанализ применяют для выявления в металле
дендритного строения, усадочной рыхлости, газовых пу-
зырей, трещин, пустот, плен, шлаковых включений, рас-
положения волокон в поковках и штамповках, ликвации
серы и фосфора, структурной неоднородности, качества
сварного соединения.
При макроанализе проводится исследование макро-
структуры *.
Макроструктура может быть исследована непосред-
ственно на поверхности заготовки или детали; в изломе
или, что делается чаще, на вырезанном образце (темп-
лете) после его шлифования и травления специальным
реактивом.
Образец (тсмплет) металла, поверхность которого
подготовлена для макроанализа,.называется макрошли-
фом.
1 Макроструктурой называется строение металла, видимое
без увеличения или при небольшом увеличении (до 10—30 раз) с
помощью лупы.
7
Приготовление макрошлифом
Место и способ вырезки образца. Образец для макро-
анализа вырезают в определенном месте и в определен-
ной плоскости в зависимости от того, что подвергают
исследованию — отливку, поковку, штамповку, прокат,
сварную или термически обработанную деталь, и что
требуется выявить и изучить — первичную кристалли-
зацию, дефекты, нарушающие сплошность металла, не-
однородность структуры. В связи с этим образцы выре-
зают из одного или нескольких мест слитка, заготовки
или детали как в продольном, так и в поперечном на-
правлении.
Получение плоской поверхности образца. Поверх-
ность образца для макроанализа обрабатывают на фре-
зерном или строгальном станке (если материал с невы-
сокой твердостью) или на плоскошлифовальном станке
(если материал твердый). Для получения более гладкой
поверхности образец шлифуют вручную.
При шлифовании по поверхности образца водят шли-
фовальной шкуркой, обернутой вокруг деревянного брус-
ка. Шлифование начинают шкуркой с наиболее грубым
абразивным зерном, затем постепенно переходят на шли-
фование шкуркой с более мелким зерном. При переходе
с одного номера шкурки на другой направление шлифо-
вания меняют на 90°. После шлифования образцы про-
тирают ватой и подвергают травлению.
Выявление неоднородности распределения
(ликвации) серы и фосфора
Выявление ликвации серы. Для выявления в стали
ликвации серы применяют метод Баумана, для выпол-
нения которого необходимо:
1) макрошлиф хорошо протереть ватой, смоченной
спиртом, и положить на стол шлифованной поверхностью
вверх;
2) лист глянцевой бромосеребряной фотографической
бумаги вымочить на свету в течение 5—10 мин в 5%-ном
водном растворе серной кислоты, слегка просушить ме-
жду двумя листами фильтровальной бумаги для удале-
ния избытка раствора, наложить эмульсионной стороной
на макрошлиф и, приглаживая сверху рукой или рези-
новым валиком, удалить образующиеся пузырьки га-
зов, выдержать на макрошлифе в течение 2—3 мин и
осторожно снять с него;
3) полученный отпечаток промыть в воде, зафикси-
ровать в 25 %-ном водном растворе гипосульфита, сно-
ва промыть в воде и просушить.
Полученные на фотобумаге участки коричневого цве-
та указывают па места, обогащенные серой (скопления
сульфидов). Если фотобумага имеет равномерную окрас-
ку, следовательно, сера распределена равномерно.
Появление темных участков в местах, обогащенных
серой, объясняется тем, что сначала между серной кис-
лотой, впитанной в фотобумагу, и включениями MnS, в
виде которых сера находится в стали, происходит сле-
дующая реакция:
MnS + H2SO4 = MnSO4 + H2S.
Образующийся сероводород действует на бромистое
серебро эмульсионного слоя, в результате получается
сернистое серебро, имеющее темно-коричневый цвет:
2AgBr + H2S = Ag2S + 2НВг.
На рис. 2.1 дана фотография отпечатка, характери-
зующего неравномерное распределение серы в образце
рельса.
Рис. 2.1. Ликвация серы в Рис. 2.2. Ликвация фосфора в
стали стали
Выявление ликвации фосфора. Ликвацию фосфора в
стали выявляют травлением отшлифованного образца в
реактиве состава: 85 г хлорной меди, 53 г хлористого
аммония в 1000 см3 воды.
Для выявления ликвации необходимо:
1) отшлифованную поверхность образца протереть
ватой, смоченной спиртом;
2) образец погрузить в указанный реактив и выдер-
жать в нем 1—2 мин; при выдержке образца в реакти-
ве железо растворяется и вытесняет медь, которая осаж-
дается на поверхности образца;
3) после выдержки образец вынуть из реактива; вся
поверхность образца должна быть покрыта медью;
4) струей воды смыть с поверхности слой меди и про-
тереть макрошлиф мокрой ватой;
5) просушить образец.
Более темные, т. е. глубоко протравленные участки,—
это места, обогащенные фосфором, так как чем больше
в железе фосфора, тем быстрее оно растворяется; свет-
лые участки — места с меньшим содержанием фосфора
(рис. 2.2).
Выявление дефектов, нарушающих
сплошность металла
Для выявления в стали дефектов, нарушающих
сплошность металла (трещин, пор, раковин), проводит-
ся глубокое травление отшлифованного образца водным
раствором соляной кислоты (50 см3 НС1, 50 см3 воды).
Работу необходимо выполнять следующим образом.
1. Отшлифованную поверхность образца протереть
ватой, смоченной спиртом.
2. В водяную баню, установленную в вытяжном шка-
фу (так как при травлении выделяются ядовитые газы),
поместить фарфоровую ванну, налить в нее реактив и
нагреть до температуры 60—70°С.
3. Образец при помощи щипцов погрузить в горячий
реактив и выдержать в нем 10—45 мин.
4. После выдержки образец при помощи щипцов вы-
нуть из реактива.
5. Образец промыть водой, затем 10—15%-ным вод-
ным раствором азотной кислоты и просушить.
6. При глубоком травлении раствором кислоты вы-
сокой концентрации происходит растравливание дефек-
10
Рис. 2.3. Дефекты, нарушающие сплошность металла:
а — поры, б — трещины
тов, нарушающих сплошность металла, — они становят-
ся видимыми невооруженным глазом (рис. 2.3).
Выявление строения литой стали
Строение литой стали (дендритной структуры) вы-
являют травлением отшлифованного образца в 15°/о-ном
водном растворе персульфата аммония.
Для выявления дендритной структуры необходимо:
1) отшлифованную поверхность образца протереть
ватой, смоченной спиртом;
2) в водяную баню поместить фарфоровую ванну,
налить в нее реактив и нагреть до 80—90°С;
3) образец при помощи щипцов погрузить в горячий
реактив и выдержать в нем 5—10 мин;
4) после выдержки в реактиве образец при помощи
щипцов вынуть из реактива;
5) образец промыть водой и просушить.
На рис. 2.4 дана макроструктура литой стали.
Выявление волокнистости стали
Волокнистость стали выявляют травлением отшли-
фованного образца:
а) в реактиве состава: 85 г хлорной меди, 53 г хло-
ристого аммония в 1000 см3 воды по методике выявле-
ния неоднородности (ликвации) фосфора;
11
Рис. 2.4. Макроструктура литой стали
б) в реактиве для глубокого травления (50%-наясо-
ляная кислота) — по методике выявления дефектов, на-
рушающих сплошность металла (рис. 2.5).
РАБОТА 3
МИКРОСКОПИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ (МИКРОАНАЛИЗ)
Задание
1. Изучить устройство и принцип работы металлогра-
фического микроскопа.
2. Зарисовать оптическую схему микроскопа.
3. Приготовить микрошлиф стали и рассмотреть его
под микроскопом до и после травления.
12
Рис. 2.5. Макроструктура поковки полуоси автомашины. Направле-
ние волокон повторяет внешние очертания поковки
4. Кратко описать методику приготовления микро-
шлифа.
5. Зарисовать микроструктуру образца стали.
6. Определить цену деления окуляра-микрометра.
7. Измерить величину микроскопического объекта при
помощи окуляра-микрометра.
8. Написать отчет по работе в соответствии с пунк-
тами 2, 4, 5, 6 и 7 задания.
Цель работы
Ознакомиться с методами микроскопического анализа.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь металло-
графический микроскоп *; образцы для микроанализа;
напильник; наждачное точило; шлифовальную шкурку
различных номеров зернистости; толстые стекла; поли-
1 Можно использовать любой металлографический микроскоп —
МИМ-7, МИМ-8, ММР и др.
13
ровальный станок; полировальную жидкость; реактивы
для травления; спирт; фарфоровую чашку;-фильтроваль-
ную бумагу, вату.
Назначение микроанализа
Под микроанализом понимают изучение строения ме-
таллов и сплавов с помощью металлографического мик-
роскопа при увеличении в 50—2000 раз.
При помощи микроанализа определяют:
1) форму и размер кристаллических зерен, из кото-
рых состоит металл или сплав;
2) изменение внутреннего строения сплава, происхо-
дящее под влиянием различных режимов термической и
химико-термической обработки, а также после внешнего
механического воздействия на сплав;
3) микропороки металла — микротрещины, раковины
и т. п.;
4) неметаллические включения — сульфиды, окислы
и др.
Микроскопический анализ включает приготовление
микрошлифов и исследование их с помощью металлогра-
фического микроскопа.
Приготовление микрошлифов
Микрошлифом называется образец металла, поверх-
ность которого подготовлена для микроанализа.
В зависимости от цели исследования и формы иссле-
дуемой детали выбирают место вырезки образца.
Размеры и форма образца. Удобной является цилинд-
рическая форма образца диаметром 10—12 мм и высо-
той 0,7—0,8 диаметра, например диаметром 12 мм и вы-
сотой 10 мм (рис. 3.1, а). Удобны также прямоугольные
образцы,.например, с площадью основания 12X12 мм
и высотой 10 мм (рис. 3.1, б).
Образцы небольшого сечения (проволока, листы
и др.) монтируются заливкой в специальные оправки
(рис. 3.1, е). Кроме заливки в оправку, образцы мало-
го размера можно монтировать в зажиме (рис. 3.1, г), а
также запрессовывать в пластмассу (полистирол, баке-
лит и др.).
Получение плоской поверхности образца. На выре-
занном образце выравнивают поверхность, которая
14
предназначена для микроанализа. Получение плоской
поверхности достигается опиливанием напильником (ес-
ли материал мягкий) или заточкой на абразивном кру-
ге (если материал твердый).
Шлифование поверхности образца. Полученную плос-
кую поверхность образца шлифуют на шлифовальной
(наждачной) шкурке с зернами различных размеров
(номеров).
Рис. 3.1. Нормальные размеры металлографических образцов (а и
б) и приспособления для монтирования образцов малого размера
(в и г)
Шлифование начинают на шкурке с более крупным
абразивным зерном, затем постепенно переходят на
шкурку с более мелким абразивным зерном.
Шлифуют вручную на шкурке, положенной на тол-
стое стекло, или на специальных шлифовальных стан-
ках. При шлифовании вручную образец подготовленной
плоскостью прижимают рукой к шлифовальной шкурке
и водят им по бумаге в направлении, перпендикулярном
к рискам, полученным после опиливания напильником.
Шлифуют до полного исчезновения рисок, после этого
поверхность образца протирают ватой (или промывают),
поворачивают на 90° и шлифуют на шкурке с более
мелким абразивным зерном до полного исчезновения
рисок, полученных от предыдущего шлифования. При
замене шкурки одного размера зернистости другим об-
разец протирают ватой и поворачивают на 90°, чтобы
риски при последующей обработке получались перпен-
дикулярными к рискам от предыдущей обработки.
Можно шлифовать также специальными пастами, на-
несенными на небольшие листы чертежной бумаги.
Механическое шлифование осуществляется на спе-
циальных шлифовальных машинах, имеющих несколько
15
кругов диаметром 200—250 мм, приводимых во враще-
ние от электродвигателя. На поверхность кругов наде-
вают или наклеивают шлифовальную шкурку. Методика
механического шлифования аналогична методике ручно-
го шлифования.
Чтобы получить хорошее качество подготавливаемой
поверхности образца, шлифование с самого начала надо
вести правильно и аккуратно. Нельзя переходить с круп-
нозернистой шлифовальной шкурки сразу на мелкозер-
нистую. В этом случае грубые риски полностью не уст-
раняются, промежутки между ними заполняются метал-
лом, опилками, наждаком, и поверхность образца только
с виду кажется хорошо подготовленной. После даль-
нейшей обработки поверхности (полирования, травле-
ния) легко растворимый металл и опилки будут удале-
ны и резко выступят грубые риски, которые придется
удалять повторным шлифованием.
При шлифовании также не следует сильно нажимать
на образец для ускорения работы, что иногда практику-
ется, так как это может вызвать заметный нагрев шли-
фуемой поверхности и внедрение абразивных зерен в
металл, в результате чего на микрошлифе будут черные
точки.
Полирование поверхности образца. После окончания
шлифования на шлифовальной шкурке самой мелкой
зернистости полированием удаляют риски и обрабаты-
ваемая поверхность образца получается блестяще зер-
кальной. Полировать можно механическим и электроли-
тическим способами.
Механическое полирование производят на специаль-
ном полировальном станке (рис. 3.2) с кругом 1 диа-
метром 200—250 мм, обтянутым сукном или фетром.
Частота вращения круга от электродвигателя 2 равна
700—800 об/мин. Сукно смачивают полировальной жид-
костью. К вращающемуся кругу с сукном прижимают
отшлифованной поверхностью образец и в процессе по-
лирования поворачивают. Полируют до полного исчез-
новения рисок и получения зеркальной поверхности, что
занимает при хорошо отшлифованной поверхности 5—
10 мин.
Чтобы получить хороший результат полирования, об-
разец не следует сильно прижимать к сукну, так как-при
этом хотя и ускоряется удаление рисок, но происходит
деформирование поверхностного слоя и искажение струк-
16
Рис. 3.2. Полировальный станок
туры, выкрашивание хрупких включений. Сильный на-
жим на образец приводит также к более быстрому вы-
сыханию полировальной жидкости и к возможному при-
горанию поверхности. Полировальными составами яв-
ляются взвешенные в воде мелкие порошки окиси
алюминия (глинозем), окись хрома, окись железа (кро-
кус) и окись магния (магнезия). Чаще для полирования
применяют окись хрома и окись алюминия. Полироваль-
ную жидкость составляют в следующей пропорции: на
1 л воды 10—15 г окиси хрома или 5 г окиси алюминия.
После полирования образец промывают водой; поли-
рованную поверхность протирают ватой, смоченной спир-
том, а затем просушивают прикладыванием фильтро-
вальной бумаги или легким протиранием сухой ватой.
Чтобы предохранить полированную поверхность от
окисления, образцы хранят в эксикаторе с хлористым
кальцием.
Травление. По зеркальной поверхности образца, по-
лученной после полирования, нельзя судить о строении
сплава. Только неметаллические включения (сульфиды,
оксиды, графит в сером чугуне) вследствие их окрашен-
ности в различные цвета резко выделяются на светлом
фоне полированного микрошлифа.
17
В связи с этим для выявления микроструктуры по-
лированную поверхность образца подвергают травлению,
т. е. действию растворов кислот, щелочей, солей. При
травлении неоднородные участки металла или сплава
становятся видимыми под микроскопом.
Сущность процесса выявления структуры металлов
и сплавов травлением заключается в различной степени
растворения или окрашивания отдельных структурных
составляющих — зерен металлов, твердых растворов,
химических соединений.
Травление можно проводить различными способами,
но необходимо обеспечить наблюдение за травящейся
поверхностью образца. Можно указать несколько спо-
собов травления.
1. Реактив наливают в небольшую фарфоровую чаш-
ку, образец берут тигельными никелированными щип-
цами и погружают в травитель полированной поверхно-
стью вверх.
2. Реактив наливают в небольшую фарфоровую чаш-
ку, образец берут тигельными никелированными щипца-
ми, погружают в травитель полированной поверхностью
вниз и непрерывно, через короткие промежутки време-
ни, вынимают из травителя, перевертывают и наблюда*
ют за травящейся поверхностью образца.
3. Образец держат в левой руке полированной по-
верхностью вверх, на поверхность наливают (при помо-
щи капельницы или пипетки) небольшое количество тра-
вителя так, чтобы травитель быстро разлился и покрыл
всю полированную поверхность.
Продолжительность травления зависит от марки ста-
ли и структуры, но обычно достаточна выдержка в не-
сколько секунд.
Признаком протравливания является потускнение
поверхности. После травления микрошлиф промывают
водой, протирают ватой, смоченной спиртом, а затем
просушивают прикладыванием фильтровальной бумаги
или слегка протирая сухой ватой.
В результате травления должно быть четкое выявле-
ние микроструктуры. Если структура недостаточно вы-
явлена, следовательно, шлиф недотравлен, и его травят
повторно. Если структура получается слишком темная и
разъеденная, следовательно, шлиф перетравлен; тогда
его нужно снова полировать и травить, уменьшив время
выдержки или ослабив травитель.
Подготовленный для исследования микроструктуры
микрошлиф рассматривают в металлографический мик-
роскоп.
Микроскоп металлографический вертикальный
МИМ-7
Оптическая схема микроскопа МИМ-7. Световые лу-
чи от электрической лампы 1 (рис. 3.3, а) проходят че-
рез коллектор 2 и, отражаясь от зеркала <3, попадают на
светофильтр 4 (обычно желтый для получения изобра-
жения с резкими контурами), затем на апертурную диа-
фрагму 5 (для ограничения световых пучков и получе-
ния высокой четкости изображения), линзу 6, фотоза-
твор 8, полевую диафрагму 9 (для ограничения освещен-
ного поля рассматриваемого участка на микрошлифе),
преломляются пентапризмой 10, проходят через линзу 11,
попадают на отражательную пластинку 14, направляют-
ся в объектив 13 и на микрошлиф 12, установленный на
предметном столике. Отразившись от микрошлифа 12,
лучи вновь проходят через объектив 13 и, выходя из не-
го параллельным пучком, попадают на отражательную
пластинку 14 и ахроматическую линзу 16.
19
При визуальном наблюдении в ход лучей вводится
зеркало 17, которое отклоняет лучи в сторону окуляра
18. При фотографировании зеркало 17 выключается вы-
движением тубуса вместе с окуляром и зеркалом, и лу-
чи направляются непосредственно к фотоокуляру 19,
проходят через него на зеркало 20, от которого отра-
жаются и попадают на матовое стекло 21, где и дают
изображение. Для фиксирования микроструктуры мато-
вое стекло 21 заменяется кассетой с фотопластинкой.
Для наблюдения в поляризованном свете в систему
включают вкладной анализатор 15 и поляризатор 7.
Для выявления отдельных мелких рельефных частиц
на гладком поле (например, при исследовании неметал-
лических включений) целесообразно применять темно-
польное освещение.
Оптическая схема микроскопа для исследования мик-
рошлифа в темном поле отличается от описанной схемы
исследования в светлом поле тем, что вместо линзы 11
(рис. 3.3, б) устанавливается линза 22. Центральная
часть одной из поверхностей линзы 22 покрыта черным
непрозрачным лаком в виде диска, задерживающего
центральную часть светового пучка и пропускающего
краевые лучи, проходящие через прозрачное кольцо лин-
зы 22 и падающие на зеркало 24 в виде светового коль-
ца. Для того чтобы световые лучи не попадали на отра-
жательную пластинку 14, введена диафрагма 23. Отра-
зившись от зеркала 24, лучи падают на внутреннюю зер-
кальную поверхность параболического зеркала 25 и,
отразившись от него концентрируются на микрошлифе.
Конструкция микроскопа МИМ-7. Микроскоп МИМ-7
(рис. 3.4) состоит из трех основных частей: осветителя,
корпуса и верхней части.
Осветитель I имеет фонарь 2, внутри кожуха ко-
торого находится лампа. Центрировочные винты 3 слу-
жат для совмещения центра нити лампы с оптической
осью коллектора.
В корпусе II микроскопа находятся диск 1
с набором светофильтров; рукоятка 24 переключения фо-
тоокуляров; посадочное устройство для рамки 15 с ма-
товым стеклом или кассеты с фотопластинкой 9X12 мм;
узел апертурной диафрагмы, укрепленный под оправой
осветительной линзы 17; кольцо с накаткой 16, служа-
щее для изменения диаметра диафрагмы; винт 25, вра-
щением которого смещается диафрагма для создания
20
косого освещения; винт 26 для фиксации поворота апер-
турной диафрагмы.
Верхняя часть III микроскопа включает
детали, приведенные ниже.
1. Иллюминаторный тубус 11, в верхней части кото-
рого расположено посадочное отверстие под объектив.
На патрубке иллюминаторного тубуса расположена рам-
Рис. 3.4. Микроскоп МИМ-7
ка с линзами 22 для работы в светлом и темном поле и
рукоятка 5 для включения диафрагмы 23 (см. рис. 3.3, б)
при работе в темном поле; под кожухом 21 (см.
рис. 3.4) — пентапризма. В нижней части кожуха 21
расположены центрировочные винты 20 полевой диа-
фрагмы, диаметр которой изменяют при помощи повод-
ка 19. Под конусом полевой диафрагмы находится фото-
затвор 18.
2. Визуальный (зрительный) тубус 13, в отверстие
которого вставляется окуляр 12. При визуальном наблю-
дении тубус вдвигают до упора, а при фотографировании
выдвигают до отказа.
3. Предметный столик 10, который при помощи вин-
тов 6 может передвигаться в двух взаимно перпепдику-
21
лярных направлениях. В центре предметного столика
имеется окно, в него вставляют одну из сменных под-
кладок 7 с отверстиями различного диамерта. На пред-
метном столике расположены держатели, состоящие из
вертикальных колонок 8 и пружинящих прижимов 9,
которыми микрошлиф прижимается к подкладке пред-
метного столика. Макрометрический винт 4 служит для
перемещения предметного столика в вертикальном на-
правлении, и этим производится грубая наводка на фо-
кус. Зажимным винтом 23 фиксируют определенное по-
ложение предметного столика, чтобы он самопроизволь-
но не опускался. Для помещения столика 10 на нужной
высоте на кронштейне столика награвирована риска,
которая устанавливается против точки, награвированной
на корпусе микроскопа.
4. Микрометрический винт 14, с помощью которого
объектив перемещают в вертикальном направлении и
точно наводят на фокус. Расход микрометрической по-
дачи 3 мм, цена деления барабана — 0,003 мм.
Работа на микроскопе
С металлографическим микроскопом, являющимся
сложным, точным и дорогим прибором, необходимо об'
ращаться бережно и аккуратно. Прежде чем приступить
к работе на микроскопе, необходимо сначала подробно
ознакомиться с его оптической системой и конструкцией.
Визуальное (зрительное) наблюдение микроструктуры.
1. Выбрать увеличение микроскопа (объектив и оку-
ляр), пользуясь данными табл. 3.1. Начинать надо с
меньших увеличений, переходя к большим.
2. В отверстие визуального (зрительного) тубуса 13
(см. рис. 3.4) вставить окуляр.
3. Отвернуть зажимной винт 23, вращением макро-
метрического винта -4 поднять предметный столик 10 и
вставить объектив в посадочное отверстие; расположен-
ное в верхней части-иллюминаторного тубуса 11.
4. В окно предметного столика вставить подкладку 7
с нужным отверстием в зависимости от размера шлифа.
5. Вращением макрометрического винта 4 опустить
предметный столик до совпадения риски на кронштейне
предметного столика с точкой на корпусе микроскопа,
22
Таблица 3.1
Таблица увеличений микроскопа МИМ-7
при визуальном наблюдении
Объективы Окуляры
7Х юх I5X 20*
Для светлого и темного поля 8)бх (F = 23,2, А = 0,17) 60 90 130 170
!4 4х (F= 13,89, А =0,30) 100 140 200 300
24’5х (F = 8,16, А = 0,37) 170 240 360 500
32’5х (F = 6,16, 4 = 0.65) 250 320 500 650
Иммерсионные 72,2х = 2,77, А = 1,25)—'Только для светлого поля 500 720 1080 1440
71,7х (Г = 2,79, А = 1,00)—только для темного поля 500 720 1080 1440
6. При помощи винтов 6 установить предметный сто-
лик в таком положении, чтобы объектив был в центре
отверстия подкладки.
7. Поместить исследуемый шлиф полированной и
протравленной поверхностью вниз на подкладку пред-
метного столика над объективом и прижать прижимом 9.
Шлиф обязательно должен быть тщательно просушен,
так как оставшиеся на шлифе травитель или влага мо-
гут испортить объектив и подкладку предметного столи-
ка; на это надо особенно обращать внимание при рабо-
те с образцами малых размеров, залитых в оправку или
закрепленных в зажимах, когда травитель или влага
могут задержаться в зазорах между образцом и залив-
кой или стенками зажима.
8. Визуальный тубус 13 вдвинуть до упора.
9. Наблюдая в окуляр, вращением микрометрического
винта 4 произвести грубую наводку на фокус.
10. Винтом 23 закрепить предметный столик в уста-
новленном положении.
11. Наблюдая в окуляр, вращением микрометрическо-
го винта 14 произвести точную наводку на фокус.
12. Наблюдая в окуляр, при помощи винтов 6 пере-
двигать предметный столик и просматривать структуру
23
в разных местах шлифа. Водить шлифом по подкладке
предметного столика нельзя.
При работе с иммерсионным объективом на фрон-
тальную линзу объектива нанести каплю иммерсионного
масла; вращением микрометрического винта 4 предмет-
ный столик опустить до соприкосновения микрошлифа
с иммерсионным маслом на фронтальной линзе объек-
тива и закрепить зажимным винтом 23; точную наводку
на фокус произвести вращением микрометрического вин-
та 14; после работы масло с объектива и микрошлифа
снять ватой и промыть их бензином.
Наблюдение микроструктуры в поляризованном свете
1. Поляризатор поместить на оправу осветительной
линзы 6 (см. рис. 3.3, а) так, чтобы риска на оправе
поляризатора совместилась с риской на оправе линзы;
2. Вкладной анализатор вставить в паз под корпусом
иллюминаторного тубуса 11 (см. рис. 3.4).
3. На предметный столик установить специальную
шайбу с градусными делениями, с помощью которой
поворачивают объектив на столике, что позволяет вести
отсчеты углов поворота, необходимые при исследовании
в поляризованном свете.
Наблюдение микроструктуры при освещении
в темном поле
I. Открыть полностью апертурную и полевую диа-
фрагмы.
2. Передвинуть рамку 22 (см. рис. 3.4) для включе-
ния линзы темного поля 22 (см. рис. 3.3, б).
3. Передвинуть рукоятку 5 (см. рис. 3.4) для включе-
ния диафрагмы 23 (см. рис, 3.3, б).
4. Установить в центральное положение апертурную
диафрагму и спроектировать на нее нить лампы.
5. Центрировочными винтами 3 (см. рис. 3.4) устано-
вить нить лампы центрично отверстию апертурной диа-
фрагмы.
6. В посадочное отверстие иллюминаторного тубуса
11 вставить объектив темного поля.
7. Исследуемый шлиф поместить на подкладку пред-
метного столика.
8. Сфокусировать микроскоп, как указано выше,
вести наблюдение.
24
Измерение микроскопических объектов
при помощи окулярных
и объективных микрометров
Рис. 3 5. Объективный
микрометр
микроскопа зависит от
Окулярный микрометр (окуляр-микрометр) представ-
ляет собой обычный окуляр, в который вставлена (меж-
ду линзами) круглая тонкая стеклянная пластинка со
шкалой (обычно длиной 5 мм)
с делениями через 0,1 мм.
Объективный микрометр
(объектив-микрометр) имеет
стеклянную или металличе-
скую пластинку (рис. 3.5), на
которой нанесена шкала
(обычно длиной 1 мм) с деле-
ниями через 0,01 мм (10 мкм).
При помощи окуляра-мик-
рометра измеряют микроско-
пические объекты — величину
зерен, глубину цементованного
и азотированного слоев и т. и.
В связи с тем, что увеличение
комбинации окуляра и объектива, цена деления окуля-
ра-микрометра будет зависеть от того, в паре с каким
объективом рассматривается в окуляре-микрометре мик-
рошлиф. Поэтому необходимо для каждого объектива в
отдельности определить цену деления окуляра-микро-
метра.
Определение цены деления окуляра-микрометра. Для
определения цены деления окуляра-микрометра необхо-
димо:
1) в отверстие визуального (зрительного) тубуса 13
(см. рис. 3.4) вставить окуляр-микрометр;
2) в отверстие тубуса 11 вставить объектив;
3) на подкладку 7 предметного столика поместить
объектив-микрометр таким образом, чтобы шкала с де-
лениями находилась над объективом;
4) наблюдая в окуляр, вращением микрометрическо-
го 4 и микрометрического 14 винтов навести на фокус
шкалу объектива-микрометра; перемещением оправы
глазной линзы окуляра получить резкое изображение
шкалы окуляра-микрометра;
5) вращением окуляра совместить шкалу окуляра-
микрометра со шкалой объектива-микрометра, устано-
вив параллельно штрихи обеих шкал (рис. 3.6);
25
6) подсчитать, в какое число делений окуляра-мик-
рометра укладывается шкала объектива-микрометра
(если она полностью укладывается в поле зрения микро-
скопа) или определенное число делений шкалы объекти-
ва микрометра (если она
Рис. 3.6. Совмещение в по-
ле зрения микроскопа шкал
объектива - микрометра
(шкала а) и окуляра-микро-
метра (шкала б)
окуляра-микрометра
полностью не умещается в
поле зрения микроскопа);
7) определить цену деле-
ния шкалы окуляра-микро-
метра Док (в мм) по форму-
ле
7/ _ Цоб-Аоб
Мок — >
Лк
где Доб“0,01 мм — цена де-
ления шкалы объектива-
микрометра; ЛОб — число
совмещенных делений объ-
ектива-микрометра; ЛОк —
число совмещенных делений
окуляра-микрометра.
Например, шкала объек-
тива-микрометра укладыва-
ется на 25 делениях шкалы
(см. рис. 3.6). Тогда
г п 0,01 . 100 п лА
[ Док =-------—------= 0,04 мм
Измерение микроскопических объектов при помощи
окуляра-микрометра. Для измерения микроскопического
объекта необходимо:
1) настроить микроскоп на заданный микроскопиче-
ский объект (например, зерно металла, включение);
2) винтами 6 (см. рис. 3.4) передвигать предметный
столик и совместить измеряемый микроскопический
объект со шкалой окуляра-микрометра;
3) измерить объект, т. е. сосчитать, сколько делений
шкалы окуляра-микрометра занимает объект;
4) определить величину измеряемого объекта, для че-
го полученное число делений шкалы окуляра-микромет-
ра, которое занимает объект, умножить на цену деления
окуляра-микрометра.
Пример. Объект занимает 7 делений шкалы окуляра-
микрометра. Цена деления окуляра-микрометра 0,04 мм.
Величина измеряемого объекта 7-0,04 = 0,28 мм.
26
РАБОТА 4
МАГНИТНАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ
Задание
1. Ознакомиться с применяемыми способами намаг-
ничивания, принципом работы магнитного дефектоскопа,
магнитными порошками и суспензиями и методикой маг-
нитной дефектоскопии.
2. Выявить поверхностные и подповерхностные дефек-
ты (трещины, волосовины, закаты и др.) в детали (об-
разце).
3. Дать характеристику выявленных дефектов.
4. Заполнить протокол выявления дефектов на маг-
нитном дефектоскопе.
5. Написать отчет по работе в соответствии с пунк-
тами задания.
Цель работы
Ознакомиться с контролем деталей методом магнит-
ной дефектоскопии.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь магнитный
дефектоскоп; детали (образцы) для контроля; магнит-
ный порошок и магнитную суспензию.
Сущность магнитного порошкового контроля
В основу магнитного порошкового контроля положен
принцип создания в ферромагнитных материалах маг-
нитного потока, образующего поля рассеивания над де-
фектами (рис. 4.1). Поля рассеивания образуют мест-
ную полюсность на поверхности детали, ограниченную
контуром дефекта. При посыпке детали магнитным по-
рошком или погружении его в жидкость со взвешенны-
ми в ней частицами магнитного порошка местная полюс-
ность вызывает интенсивное осаждение порошка по кон-
туру дефекта.
Магнитным методом выявляют поверхностные и под-
поверхностные дефекты на глубине до 6 мм, усталост-
ные, термические и шлифовочные трещины, волосовины,
закаты и дефекты сварных швов (непровары, поры
27
и др.). Контроль детали производят в присутствии на-
магничивающего поля и на остаточной намагниченности,
причем намагничивают целиком всю деталь или по уча-
сткам.
Рис. 4.1. Поля рассеивания
над дефектом:
1 — наружный щслевидвый де-
фект, 2 — внутренние дефекты
Рис. 4.2. Полюсное намагничива-
ние:
а — электромагнитом; б — в соленоиде;
1 — выявляемые дефекты; 2 — деталь
Для создания направленного магнитного потока при-
меняют следующие способы намагничивания:
1) полюсное — при котором деталь приобретает яв-
но выраженные магнитные полюсы, осуществляемые:
а) постоянным магнитом или электромагнитом со сталь-
Рис 4 3. Циркулярное намагничива-
ние пропусканием тока:
а — через деталь; б — через проводник
(тороидное); 1 — выявляемые дефекты;
2 — деталь
Рис. 4 4. Комбинирован-
ное намагничивание:
/ — деталь; 2 — выявляемые
дефекты; 3 — прокладка из
диэлектрика
ным сердечником (рис. 4.2, а); б) помещением детали
в соленоид или прокладыванием по нему шины
(рис. 4.2, б);
2) циркулярное — при котором магнитные линии за-
мыкаются внутри самой детали и она не имеет явных
полюсов, осуществляемое: а) пропусканием тока через
деталь (чисто циркулярное); рис. 4.3, а; б) пропускани-
28
ем тока через проводники внутри полой детали (тороид-
ное); рис. 4.3, б;
3) комбинированное — осуществляемое пропускани-
ем тока через деталь, помещенную между полюсами
электромагнита (рис. 4.4).
Магнитные порошки и магнитные суспензии. Темный
магнитный порошок — это окалина низкоуглеродистой
стали, железный сурик, окись железа (для контроля де-
талей со светлой поверхностью); светлый магнитный
порошок — смесь темного порошка с красителем —
алюминиевым порошком, окисью цинка и др. (для конт-
роля деталей с темной поверхностью).
Темная магнитная суспензия — это смесь темного
магнитного порошка и трансформаторного масла; свет-
лая магнитная суспензия •— смесь светлого магнитного
порошка и трансформаторного масла.
Устройство
магнитного
дефектоскопа
Дефектоскоп цирку-
лярного намагничива-
ния 1 (рис. 4.5) имеет
генератор импульсного
тока Л пульт управле-
ния 2, контактную го-
головку 3 с электродом
4, поднимающимся и
опускающимся при по-
мощи штурвала 8, и
стол 5 с медной плас-
тиной-электродом 6, на
которую ставится ис-
пытуемая деталь. Пос-
ле зажима детали меж-
ду электродами 4 и 6 и
включения импульсно-
го тока нажатием кноп-
ки, расположенной с
правой стороны пульта
управления 2, обеспе-
чивается замыкание
Рис. 4.5. Магнитный дефектоскоп
1 Может быть использован любой магнитный дефектоскоп.
вначале вторичной цепи трансформатора 7, а затем пер-
вичной. При выключении тока размыкание этих цепей
происходит в обратной последовательности. Такая по-
следовательность включения и выключения дефектоско-
па гарантирует деталь от размагничивания, которое мо-
жет произойти при размыкании, и, кроме того, предохра-
няет деталь от ожогов вольтовой дугой.
Техника безопасности при работе
на дефектоскопе
1. Перед включением дефектоскопа необходимо про-
верить исправность электрической проводки и надеж-
ность заземления корпуса дефектоскопа.
2. При работе на дефектоскопе следует стоять на ре-
зиновом ковре.
3. Запрещается устранять неисправности при вклю-
ченном дефектоскопе.
4. Воспрещается оставлять включенный дефектоскоп
без наблюдения.
5. Воспрещается переустанавливать детали в зажим-
ном устройстве при включенном токе.
6. Воспрещается перегружать дефектоскоп длитель-
ным включением и превышать максимально допустимую
силу тока.
Порядок проведения работы
1. Положить деталь па пластину-электрод 6 (см.
(рис. 4.5).
2. При помощи штурвала 8 прижать к детали элек-
трод 4 и удерживать штурвал рукой.
3. Попеременным нажатием кнопок включения и вы-
ключения на пульте управления (2—3 раза в течение
нескольких секунд) произвести намагничивание детали.
4. Отпустить штурвал 8 (электрод 4 при этом подни-
мется вверх) и снять деталь с пластины-электрода 6,
Протокол выявления дефектов-на магнитном дефектоскопе
Способ намагни- чивания Вид магнитного порошка или сус- пензии Выявленные дефекты

30
5. Для выявления дефектов деталь погрузить в маг-
нитную суспензию или посыпать магнитным порошком и
затем провести наружный осмотр.
РАБОТА 5
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МЕТОД ДЕФЕКТОСКОПИИ
Задание
1. Ознакомиться с принципом работы ультразвуко-
вого дефектоскопа и методикой ультразвуковой дефек-
тоскопии.
2. Выявить трещины, раковины и другие дефекты,
расположенные внутри детали (образца).
3. Определить глубину залегания дефекта и зарисо-
вать картину, наблюдаемую на экране дефектоскопа.
4. Заполнить протокол выявления дефектов на уль-
тразвуковом дефектоскопе.
5. Написать отчет по работе в соответствии с пунк-
тами 2, 3 и 4 задания.
Цель работы
Ознакомиться с контролем деталей методом ультра-
звуковой дефектоскопии.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь ультра-
звуковой дефектоскоп; детали (образцы) для контроля;
щупы.
Сущность ультразвукового контроля
Ультразвуковой метод дефектоскопии основан на
принципе приема ультразвуковых импульсов, отражен-
ных от дефекта внутри металла. Принцип действия им-
пульсного ультразвукового дефектоскопа заключается
в следующем.
На поверхности детали устанавливают пьезоэлектри-
ческий вибратор (щуп) с пластинкой титаната бария
(или кварца), электрически связанной с прибором
(рис. 5.1). Пластинка титаната бария (кварца) возбуж-
дается электрическими импульсами высокой частоты на
короткий промежуток времени (1—3 мкс). Вследствие
31
Рис. 5.1. Схема прохожде-
ния ультразвукового им-
пульса:
1 — дсфек г; 2 — пьезоэлектриче-
ский вибратор
Зления обратного пьезоэффекта пластинка титаната
бария (кварца) излучает ультразвуковой импульс, ко-
торый проходит в металл. Отраженный от дефекта и от
дна ультразвуковой импульс частично возвращается в
обратном направлении и попадает на пьезоэлектриче-
ский вибратор, который теперь служит приемником.
Вследствие явления прямого пьезоэффекта титаната
бария (кварца) пластинка
преобразует ультразвуко-
вые (т. е. механические)
импульсы в электрические,
которые усиливаются и ре-
гистрируются на экране ин-
дикатора.
Индикатором в дефекто-
скопе служит электронно-
лучевая трубка, на экране
которой с помощью спе-
циального развертывающе-
го устройства возникает
временная диаграмма, соот-
ветствукЛцая распростране-
нию ультразвукового им-
пульса в металле. Гори-
зонтальная линия на экра-
не индикатора представляет
собой ось времени. Ее на-
чало совпадает с временем
посылки импульса в ме-
талл, а конец —с временем
возвращения к вибратору ультразвукового импульса,
отраженного от дна детали (образца), так как ультра-
звук распространяется в данном металле с постоянной
скоростью
V = ---
т
где v — скорость звука; S — расстояние; т — время.
Время распространения прямо пропорционально
пройденному пути, т. е. длина горизонтальной оси вре-
мени на экране индикатора представляет масштабное
изображение контролируемой длины. Очевидно, что
время, необходимое для распространения ультразвуко-
вого импульса, отраженного от дефекта, будет меньше
времени распространения импульса, отраженного от дна
32
детали, поэтому дефект, находя-
щийся внутри металла и отра-
зивший ультразвук, будет заре-
гистрирован на экране индика-
тора в виде четко выраженного
всплеска импульса (рис. 5.2).
Расстояние 1\ между начальным
импульсом и импульсом, отра-
женным от дефекта, соответст-
вует глубине залегания дефекта.
Посылка ультразвукового им-
пульса в металл производится
периодически (много раз в се-
кунду). Развертывающее устрой-
ство работает синхронно с пере-
дающим, так что каждая после-
дующая картина на экране ин-
дикатора точно совпадает с пре-
дыдущей.
Рис. 5.2. Картина расп-
ределения импульсов на
электронно-лучевой труб-
ке при обнаружении де-
фекта:
/ — начальный импульс; 2 —
импульс, отраженный от де-
фекта; 3 — импульс, отра-
женный от дна образца
(донный импульс)
Назначение и устройство ультразвукового
дефектоскопа
Дефектоскоп предназначен для выявления внутрен-
них дефектов в деталях, поковках и отливках любых
металлов при следующих основных характеристиках:
Максимальная глубина, подлежащая проверке, мм ; 3000
Минимальная глубина под поверхностью, на кото- (
рой обнаруживаются дефекты (при работе на один
щуп), мм............................................ 5
Минимальная площадь (в мм2) обнаруживаемого
дефекта на глубине 100 мм:
при частоте тока 2,5 МГц.................. 0,7
при частоте тока 1,25 МГц....................... 4
Точность указания места расположения дефекта, % 3
Питание:
напряжение, В............................. 110—127—220
частота тока, Гц........................... 50
потребляемая мощность, Вт................... 120
Элементы управления, расположенные на передней
панели дефектоскопа, показаны на рис. 5.3. На задней
панели имеются следующие элементы (на рисунке не
показаны): колодки включения сетевого шланга, пере-
ключения напряжения, предохранителя питания прибо-
ра, клемма заземления прибора.
2—1290
33
Рис. 5.3. Передняя панель
ультразвукового дефектоскопа:
1 -- регулятор фокусировки луча
электронно-лучевой трубки; 2 — ре-
гулятор яркости луча электронно-
лучевой трубки; 3 — регулятор уси-
ления приемника; 4 — выключатель
напряжения сети; б — выключатель
напряжения на генераторе высокой
частоты; 6 — гнезда приемного
шланга; 7 — переключатель рабочей
частоты; 8 — переключатель вида
работы (на один и два тупа), 9 —
гнезда излучающего шланга; 10 —
регулятор мощности излучателя;
11 —индикатор включения сети;
12 — переключатель глубины про-
звучивания; 13 — регулятор масшта-
ба изображения длины образца
Работа на дефектоскопе
Подготовка к работе и включение
1. Поверхность детали должна иметь с проверяемой
стороны ровные плоские чистые участки с площадью,
достаточной для установки щупа.
2. Для контроля стальных и дуралюминовых деталей
рекомендуется использовать частоту тока 2,5 МГц, а для
контроля крупнокристаллического стального литья, а
также деталей из чугуна — 1,25 МГц.
3. Очищенную поверхность детали, на которую уста-
навливают щуп, следует покрывать тонким слоем масла.
4. Колодку переключателя напряжения сети устанав-
ливают так, чтобы стрелка на колодке переключателя
совпадала с цифрой напряжения сети.
5. Устанавливают все выключатели на передней па-
нели в положение «Выключено».
6. Вставляют один конец сетевого шланга в гнездо
на задней панели; противоположный конец подключают
к сети.
34
7. Вставляют шланг в гнездо «Излучатель», ко вто-
рому концу шланга присоединяют держатель с пьезо-
электрическим вибратором.
8. Ручки регулировок передней панели устанавлива-
ют в следующие положения: «Яркость» — в крайнее пра-
вое положение; «Фокус» — в среднее положение; «Уси-
ление» — в крайнее правое положение; «Масштаб» —
в среднее положение.
9. Включают выключатель сети, установив его в верх-
нее положение. Если цепь питания исправна, должна
загореться сигнальная лампочка внизу передней панели.
Выжидают 2—3 мин. На экране должна появиться яр-
кая горизонтальная линия (развертка).
10. Регулируют яркость так, чтобы яркое пятно в
начале развертки отсутствовало.
11. Ручкой «Фокус» устанавливают четкость раз-
вертки.
12. Включают выключатель высокого напряжения,
установив его в верхнее положение. На левом крае раз-
вертки должен появиться узкий вертикальный всплеск —
«Начальный импульс».
После выполнения всех указанных операций можно
приступить к контролю деталей в зависимости от вы
бранной схемы контроля.
Контроль при работе на «один щуп»
1. Переключатель вида работы устанавливают в по-
ложение «I Щуп».
2. Устанавливают ручку «Глубина прозвучивания»
в нужное положение в зависимости от высоты образца.
3. Устанавливают щуп, присоединенный к клемме
«Излучатель», на поверхность детали, покрытую тонким
слоем смазки.
4. На экране должно появиться отражение от дна
детали в виде узкого импульса справа от начального
импульса. Если при перемещении щупа по поверхности
детали импульс не пропадает и не изменяет своего рас-
стояния до начального импульса, то это служит указа-
нием на то, что мы наблюдаем отражение от дна образ-
ца (см. рис. 5.2).
5. Регулировкой ручки «.Масштаб» добиваются, что-
бы начало отраженного от дна импульса находилось па
правом краю развертки.
2*
35
б. Если между начальным импульсом и импульсом,
отраженным от дна появится еще импульс, то это ука-
зывает, что в металле имеется дефект (см. рис. 5.2).
7. Расстояние от левого
края начального импульса
до левого края донного им-
пульса соответствует высо-
те детали,
расстояние от левого края
начального
левого края импульса, отра-
женного от дефекта, соот-
ветствует глубине залега-
ния дефекта и детали.
Построив пространствен-
ный чертеж детали, учтя
положение щупа и глубину
залегания, получим место
расположения дефекта (см. рис. 5.2 и 5.4).
Глубина залегания дефекта определяется из соотно-
шения
Рис. 5.4. Схема контроля
детали одним щупом
следовательно,
импульса до
А = А и s1 = -b-s2.
з» 1 1»
8. В каждом положении щупа контролю подвергает-
ся объем цилиндра под рабочей поверхностью щупа
(см. рис. 5.4). Расходимость пучка определяется направ-
ленностью излучателя.
Для контроля всей детали следует передвигать щуп
по поверхности.
9. Прежде чем детально исследовать всю поверхность
детали регулировкой ручек «Мощность», «Усиление»,
следует добиться, чтобы картина на экране была чистой
и четкой.
Техника безопасности
1. Запрещается включать прибор без кожуха.
2. Перед включением следует проверить соответствие
положения переключателя напряжения (НО, 127, 220 В)
напряжению сети.
3. Запрещается чрезмерно увеличивать яркость све-
чения развертки на экране.
4. Регулятор масштаба следует устанавливать так,
чтобы развертка была не меньше ширины экрана. Не
допускать сведения развертки в точку.
36
5. Генератор надо включать после появления- на эк-
ране развертки.
6. Запрещается проворачивать шланги при вставле-
нии в гнезда на передней панели, а также при присое-
динении держателей.
7. Щупы прибора необходимо предохранять от уда-
ров.
Порядок проведения работы
1. Измерить габаритные размеры детали.
2. Выбрать площадки, пригодные для установки щу-
пов.
3. Установить вариант и глубину прозвучивания.
4. Нанести на контролируемую поверхность масло.
5. Подготовить прибор к включению.
6. Произвести контроль.
7. Результаты записать в протокол.
Протокол выявления дефектов на ультразвуковом
дефектоскопе
Габаритные размеры детали Глубина прозвучи- вания Вариант прозву- чивания Частота генерато- ра, МГц Глубина зале- гания дефекта, мм
мм

РАБОТА 6
ИСПЫТАНИЕ НА РАСТЯЖЕНИЕ
Задание
1. Изучить порядок подготовки образца для испыта-
ния на растяжение; устройство разрывной испытатель-
ной машины; порядок проведения испытания.
2. Провести испытание на растяжение образцов ста-
ли.
3. Изучить методику определения по диаграмме рас-
тяжения, автоматически вычерченной на машине при
испытании, нагрузок пределов пропорциональности и те-
кучести; методику определения удлинения и сужения.
4. Определить предел пропорциональности Опц, пре-
дел текучести — физический от или условный а0|2, пре-
37
дел прочности сгв, относительное удлинение б и относи-
тельное сужение ф.
5. Результаты испытания на растяжение оформить в
виде протокола.
6. Написать отчет по работе в соответствии с пункта-
ми 3, 4 и 5 задания.
Цель работы
Ознакомиться с проведением испытания на растяже-
ние и определением показателей прочности и пластично-
сти.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь разрыв-
ную испытательную машину1; образцы для испытания
на растяжение; штангенциркуль; микрометр 0—25 мм;
линейку с делениями; бумагу для записи диаграммы.
Подготовка образцов для испытания
Для испытания на растяжение применяют цилиндри-
ческие или плоские образцы (рис. 6.1 и 6.2). По ГОСТ
1497—73 рекомендуется применять цилиндрические об-
разцы диаметром 3 мм и более и плоские толщиной
0,5 мм и более с начальной расчетной длиной /о — 5,65Х
ХУГ0 или Z0=ll,3yF0. Образцы с расчетной длиной
/о = 5,65уго называются короткими, а образцы с /о==
= 11,ЗуГо — длинными. Применение коротких образцов
предпочтительнее. При испытании цилиндрических об-
разцов в качестве основных применяют образцы диамет-
ром dQ= 10 мм.
На рабочей части образцов не должно быть следов
механической обработки, забоин и других дефектов; об-
разцы должны быть без кривизны и закалочных трещин.
Перед испытанием измеряют поперечное сечение об-
разцов (у цилиндрических — начальный диаметр рабо-
чей части do, мм, а у плоских — начальную толщину ра-
бочей части ао, мм и начальную ширину &о, мм). Точ-
ность измерения цилиндрических образцов диаметром
10 мм и менее и плоских образцов толщиной 2 мм и ме-
1 Может быть использована любая разрывная испытательная
машина с диаграммным аппаратом для автоматической записи
кривой нагрузка — деформация (например, машина ИМ-4Р).
38
нее — до 0,01 мм. Измеряют не менее нем в трех местах
по длине рабочей части образца (в середине и по кра-
ям). Полученные наименьшие размеры записывают в
графу 2 протокола испытания, по ним вычисляют пло-
Рис. 6.1. Стандартные об-
разцы для испытания на
растяжение:
h — длина головки, при помощи
которой образец закрепляется
в захват машины; /0 — началь-
ная расчетная длина образца;
R — радиус закругления пере-
ходной части; do — начальный
диаметр рабочей части цилин-
дрического образца; ао— на-
чальная толщина рабочей части
плоского образца; 60 — началь-
ная ширина рабочей части пло-
ского образца; L — общая дли-
на образца
ют в графу 4 протокола
Рис. 6.2. Образцы для испытания
на растяжение на машине ИМ-4Р:
а — круглый; б — плоский
щадь поперечного сечения
образца Fo и записывают в
графу 3 протокола испыта-
ния. Чтобы после испытания
определить удлинение, изме-
ряют начальную расчетную
длину /о образца с точно-
стью до 0,1 мм и записыва-
испытания. Установленная на-
чальная расчетная длина /о ограничивается неглубокими
кернами, рисками или иными метками.
Устройство испытательной машины ИМ-4Р
Машина ИМ-4Р (рис. 6.3) имеет малые габариты и
проста в обслуживании.
Образец (на схеме не показан) закрепляется голов-
ками в зажимах 1 и 2. Нижний зажим 1 соединен с вин-
том 13 нагружающего механизма. Верхний зажим 2 сое-
динен с силоизмерительным механизмом, состоящим из
рычага 3 и маятника 9.
При вращении электродвигателя 14 винт 13 начина-
ет перемещаться вниз, в связи с чем усилие растяжения
39
передается на оба зажима, образец и рычажйо-маятни-
ковую измерительную систему. Левый конец рычага 3
поднимается, маятник
9* отклоняется, при
этом стрелка 8 пере-
мещается по шкале 6,
представляющей собой
линейку с делениями,
указывая действую-
щую нагрузку, а перо
7 автоматически запи-
сывает на бумаге, на-
мотанной на диаграм-
мном барабане 5, кри-
вую в координатах на-
грузка — деформация.
Вращение барабана 5
осуществляется при по-
мощи двух пар зубча-
тых колес 4 и 12. Ма-
шина имеет две шкалы
нагрузок: 0 ~ 40 000 Н
(когда на штыре маят-
ника закрепляются два
груза) и 0 — 20 000 Н (когда закрепляется только один
груз). Цена наименьшего деления шкалы: 0 — 20 000 Н—
50 Н, 0 —40 000 Н — 100 Н*.
Машина имеет два привода: электродвигатель, яв-
ляющийся нормальным приводом, и ручной привод, ко-
торый применяют редко, например, когда нагружение
надо вести до строго определенной величины.
При работе с ручным приводом используют рукоятку
10, которую надо надеть на правый конец червяка 11.
Кроме этого надо выдвинуть кнопку, находящуюся на
крышке коробки (на рисунке не показаны). Это делает-
ся для того, чтобы освободить червяк 11 от сцепления
с осью червячного колеса 15.
Вращением ручки по часовой или против часовой
стрелки дают прямой (нагружение) или обратный (раз-
гружение) ход.
При работе с электродвигателем рукоятка должна
быть снята, а кнопка на коробке должна быть утоплена
* 1 Н^0,1 кгс.
40
до упора. Прямой или обратный ход осуществляется пе-
реключателем.
Проведение испытания
Для проведения испытания необходимо:
1) подготовленный для испытания образец поместить
в зажимы машины;
2) включить электродвигатель;
3) наблюдать за перемещением стрелки 8 по шкале 6
(см. рис. 6.3), зафиксировать крайнее правое положение,
до которого дойдет стрелка S, т. е. наибольшую нагруз-
ку Алах, предшествующую разрушению образца, и запи-
сать се в графу 8 протокола испытания;
4) после разрыва образца выключить электродвига-
тель, обе части образца вынуть из зажимов и снять с
диаграммного аппарата часть бумажной ленты с запи-
санной диаграммой.
Определение предела прочности
(временного сопротивления)
Предел прочности при растяжении ов, Па, определя-
ют по формуле
и полученный результат записывают в графу 12 прото-
кола испытания.
Методика определения по диаграмме
растяжения нагрузок пределов
пропорциональности и текучести
Диаграмма растяжения. На диаграмме (рис. 6.4) по
вертикальной оси отложены величины нагрузок Р, Н, а
по горизонтальной оси — величины абсолютных удлине-
ний образца А/, мм.
Вначале, до точки Рпц, идет прямая линия. Это зна-
чит, что удлинения пропорциональны нагрузкам, прила-
гаемым к испытуемому образцу. Нагрузка, соответствую-
щая точке Рпц, называется нагрузкой предела пропорци-
ональности. До предела пропорциональности в металле
возникают только упругие деформации. Если нагрузку
удалить, то образец возвратится в первоначальное со-
стояние и никаких остающихся удлинений в образце об-
наружено не будет.
При дальнейшем повышении нагрузки прямолиней-
ность нарушается и прямая переходит в кривую, т. е.
происходит нарушение пропорциональности между на-
пряжением и удлинением, и в образце начинают возни-
кать остаточные удлинения.
При растяжении образца
пизкоуглеродистой стали
при повышении нагрузки
выше РПц начинается значи-
тельное отклонение кривой,
которая затем переходит в
горизонтальную или почти
горизонтальную линию, что
указывает на то, что в этот
Рис. 6.4. Диаграмма растя- момент удлинение образца
жения мягкой стали увеличивается без возраста-
ния нагрузки. Материал как
бы течет, поэтому нагрузка, соответствующая горизон-
тальному участку на кривой, называется нагрузкой Рт,
соответствующей пределу текучести (физическому).
Если при растяжении образца не образуется горизон-
тальной площадки, то за нагрузку предела текучести
принимают ту нагрузку, которая вызывает остаточное
удлинение, равное 0,2% расчетной длины образца, и
обозначают Р0,2 — нагрузка, соответствующая пределу
текучести условному.
После предела текучести нагрузка начинает увели-
чиваться до максимума в точке Ртах. Наибольшая на-
грузка Ртах соответствует пределу прочности (времен-
ному сопротивлению).
Дальше в образце начинает образовываться шейка
(местное уменьшение сечения образца), нагрузка в свя-
зи с этим понижается; наконец при нагрузке, соответ-
ствующей точке Рк, происходит разрыв образца.
Определение нагрузки предела пропорциональности.
Провести прямую О А (рис. 6.5), совпадающую с прямо-
линейным участком кривой растяжения. Через точку О
провести ось ординат ОР. Затем на произвольной высо-
те, но в упругих пределах кривой растяжения, провести
прямую ВС, параллельную оси абсцисс. На прямой ВС
отложить отрезок DE, равный половине отрезка DF. Че-
42
рез точку Е и начало координат провести прямую ОМ.
Нагрузка предела пропорциональности РПц определяется
точкой касания к кривой растяжения прямой ///, прове-
денной параллельно прямой ОМ. Нагрузку РПц предела
пропорциональности записывают в графу 5 протокола
испытания.
Предел пропорциональности стПц, Па, определяют по
формуле
и полученный
результат записывают в графу 9 протоко-
ла испытания.
Рис. 6.5. Определение по
диаграмме растяжения
нагрузки предела про-
порциональности
Рис. 6.6. Определение по диаграм-
ме растяжения нагрузки предела
текучести
Определение нагрузки предела текучести. Первый
способ. При наличии на диаграмме растяжения ясно
выраженной площадки текучести по ней определяют на-
грузку физического предела текучести (рис. 6.6, а). Ре-
зультат записывают в графу 6 протокола.
Предел текучести (физический) сгт, Па, определяют
по формуле
и полученный результат записывают в графу 10 прото-
кола испытания.
Второй способ. Если на диаграмме растяжения нет
площадки текучести, то можно определить нагрузку Р0,2
условного предела текучести, для чего надо провести
прямую О А (рис. 6.6, б), совпадающую с прямолиисй-
43
ным участком кривой растяжения. Через точку О про-
вести ось ординат ОР. От точки О влево надо отложить
участок ОВ, величина которого равна величине задан-
ного остаточного удлинения, т. е. 0,2 % от начальной рас-
четной длины образца (/о)» увеличенного до масштаба
диаграммы растяжения (например, в 100 раз, если диа-
грамма получена на машине ИМ-4Р с масштабом
100: 1). Из точки В надо провести прямую ВС, парал-
лельную прямой ОА. Точка D пересечения прямой ВС с
кривой растяжения определит высоту ординаты, т. е. на-
грузку Ро,2» соответствующую условному пределу теку-
чести, которую записывают в графу 7 протокола испыта-
ния.
Предел текучести (условный) о0>2, Па, определяют по
формуле
и полученный результат записывают в графу 11 прото-
кола испытания.
Методика определения удлинения
и поперечного сужения
Определение удлинения. Для определения длины рас-
четной части образца после разрыва /к обе части образ-
ца после разрыва плотно прикладывают одну к другой.
Если после испытания образца в месте разрыва образу-
ется зазор, то он включается в длину расчетной части
образца после разрыва. Длину /к образца после разры-
ва определяют измерением расстояния между кернами
(рисками), ограничивающими расчетную длину образца.
Полученный результат длины /к образца после раз-
рыва записывают в графу 13 протокола испытания. От-
носительное удлинение б, %, вычисляют по формуле
5 _ 100
io
и полученный результат записывают в графу 15 прото-
кола испытания.
Определение поперечного сужения. При растяжении
в месте разрыва образца образуется шейка, т. е. умень-
шается поперечное сечение образца. Разность между
начальной площадью поперечного сечения Fq образца
и площадью поперечного сечения Ек в месте разрыва
дает величину абсолютного сужения.
44
Начальная площадь поперечного Сёчения Fo известна.
Чтобы получить площадь поперечного сечения FK в
месте разрыва круглого образца, надо диаметр образца
в месте разрыва измерить
в двух взаимно перпенди-
кулярных направлениях и
по среднему арифметиче-
скому вычислить площадь
Рис. 6.7. Сечение плоского об-
разца в месте разрыва
Чтобы получить пло-
щадь FK в месте разрыва
плоского образца, надо измерить в месте разрыва наи-
меньшую толщину п и наибольшую ширину т образца
(рис. 6.7).
Произведение п на т дает величину FK> т. е. FK = nm.
Результат записывают в графу 14 протокола.
Чтобы вычислить относительное сужение ф в процен-
тах, надо величину абсолютного сужения Fo—FK разде-
лить на начальную площадь Fo и умножить на 100:
ф = юо.
Fo
Полученный результат записывают в графу 16 про-
токола испытания.
Протокол испытания на растяжение
Форма и материал образцов..................................
Машина.....................................................•....................................................
Рабочая шкала..............................................
Размеры расчетной части
образца до испытания
Нагрузки, соответствующие
45
Продолжение протокола
ИСПЫТАНИЕ НА ТВЕРДОСТЬ ПО БРИНЕЛЛЮ
Задание
I. Провести испытание на твердость по Бринеллю
образцов стали и сплавов цветных металлов различной
толщины.
2. Определить твердость.
3. Изучить:
а) схему испытания (с зарисовкой) (и величину)
твердости по Бринеллю;
46
б) устройство автоматического рычажного пресса;
в) выбор диаметра шарика и нагрузки;
г) подготовку образца для испытания;
д) подготовку прибора и проведение испытания;
е) методику измерения отпечатка с помощью лупы
(с зарисовкой схемы отсчета по шкале лупы);
ж) определение твердости по таблице.
4. Результаты испытания оформить в виде протокола.
5. Написать отчет по работе в соответствии с пунк-
тами За, Зв, Зд, Зе, Зж и 4 задания.
Цель работы
Ознакомиться с методикой определения твердости
металлов по Бринеллю.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь автомати-
ческий рычажный пресс; образцы стали и сплавов цвет-
ных металлов различной толщины; лупу для измерения
диаметра отпечатка; наждачное точило; напильник.
Схема испытания и величина твердости
по Бринеллю
Испытание на твердость по Бринеллю производится
вдавливанием в испытуемый образец стального шарика
определенного диаметра под действием заданной нагруз-
ки в течение определенного времени.
Схема испытания на .
твердость по Бринеллю да-
на на рис. 7.1. В результате
вдавливания шарика на по-
верхности образца получа-
ется отпечаток (лунка). От-
ношение нагрузки Р, Н,* к
поверхности полученного от-
печатка (шарового сегмен-
та) F, мм2, дает число твер-
дости, обозначаемое НВ:
* 1 11^0,1 кге,
Рис. 7.1. Схема испытания
на твердость по способу
Бринелля
47
р*
нв = —
F
Поверхность F шарового сегмента
F = nDh,
где D — диаметр вдавливаемого шарика, мм; h — глу-
бина отпечатка, мм.
Так как глубину отпечатка h измерить трудно, а го-
раздо проще измерить диаметр отпечатка с/, то целесо-
образно величину hy мм, выразить через диаметры ша-
рика D и отпечатка d\
D - - VD2~d2
П =2 ----------
2
Тогда поверхность F шарового сегмента, мм2:
F = (D — /Д2 —(/2),
а число твердости по Бринеллю будет характеризовать-
ся формулой
(L> —УЪ2 —d2)
Прибор для испытания на твердость
по Бринеллю
Наиболее распространенным прибором для испыта-
ния на твердость по Бринеллю является автоматический
рычажный пресс.
Автоматический рычажный пресс. Схема автоматиче-
ского рычажного пресса показана на рис. 7.2. В верх-
ней части станины 1 имеется шпиндель 7, в который
вставляется наконечник с шариком 6. Может быть уста-
новлен один из трех наконечников — с шариком диа-
метром 10; 5 или 2,5 мм. Столик 4 служит для установ-
ки на нем испытываемого образца 5. Вращением по ча-
совой стрелке рукоятки 15 приводят в движение винт 3,
который, перемещаясь вверх, поднимает столик 4, и об-
разец 5 прижимается к шарику 6. При вращении руко-
ятки 15 до тех пор, пока указатель 14 не станет против
* Р/F, Н/мм2; 1 Н/мм2= I МПа^ОД кге/мм2
4§
Рис. 7.2. Схема автоматического рычажного пресса для определе-
ния твердости
риски, пружина 8 сжимается до отказа и создается пред-
варительная нагрузка 1000 Н (100 кгс).
Электродвигатель 13. который включают нажатием
кнопки, расположенной сбоку пресса, приводит во вра-
щение эксцентрик 2. При вращении эксцентрика 2 ша-
тун 9. перемещаясь вниз, опускает рычаг 10 и соединен-
ную с ним подвеску 11 с грузами 12, создавая этим на-
грузку на шарик, который вдавливается в образец. При
дальнейшем вращении эксцентрика 2 шатун 9, переме-
щаясь вверх, поднимает рычаг 10 и подвеску 11 с груза-
ми 12, снимая этим нагрузку с шарика. Когда рычаг и
подвеска с грузами достигнут исходного положения, ав-
томатически дается сигнал звонком и выключается элек-
тродвигатель.
Вращением рукоятки 15 против часовой стрелки
опускают столик 4.
В зависимости от грузов, установленных на подвеске
11, создается различная нагрузка (табл. 7.1).
Выбор диаметра шарика и нагрузки. Шарики раз-
личного диаметра (£>=10; 5 и 2,5 мм) применяют в за-
висимости от толщины испытываемого материала.
49
Таблица 7.1
Подбор грузов для нагружения автоматического
рычажного пресса
Нагруз- ка, II Наименование гру- зов, обеспечиваю- щих необходимую нагрузку (см. рис. 7.2) Примечание
1875 А Здесь А — подвеска, создающая на-
2500 А+ Б грузку в 1875 Н; Б — малый груз,
5000 А + Б + В создающий нагрузку в 625 Н; В —
7500 А + Б + Г средний груз, создающий нагрузку в
10000 А + Б-гВ-ЬГ 2500 Н; Г — большой груз, создающий
30000 А + Б + В + 5Г нагрузку в 5000 Н
Таблица 7.2
Выбор диаметра шарика и нагрузки в зависимости
от твердости и толщины испытуемого образца
Материал Пределы измерения в единицах твердости по Бринеллю Мини- мальная толщина испыту- емого образца, мм Соотно- шение между нагруз- кой Р и диамет- ром ша- рика D Диаметр шарика D, мм Нагруз- ка Р, Н Вы- держка под наг- руз- кой, с
Черные металлы 1400—4500 6—3 4—2 <2 P=300D2 10,0 5,0 2,5 30000 7500 1875 10
<1400 >6 6—3 <3 P=100D2 10,0 5,0 2,5 10000 2500 625 10
Цвет- ные метал- лы >1300 6—3 4—2 <2 P=300D2 10,0 5,0 2,5 30000 7500 1875 30
350—1300 9—3 6—3 <3 P^IOOD2 10,0 5,0 2,5 10000 2500 625 30
80—350 >6 6—3 <3 P=25D2 10,0 5,0 2,5 2500 625 156 60
60
Нагрузку Р выбирают в зависимости от качества ис-
пытываемого материала по формуле
Р = KD\
где К — постоянная для данного материала величина,
равная 300; 100 или 25.
В табл. 7.2 приведены данные по выбору диаметра
шарика и нагрузки в зависимости от твердости (в МПа)
и толщины испытываемого образца. При испытании ша-
риками разных диаметров (10; 5 и 2,5 мм) применяют
разные нагрузки; при испытании более мягких металлов
нагрузка меньше.
Материал образца, его толщину записать в графу 2,
а условия испытания (диаметр шарика и нагрузку) в
графу 3 протокола испытания.
Подготовка образца для испытания. Перед испыта-
нием поверхность образца, в которую будет вдавливать-
ся шарик, обрабатывают наждачным камнем или на-
пильником, чтобы она была ровной, гладкой и не было
окалины или других дефектов.
При обработке поверхности образец нс должен нагре-
ваться выше 100—150°С.
Подготовка поверхности образца необходима для
получения правильного отпечатка и чтобы края его
были отчетливо видны для измерения.
Подготовка прибора и проведение испытания
1. Установить на подвеску 11 (см. рис. 7,2) грузы
12, соответствующие выбранной для испытания на-
грузке.
2. Наконечник с шариком вставить в шпиндель 7
и укрепить.
3. На столик 4 поместить испытываемый образец 5.
Образец должен плотно лежать на столике. Центр от-
печатка должен находиться от края образца на рас-
стоянии не менее диаметра шарика.
4. Вращением рукоятки 15 по часовой стрелке
поднять столик и прижать образец 5 к шарику 6, про-
должать вращать рукоятку 15 до тех пор, пока указа-
тель 14 не станет против риски.
5. Нажатием кнопки включить электродвигатель.
6. После сигнала звонком вращением против часо-
вой стрелки рукоятки 15 опустить столик 4 и снять с
него образец с полученным отпечатком.
7. Измерить полученный отпечаток.
8. Определить твердость.
Методика измерения отпечатка
и определение твердости
Полученный отпечаток измеряют с помощью лупы
или микроскопа в двух взаимно перпендикулярных
направлениях, диаметр отпечатка определяется как
среднее арифметическое из двух измерений. Лупа
Рис. 7.3. Лупа для измерения отпечат-
ков:
а — внешний вид; б—шкала лупы
Рис. 7.4. Положение
лупы при измерении
отпечатка:
а — правильное положе-
ние; б — неправильное
положение
(рис. 7.3, а) имеет шкалу (рис. 7.3,6), малое деление
которой равно 0,1 мм. Лупу нижней опорной частью
надо плотно установить на испытываемую поверхность
образца над отпечатком (рис. 7.4); если лупа не имеет
специальной лампочки для освещения поверхности,
вырез (окно) в нижней части лупы обратить к свету.
Поворачивая окуляр, необходимо добиться, чтобы края
отпечатка были резко очерчены.
Затем, передвигая лупу, надо один край отпечатка
совместить с началом шкалы (рис. 7.5). Прочитать
деление шкалы, с которым совпадает противоположный
край отпечатка. Данный отсчет и будет соответствовать
размеру диаметра отпечатка (на рис. 7.5 диаметр от-
52
печатка а — 4,30 мм). Затем лупу или образец надо
Повернуть на 90° и измерить диаметр отпечатка вто-
рой раз.
Среднее арифметическое значение диаметра отпе-
чатка записать в графу 4 протокола испытания.
Чтобы не прибегать к длительным вычислениям
твердости по приведенной выше формуле, на практике
пользуются специальной
таблицей, которая дает пе-
ревод диаметра отпечатка в
число твердости НВ.
Полученное число твер-
дости НВ записать в графу
7 протокола испытания.
Для получения правиль-
ной характеристики твер-
дости данного материала
необходимо провести еще
два повторных испытания
па твердость того же образ-
ца; полученные результаты Рис. 7.5. Отсчет по шкале
записать в графы 5 и 6 лупы
(диаметры отпечатков) и 8
и 9 (числа твердости), определить средний результат и
записать его в графу 10 протокола испытания. При пов-
торных испытаниях центр отпечатка должен находиться
от центра соседнего отпечатка на расстоянии не менее
двух диаметров шарика.
Протокол испытания на твердость по Бринеллю
Тип пресса..................♦.................
53
РАБОТА 8
ИСПЫТАНИЕ НА ТВЕРДОСТЬ ПО РОКВЕЛЛУ
Задание
1. Провести испытание на твердость по Роквеллу
образцов стали в отожженном и закаленном состоянии,
сплавов цветных металлов и твердых сплавов.
2. Определить твердость.
3. Изучить:
а) схему испытания (с зарисовкой) и величину
твердости по Роквеллу;
б) устройство прибора типа Роквелла;
в) выбор нагрузки и наконечника;
г) подготовку образца для испытания;
д) контроль прибора;
е) подготовку прибора и проведение испытания.
4. Результаты испытания оформить в виде прото-
кола.
5. Написать отчет по работе в соответствии с пунк-
тами За, Зв, Зе и 4 задания.
Цель работы
Ознакомиться с методикой определения твердости
металлов по глубине вдавливания алмазного конуса
или шарика.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь прибор
типа Роквелла; образцы стали в отожженном и закален-
ном состоянии; сплавов цветных металлов и твердых
сплавов; наждачное точило; напильник; шлифовальную
шкурку.
Схема испытания и величина твердости
по Роквеллу
Испытание на твердость по Роквеллу производят
вдавливанием в испытуемый образец (деталь) алмаз-
ного конуса1 с углом 120° или стального закаленного
шарика диаметром 1,588 мм. Шарик и конус вдавли-
1 Конус может быть не только алмазным, но и из твердого спла-
ва.
54
вают в испытываемый образец под действием двух
последовательно прилагаемых нагрузок — предвари-
тельной Pq и основной Р\. Общая нагрузка Р будет
равна сумме предварительной Ро и основной Pi нагру-
зок (рис. 8.1): Р = РО+РЬ
Предварительная нагруз-
ка Pq во всех случаях
равна 100 Н*, основная
Pi и общая Р нагрузки
при вдавливании сталь-
ного шарика (шкала В)
составляют Pi == 900 Н,
Р= 100 + 900= 1000 Н, а
Рис. 8.1. Схема определения твер-
дости вдавливанием алмазного
конуса (на приборе Роквелла)
при вдавливании алмаз-
ного конуса (шкала С)
Pi-1400 Н, Р=100 +
+ 1400=1500 Н;
при вдавливании
алмазного
(шкала A) А = 500 Н, Р= 100 + 500 = 600 Н.
конуса
Число твердости по Роквеллу — число отвлеченное
и выражается в условных единицах.
За единицу твердости принята величина, соответ-
ствующая осевому перемещению наконечника на
0,002 мм. Число твердости по Роквеллу HR опреде-
ляется по формулам: при измерении по шкале В
Я/? =130 — е, при измерении по шкалам С и A HR =
= 100 — е.
Величина е определяется по следующей формуле:
Cr_ h~ho
0,002
где h — глубина внедрения наконечника в испытуемый
материал под действием общей нагрузки Р, измерен-
ная после снятия основной нагрузки Р\ с оставлением
предварительной нагрузки Ро; hQ — глубина внедрения
наконечника в испытуемый материал под действием
предварительной нагрузки Ро (см. рис. 8.1).
В зависимости от того, применяют ли шарик или
алмазный конус, и от нагрузки, при которой проводят
испытание (т. е. по какой шкале: В, С или Л), число
твердости обозначают HRB, HRC, HRA.
Определение твердости на приборе типа Роквелла
имеет широкое применение, так как этот прибор дает
возможность испытывать мягкие, твердые, а также
* 1 кгс.
55
7J 22 21
тонкие материалы. Отпечатки от конуса или шарика
очень малы, и поэтому можно испытывать готовые де-
тали без их порчи; испытание легко выполнимо и за-
нимает мало времени (несколько секунд); не требуется
никаких измерений, и число твердости читается прямо
на шкале. Значения твердости по Роквеллу могут быть
переведены в значения твердости по Бринеллю.
Прибор типа Роквелла ТК-2
Общий вид и схема прибора ТК-2 показаны на
рис. 8.2.
Шпиндель 1 прибора (см. рис. 8.2,6) служит для
закрепления на его конце с помощью винта 4 оправ-
ки 5 с шариком или алмазным (или из твердого спла-
ва) конусом. Постоянный груз 17 создает нагрузку
500 Н; если па постоянный груз 17 установлен груз 18
(400 Н), то создается нагрузка 900 Н, а если установ-
лен груз 18 и груз 19 (500 Н), то нагрузка 1400 Н,
56
Стол 7 служит для установки на нем исгшшваомо-
го образца 6, При вращении по часовой стрелке махо-
вика 8 приводится во вращение винт 11, который, пе-
ремещаясь вверх, поднимает стол 7, и образец 6
подводится к оправке 5 с шариком или алмазным
конусом. При дальнейшем вращении маховика 8 сжи-
мается пружина 2, шарик или алмазный конус начинает
внедряться в испытываемый образец 6, а стрелки
поворачиваются по шкале индикатора 23. При вра-
щении маховика 8 до тех пор, пока образец не упрется
в ограничительный чехол 3, малая стрелка 1 (рис.
8.3, а) индикатора дойдет до красной точки 2, а боль-
шая стрелка 3 установится (с погрешностью ±5 деле-
ний) приблизительно в вертикальном положении
(рис. 8.3, б), создается предварительная нагрузка
100 Н. Точную установку шкалы индикатора на нуль
(рис. 8.3, в) производят при помощи барабана 9 (см.
рис. 8.2,6) тросиком 22, закрепленным на ранте инди-
катора.
Циферблат индикатора имеет две шкалы — черную
(С) и красную (В). Независимо от того, что вдавли-
вается в испытываемый образец — алмазный конус
или шарик, с большой стрелкой индикатора всегда
совмещается нуль черной шкалы со значком «С». Боль-
шую стрелку с нулевым штрихом красной шкалы со
значком «В» не совмещают ни в каком случае.
Приведение в действие основной нагрузки осуще-
ствляется с помощью привода 12 от электродвигателя,
работающего непрерывно и отключаемого с помощью
тумблера 13 только при длительных перерывах в ра-
боте прибора.
Нажатием клавиши 10 приводят в действие кулач-
ковый блок 16 механизма привода 12, передача от
которого к грузовому рычагу 21 осуществляется с по-
мощью штока 14. При этом подвеска 20 с грузами
17—19 опускается, и этим обеспечивается действие
основной нагрузки и создается общая нагрузка (пред-
варительная + основная).
Под действием основной нагрузки шарик или
алмазный конус все глубже проникает в испытуемый
образец, при этом большая стрелка индикатора пово-
рачивается против часовой стрелки (рис. 8.3,г). После
окончания вдавливания основная нагрузка, действовав-
шая на образец, автоматически снимается и остается
57
2
Рис. 8.3. Последователь-
ное перемещение стре-
лок на циферблате прй-
бора ТК-2 (типа Рок-
велла) при вдавливании
алмазного конуса
58
предварительная нагрузка. При этом большая стрелка
индикатора перемещается по часовой стрелке и указы-
вает на шкале индикатора число твердости по Рок-
веллу (рис. 8.3, д). При испытании алмазным конусом
под нагрузкой 1500 или 600 Н отсчет производят по
черной шкале, а при испытании шариком под нагруз-
кой 1000 Н — по красной шкале.
По окончании цикла испытания кулачковый блок
автоматически отключается и фиксируется в исходном
положении. Нормальная продолжительность цикла
испытания 4 с [при положении рукоятки 15 (см. рис.
8.2,6) указателя против буквы Н]. Ускоренный цикл
испытания 2 с (при положении рукоятки указателя
против буквы У).
При вращении маховика 8 против часовой стрелки
стол 7 опускается, и образец 6 освобождается от дей-
ствия предварительной нагрузки.
Выбор нагрузки и наконечника. Нагрузку и нако-
нечник выбирают в зависимости от твердости испыты-
ваемого металла (табл. 8.1).
Таблица 8.1
Выбор нагрузки и наконечника для испытаний
Обозна- чение шкалы Вид наконечника Нагруз- ка, Н Обозна- чение твердо- сти по Роквел- лу Пределы измере- ния в единицах твердости по Рок- веллу
В Стальной шарик 1000 HRB 25—100
с Алмазный конус 1500 HR1 20—67
А То же 600 HRA 70—85
Примечание. Для испытания неответственных деталей твердостью
HRC 20—50 допускается применение наконечника из твердого сплава.
Материал образца записать в графу 2, а обозначе-
ние шкалы — в графу 3 протокола испытания.
Подготовка образца для испытания. Поверхности
образца, как испытываемая, так и опорная, должны
быть плоскими, параллельными друг другу и не долж-
ны иметь таких дефектов, как окалина, забоины, грязь,
различные покрытия. Все дефекты поверхности образца
должны быть удалены мелкозернистым наждачным
59
кругом, напильником или наждачной бумагой. При
обработке поверхности образец не должен нагреваться
выше 100— 150°С.
Контроль прибора. Перед испытанием на твердость
по Роквеллу необходимо произвести контроль прибора
с целью определения точности его показаний.
Контроль прибора производят при помощи контроль-
ных брусков, твердость которых заранее известна. При
проверке показания прибора должны находиться в
пределах чисел твердости, обозначенных на контроль-
ных брусках. Если твердость по прибору не соответ-
ствует твердости контрольных брусков, то к показаниям
прибора при испытании образцов вводится соответ-
ствующая поправка. Порядок проведения контроля
аналогичен порядку проведения испытания (см. далее).
Подготовка прибора и проведение испытания
1. В конец шпинделя 1 (см. рис. 8.2,6) прибора
закрепить оправку с алмазным (или из твердого спла-
ва) конусом или шарик и установить небходимую
нагрузку.
2. Установить испытываемый образец 6 на стол 7
прибора.
3. Вращением маховика 8 по часовой стрелке стол
осторожно поднимать до тех пор, пока образец не
упрется в ограничительный чехол; при этом малая
стрелка индикатора должна стать против красной точ-
ки, а большая, с погрешностью ±5 делений, на пуль
шкалы индикатора; если бльшая стрелка будет откло-
нена больше чем на ±5 делений относительно нулевого
штриха шкалы, необходимо вращением маховика 8
против часовой стрелки опустить стол (снять предва-
рительную нагрузку) и испытание провести вновь в
другом месте образца.
4. Вращением барабана & установить нуль шкалы С
(черного цвета) против конца большой стрелки инди-
катора.
5. Плавным нажатием руки на клавишу 10 вклю-
чить в работу привод механизма нагружения.
6. После окончания цикла нагружения произвести
отсчет по шкале индикатора. Полученный результат
твердости записать в графу 4 протокола испытания.
7. Вращением маховика 8 против часовой стрелки
опустить стол (снять предварительную нагрузку),обра-
60
зец передвинуть и повторить испытание в другом
месте образца. На каждом образце должно быть про-
ведено не менее трех испытаний. Расстояние центра
отпечатка от края образца или от центра другого
отпечатка должно быть не менее 3 мм. Результаты
последующих испытаний твердости записать в графы
5 и 6 протокола испытания, а среднее — в графу 7.
После смены наконечника первые два испытания в
расчет не принимаются.
8. Числа твердости по Роквеллу перевести в числа
твердости по Бринеллю (по специальной таблице) и
записать в графу 8 протокола испытания.
РАБОТА 9
ИСПЫТАНИЕ НА ТВЕРДОСТЬ ПО ВИККЕРСУ
Задание
1. Провести испытание на твердость по Виккерсу
образцов стали различной толщины в отожженном и
закаленном состоянии, образцов цементованных, циа-
нированных, азотированных и др.
2. Определить твердость.
3. Изучить:
а) схему испытания (с зарисовкой) и величину
твердости по Виккерсу;
б) устройство прибора типа Виккерса;
в) выбор нагрузки;
г) подготовку образца для испытания;
д) контроль прибора;
с) подготовку прибора и проведение испытания;
ж) методику измерения отпечатка (с зарисовкой
схемы);
з) определение твердости по таблицам.
4. Результаты испытания оформить в виде прото-
кола.
5. Написать отчет по работе в соответствии с пунк-
тами За, Зв, Зе, Зж, Зз и 4 задания.
Цель работы
Ознакомиться с методикой определения твердости
металлов по Виккерсу.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь прибор
типа Виккерса; образцы стали различной толщины в
отожженном и закаленном состоянии; цементованные,
цианироваиные, азотированные образцы; наждачное
точило; шлифовальную шкурку.
Схема испытания и величина твердости
по Виккерсу
Испытание на твердость по Виккерсу проводят
вдавливанием в испытываемый образец четырехгран-
пытания на твердость
по Виккерсу
ной алмазной пирамиды с углом
при вершине 136° (рис. 9.1). Твер-
дость по Виккерсу определяется,
так же как и твердость по Бринел-
лю, отношением нагрузки Р, Н, к
поверхности полученного отпечатка
F, мм2. Величина твердости харак-
теризуется символом HV:
ууу__ Р __ 2Psina/2 __ Р- 1,854
где сс — угол между противополож-
ными гранями пирамиды при вер-
шине, равный 136°; d — среднее
арифметическое длины обеих диаго-
налей отпечатка после снятия на-
грузки в мм.
При испытании применяют нагрузки, равные 50,
100, 200, 300, 500, 1000 Н. Возможность применения
62
малых нагрузок 50, 100 Н позволяет определять твер-
дость деталей малой толщины и тонких поверхностных
слоев (например, цементованных, цианированных, азо-
тированных п др.).
Числа твердости по Виккерсу и по Бринеллю имеют
одинаковую размерность (МПа) и для материалов
твердостью до //В4500 практически совпадают. Вместе
с тем измерения пирамидой дают более точные значе-
ния для материалов с высокой твердостью, чем измере-
ния шариком или конусом. Алмазная пирамида имеет
большой угол в вершине и диагональ ее отпечатка при-
мерно в 7 раз больше глубины отпечатка, что повышает
точность измерения отпечатка даже при проникновении
пирамиды на небольшую глубину.
Прибор типа Виккерса
Основной частью прибора (рис. 9.2) является пово-
ротная головка 2, в которой смонтирована оправка с
алмазной пирамидой 7, закрытой чехлом 3; специаль-
ный измерительный микроскоп 10 для измерения дли-
ны диагонали отпечатка и рабочий шпиндель 9.
При повороте рукояткой 1 головки 2 в крайнее
левое положение прибор приводится в рабочее состоя-
ние, при котором ось рабочего шпинделя 9 совмещает-
ся с осью промежуточного шпинделя 14, При повороте
рукояткой 1 головки 2 в крайнее правое положение
прибор приводится в положение, при котором оптиче-
ская ось микроскопа 10 совмещается с центром отпечат-
ка. При установке прибора в рабочее положение пру-
жина 13 соединяет промежуточный шпиндель 14 с
призмой 12 грузового рычага 15. На подвеске 16 гру-
зового рычага 15 устанавливают сменные грузы 17.
Столик 3 служит для установки на нем испытывае-
мого образца 6. При вращении по часовой стрелке
маховика 4 приводится во вращение винт 5, который,
перемещаясь вверх, поднимает столик 3, и образец 6
прижимается к чехлу 8. В правой части прибора имеет-
ся грузовой привод с масляным амортизатором 22,
при помощи которого приложение нагрузки, выдержка
под нагрузкой и снятие нагрузки осуществляются
механически за счет энергии опускающегося груза 19.
В связи с этим до прижима образца 6 к чехлу 8 гру-
63
зовой привод должен быть взведен, что осуществляет-
ся нажимом рукоятки 30. При этом подъемный шток
18 удерживается во взведенном положении рычагом 27,
жестко связанным с рукояткой 30 взвода, а рычаг 28
запирает всю систему привода во взведенном поло-
жении.
Рис, 9.2. Кинематическая схема прибора Виккерса
Привод включают нажимом на педаль 29 пускового
механизма. При этом приводится в движение рычаг28
и под действием груза 19 опускается втулка 23, опи-
рающийся на нее подъемный шток 18 и поршень 21
масляного амортизатора 22. Одновременно опускается
грузовой рычаг 15, который опирается на шток 18, при
этом алмазная пирамида 7 вдавливается в поверхность
образца 6. При опускании втулки 23, шарнирно свя-
занной с рычагом 24, соединенным с тягой 25, проис-
ходит подъем рычага 26 навстречу штоку 18. Когда шток
18 опустится приблизительно на 16 мм, его нижний
64
конец встречается с рычагом 26. При дальнейшем
опускании втулки- 23 продолжается подъем рычага 26,
при этом поднимается шток 18 и грузовой рычаг 15.
К концу хода поршня 21 масляного амортизатора 22
шток 18 придет в начальное положение и снимает на-
грузку.
Продолжительность выдержки образца под нагруз-
кой регистрируется сигнальной лампочкой 11. В мо-
мент приложения нагрузки сигнальная лампочка
зажигается, и гаснет, когда нагрузка снята. Продол-
жительность выдержки образца под нагрузкой может
быть от 10 до 60 с, что достигается изменением ско-
рости опускания штока амортизатора регулятором 20.
Выбор нагрузки. Нагрузку выбирают в зависимости
от толщины испытываемого слоя металла, которая
должна быть по крайней мере в 1,5 раза больше
диагонали отпечатка.
На обратной стороне образца после его испытания
не должно обнаруживаться место, где прилагалась
нагрузка. Отношение глубины отпечатка к величине
его диагонали равно приблизительно 1 :7.
При испытании цементованных или других тонких
слоев металла нагрузка должна быть тем меньше, чем
тоньше слой. Если толщина испытываемого слоя неиз-
вестна, рекомендуется произвести несколько испытаний
при различных нагрузках (например, при 100, 200 и
500 Н). Если основная масса (сердцевина) образца
не влияет на результаты измерений, то числа твердо-
сти совпадут или будут близки друг к другу. Если чис-
ла твердости при возрастании нагрузки будут умень-
шаться, необходимо применять меньшие нагрузки — до
тех пор, пока все смежные нагрузки не дадут совпа-
дающих или близких друг к другу результатов. Тол-
щину или обработку образца записать в графу 2, а
нагрузку — в графу 3 протокола испытания.
Подготовка образцов для испытания. Поверхность
образца должна быть плоской, гладкой и чистой; с
поверхности должна быть удалена окалина, обезугле-
роженный слой и т. п. При подготовке поверхности
образец подвергают обработке на наждачном круге и
шлифовальной шкурке.
Контроль прибора. Перед испытанием на твердость
по Виккерсу необходимо проконтролировать точность
показаний прибора при помощи контрольных брусков,
3—1290
65
твердость которых заранее известна. При проверке
показания прибора должны находиться в пределах
чисел твердости, обозначенных па контрольных бру-
сках. Если твердость по прибору не соответствует твер-.
дости контрольных брусков, то к показаниям прибора
при испытании деталей вводится соответствующая
поправка.
Порядок проведения контроля аналогичен порядку
проведения испытания (см. далее).
Порядок проведения испытания
1. На подвеску 16 (см. рис. 9.2) установить груз 17
нужной величины.
2. В нижней части микроскопа 10 установить объ-
ектив с увеличением 10х или втулку с объективом с
увеличением 3,7х.
3. На столик 3 установить испытываемый образец6.
4. Рукояткой 1 повернуть головку 2 в крайнее
левое положение.
5. Рукояткой 30 взвести механизм грузового при-
вода.
6. Вращением маховика 4 поднять столик 3 и при-
жать образец 6 к чехлу 8,
7. Нажать спусковую педаль 29 пускового меха-
низма.
8. Сделать выдержку до момента потухания сиг-
нальной лампочки 11.
9. Вращением маховика 4 опустить столик 3 с об-
разцом 6.
10. Рукояткой 1 повернуть головку 2 в крайнее
правое положение.
11. Вращением маховика 4 поднять столик 3 с об-
разцом 6 настолько, чтобы при наблюдении в окуляр
микроскопа 10 был ясно виден полученный отпечаток.
12. Измерить диагональ отпечатка. Для измерения
диагонали отпечатка в окуляре микроскопа имеются
три штриха (рис. 9.3, а) — два основных и один до-
полнительный. Основные штрихи должны быть раздви-
нуты на расстояние больше диагонали отпечатка (рис.
9.3,6). Вращением большого левого винта 1 (рис. 9.4)
подвести левый штрих к левому углу отпечатка
(рис. 9.3,в). Затем вращением правого микрометриче-
ского винта 2 (рис. 9.4) подвести средний штрих к пра-
66
вому углу отпечатка (рис. 9.3,г). Прочитать результат,
полученный на шкале и на микрометрическом винте, ко-
торый и будет соответствовать величине диагонали от-
печатка. При применении объектива с увеличением 10 х
одно деление шкалы соответствует 100 мкм, а одно деле-
ние на лимбе микрометрического винта — 1 мкм.
При применении объектива с увеличением 3;7Х
(который устанавливается со специальной втулкой)
одно деление шкалы соответствует 250 мкм, а одно
деление на лимбе микрометрического винта — 2,5 мкм.
Полученную величину диагонали' отпечатка записать
в графу 4 протокола испытания. При измерении объ-
ективом с увеличением 3,7х полученный результат
надо предварительно умножить на 2,5 и после этого
записать в графу 4 протоко-
ла испытания,
13. После первого изме-
рения диагонали отпечатка
образец повернуть на 90° и
вторично измерить вторую
диагональ. Полученную ве-
личину диагонали отпечатка
записать в графу 5 протоко-
Рис. 9.4. Микрометрический
окуляр микроскопа
ла испытания.
14. Вычислить среднее -арифметическое длины обеих
диагоналей отпечатка и полученную величину записать
в графу 6 протокола испытания.
15. Определить число твердости HV, пользуясь для
этого специальными таблицами. Полученный результат
записать в графу 7 протокола испытания.
16. Определить твердость данного образца второй
раз и полученный результат записать в протокол ис-
пытания.
67
Расстояние между центром первого отпечатка и
краем второго, смежного с ним (а также и краем об-
разца), должно быть не менее 2,5 диагоналей отпе-
чатка.
Имеющийся на окуляре микроскопа дополнительный
правый штрих (см. рис. 9.3,г) применяют при серийных
испытаниях.
Протокол испытания на твердость по Виккерсу
№ п/п Толщи- на, мм, обра- ботка образ- ца Наг- руз- ка, Н Длина диагонали отпечатка, мм Твер- дость, НУ
Первое измере- ние Второе измере- ние Среднее арифмети- ческое дли- ны обеих диагоналей отпечатка
1 2 3 4 б 6 7

РАБОТА 10
ИСПЫТАНИЕ НА МИКРОТВЕРДОСТЬ
Задание
1. Провести испытание на микротвердость тонких
полуфабрикатов (лента, фольга), азотированных и
цианированных слоев, структурных составляющих
сплавов.
2. Определить твердость.
3. Изучить:
а) особенности испытания на микротвердость;
б) устройство прибора ПМТ-3;
в) подготовку образцов для испытания;
г) подготовку прибора и проведение испытания;
д) методику измерения диагонали отпечатка (с за-
рисовкой схемы);
е) определение твердости.
4. Результаты испытания оформить в виде прото-
кола.
5. Написать отчет по работе в соответствии с пунк-
тами За, Зг, Зд, Зе и 4 задания.
68
Цель работы
Ознакомиться с методикой определения микротвер-
дости.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь прибор
ПМТ-3; образцы ленты, фольги, азотированной, циани-
рованной и закаленной стали и сплавов цветных метал-
лов; наждачный круг; напильник; шлифовальную
шкурку различных номеров зернистости; толстые стек-
ла; полировальный станок; полировальную жидкость;
травители для выявления структуры стали и сплавов
цветных металлов; спирт; фильтровальную бумагу;
вату.
Особенности испытания на микротвердость
Испытание на микротвердость проводят вдавлива-
нием в испытываемый образец четырехгранной алмаз-
ной пирамиды с углом при вершине 136°, таким же
как и у пирамиды при испытании по Виккерсу. Твер-
дость Н определяют по той же формуле, что и твер-
дость по Виккерсу (см. с. 62). Отличительной особенно-
стью испытания на микротвердость является применение
малых нагрузок — от 0,05 до 5*Н*, поэтому основной об-
ластью использования данного метода является опреде-
ление твердости таких образцов и деталей, которые
не могут быть испытаны обычно применяемыми мето-
дами (по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу), а именно,
мелких деталей приборов, тонких полуфабрикатов
(лент, фольги, проволоки), тонких слоев, получающих-
ся в результате химико-термической обработки (азо-
тирования, цианирования и др.), и гальванических
покрытий, поверхностных слоев металла, изменивших
свои свойства в результате снятия стружки, давления,
трения, и отдельных структурных составляющих
сплавов.
Прибор для измерения микротвердости
ПМТ-3
Основание / (рис. 10.1) прибора имеет стойку 7,
по которой гайкой 8 при ослабленном винте 10 можно
* 1 Н«0,1 кгс.
69
74
Рис. 10.1. Прибор ПМТ-3
перемещать кронштейн 9 с тубусом 16 микроскопа.
Кронштейн 9 имеет направляющие, по которым можно
перемещать тубус 16. Грубое перемещение тубуса 16
осуществляется вращением винта 12 (макроподача), а
малое перемещение — вращением винта 11 (микропо-
дача). Тубус имеет на-
клонную трубку с окуля-
ром 15 и объектив 20.
К тубусу прикреплен ме-
ханизм нагружения 6 с
алмазным наконечником
4, представляющим собой
четырехгранную алмаз-
ную пирамиду с углом
при вершине 136°. На ос-
новании 1 расположен
предметный столик 21,
верхнюю часть которого
при помощи винтов 22 и
23 -можно перемещать в
двух взаимно перпенди-
кулярных направлениях
(координатное перемеще-
ние) и рукояткой 2 пово-
рачивать вокруг оси при-
близительно на 180"® от
одного упора до другого
(полукруговое перемеще-
ние). На столик 21 уста-
навливают образец 3. Центрирование прибора осущест-
вляется винтами 18, 19.
Для нагружения применяют специальные грузы в
форме шайб с вырезом массой 5, 10, 20, 50, 100, 200
и 500 г. При испытании один из грузов (шайба 5)
устанавливают вырезом на „шток нагружающего меха-
низма. Вдавливание алмазной пирамиды 4 в образец 3
под действием груза, находящегося па штоке, осуще-
ствляется при повороте рукоятки 17 приблизительно
на пол-оборота. Диагональ полученного отпечатка
измеряют окулярным микрометром 14.
Подготовка образцов для испытания. Образцы
ленты и фольги испытывают без подготовки. Азотиро-
ванные и цианированные образцы шлифуют и поли-
руют. При определении твердости отдельных струк-
70
турных составляющих поверхность образца должна
быть подготовлена так же, как для металлографиче-
ского исследования, т. е. должен быть приготовлен
микрошлиф. Объект испытания записать в графу 2
протокола.
Подготовка прибора и проведение испытания
1. Установить и закрепить (прижимными лапками
или пластилином) образец или шлиф 2 (рис. 10.2, а)
Рис. 10.2. Схема испытания
{на микротвердость на при-
боре ПМТ-3:
а — испытываемый образец под
объективом; выбор места для
испытания; после получения от-
печатка — измерение его диаго-
нали; б — испытываемый обра-
зец под алмазной пирамидой;
установка под острие алмаза;
то же положение после получе-
ния отпечатка и подъема пира-
миды; в — испытываемый обра-
зец под алмазной пирамидой;
получение отпечатку
на предметном столике 4 под объективом 7; столик
должен быть повернут в крайнее правое положение
до упора.
2. Навести на фокус поверхность образца (шлифа)
2 вращением винтов 12 и И (см. рис. 10.1) макропо-
дачи и микроподачи.
3. Установить на резкость нити окулярного микро-
метра вращением глазной линзы окуляра 15,
4. Вращением барабана 13 установить двойной
штрих (перекрестие нитей) окулярного микрометра в
центр поля зрения па деление 4 шкалы (рис. 10.3, а)
71
5. Выбрать на образце 2 (рис.
нанесения отпечатка и подвести
Рис. 10.3. Расположение двойного штри-
ха окулярного микрометра в центре
поля зрения на делении 4 шкалы (а) и
расположение выбранного для нанесе-
ния отпечатка места на образце под
перекрестием нитей (б)
Полный оборот барабана (100 малых делений на ба-
рабане) соответствует перемещению двойного штриха
(перекрестия нитей) на одно деление шкалы.
10.2, а) место для
его перемещением
столика винтами 22
и 23 (рис, 10.1) под
перекрестие нитей
(рис. 10.3, б).
6. Окончательно
навести на фокус по-
верхность образца 2
(рис. 10.2, а) враще-
нием винта 11 мик-
роподачи (рис. 10.1).
7. Выбрать груз 6
(рис. 10.2, а) и по-
местить его на шток
нагружающего ме-
ханизма. Нагрузку
записать в графу 3
протокола.
8. Повернуть рукояткой 3 предметный столик во-
круг оси ОО в крайнее левое положение до упора
(рис. 10.2,-б). Поворачивать нужно осторожно без уда-
ра об упор, чтобы не сместить образец.
9. Произвести вдавливание алмазной пирамиды 5,
для чего медленно и равномерно, одним пальцем, пово-
рачивать на себя рукоятку 7 арретира (рис. 10.2, в).
10. Дать выдержку 4—7 с.
11. Снять нагрузку, для чего равномерно, одним
пальцем, поворачивать от себя рукоятку 7 арретира (рис.
10.2,6).
12. Повернуть рукояткой 3 предметный столик во-
круг оси ОО в крайнее правое положение до упора
(рис. 10.2, а); поворачивать нужно осторожно- без уда-
ра об упор, чтобы не сместить образец.
13. Измерить окулярным микрометром диагональ
полученного отпечатка.
Измерение длины диагонали отпечатка
1. Нити прибора расположить справа от отпечатка ,
(рис. 10.4, а).
72
2. Вращением барабана 13, окулярного микрометра
14 (см. рис. 10.1) левый угол нитей подвести (справа
палево) к правому углу отпечатка (рис. 10.4,6) так,
чтобы толщина нитей оставалась вправо от контура
отпечатка.
3. Произвести отсчет показаний шкалы и лимба
барабана окулярного микрометра; наблюдая в окуляр,
определить, между какими цифрами шкалы располо-
Рпс. 10.4, Схема измерения длины диагонали отпечатка окулярным
микрометром:
а — подведение нитей (справа налево) к правому углу отпечатка; б — положе-
ние нитей у вершины правого угла отпечатка для первого отсчета (нити под-
ведены справа); в — положение нитей у вершины левого угла отпечатка для
второго отсчета (нити подведены также справа)
жился двойной штрих (перекрестие нитей) [цифра,
расположенная слева от двойного штриха, показывает
сотни]; к этому числу прибавить показания лимба
барабана. Полученный результат записать в графу 4
протокола испытания.
Например, двойной штрих находится между циф-
рами 3 и 4 (рис. 10.4,6), что соответствует числу 300,
а на лимбе барабана числу 56; тогда сумма будет
300 + 56-356.
4. Вращением барабана окулярного микрометра
правый угол нитей подвести к левому углу отпечатка
(рис. 10.4, в).
5. Произвести отсчет показаний шкалы и лимба
барабана окулярного микрометра; наблюдая в окуляр,
определить, между какими цифрами расположен двой-
ной штрих (перекрестие нитей) [цифра, расположенная
слева от двойного штриха, показывает сотни]; к этому
числу прибавить показания лимба барабана. Получен-
ный результат записать в графу 5 протокола испы-
тания.
73
Например, двойной штрих находится между циф-
рами 2 и 3 (рис. 10.4, е), что соответствует числу 200,
а на лимбе барабана числу 26; тогда сумма будет
200 + 26-226.
6. Из первого числа (356) вычесть второе число
(226), полученная разность (356—226—130) указы-
вает длину диагонали отпечатка; в данном случае
длина диагонали отпечатка равна 130 делениям лимба
барабана окулярного микрометра. Полученный резуль-
тат записать в графу 6 протокола испытания.
7. Определить длину диагонали отпечатка в микро-
нах; для этого полученную длину диагонали отпечатка*
в делениях (в данном случае 130 делений) умножить
на цену одного деления в микронах. Так как цена
одного деления лимба барабана окулярного микрометра
равна 0,3 мкм, то полученную длину диагонали отпе-
чатка в делениях (в данном случае 130 делений) надо
умножить на 0,3 (130x0,3 — 39 мкм). Полученный ре-
зультат в микронах записать в графу 7 протокола
испытания.
Число твердости определяют по специальным таб-
лицам, рассчитанным на нагрузки 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1;
2; 5 Н.
Протокол испытания на микротвердость
Например, если указанная выше длина диагонали
отпечатка 39 мкм была получена при нагрузке 1 Н,
то для данной диагонали отпечатка число твердости
(в МПа) Н 1220.
Полученные в работе числа твердости записать в
графу 8 протокола испытания.
74
РАБОТА 11
ИСПЫТАНИЕ НА УДАРНУЮ ВЯЗКОСТЬ
Задание
1. Провести испытание на ударную вязкость образ-
цов стали после различной термической обработки.
2. Определить твердость.
3. Изучить:
а) определение ударной вязкости (с зарисовкой
схемы испытания);
б) устройство маятникового копра;
в) подготовку образца для испытания (с зарисов-
кой образца);
г) подготовку копра и проведение испытания;
д) определение ударной вязкости.
4. Результаты испытания оформить в виде прото-
кола.
5. Написать отчет по работе в соответствии с пунк-
тами За, Зв, Зг, Зд и 4 задания.
Цель работы
Ознакомиться с методикой определения ударной
вязкости металлов.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь маятни-
ковый копер; образцы для испытания на ударную
вязкость; штангенциркуль; шаблоны.
Определение ударной вязкости
Испытание на ударную вязкость основано на разру-
шении образца с надрезом посередине одним ударом
маятника массой Р, падающего с определенной высо-
ты Н (рис. 11.1). При падении он разрушает образец
и поднимается на высоту h. Работа Ап, Дж (кге-м),
затраченная на разрушение образца, определяется по
формуле
Ан = Pl (cosp — cos а),
где I — длина маятника, т. е. расстояние от его оси
до центра тяжести, м; а и ₽ — углы подъема маят-
75
ника соответственно до и после излома образца в гра-
дусах.
Ударная вязкость аи, Дж/м2 (кгс-м/см2), т. е. ра-
бота, затраченная на разрушение образца Лп, отнесен-
ная к площади поперечного сечения образца в месте
надреза F, определяется по формуле
Устройство маятникового копра
На станине 1 копра (рис. 11.2-, а) на горизонталь-
ной оси 2 подвешен маятник 3, представляющий собой
стержень с прикрепленным к нему тяжелым плоским
диском с ножом 4. Маят-
ник, свободно качающий-
ся вокруг оси 2, может
быть поднят на опреде-
ленную высоту и задер-
жан там специальной за-
щелкой 5.
На станине имеются
две опоры. 10, предназна-
ченные для установки на
них испытываемого об-
Образец,
Рис. 11 1. Схема испы- Рис. 11.2. Маятниковый копер:
ТанИЯ На ударную ВЯЗ- а — общий вид; б — положение образ-
КОСТЬ ца ПРИ испытании
разца И. Стрелка 6 служит для указания на шкале 7
угла подъема маятника после разрушения им образца.
При помощи рукоятки 3 натягивают ремень 9 и оста-
навливают раскачивающийся маятник.
Подготовка образца для испытания. Для испытания
на ударную вязкость .основным является образен, по-
76
казанный на рис. 11.3. Материал образца записывают
в графу 2 протокола испытания. Сечение образца, в
месте надреза, измеряют с точностью до 0,1 мм; данные
измерения записывают в графу 3 протокола.
Рис. 11.3. Образец для испытания на ударную вязкость
По данным измерения вычисляют площадь попереч-
ного сечения образца и записывают в графу 4 прото-
кола испытания.
Подготовка копра и проведение испытания
1. При помощи шаблона 1 (рис. 11.4) установить
опоры 2 симметрично относительно ножа маятника 3
и закрепить их.
2. Подвести стрелку'к ну-
лю до упора в штифт.
3. Поднять немного маят-
ник и поместить образец 1
Рис. 11.'о. Шаблон для
установки надреза об-
разца симметрично от-
носительно опор и но-
жа маятника
Рис. 11.4. Шаблон для уста-
новки опор симметрично
относительно ножа маят-
ника
77
(рис. 11.5) на опоры 3 копра надрезом в сторону, про-
тивоположную удару ножа маятника. При помощи
шаблона 2 установить надрез образца симметрично
относительно опор и ножа маятника.
4. Поднять маятник в верхнее положение и закре-
пить защелкой 5 (см. рис. 11.2,а), при этом стрелка
отклонится и будет указывать угол а подъема маятни-
ка. Этот угол записать в графу 5 протокола.
Запрещается устанавливать образец, когда маятник
поднят на полную высоту и установлен на защелку.
В эюм положении маятник представляет большую
опасность для работающих, так как при случайном
освобождении защелки может причинить тяжелые
увечья.
5. Подвести стрелку к нулю шкалы до упора в
штифт.
6. Отпустить защелку и произвести удар по об-
разцу.
7. Остановить качание маятника натяжением (при
помощи рукоятки) ременного тормоза.
8. Определить по шкале угол 0 подъема маятника
после излома образца и записать в графу 6 протокола
испытания.
Если образец не сломался, что может быть в случае
недостаточного запаса энергии копра или в случае очень
вязкого материала, то в протоколе испытания отмеча-
ется «Не сломался» Для излома другого образца
увеличивается запас энергии маятника поднятием его
па большую высоту.
Протокол испытания на ударную вязкость образцов
стали на копре.......мощностью . . .
H/ц Stf Материал образца Размеры поперечно- го сечения образца, м (см) Площадь попереч- ного сечения образ- ца, м!(смг) Угол подъема маятника, градусы Работа удара Лн, да Дж* (кгс' Ударная вязкость ан, МДж/м1 (кге • м/см8) Характеристика из- лома
до излома об- разца а после излома образца 3
1 2 3 4 5 6 7 8 9

* Декаджоуль; 1 даДж~1 гкс*м; 1 МДж/м2«10 кгс-м/см2.
78
9. Найти работу Дп, затраченную на разрушение
образца. Чтобы не вычислять величину Ап по формуле,
пользуются специальной таблицей, в которой для каж-
дого угла аир указана величина работы Ап-
10. Записать величину работы Ан в графу 7 прото-
кола испытания.
11. Определить ударную вязкость образца по фор-
муле
и записать в графу 8 протокола испытания.
12. Характеристику излома (хрупкий, вязкий) запи-
сать в графу 9 протокола испытания.
РАБОТА 12
ИСПЫТАНИЕ ЛИСТОВ И ЛЕНТ НА ВЫТЯЖКУ
СФЕРИЧЕСКОЙ ЛУНКИ
Задание
1. Провести испытание листового металла на вытяж-
ку сферической лунки.
2. Определить глубину вытяжки листового металла.
3. Изучить:
а) схему испытания (с зарисовкой) и характеристи-
ку штампуемости;
б) устройство прибора типа ПТЛ;
в) размеры и подготовку- образцов;
г) подготовку прибора и проведение испытания.
4. Результаты испытания оформить в виде прото-
кола.
5. Написать отчет по работе в соответствии с пунк-
тами За, Зв, Зг и 4 задания.
Цель работы
Ознакомиться с методикой испытания па вытяжку
листового металла.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь прибор
для испытания на вытяжку листового металла; образ-
цы для испытания;- штангенциркуль; микрометр.
79
Схема испытания и характеристика
штампуемости
Испытанием па вытяжку определяют способность
листового металла к штамповке. Испытание состоит в
Рис. 12.1. Схема вы-
тяжки
продавливании пуансоном 1
(рис. 12.1) листового метал-
ла 2, зажатого между матри-
цей 3 и прижимом (вклады-
шем) 4. Характеристикой
штампуемости (пластичности)
металла является глубина вы-
давленной лупки, соответст-
вующая уменьшению усилия
вытяжки лупки.
Устройство прибора типа ПТЛ
В станину 2 (рис. 12.2) вмонтирована гайка 9, в
которой вращается полый зажимной винт 11 с внут-
ренней нарезкой. Внутри полого зажимного винта 11
вращается рабочий винт 10, в торец которого вставлен
пуансон 12. Кольцо 3, связанное с защелкой, служит
для соединения или отсоединения полого зажимного
винта 11. и рабочего винта 10. При замкнутой защелке
оба винта соединены и вращаются вместе; если защел-
ка отжата, то вращается только рабочий винт 10, от-
соединенный от полого зажимного винта 11.
Если усилие на рабочий винт 10 требуется небольшое
(при испытании тонкого металла — до 1 мм), то махо-
вик 5 передвигают до отказа на себя. При этом рабо-
чий винт 10 приводится во вращение непосредствен-
ным соединением с маховиком 5.
Если усилие на рабочий винт 10 требуется большое
(при испытании более толстого металла — от 1 до
2 мм), то маховик передвигают до отказа от себя. При
этом зубчатое колесо, жестко связанное с маховиком
5, войдет в зацепление с зубчатой передачей 4 и уси-
лие на маховике 5 значительно уменьшится.
Продольное перемещение винтов 10 и 11 при их
вращении измеряют с помощью круговой шкалы с деле-
ниями (лимба) 6, закрепленной на рабочем винте 10,
и линейки 7, помещенной в пазу движка.
§0
Одно деление шкалы (лимба) соответствует про-
дольному перемещению рабочего винта 10 на 0,05 мм.
Цена одного деления линейки 5 мм.
Матрица 13 имеет отверстие, соответствующее раз-
меру пуансона, и является опорой для образца во вре-
мя испытания. Винт 8 служит для закрепления зажим-
Рис. 12.2. Прибор для технологической пробы на вытяжку листо-
вого металла
кого винта 11 после того, как он подведен к образцу.
Для наблюдения за процессом вытяжки служит
зеркало 14. Для. лучшего наблюдения поверхность
образца освещается лампочкой 15, питаемой через по-
нижающий трансформатор 1 током от электросети
220 В.
Выбор пуансона, лчатрицы и вкладыша. Пуансон,
матрицу и вкладыш выбирают в зависимости от щири-
цы испытываемого металла (табл. 12.1).
@1
Размеры и подготовка образцов для испытания на
вытяжку. Размеры образцов должны быть такими,
чтобы расположение центров лунок соответствовало
указанным в табл. 12.2.
Таблица 12.1
Условия испытания на вытяжку
в зависимости от ширины
испытываемого листа
или ленты
Ширина листа Ра- диус пуан- сона Диаметр от- верстия
мат- рицы ! вкла- дыша
мм
>90 10 27 33
90—50 7 17 17
50—30 4 11 11
30-15 1,5 5 5
Таблица 12.2
Размеры образцов для испытания на вытяжку, мм
Расстоя-
Ширина ние Расстоя-
листового центра ние
проката лунки между
или от края центрами
ленты образца лунок
Не менее
15-30 7,5 15
30—50 15 30
50—90 25 50
>90 45 90
Наибольшая толщина испытываемого металла 2 мм.
Перед испытанием надо штангенциркулем измерить
ширину, а микрометром толщину образца и результат
записать в графы 1 и 2 протокола испытания.
Подготовка прибора и проведение испытания
1. Выбрать пуансон, матрицу и вкладыш.
2. Радиус пуансона, диаметр отверстия матрицы и
диаметр отверстия вкладыша записать в графы 3, 4
и 5 протокола.
3. Освободить защелку, отсоединив нажимом на
кольцо 3 (см. рис. 12.2) полый зажимной винт 11 с
внутренней нарезкой от находящегося внутри него ра-
бочего винта 10.
4. Вращением маховика 5 по часовой стрелке выдви-
нуть из зажимного винта 11 рабочий винт 10.
5. В торец рабочего винта 10 вставить пуансон 12,
предварительно смазав его вазелином, проверить, что-
бы пуансон свободно вращался в рабочем винте.
6. Вращением маховика 5 против часовой стрелки
возвратить рабочий винт 10 в исходное положение и
82
йаЖиМом йа кольцо 3 запереть защелкой, соединив
этим зажимной винт 11с рабочим винтом 10.
1. В отверстие станины вставить матрицу 13, соот-
ветствующую размеру пуансона; при испытании узкой
ленты вставить также соответствующий вкладыш.
8. Маховик 5 передвинуть до отказа на себя (при
испытании металла толщиной до 1 мм) или до отказа
от себя (при испытании металла толщиной 1—2 мм).
9. Испытываемый образец поместить через боковое
отверстие прибора между матрицей 13 и зажимным
винтом 11.
10. Нажимом на кольцо 3 замкнуть защелку, со-
единив этим зажимной 11 и рабочий 10 винты.
11. Вращением маховика 5 по часовой стрелке за-
жать образец между зажимным винтом 11 и матрицей
13; образец должен быть прижат до полного соприкос-
новения с матрицей, но без излишнего усилия.
12. Установить на нуль шкалу (лимб) 6 и линей-
ку 7.
13. Вращением маховика 5 против часовой стрелки
на одно деление шкалы (лимба) 6 отодвинуть зажим-
ной винт //на 0,05 мм и закрепить его неподвижно
винтом 8.
14. Нажимом на кольцо 5 отжать защелку, отсо-
единив этим рабочий винт от зажимного винта.
15. Равномерным и медленным вращением махови-
ка 5 (примерно три оборота в минуту) вдавливать
пуансоном 12 испытываемый образец в матрицу 13 до
тех пор, пока не уменьшится усилие вытяжки лунки.
16. После уменьшения усилия вытяжки лунки пре-
кратить вращение маховика 5 и по показаниям линей-
ки 7 и круговой шкалы (лимба) 6 определить глубину
вытяжки.
17. Полученный результат глубины вытяжки запи-
сать в графу 6 протокола.
18. После испытания вращением маховика 5 против
часовой стрелки освободить образец и вынуть его из
прибора.
19. Для каждого испытания, т. е. одного определе-
ния, должно быть проведено не менее трех вдавли-
ваний.
20. При испытании лунки должны отстоять от края
образца и друг от друга не ближе половины ширины
образца.
83
21. Результат второго и третьего вдавливаний запи-
сать в графы 7 и 8 протокола, а вычисленный средний
результат из трех испытаний записать в графу 9 про-
токола.
Протокол испытания на вытяжку листового металла
(размеры в мм)
Форма и материал образцов------------------------------
Ширина образца Толщина образца Радиус пуансона Диаметр отверстия Глубина вытяжки
матрицы вкладыша 1-е вдав- ливание 2-е вдав- ливание 3-е вдав- ливание Среднее
1 2 3 4 5 6 7 8 9

РАБОТА 13
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ И ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ
СОСТОЯНИЯ ТЕРМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Задание
1. Провести наблюдение за процессом охлаждения
свинца, сурьмы и сплавов РЬ — Sb *.
2. Построить кривые охлаждения свинца, сурьмы и
сплавов РЬ — Sb.
3. Построить диаграмму состояния сплавов РЬ —
•Sb.
4. Изучить:
а) назначение и сущность термического метода
(с зарисовкой схемы термоэлектрического пирометра с
кратким описанием);
б) методику определения температур кристаллиза-
ции свинца, сурьмы и сплавов РЬ — Sb (с построением
кривых охлаждения);
в) методику построения диаграммы состояния спла-
вов РЬ — Sb (с изображением в последовательном
1 Вместо свинца и сурьмы можно использовать и другие ме-
таллы, например олово и цинк и их сплавы.
84
порядке построения диаграммы и с характеристикой
линий и указанием состояния и структуры в различ-
ных областях диаграммы).
5. Показания гальванометра оформить в виде про-
токола.
6. Написать отчет по работе в соответствии с пунк-
тами 4а, 46, 4в, 5 задания.
Цель работы
Ознакомиться с термическим методом построения
диаграммы фазового равновесия двухкомпонентной
системы.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь установ-
ку для определения температур кристаллизации метал-
лов и сплавов (тигельную печь и термоэлектрический
пирометр); металлы — свинец и сурьму и сплавы
Pb — Sb с 5, 10, 20, 40 и 80% Sb; толченый древесный
уголь; кривую градуировки термопары; секундомер.
Назначение и сущность термического метода
Термический метод основан на выделении или -по-
глощении теплоты при внутренних превращениях, про-
исходящих в металлах и сплавах. При помощи терми-
ческого метода можно определить температуры фазовых
превращений (критические точки), например, темпера-
туры кристаллизации, аллотропические превращения
и др. При испытании в процессе нагрева и охлаждения
металла регистрируют температуру и время, строят
кривые нагрева и охлаждения и диаграммы состояния
сплавов.
При термическом методе применяют термоэлектри-
ческие пирометры.
Пирометр (рис. 13.1) состоит из двух частей: тер-
мопары I и гальванометра (милливольтметра) II.
Проволоки (из двух разных металлов) 1 и 3 термо-
пары, спаянные в точке 2 (так называемый горячий
спай), соединены проводами 4 и 5 с гальванометром.
Место соединения проволок 1 и 3 с проводами 4 и 5
называется холодным спаем, который должен нахо-
диться при постоянной температуре % (0 или 20°С).
85
Рис. 13.1. Схема тер-
моэлектрического пи-
рометра
Горячий спай термопары помещают
в среду, температура которой долж-
на быть определена.
При нагреве горячего спая воз-
никает термоэлектродвижущая сила
(ТЭДС), под действием которой по
электрической цепи пойдет ток, ве-
личина которого зависит от сопро-
тивления цепи. При этом происхо-
дит отклонение стрелки 6 гальвано-
метра II, шкала 7 которого отгра-
дуирована в милливольтах или гра-
дусах. Чем выше температура горя-
чего спая, тем больше угол отклоне-
ния стрелки гальванометра.
В зависимости от температуры
нагрева применяют различные тер-
мопары (табл. 13.1).
Таблица 13.1
Характеристика термопар
Условное обозначение градуировки Наимменование термопар Пределы измерения» °C
ПП-1 Платино-платинородиевые 0—1300
ХА X ромель-алюме левые 0—1000
хк Хромель-копейевые 0—600
Методика определения температур
кристаллизации свинца, сурьмы
и сплавов РЬ — Sb
Для проведения работы учащихся рекомендуется
распределить на бригады по два-три человека. Двум
бригадам дать чистые металлы — свинец и сурьму.
Остальным бригадам дать различные сплавы свинца и
сурьмы, например сплавы с 5, 10, 20, 40 и 80% Sb
(для пяти бригад).
Температуру кристаллизации определяют на уста-
новке (рис. 13.2).
Для определения температур кристаллизации не-
обходимо:
86
1) подготовленное количество (150—200 г) чистого
металла или сплава определенного состава поместить
в тигель 1 (рис. 13.2), установленный в тигельную
электропечь 3;
2) включить печь и расплавить (с некоторым пере-
гревом) в тигле металл или сплав данного состава;
3) на поверхность расплавленного металла (сплава)
насыпать слой толченого древесного угля для предо-
хранения металла (сплава) от окисления;
4) закрыть тигель крышкой или листовым асбе-
стом 4;
5) через отверстие крышки или через листовой
асбест в расплавленный металл (сплав) поместить
горячий спай 2 термопары 5, защищенной фарфоровым
кожухом 6; свободные концы проволок термопары
должны быть соединены (место соединения 7 — холод-
ный спай) медными проводами 8 с гальванометром 9;
6) выключить печь;
7) через каждые 30 или 60 с записывать показания
стрелки гальванометра; запись прекратить через 2—
3 мин после полного затвердевания металла (сплава);
если гальванометр имеет шкалу с делениями в милли-
вольтах, то показания стрелки гальванометра (ТЭДС)
записывать в графу 2 протокола (с. 91); если галь-
ванометр имеет шкалу с делениями в градусах (°C),
то показания стрелки гальванометра (температуру)
записывать в графу 3 протокола;
8) по полученным критическим точкам построить
кривую охлаждения в координатах температура —
время охлаждения (рис. 13.3, а) или ТЭДС — время
охлаждения (рис. 13.3,6);
Рис. 13.2. Схема установки для определения критических точек
металлов и сплавов
87
9) на построенной кривой определить температуру
кристаллизации, которая соответствует горизонтально-
му участку кривой (при затвердевании чистого метал-
ла или сплава эвтектического состава) или точкам
перегиба кривой (для всех сплавов, кроме эвтектиче-
ского); в последнем случае определить две темпера-
туры — начала и конца затвердевания.
Если запись производили по показаниям гальвано-
метра в милливольтах, то температуры критических
точек определяют путем перевода
дусы по градуировочным кривым
пература — ТЭДС (рис. 13.4).
Для каждой установки (термопа-
ры и гальванометра) должна
быть своя градуировочная кривая.
милливольт в гра-
в координатах тем-
Рис. 13.4. Градуиро-
вочная кривая хро-
мель-алюмелевой тер-
мопары
Рис. 13.3. Кривые охлаждения свинца,
построенные в координатах:
а — температура — время охлаждения; б —
ТЭДС — время охлаждения
Если запись производили по показаниям гальвано-
метра в градусах, необходимо удостовериться в пра-
вильности показаний гальванометра. Для этого при
каждой установке (термопаре и гальванометре) должна
быть своя таблица поправок, указывающая, на сколь-
ко градусов отличаются показания шкалы гальваномет-
ра от истинной температуры.
Полученные результаты каждая бригада записы-
вает на классную доску.
Методика построения диаграммы состояния
сплавов Pb — Sb
Диаграмму строят на основании данных всех бригад
по критическим температурам кристаллизации, полу-
88
чепным па кривых охлаждения чистых металлов (сви-
нец и сурьма) и сплавов свинца и сурьмы различного
состава с 5, 10, 20, 40 и 80% Sb (рис. 13.5).
°с
охлаждения

Рис. 13.5 Кривые охлаждения:
а — свинец; б— сплав с 5% Sb и 95% РЬ; в — сплав с 10% Sb и 90% РЬ; г —
сплав с 20% Sb и 80% РЬ; д — сплав с 40% Sb п 00%РЬ; е — сплав
с 80% Sb и 20% РЬ, ж — сурьма
Для построения диаграммы необходимо:
1) начертить сетку в координатах температура —
состав (рис. 13.6, а); -температура — по осп ординат,
состав в процентах — по оси абсцисс;
2) разделить ось абсцисс и обозначить состав спла-
вов; на оси ординат обозначить температуру (рис.
13.6,6);
89
3) на оси абсцисс отметить точки, соответствующие
исследоваицым сплавам, т. е. сплавам с 5, 10, 20, 40
и 80% Sb, и в каждой из этих точек восстановить пер-
пендикуляр, т. е. провести линии сплавов (рис. 13.6, в);
Рис. 13.6. Построение диаграммы состояния сплавов свинец—сурьма
4) на каждой линии отмстить точками температуры
кристаллизации, полученные бригадами. Так как ли-
ниями чистых металлов свинца и сурьмы являются две
ординаты (левая — свинца и правая — сурьмы), то
на этих ординатах отметить точками полученные темпе-
ратуры кристаллизации свинца и сурьмы (рис. 13.6, г);
5) соединить липцей точки, характеризующие конец
90
кристаллизации сплавов; так как все эти точки рас-
положены при одной температуре 246°С, то линия
будет горизонтальная; продолжить эту линию до пра-
вой и левой ординат (рис. 13.6, д);
соединить плавными линиями точки, характеризую-
щие начало кристаллизации сп-лавов; продолжить их
до точек кристаллизации чистых металлов (свинец —
327°С, сурьма — 631°С) и до пересечения в точке Ъ на
горизонтальной линии — 246°С (рис. 13.6,3);
6) изобразить в общем виде диаграмму состояния
сплавов РЬ — Sb, охарактеризовать линии ab, be, db,
be, точку b и указать состояние и структуру сплавов
в областях 1 — 5 (рис. 13.6, е).
Протокол показаний гальванометра
Время охлаждения, с Термоэлектродвижущая сила, мВ Температура, °C
1 2 3
30 60 90 120 и т. д.
РАБОТА 14
МИКРОАНАЛИЗ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ
(СТАЛЕЙ И БЕЛЫХ ЧУГУНОВ)
В РАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ
Задание
1. Изучить микроструктуры технического железа,
углеродистых сталей (доэвтектоидной, эвтектоидной и
заэвтектоидной) и белых чугунов (эвтектического, до-
и заэвтектического) в равновесном состоянии.
2. Результаты микроанализа оформить в виде про-
токола.
3. Начертить нижнюю левую и правую части диа-
граммы состояния железо — цементит, провести на них
линии, соответствующие рассматриваемым сплавам,
и дать описание процессов превращений, происходящих
при охлаждении сплавов.
4. Написать отчет по работе в соответствии с пунк-
тами 2 и 3 задания.
91
Цель работы
Научить микроструктуры стали и белого чугуна с
различным содержанием углерода и установить связь
между структурами и диаграммой состояния железо —
цементит.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь метал-
лографический микроскоп; набор микрошлифов железа,
углеродистых сталей и белых чугунов (с различным
содержанием углерода) в равновесном состоянии, цир-
куль и линейку.
Микроструктура технического железа
и углеродистых сталей
в равновесном состоянии
Микроструктура технического железа и углероди-
стых сталей для равновесных условий характеризуется
нижней левой частью диаграммы состояния железо —
цементит (рис. 14.1).
Сплавы с содержанием до 0,02% С называются
техническим железом, от 0,02 до 0,8% С — доэвтекто-
Рис. 14.1. Нижняя левая часть
диаграммы состояния железо—
цементит
идными сталями и от 0,8
до 2,14% С — заэвтекто-
идными. Сплав с содер-
жанием 0,8% С называет-
ся эвтектоидной сталью.
Микроструктура тех-
нического железа. Раст-
воримость углерода в а-
железе переменная (см.
линию PQ на рис. 14.1).
С понижением темпера-
туры растворимость угле-
рода в a-железе пони-
жается. При 727°С в а-
железё растворяется
0,02% С, а при комнатной
температуре 0,006% С.
В связи с этим сплавы
железа с содержанием до 0,006% С имеют структуру
только твердого раствора углерода в a-железе, т. е. фер-
рита (рис. 14.2).
92
Рис. 14.2. Техническое железо—феррит:
а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
Рис. 14.3. Сталь с 0,015% С —- феррит+цементит (третичный):
а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
В сплавах с содержанием от 0,006 до 0,02% С в
связи с понижение?/! растворимости углерода в а-желе-
зе при понижении температуры из феррита выделяется
цементит, называемый третичным. Третичный цементит
выделяется по границам зерен феррита (рис. 14.3).
Микроструктура доэвтектоидной и эвтектоидной
стали. Микроструктура доэвтектоидной стали (до
0,8% С) состоит из феррита и перлита. Микрострук-
тура эвтектоидной стали (0,8% С) состоит из одного
перлита. Микроструктура феррита дана на рис. 14.2.
Что же представляет собой вторая структурная состав-
ляющая доэвтектоидных сталей — перлит?
93
На рис. 14.4 дана микроструктура перлита. Пер-
лцт — это эвтектоид — механическая смесь феррита
и цементита, получающаяся в результате распада
аустенита с 0,8% С. При травлении шлифа стали с
0,8% С, т. е. эвтектоидной стали, поверхность имеет
перламутровый отлив, в связи с чем такую структуру
и назвали перлитом. После травления 4%-ной азотной
Рис. 14.4. Эвтектоидная сталь с 0,8% С — перлит:
а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
кислотой в спирте на шлифе получается микрорельеф.
Это объясняется тем, что феррит с меньшим электро-
химическим потенциалом, чем цементит, более интен-
сивно растворяется в кислоте. Кроме того, интенсивно
растравливаются границы между цементитом и ферри-
том. Поэтому падающий в микроскопе на микрошлиф
свет будет давать тени от выступов (цементитных пла-
стин) на углубленные (феррит) места (рис. 14.5,а).
На микроструктуре перлита (рис. 14.5,6) общий свет-
лый фон — феррит, выступающие пластины — цемен-
тит, темные места — тени, В зависимости от скорости
охлаждения пластины цементита в перлите могут быть
длиннее или короче и толще или тоньше.
•В доэвтектоидной стали после травления феррит
выявляется в виде светлых полей, а перлит — в виде
полей полосчатого строения (рис. 14.6).
Количество перлита и феррита в доэвтектоидной
стали зависит от содержания углерода. С увеличением
содержания углерода количество феррита уменьшается,
а количество перлита увеличивается (рис. 14.7).
94
Рис. 14 5. Перли г:
а — схема, поясняющая видимое! г. плае: ппчатою перлита под микроскопом;
б — микросгрук! ура перли и при большом увеличении (Х2000)
Рис 14.6. Долггскгоидная сталь
а ~~ мпкрос । руктура (Х500);
с 0,3% С — феррит+перлит:
б — схема микростру ктуры
Рис. 14.7. Схемы микроструктур стали с разным содержанием
углерода
95
По микроструктуре доэвтектоидной стали можно
приблизительно определить содержание в ней углеро-
да, для чего нужно ориентировочно определить пло-
щадь (в процентах), занимаемую ферритом и пер-
литом.
В связи с тем, что в феррите растворено очень
небольшое количество углерода, практически можно
считать, что в доэвтектоидной стали весь углерод
находится в перлите.
Тогда содержание углерода С в стали можно опре-
делить по формуле
С = -^-_0’8 О/
100
где Fn — площадь, занимаемая перлитом, %.
Предположим, например, что 30% -всей площади
занято ферритом, 70% — перлитом. Содержание угле-
рода в такой стали будет
С = -70—о 56%.
юо
Микроструктура заэвтектоидной стали. Сталь с со-
держанием углерода от 0,8 до 2,14% называется заэв-
тектоидной и имеет структуру, состоящую из перлита
и вторичного цементита. Вторичный цементит выделя-
ется из аустенита при охлаждении от температуры Аст
(линия S£) до температуры Аг{ (линия PSK) (см.
рис. 14.1).
При медленном охлаждении вторичный цементит
выделяется в виде сетки по границам зерен аустенита.
Рис. 14.8. Заэвтектоидная сталь с 1,2% С — перлит+иементит (в
виде сетки):
« — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
96
При достижении температуры Xrj аустенит превра-
щается в перлит. В результате медленного охлаждения
заэвтектоидная сталь имеет структуру перлита и сет-
ку цементита (рис. 14.8), белая сетка — вторичный
цементит, а внутри сетки зерна пластинчатого строе-
ния — перлит.
Чем больше углерода в заэвтектоидной стали, тем
более массивной (толстой) получается цементитная
сетка.
Микроструктура белых чугунов
В белых чугунах весь углерод находится в связан-
ном состоянии, т. е. в виде цементита. Белый чугун в
зависимости от содержания углерода разделяется на
доэвтектический (от 2,14 до 4,3% С), эвтектический
(4,3% С) и заэвтектичес-
кий (от 4,3 до 6,67% С).
Во всех белых чугунах
имеется цементитная эв-
тектика (ледебурит). Эв-
тектический белый чугун
состоит только из одного
ледебурита, поэтому рас-
смотрение структуры бе-
лого чугуна целесообраз-
но начинать со структуры
эвтектического белого чу-
гуна.
Микроструктура эвтек-
тического белого чугуна. Рис. 14.9. правая часть диаграм-
Микроструктура эвтекти- мы состояния железо — цементит
ческого белого чугуна со-
стоит только из одного ледебурита (цементитной эвтек-
тики), образующегося при 1147°С при эвтектической
кристаллизации жидкого сплава с содержанием 4,3% С
и состоящего (при 1147°С) из эвтектического цементита
и аустенита, содержащего 2,14% С (точка Е на диаграм-
ме железо — цементит). При последующем охлаждении
вследствие уменьшения растворимости углерода в аусте-
ните (линия SE на диаграмме железо—цементит,
рис. 14.9) из аустенита выделяется (как и в заэвтекто-
идных сталях) вторичный цементит. Вторичный цементит
сливается с цементитом эвтектическим, поэтому в струк-
4—1290
97
туре эвтектики невозможно указать, где находится в от-
дельности эвтектический цементит и вторичный цементит.
При 727°С эвтектика состоит из цементита (эвтек-
тического и вторичного) и аустенита с содержанием
Рис. 14.10. Эвтектический белый чугун с 4,3% С — ледебурит:
а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
0,8% С. При этой температуре аустенит превращается
в перлит. Таким образом, после полного охлаждения
ледебурит (цементитная эвтектика) состоит из цемен-
тита и перлита (рис. 14.10).
Рис. 14.11. Доэвтектический белый чугун с 3% С — перлит-|-леде-
бурит:
а — микроструктура (Х500); б —схема микроструктуры
Микроструктура доэвтектического белого чугуна.
Доэвтектический белый чугун после полного охлажде-
ния имеет следующую структуру: ледебурит (цементит-
98
ная эвтектика) 4-перлит+вторичный цементит. Вторич-
ный цементит выделяется из аустенита, содержащего
при 1147°С 2,14% С, а при 727°С 0,8% С. В белых
чугунах с низким содержанием углерда (близким к
2,14%) вторичный цементит выявляется достаточно
отчетливо, так как в таких чугунах мало ледебурита.
С увеличением содержания углерода, когда ледебурита
Рис. 14.12. Заэвтектический белый чугун с 5% С—цементит (пер-
вичный) и ледебурит:
а ~ микроструктура (Х500); б —схема микроструктуры
становится относительно много, вторичный цементит
в структуре сливается с цементитом ледебурита (эвтек-
тическим). Можно считать, что структура таких доэвтек-
тических белых чугунов состоит из ледебурита (цемен-
титной эвтектики) и перлита. На рис. 14.11 дана
микроструктура доэвтектического белого чугуна.
Протокол микроанализа сталей и белых чугунов
Кв п/п Наименование и марка сплава Содержание углерода, % Микроструктур а
Зарисовка Наименование
1 2 3 4 6

Примечание. Микроструктуры зарисовывать в кругах диаметром
— 50jmm или в квадратах размером 60X50 мм. Основное при зарисовке ми-
кроструктур — уловить характерные особенности микроструктуры и передать
их на рисунке. Нет надобности передавать на рисунке фотографически точное
изображение. Фазы и структурные составляющие указывать стрелками и около
стрелок, на полях писать их наименование.
4*
99
Микроструктура заэвтектического белого чугуна.
Микроструктура заэ-втектического белого чугуна со-
стоит из ледебурита (цементитной эвтектики) и пер-
вичного цементита (рис. 14.12).
РАБОТА 15
МИКРОАНАЛИЗ СЕРЫХ, ПОЛОВИНЧАТЫХ,
ВЫСОКОПРОЧНЫХ и ковких ЧУГУНОВ
Задание
1. Изучить микроструктуры серых, высокопрочных и
ковких чугунов: в нетравленом виде — форму включений
графита; после травления — структуры ферритных, фер-
рито-перлитных и перлитных чугунов. В травленом виде
изучить также .структуры половинчатых чугунов — пер-
лито-цементитных и перлито-ледебуритных.
2. В серых, высокопрочных и ковких чугунах опреде-
лить (приблизительно) содержание связанного углерода
по микроструктуре, исходя из количества перлита.
3. Результаты микроанализа чугунов в травленом ви-
де оформить в виде протокола.
4. Кратко описать способы получения высокопрдчного,
и ковкого чугунов.
5. Написать отчет по работе в соответствии с пункта-
ми 2, 3 и 4 задания.
Цель работы
Изучить структуру серых, половинчатых, высокопроч-
ных и ковких чугунов и установить связь между соста-
вом, условиями получения и структурой.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения данной работы необходимо иметь:
металлографический микроскоп; наборы микрошлифов
различных серых, половинчатых, высокопрочных и ков-
ких чугунов в нетравленом и травленом виде; циркуль и
линейку.
Микроструктура серых чугунов
Микроструктура серых чугунов в нетравленом виде.
При рассмотрении в микроскоп нетравленого микрошли-
100
фа серого чугуна хорошо видны включения пластинчато-
го графита (рис. 15.1). На величину и расположение
включений графита влияют скорость охлаждения, темпе-
ратура и время выдержки расплавленного чугуна перед
отливкой, химический состав чугуна, введение в чугун
некоторых примесей (модификаторов). Например, ско-
Рис. 15.1. Включения пластинчатого графита. Шлифы нетравленые
(Х100):
а — прямолинейные; б — завихренные; в — розеточные, г — междендритные
рость охлаждения влияет таким образом, что при прочих
равных условиях графит образуется тем крупнее, чем
медленнее охлаждение. Чем больше перегрев жидкого
чугуна и чем дольше время выдержки при этом, тем
мельче получаются графитные включения.
Микроструктура серых чугунов в травленом виде.
Металлическая основа в серых чугунах очень сходна
с микроструктурой сталей и в зависимости от количества
101
связанного углерода может быть ферритной, феррито-
перлитной и перлитной.
Рис. 15.2. Ферритный .серый чугун — феррит+пластинчатын графит:
а — микроструктура (Х500); б—схема микроструктуры
Рис. 15.3. Ферритно-перлитный серый чугун — феррит+перлит+пла-
стинчатый графит:
а — микроструктура (Х500); б—схема микроструктуры
Рис. 15.4. Перлитный серый чугун — перлит+пластинчатый графит:
а — микроструктура (Х500): б — схема микроструктуры
Таким образом, возможны следующие типы структур
серых чугунов: феррит+пластинчатый графит — феррит-
ный серый чугун (рис. 15.2); феррит+перлит4-пластин-
102
чатый графит — феррито-перлитный серый чугун
(рис. 15.3; соотношение количества феррита и перлита
в структуре чугуна может быть различным в зависимос-
ти от химического состава и условий охлаждения); пер-
лит+пластинчатый графит — перлитный серый чугун
(рис. 15.4).
Рис. 15.5. Серый чугун с фосфидной эвтектикой — перлито-пла-
стинчатый графит + фосфидная эвтектика:
а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
При повышенных концентрациях фосфора в серых чу-
гунах имеется фосфидная эвтектика (рис. 15.5), распола-
гающаяся полностью или частично по границам зерен.
Микроструктура половинчатых чугунов
В половинчатых чугунах связанного углерода больше,
чем требуется для образования перлитной структуры ме-
таллической основы, но меньше общего количества угле-
рода. Следовательно, часть углерода в половинчатых чу-
гунах находится в свободном состоянии, т. е. в виде
графита.
Металлическая основа половинчатого чугуна зави-
сит от количества связанного углерода. Если количество
связанного углерода незначительно превышает эвтекто-
идную концентрацию, то металлическая основа состоит
из перлита и вторичного цементита (рис. 15.6), т. е. в из-
вестной мере аналогична структуре заэвтектоидной ста-
ли. В таком чугуне в процессе первичной кристаллиза-
ции цементитная эвтектика (ледебурит) не образуется.
Если в процессе первичной кристаллизации чугуна
после выделения некоторого количества графита частич-
но образовался ледебурит (цементитная эвтектика), то
103
Рис. 15.6. Половинчатый чугун — перлит + цементит (вторичный)+
+ пластинчатый графит:
а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
Рис. 15.7. Половинчатый чугун — ледебурит + перлит + пластинча-
тый графит:
а — микроструктура (Х500); б—схема микроструктуры
Рис. 15.8. Высокопрочный чу-
гун — включения шаровидно-
го- графита, шлиф нетравлен
(ХЮО)
104
Рис. 15.9. Ферритный высокопрочный чугун — феррит + шаровид-
ный графит:
а — микроструктура (Х500); б— схема микроструктуры
Рис. 15.10. Ферритно-перлитный высокопрочный чугун—феррит 4*
+ перлит + шаровидный графит:
а — микроструктура (Х100); б—схема микроструктуры
Рис 15.11. Перлитный высокопрочный чугун — перлит + шаровид-
ный графит:
а—микроструктура (Х100); б - схема микроструктуры
105
структура металлической основы будет ледебурит4-пер-
лит (рис. 15.7).
Микроструктура высокопрочных чугунов
Микроструктура высокопрочных чугунов в нетравле-
ном виде. При рассмотрении в микроскоп нетравленого
микрошлифа высокопрочного чугуна хорошо видны вклю-
чения шаровидного графита (рис. 15.8).
Микроструктура высокопрочных чугунов в травленом
виде. В высокопрочных чугунах могут быть те же типы
структур, которые были указаны для серых чугунов, но
графит в этих чугунах шаровидный. Таким образом, воз-
можны следующие типы микроструктуры высокопрочных
чугунов: феррит 4-шаровидный графит — ферритный вы-
сокопрочный чугун (рис. 15.9); феррит 4-перлит+шаро-
видный графит — феррито-перлитный высокопрочный
чугун (рис. 15.10; соотношение между количеством фер-
рита и перлита в высокопрочном чугуне может быть
различным в зависимости от химического состава и усло-
вий охлаждения); перлит4-шаровидный графит — пер-
литный высокопрочный чугун (рис. 15.11).
Микроструктура ковких чугунов
Микроструктура ковких чугунов в нетравленом виде.
При .рассмотрении в микроскоп нетрдвленого микрошли-
фа ковкого чугуна хорошо видны включения хлопьевид-
ного графита (углерода отжига) (рис. 15.12).
Рис. 15.12. Ковкий чугун —
включения хлопьевидного гра-
фита (углерода отжига), шлиф
нетравлен (Х100)
Микроструктура ковких чугунов в травленом виде.
Металлическая основа ковкого чугуна может быть фер-
ритной, феррито-перлитной и перлитной. В соответствии
106
Рпс. 15.13. Ферритный ковкий чугун — феррит + хлопьевидный гра-
фит:
а -- микроструктура (Х200); б — схема микроструктуры
Рас. 15.14. Ферритно-перлитный ковкий чугунферрит + пер ли тф-
+ хлопьевидный графит:
« — микроструктура (Х200); б — схема микроструктуры
Протокол микроанализа серых, половинчатых, высокопрочных и
ковких чугунов
№ п/п Наименование и марка сплава Содержа- ние связанного углерода, % Микроструктура Свойства, примене- ние
Зарисовка* Наименование
1 2 3 4 5 6

* См. примечание к протоколу микроанализа сталей и белых чугунов, с. 99.
107
Рис. 15.15. Перлитный ковкий чугун — перлит и хлопьевидный гра-
фит:
« — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
с этим различают ковкий чугун ферритный (рис. 15.13),
феррито-перлитный (рис. 15.14) и перлитный (рис.
15.15).
РАБОТА 16
МИКРОАНАЛИЗ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ
Задание
1. Изучить микроструктуры конструкционных сталей
после различных видов термической обработки.
2. Результаты микроанализа оформить в виде прото-
кола.
3. Написать отчет по работе в соответствии с пунктом
2 задания.
Цель работы
Изучить микроструктуры конструкционных сталей и
установить связь между структурами и термической об-
работкой.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь металло-
графический микроскоп; коллекцию микрошлифов конст-
рукционных сталей; циркуль и линейку.
Микроструктура конструкционных сталей
Микроструктура низкоуглеродистых (цементуемых)
сталей. К низкоуглеродистым сталям относят стали с со-
108
держанием углерода до 0,25% — стали 10, 15, 20, а так-
же легированные, например 15Г, 20Х, 18ХГТ, 20Х2Н4А
Рис. 16.1. Сталь 10 — ферритперлит:
а — мнкроаруктура (Х500); б — схема микроструктуры
Рис. Г6.2. Сталь 20 — феррит + перлит:
а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
Рис. 16.3. Сталь 18ХГТ — феррит + перлит:
а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
и др. Низкоуглеродистые стали в отожженном состоянии
имеют структуру феррит+перлит (рис. 16.1—16.3).
Микроструктура среднеуглеродистых (улучшаемых)
сталей. К среднеуглеродистым сталям относят стали
109
Рис. 16.4. Сталь 45. Прокат — феррит + перлит
а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
Рис, 10,0. Сталь 40. нормальный отжиг — феррит -f- перлит:
а — микроструктура (Х500); б — схема макроструктуры
Рис. 16.6. Сталь 45. Перегрев при отжиге — крупные зерна фер-
рита +перлита:
а — микроструктура (X5D0); б — схема микроструктуры
110
Рис. 16.7. Сталь 45. Сильный перегрев при отжиге — видманштет-
това структура:
« — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
Рис. 16.8. Сталь 45. Нормализация — мелкие зерна феррита -+- пер-
лита:
« — микроструктура (Х500); б —схема микроструктуры
с содержанием углерода от 0,25 до 0,6% — стали 35, 40,
45, 50, а также легированные, например 40Х, 40ХГ,
40ХГР, ЗОХГСА, 45ХН, 40ХНМА и др.
Наиболее распространенной среднеуглеродистой ста-
лью является сталь 45 (0,42—0,50% С). Нр рис. 16.4—
16.11 приведены микроструктуры стали 45 после различ-
ной термической обработки. Микроструктура легирован-
ной среднеуглеродистой стали ЗОХГСА (0,28—0,34% С;
0,8—1,1 % Мп; 0,8—1,1% Сг; 0,9—1,2% Si) после отжига
феррит+перлит (рис. 16.12) и после улучшения (закал-
ки и высокого отпуска) — сорбит (рис. 16.13).
Ill
Рис. 16.9. Сталь 45. Нормальная закалка (в воде) — мартенсит:
а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
Рис. 16.10. Сталь 45. Неполная закалка — мартенсит + феррит:
«—микроструктура (Х500); <5 —схема микроструктуры
Микроструктура рессорно-пружинных сталей. Для
пружин и рессор применяют углеродистые стали 65, 75,
85 с повышенным содержанием марганца (0,5—0.8%). а
чаще легированные стали, например 65Г, 60С2, 50ХГ,
50ХФА, 60С2ХФА, 60С2Н2А и др. Для получения наибо-
лее высокого значения предела упругости пружины и
рессоры подвергают закалке с 800—850°С в масле или
воде с последующим отпуском при 350—500°С (в зависи-
мости от марки стали) с целью образования структуры
троостита.
ИЗ
Рис. 16.11. Сталь 45. Перегрев при закалке — крупноигольчатый
мартенсит:
а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
Рис. 16.12. Сталь ЗОХГСА. Отжиг — феррит + перлит:
а — микроструктура (Х500); б —схема микроструктуры
.& о ° о О й д
Л О' °&а Ь О 0 с «fV'
0 о fe о а % а °-
..X о ooCt о о О о > с о
о о 0 о рй’о. о
: о.° ?о •> »Л ’> °
! П ° 2 -° ° Ойй О О
?<3eV<5<3
и/, о с G а 0 9 V .
Рис. 16.13/ Сталь ЗОХГСА. Закалка и высокий отпуск — сорбит:
(? —микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
из
Рис. 16.14. Сталь 60С2. Состояние поставки — феррит + перлит:
а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
Рис. 16.15. Сталь 60С2. Закалка и средний отпуск — троостит:
а — микроструктура (Х500); б— схема микроструктуры
Сталь 60С2 в состоянии поставки (рис. 16.14) имеет
структуру феррит + перлит, после закалки и отпуска
(рис. 16.15) — троостит.
Протокол микроанализа конструкционных сталей
№ п/п Наименование и марка стали Термическая (обработка Микроструктура
Зарисовка* Наименование
1 2 3 4 5

* См. примечание к протоколу микроанализа сталей и белых чугунов, с. 99.
114
РАБОТА 17
МИКРОАНАЛИЗ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ
Задание
1. Изучить микроструктуры инструментальных ста-
лей после различных видов термической обработки.
2. Результаты микроанализа оформить в виде прото-
кола.
3. Написать отчет по работе в соответствии с пунктом
2 задания.
Цель работы
Изучить микроструктуры инструментальных сталей и
установить связь между структурами и термической об-
работкой.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь металло-
графический микроскоп; набор микрошлифов инструмен-
тальных сталей; циркуль и линейку.
Микроструктура инструментальных сталей
Микроструктура заэвтектоидных инструментальных
сталей. Заэвтектоидные углеродистые стали от У9 до
У13 и легированные, например X, ХВГ, 9ХС и др.,
в отожженном состоянии имеют структуру зернистого
перлита (рис. 17.1), а после закалки в воде (углеродис-
Рис. 17.1. Сталь У10. Отжиг — зернистый перлит:
а — микроструктура (Х500); б—схема микроструктуры
115
тых сталей) и в масле (легированных сталей) — мап>
тенсит + карбиды (рис. 17.2).
Микроструктура быстрорежущей стали. Наиболее ха-
рактерными и распространенными легированными инст-
рументальными сталями являются быстрорежущие ста-
ли, например Р18, Р6М5 и др.
Рис. 17.2. Сталь У10. Закалка и низкий отпуск — мартенсит + це-
ментит:
« — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
В литом состоянии структура быстрорежущей стали
состоит из ледебуритной эвтектики, имеющей «скелето-
образный» вид, и продуктов распада аустенита (рис.
17.3). Наличие в литой быстрорежущей стали ледебурит-
Рис. 17.3. Быстрорежущая сталь Р18. Литье:
а—микроструктура (ХМО); в —схема микроструктуры
116
ной эвтектики придает стали хрупкость. Для разруше-
ния ледебуритной эвтектики литую быстрорежущую
сталь подвергают обработке давлением (прокатке, ков-
ке) и отжигу. Ковка изменяет строение быстрорежущей
стали, так как эвтектика разбивается на отдельные обо-
собленные карбиды.
Микроструктура кованой и отожженной быстрорежу-
щей стали состоит из крупных первичных карбидов, бо-
лее мелких вторичных карбидов и сорбитообразного пер-
лита, представляющего собой феррит и мелкие эвтекто-
идные карбиды и занимающего основное поле шлифа
(рис. 17.4).
Рис. 17.4. Сталь Р18. Ковка и отжиг:
а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
В прокатанной или плохо прокованной быстрорежу-
щей стали карбиды располагаются неравномерно в виде
скоплений и полос (карбидная неоднородность;
рис. 17.5).
Рис. 17.5. Сталь Р18. Карбидная неоднородность:
а — микроструктура (ХЮО);' б — схема микроструктуры
117
Микроструктура быстрорежущей стали, закаленной
с оптимальной, температуры, состоит из мартенсита, кар-
бидов и остаточного аустенита. Однако травлением вы-
являются главным образом границы бывших зерен аус-
тенита и очень плохо обнаруживается основная струк-
турная составляющая — мартенсит. Поэтому по внешне-
му виду структура закаленной быстрорежущей стали ка-
жется состоящей только из аустенита и карбидов
(рис. 17.6).
Рис. 17.6. Сталь Р18 Закалка (нормальный нагрев):
а — микроструктура (Х500): б — схема микроструктуры
Микроструктура быстрорежущей стали, закаленной
от температуры ниже оптимальной (недогрев), характе-
ризуется более мелкими зернами аустенита, но боль-
шим количеством нерастворившихся карбидов (рис.
17.7).
Рис. 17..7. Сталь Р18. Закалка (недогрев):
а — микроструктура (Х500); б —схема микроструктуры
Рис. 17.8. Сталь Р18. Закалка (перегрев):
а — микроструктура (Х300); б — схема микроструктуры
Рис. 17.9. Сталь Р18. Закалка (пережог):
а — микроструктура (Х500); б —схема мг-росгруктуры
Рис. 17.10. Сталь Р18. Закалка и трехкратный отпуск:
а — микроструктура (Х600); б —схема микроструктуры
1 ю
Микроструктура быстрорежущей стали, закаленной
с температуры выше оптимальной (перегрев), характе-
ризуется значительным ростом зерна, образованием сет-
ки карбидов (рис. 17.8), а иногда даже и оплавлением и
появлением ледебуритной эвтектики (рис. 17.9).
Микроструктура закаленной быстрорежущей стали
после трехкратного отпуска при 550—570°С состоит из
мартенсита и карбидов (рис. 17.10).
Протокол микроанализа инструментальных сталей
№ п/п Наименование и марка стали 1 ермическая обработка Микроструктура
Зарисовка* Наименование
1 2 3 4 5

* См. примечание к протоколу микроанализа сталей и белых чугунов, с. 99.
РАБОТА 18
МИКРОАНАЛИЗ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ
С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ
Задание
1. Изучить микроструктуры сталей перлитного, мар-
тенситного, аустенитного, ферритного, аустенитно-мар-
тенситного, мартенситно-ферритного классов и сплавов
на никелевой основе.
2. Результаты микроанализа оформить в виде прото-
кола.
3. Написать отчет по работе в соответствии с пунк-
том 2 задания.
Цель работы
Изучить микроструктуры сталей и сплавов с особыми
свойствами и их характерные особенности.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь металло-
графический микроскоп; коллекцию микрошлифов_ста-
лей и сплавов с особыми свойствами; циркуль и линейку.
120
Микроструктура сталей и сплавов
с особыми свойствами
К сталям и сплавам с особыми свойствами относятся
стали коррозионно-стойкие, жаропрочные, магнитные
и др.; сплавы на никелевой основе.
По структуре стали разделяют на следующие классы:
перлитный, мартенситный, аустенитный, ферритный, аус-
тенитно-мартенситный, мартенситно-ферритный, аусте-
нитно-ферритный. Основными сплавами являются спла-
вы на никелевой основе.
Стали перлитного класса. Эти стали (15ХМ, 12Х1МФ
и др.) являются жаропрочными при температуре 400—
—550°С. После нормализации при 95,0—1050°С получает-
ся структура феррит + бейнит (рис. 18.1).
Рис. 18.1. Сталь 12Х1МФ (перлитного класса). Нормализация:
а — микроструктура (Х500); б —схема микроструктуры
Стали мартенситного класса. Стали этого класса
(15X11МФ, 40Х9С2 и др.) жаропрочные при температуре
500—600°С и коррозионно-стойкие (20X13, 30X13 и др).
После закалки в масле (или охлаждения на воздухе) от
1000—1050°С структура — мартенсит (рис. 18.2).
Стали аустенитного класса. Эти стали являются жа-
ропрочными при температуре 600—750°С
(45Х14Н14В2М, 40Х15Н7Г7Ф2МС и др.) и коррозионно-
стойкими (12Х18Н9, 10Х14Г14НЗ и др.). Типовая терми-
ческая обработка сталей аустенитного класса включает
нагрев до 1050—1100°С с последующим охлаждением в
воде или на воздухе с получением структуры аустенита
(рис. 18.3), затем отпуск (старение) при 750°С, в резуль-
121
Рис. 18.2. Сталь 20X13 (мартенситного класса). Закалка:
а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
Рис. 18.3. Сталь 45Х14Н14В2М (аустенитного класса). Закалка:
*а — микроструктура (Х500); б —схема микроструктуры
тате которого из аустенита выделяются карбиды (глав-
ным образом карбиды хрома), располагающиеся пре-
имущественно по границам зерен аустенита (рис. 18.4).
Стали ферритного класса. Эти стали являются корро-
зионно-стойкими (12X17, 08ХГ7Т, 15X28 и др.); высоко-
кремнистыми (3—4% Si) трансформаторными (ЭЗ, Э4).
Они не претерпевают а=₽*у-превращения при нагреве
(охлаждении) и имеют структуру (рис. 18.5) крупнозер-
нистого феррита или феррита с небольшим количеством
карбидов хрома (в коррозионно-стойких сталях).
Стали аустенитно-мартенситного класса. Стали этого
класса являются коррозионно-стойкими; они значитель-
но прочнее коррозионно-стойких сталей аустенитного
122
Рис. 18.4. Сталь 45Х14Н14В2М (аустенитного класса). Закалка и
отпуск (старение):
а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
Рис. 18.5. Сталь 12X17 (ферритного класса):
а ~ микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
класса. Эти стали (например, 09Х15Н8Ю) подвергают
сложной термической обработке: 1) закалке с 1000°С
(структура аустенит с некоторым количеством мартенси-
та); 2) обработке холодом при —70°С (часть аустенита
превращается в мартенсит, что вызывает упрочнение);
3) отпуску (старению) при 500°С. Выделяющаяся при
старении из мартенсита фаза не обнаруживается, и
структура после термической обработки состоит из мар-
тенсита и аустенита (рис. 18.6).
Стали мартенситно-ферритного класса. Эти стали
коррозионно-стойкие (например, сталь 12X13) и жаро-
прочные (например, сталь 15Х12ВНМФ). После закалки
123
Рис. 18.6. Сталь 09Х15Н8Ю (аустенитно-мартенситного класса).
Сложная термическая обработка:
а •— микроструктура (Х500); б —схема микростьуктуры
в масле или на воздухе с высоких температур стали име-
ют структуру мартенсит+феррит (рис. 18.?).
Рис. 18.7. Сталь 12X13 (мартенситно-ферритного масса). Закалка:
а — микроструктура (Х300); б — схема микрострукТу.ры
Сплавы на никелевой основе. Типичным представите-
лем этих сплавов является сплав нимоник ХН77ТЮ
(С 0,06 % С; 19—22% Сг; 2,3—2,7% Ti; 0,55—0,95% Al;
остальное — никель). После закалки от Ю50—1150°С
сплав имеет структуру твердого у-раствора. После за-
калки и старения при 600—850°С происходит выделение
из твердого у-раствора (на никелевой основе) у'-фазы,
обогащенной алюминием и титаном (рис. 18.8).
124
Рис. 18.8. Сплав на никелевой основе нимоник (ХН77ТЮ). Закалка
и старение:
а — микроструктура (Х500); б - схема микроструктуры
Протокол микроанализа сталей и сплавов с особыми свойствами
№ п/п Наименование и марка стали /гжядо? Терми- ческая Микроструктура , Свойства, примене- ( кие
] Ншмегхшяяе
1 2 3 4 5 6

* См. примечание к протоколу микроанализа сталей и белых чугунов, с. 99.
РАБОТА 19
МИКРОАНАЛИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ И МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Задание
1. Изучить микроструктуры сплавов алюминиевых
(силумина, алюминиево-медного сплава, дуралюмина) и
магниевых (литейных и деформируемых).
2. Результаты микроанализа оформить в виде прото-
кола,
3. Начертить диаграмму состояния сплавов алюми-
ний-кремний и часть диаграммы состояния алюминий —
медь, провести на них линии, соответствующие рассмат-
риваемым сплавам, и дать описание процессов превра-
щений, происходящих при охлаждении сплавов.
4. Написать отчет по работе в соответствии с пункта-
ми 2 и 3 задания.
125
Цель работы
Изучить микроструктуры алюминиевых и магниевых
сплавов. Установить связь между структурами и диаг-
раммами состояния алюминиевых сплавов.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь металло-
графический микроскоп; коллекцию микрошлифов алю-
миниевых и магниевых сплавов; циркуль и линейку.
Микроструктура алюминиевых сплавов
Микроструктура силумина. Силуминами называют
сплавы алюминия с кремнием с содержанием 6—13% Si.
При содержании 11,6% Si образуется эвтектика из крис-
таллов a-твердого раствора кремния в алюминии и
кристаллов кремния — a+Si (рис. 19.1). Силумин с со-
Рис. 19.1. Диаграмма состояния алюминий—кремний
держанием кремния, близким к эвтектическому составу
(сплав АЛ2 с 10—13% Si), в основном состоит из эвтек-
тики и йебольшого количества избыточных кристаллов а
или Si.
На рис. 19.2 дана микроструктура силумина с 12% Si
(заэвтектический сплав). Структура состоит из кристал-
126
Рис. 19 2. Алюминиевый сплав АЛ2, литье ^модифицированное:
« — микроструктура (Х200); б — схема микроструктуры
лов кремния (белые) и эвтектики a + Si грубого строе-
ния, в которой кремний находится в виде крупных игл.
Силумин с такой структурой обладает низкими механи-
ческими свойствами.
Если в жидкий сплав
перед его кристаллиза-
цией ввести небольшое
количество (0,01—0,1%)
натрия, это приводит„к
измельчению включений
кремния и значительному
улучшению механиче-
ских свойств силумина.
Этот процесс искусствен-
ного регулирования раз-
меров и формы назы-
вается модифицирова-
нием.
Характерным являет-
ся то, что при модифици-
ровании силумина нат-
11, е Si,%
Рис. 19.3. Диаграмма состояния
алюминий—кремний (штриховой
линией показано смещение линий
после введения модификатора —
натрия)
рием снижается температура кристаллизации кремния
и эвтектики, точка эвтектики сдвигается вправо и заэв-
тектический сплав становится доэвтектическим
(рис. 19.3).
На рис.. 19.4 дана микроструктура силумина с 12%
Si после его модифицирования натрием. Структура этого
сплава до ^модифицирования была заэвтектической, а
после модифицирований стала доэвтектической.
127
Рис. 19.4. Алюминиевый спляв АЛ2, литье модифицированное:
а — микроструктура (Х200); б — схема микроструктуры
Структура состоит из первичных дендритов твердого
раствора кремния в алюминии (а) (белые) и эвтектики
а+Si тонкого строения.
Микроструктура алюминиевомедных сплавов. Часть
диаграммы состояния сплавов алюминий — медь до кон-
центрации, отвечающей химическому соединению CuAlg,
дана на рис. 19.5. Иначе ее можно назвать диаграммой
состояний системы А1—CuAlg.
Алюминиевомедный сплав, наяример с 4-% Си, имеет
следующие микроструктуры:
128
а) после отжига — зерна твердого а-раствора меди
в алюминии (0,1% Си) и точечные включения химичес-
кого соединения СиАЬ (рис. 19.6, а);
Рис. 1j.6. Схемы микроструктур алюминиевомедного сплава с
4% Си
б) после закалки в воде с 530сС — зерна твердого
а-раствора (пересыщенного) меди (4% Си) в алюми-
нии (рис, 19.6, б);
при нагреве включения СиА12 растворились в алюми-
нии и быстрым охлаждением был зафиксирован пересы-
щенный твердый а-раствор;
в) после закалки и искусственного старения при
250°С — твердый а-раствор меди в алюминии и точечные
мелкодисперсные включения химического соединения
СиА12 (рис. 19.6, в); эти включения выделились из твер-
дого а-раствора в процессе искусственного старения.
Микроструктура дуралюмина. Дуралюмин характери-
зуется следующим средним составом: 4% Си, примерно
по 0,5% Mg, Мп, Si, Fe, остальное — алюминий. Нали-
Рис. 19.7. Схемы микроструктур дуралюмина Д1
5—1290
129
чие этих элементов приводит к образованию ряда фаз,
растворимых при нагреве (упрочняющих), например
СиАЬ, Mg2Si, Al2CuMg (так называемая фаза S), и не-
растворимых, например FeAU, Cu2FeAl (так называемая
фаза N), (Мп, Fe)Al6.
Микроструктура ду-
Рис. 19.8. Начальные облэ'
сти диаграмм состояния
магния с. различными эле-
ментами
ралюмина после отжига
при 360°С (рис. 19.7, а)
состоит из твердого а-
раствора и включений ра-
створимых (темные) и
нерастворимых (белые)
фаз (железистых и мар-
ганцовистых) .
Микроструктура дура-
люмипа после закалки в
воде от 510°С (рис. 19.7,
б) состоит из зерен пе-
ресыщенного твердого а-
раствора и включений
(белые), нерастворимых
в алюминии при нагреве
фаз.
Микроструктура, дура-
люмииа после закалки и
искусственного старения при 250°С -- твердый «-раст-
вор, точечные мелкодисперсные включения растворимых
фаз, выделившихся из твердого а-раствора в процессе
искусственного старения и включения (белые) нераст-
воримых фаз (рис. 19.7, в).
Микроструктура магниевых сплавов
Магниевые сплавы содержат кроме магния также
алюминий, цинк и марганец. На рис. 19.8 даны началь-
ные области диаграмм состояний с алюминием, цинком,
марганцем. Как видно, все эти элементы обладают ог-
раниченной растворимостью в магнии, поэтому при опре-
деленном химическом составе магниевые сплавы способ-
ны подвергаться термической обработке (закалке и ста-
рению) .
Магниевые сплавы, как и алюминиевые, разделяют
на литейные (маркируются буквами МЛ) и деформируе-
мые (маркируются буквами МА).
130
I
g
&
о 0 0
C<? c <
ь О %fle°,
м^ V/
* 0 J о
0 # ° % 6
4> tf *4
о " -’A{
-ЛЧТ a
® о Ь
%
#0
& «
<5
e
&
«
&
$ &
’4 .
<-(f
«I
h »
s
%
л e • e *
s *£&&h
0
Рис. 19.9. Магниевый сплав Мл5, литье:
«—микроструктура (Х250); б — схема микроструктуры
На рис. 19.9 дана микроструктура литейного магние-
вого сплава МЛ5 (7,5—9,0% AI; 0,2—0,8%Zn; 0,15—
—0,5% Мп; остальное — магний) после литья.
Структура состоит из a-твердого раствора сложного
состава (светлое поле) и включений Mg4Al3.
Структура этого сплава (МЛ5) после диффузионного
отжига при 360°С и закалки от 410—415°С с охлаждени-
Рис. И- И). Магниевый сплав Мло после отжига и закалки:
микроструктура (Х250); б — схема микроструктуры
ем на воздухе приведена на рис. 19.10. Внутри и но гра-
ницам зерен a-твердого раствора видны включения мар-
ганцовистой фазы и остатки нерастворившсгося соедине-
ния Mg4Al3.
5*
131
По химическому составу деформируемые магниевые
сплавы близки к литейным. Например, сплав МА5 име-
ет состав, %: 7,8—9,2 А1; 0,2—0,8 Zn; 0,15—0,5 Мп; ос-
тальное — магний, и по структуре (рис. 19.11) мало от-
личается от сплава МЛ5.
Рис. 19.11. Микроструктура сплава МА5:
а —после отжига (Х150); б — после закалки (Х250)
Протокол микроанализа алюминиевых и магниевых сплавов
№ п/п Наименование и марка сплава Химичес- кий состав сплава, % Микроструктура Свойства, примене- ние
Зарисовка* Наименование
1 2 3 4 5 6

* См. примечание к протоколу микроанализа сталей и белых чугунов, с. 99.
РАБОТА 20
МИКРОАНАЛИЗ МЕДИ, ЛАТУНЕЙ И БРОНЗ
Задание
1. Изучить микроструктуры меди, латуней (а и
а + р), бронз (оловянной, алюминиевой, свинцовистой,
бериллиевой) в литом, деформированном и в термически
обработанном состоянии (в зависимости от сплава).
132
2. Результаты микроанализа оформить в виде прото*
кола.
3. Начертить диаграммы состояния (или их части)
сплавов меди с цинком, оловом, алюминием, свинцом»
бериллием, провести на них линии, соответствующие
рассматриваемым сплавам, и дать описание процессов
превращений, происходящих при охлаждении сплавов.
4. Написать отчет по работе в соответствии с пункта*
ми 2 и 3 задания.
Цель работы
Изучить микроструктуры меди, латуней и бронз и ус-
тановить связь между структурами и диаграммами сос-
тояния этих сплавов.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь металло-
графический микроскоп; коллекцию микрошлифов меди:>
латуней и бронз; циркуль и линейку.
Микроструктура меди
/Микроструктура деформированной и отожженной ме-
ди дана на рис. 20.1. Структура зернистая, с наличием
двойников.
Рис. 20.1. Деформированная и отожженная медь:
'л — микроструктура (Х200); б—схема микроструктуры
В структуре недостаточно хорошо раскисленной меди
наблюдается закись меди Си2О, образующая с медью
эвтектику Си—Си2О, которая располагается по грани-
133
цам зерен меди, имеет точечное строение (рис. 20.2) и
придает ей хрупкость.
Рис. 20.2. Литая медь с содержанием 0,15% кислорода. По грани*
дам зерен меди видны значительные участки эвтектики Си—Си20з
а--микроструктура (Х150), шлиф нетравлен; б—-схема микроструктуры
Микроструктура латуней
Диаграмма состояния системы медь — цинк дана на
рис. 20.3. Практическое применение находят однофазные
Рис. 20.3. Диаграмма состояния
медь — цинк
латуни с содержанием
цинка до 39% (а-ла-
туни) и двухфазные
латуни с содержанием
цинка от 39 до 45%
(а+Р'-латунн).
Микроструктура а-
латуней. Микрострук-
тура а-латуни с со-
держанием 30% цинка
(Л70) дана на рис.
20.4 и 20.5.
Микроструктура ли-
той а-латуни (рис.
20.4) имеет дендрит-
ное строение. Светлые
участки — дендриты,
богатые медью, затвер-
девшие первыми из
жидкого состояния;
S34
?::с. 20.4, Лита;: а-лачунь с 30% цинка рип Л70):
а — микроструктура (Х250); б — схема микроструктура
темные участки — междендритные пространства, обога-
щенные цинком.
Микроструктура деформированной и отожженной
а-латуни (рис. 20.5) имеет зернистое строение и харак-
терные полоски двойников.
Р::с. 20.5 Деформированная и отожженная а-латунь:
.. - мик-юструк'у?г (Х100); б — схема микроструктуры
Вследствие различной ориентировки зерен (анизотро-
пии) они травятся с разной интенсивностью, поэтому по-
лучают различную окраску.
135
Рис. 20.6. Литая а+Р-латунь с 40% цинка (типа Л63):
а — микроструктура (Х150); б — схема микроструктуры
Рис. 20.7. Часть диаграммы со-
стояния медь—олово
Микроструктура а+
+Р~латуней. Граница
между однофазной «-ла-
тунью и двухфазной сс-р
+Р-латунью соответст-
вует 39% цинка (см. рис,
20.3).
Микроструктура «+
+р-латуни с содержа-
нием цинка 40% в литом
состоянии дана на рис,
20.6.
Микроструктура бронз
Микроструктура оло-
вянной бронзы. Часть
диаграммы состояния си-
стемы Си—Sn дана на
рис. 20.7. Сплошная ли-
ния Abdq характеризует
состояние, получающееся
при очень медленном ох-
лаждении или отжиге
после отливки; такие ус-
ловия при обычной от-
ливке не достигаются.
Штриховая линия Ab'h
136
характеризует состояние, которое получается в обычных
условиях отливки. Штрихпунктирная линия dg характе-
ризует состояние, получающееся при очень длительном
(тысяч часов) отжиге.
При содержании до 6—7% Sn (левее точки h на рис,
20.7) микроструктура литой бронзы состоит из неодно»
родного твердого а-раствора; строение дендритное.
Микроструктура этой бронзы после отжига представ-
ляс г однородные по составу зерна твердого сс-раствора
(рис. 20.8).
Рис. 20.8. Деформированная и отожженная оловянная бронза с
6% Sn:
л — микроструктура (Х250); б — схема микроструктуры
При содержании больше 6—7% Sn (правее точки h
на рис. 20.7), но меньше 14% (левее точки q), например
при содержании 10% Sn, для равновесных условий
должна быть структура твердого а-раствора, а для
обычных условий отливки такая бронза будет иметь уже
двухфазную структуру — неоднородного твердого а-ра-
створа и эвтектоида a + Cu3iSn3. Микроструктура такой
бронзы (с содержанием 10% Sn) в литом состоянии при-
ведена на рис. 20.9. Темные участки — a-твердый раст-
вор, светлые — эвтектоид a-l-Cu3iSn8. На светлом фоне
химического соединения Cu31Sn8 видны темные точечные
включения твердого а-раствора.
Микроструктура алюминиевой бронзы. Часть диаг-
раммы состояний системы медь — алюминий дана на
рис. 20.10. При содержании до 9,8% А1 образуется а-фа-
за (однофазная бронза). Микроструктура такой бронзы
137
Рис. 20.9. Литая оловянная бронза с 10% Sn:
а — микроструктура (X1000); б — схема микроструктуры
(например, Бр. А5 с содержанием 5% А1) после дефор-
мации и отжига состоит из зерен однородного твердого
раствора алюминия в меди
Рис 20.10, Часть диаграм-
ма состояния медь — алю-
миний
вистом бронзы, Диаграмма
(рис. 20.11).
При содержании 10%
А1 и более образуется ^-фа-
за и эвтектоид а+у' (двух-
фазная бронза). Микрост-
руктура такой бронзы в ли-
том состоянии дана на рис.
20.12; белые участки — а-
фаза, темные — эвтектоид
а + у'. Двухфазные алюми-
ниевые бронзы могут под-
вергаться закалке и отпус-
ку. Если такую бронзу на-
греть до области существо-
вания p-фазы и затем охла-
дить в воде, то образуется
угольчатая структура, подо-
бная структуре мартенсита.
Микроструктура закаленной
алюминиевой бронзы Бр.
АЖН10-4-4 приведена на
рис. 20.13.
Микроструктура свинцо-
состояний системы медь —
свинец дана на рис. 20.14. Свинец практически не раст-
воряется в меди в жидком состоянии, поэтому при за-
твердевании такой смеси жидких фаз получается также
механическая смесь твердых фаз меди и свинца.
На рис. 20.15 дана схема микроструктуры свинцовис-
той бронзы с содержанием свинца 30% (Бр. СЗО); ос-
1138
ИС. 20 11 Алюминиевая бронза БрА5 после деформации и отжига:
а — микроструктура (Х250); б — схема микроструктуры
Рис. 20.12. Литая алюминиевая бронза Бр. АЖН10-4-4:
а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
Рис 20.13 Закаленная аиоминиевая бронза Ер. АЖН10-4-4:
с - миго'л'-.ру;\t pi (Х500); б — схема микроструктур?.;
139
Рис. 20.14. Диаграмма состоя-
ния медь — свинец
Рис. 20.15. Свинцовистая брон-
за Бр. СЗО (схема микрострук-
туры)
новной белый фон — медь, темные включения — свинец.
Травления для выявления включений свинца не требу-
ется.
Рис. 20.16. Часть диаграммы со-
стояния медь — бериллий
Микроструктура бе-
риллиевой бронзы.
Часть диаграммы со-
стояния системы
медь—бериллий дана
на рис. 20.16. На диаг-
рамме отмечены обла-
сти существования
кристаллов а, р и у.
Фаза у является хими-
ческим соединением
СиВе. В структуре ли-
той бериллиевой брон-
зы (рис. 20.17) в меж-
дендритных простран-
ствах a-твердого раст-
вора видны включе-
ния эвтектоида [а 4-у
(СиВе)].
Практически важ-
ным является то, что
растворимость берил-
лия в меди уменьшается с 2,7% при 866°С до 0,2% при
300°С. При закалке в воде с 800°С фиксируется неустой-
ке
Рис. 20.17. Литая бериллиевая бронза Бр. Б2:
а — микроструктура (Х150); б— схема микроструктуры
Рис 20.18. Бериллиевая бронза Бр. Б2 после закалки и старения:
а -- микроструктура (Х250); б — схема микроструктуры
Протокол микроанализа меди, латуней и бронз
№ п/и Наименование и марка сплава Обработка Микроструктура Свойства, примене- ние
Зарисовка* Наименование
1 2 3 4 5 6

• См. примечание к протоколу микроанализа сталей и белых чугунов, с. 99.
141
чивое состояние a-фазы, а при последующем старении
при 300—350°С из пересыщенного твердого раствора
выделяются включения у-фазы (СиВе), располагающие-
ся по границам и внутри зерен a-фазы (рис. 20.18).
РАБОТА 21
МИКРОАНАЛИЗ БАББИТОВ И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
Задание
1. Изучить микроструктуры баббитов (оловянного и
свинцового) и титановых сплавов (а, а + р и р).
2. Результаты микроанализа оформить в виде прото-
кола.
3. Написать отчет по работе в соответсшии с пунк-
том 2 задания.
Цель работы
Ознакомиться с микроструктурами баббитов в тита-
новых сплавов.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь металло-
графический микроскоп; коллекцию микрошлифов баб-
битов и титановых сплавов; циркуль и линейку.
Микроструктура баббитов
Микроструктура оловянного баббита. Основным баб-
битом на основе олова является бабби( 1383 (83% Sn;
11% Sb и 6% Си).
Микроструктура баббита Б83 дана на рис. 21.1.
Структура состоит из твердого а-раствора сурьмы в оло-
ве -- основной темный фон, соединения SnSb ((З'-фазы)
— светлые крупные кристаллы и соединения Cu.;Sn —
светлые мелкие кристаллы.
Микроструктура свинцового баббита. Наиболее ши-
рокое применение в промышленности полхчили сплавы
свинца с сурьмой и небольшими добавками меди <БС)
и свинца с кальцием и натрием (БК).
Микроструктура баббита БК (1% Са; 0,9% Na; ос-
тальное — свинец) приведена на рис. 21.2. На темном
фоне a-твердого раствора натрия и кальция в свинце
142
Рис. 21.1. Оловянный баббит Б83:
а — микроструктура (ХЮО); 0 —схеме микроструктуры
Рис. 21.2. Кальциевый баббит БК:
а “-микроструктура (ХЮО); б — схема микроструктуры
(мягкая основа сплава) видны дендриты химического
соединения РЬ3Са (твердая составляющая сплава).
Микроструктура титана и титановых сплавов
Современные титановые сплавы делят на три основ-
ные группы: а-сплавы, а-I-(3-сплавы и р-сплавьн
Микроструктура а-сплавов. К tz-силавам относятся
технический титан ВТ1 и сплавы па основе системы ти-
тан — алюминий (например, сплав ВТ5, содержащий
5% алюминия); сх-сплавы не упрочняются закалкой и
старением, и поэтому их обычно подвергают отжигу.
из
Рис. 21.3. Технический титан ВТ1-0 после отжига:
а— микроструктура (Х230); б — схема микроструктуры
Микроструктура а-сплава после отжига —• зерна сс-фазы
(рис. 21.3).
Микроструктура а + р-сплавов. Сплавы данной груп-
пы имеют наибольшее промышленное применение. Для
получения в титановых сплавах a + p-структуры их леги-
руют в определенном количестве а-стабилнзаторами
(алюминием) и (3-стабилизаторами (хромом, марганцем,
молибденом, ванадием, железом).
К этой группе сплавов относится большинство про-
мышленных сплавов: ВТЗ-1 (4,5—6,2% А1; 1,0—2,5% Сг;
Рис. 21.4. Титановый стглав ВТЗ-1 (а+^-сплав) после отжига:
а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
144
Рис, 21 5. Титановый сплав ВТЗ-1 после закалки:
а ~~ микроструктура (Х500); б— схема микроструктуры
Рис, 21.6 Титановый сплав ВТЗ-1 после закалки и старения:
«—микроструктура (Х250): б —схема микроструктуры
Протокол микроанализа баббитов и титановых сплавов
№ н/п Наименование и марка сплава Химичес- кий состав сплава, % Микроструктура Свойства, примене- ние
Зарисовка* Наименование
1 2 3 4 б 6
* См. примечание к протоколу микроанализа сталей и белых чугунов, с. 99.
145
1,0—2,8% Mo; 0,05—1,5% Ес); BT8 (5,8—6,5% Al; 2,8-
—3,8% Mo; 0,2—0,35% Si); BT14 (3,5—4,5% Al; 0,7—
— 1,5 V; 2,5 -3,5% Mo) и др.
В отожженном состоянии микроструктура сплавов
этой группы состоит из а- и p-фаз (рис. 21.4). Они уп-
рочняются термической обработкой. Закалка приводит
к образованию игольчатой структуры мартенситного ти-
па — а'-фазы (рис. 21.5). При последующем старении
образуется структура, состоящая из смеси а' и а-фаз
(рис. 21.6).
II. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
ПО ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ
Р А Б О 1 А 1
НОРМАЛИЗАЦИЯ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ
Задание
1. Определить твердость образцов в исходном состо-
янии.
2. Определить температуру нормализации.
3. Определить общее время нагрева образцов.
4. Провести нормализацию образцов.
5. Определить твердость образцов после нормализа-
ции.
6. Результаты работы оформить в виде протокола.
7. Построить график нормализации.
8. Написать отчет по работе в соответствии с пункта-
ми задания и сделать необходимые выводы.
Цель работы
Получить практические навыки по нормализации
стали.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь муфель-
ную печь с потенциометром; прибор типа Роквелла; об-
разцы углеродистой стали — конструкционной 40—65 и
инструментальной У9—У12; штангенциркуль; шлифо-
вальную шкурку.
Подготовка образцов для нормализации
Образцы должны быть цилиндрические или прямо-
угольные диаметром или толщиной 10—15 мм, высотой
15—20 мм. На боковой поверхности каждого образца
должно быть клеймо марки стали. Марку стали записы-
6
147
вают в графу 2 протокола. Образцы измеряют при по-
мощи штангенциркуля и результаты замера записывают
в графу 3 протокола.
Определение твердости углеродистой стали
в исходном (отожженном) состоянии
Определить твердость HRB образцов в исходном
(отожженном) состоянии, сделать перевод полученного
результата на твердость НВ и оба значения твердости
записать в графы 4 и 5 протокола.
Нормализация образцов и определение
твердости углеродистой стали
после нормализации
1. Определить температуру нормализации стали,
пользуясь для этого нижней частью диаграммы железо-
цементит (рис. 1.1). Для среднеуглеродистых доэвтекто-
Рис. 1 1. Оптимальный интервал температур нормализации углеро-
дистой стали
идных сталей (40—65) нормальной температурой норма-
лизации является температура на 30—50°С выше линии
GS, т. е. Лсз-Н (30—50°С), для высокоуглеродистых заэв-
тектоидных сталей (У9—У12) температура на 30—50°С
выше линии SE, т. е. Дст+(30—50°С). Температуру
нормализации записать в графу 6 протокола.
148
2. Определить общее время нагрева образцов из рас-
чета 1,5 мин на 1 мм диаметра или толщины образца и
записать в графу 7 протокола.
a) S)
Рис. 1.2. НаспилO/Kei:ис образцов в печи:
а — цилиндрических; б прямоугольных
3. Образцы поместить в печь, нагретую до температу-
ры нормализации для стали данной марки, как показа-
но на рис. 1.2, и выдержать в печи требуемое время.
4. Образцы после-
довательно один за
другим вынуть из печи
и охладить па спокой-
ном воздухе.
5. Оба торца образ-
цов зачистить на шли-
фовальной шкурке.
6. Определить твер-
дость нормализован-
ных образцов HRB,
сделать перевод полу-
ченного результата на
твердость НВ и оба значения твердости записать в
графы 8 и 9 протокола.
7. Построить график нормализации в координатах
температура —- время нагрева (рис. 1.3).
Протокол нормализации углеродистой стали
№ п/ п X я «3 я" Диаметр или толщина образца, мм Твердость в исходном состоянии Температура нор- мализации, °C Время нагрева при нормализа- ции, мин Твердость после нормализации
HRB //В HRB НВ
1 2 3 4 5 6 7 8 9

149
РАБОТА 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОКАЛИВАЕМОСТИ СТАЛИ МЕТОДОМ
ТОРЦОВОЙ ЗАКАЛКИ
Задание
1. Определить прокаливаемость стали методом торцо-
вой закалки.
2. Изучить характеристику прокаливаемости; сущ-
ность метода; размер и форму образцов; выбор темпе-
ратуры закалки, времени и способа нагрева; установку
для торцовой закалки и методику проведения закалки;
порядок измерения твердости (с заполнением протоко-
ла); графическое изображение прокаливаемости (с изоб-
ражением кривой распределения твердости по длине об-
разца); определение числа прокаливаемости; порядок
пользования номограммой прокаливаемости (определе-
ние по номограмме критических диаметров для тел раз-
личной формы и размеров, охлаждаемых при закалке в
различных средах).
3. Написать отчет по работе в соответствии с пунктом
2 протокола и сделать необходимые выводы.
Цель работы
Научиться определять прокаливаемость стали мето-
дом торцовой закалки.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь муфель-
ную печь; термоэлектрический пирометр; прибор типа
Роквелла; образцы для торцовой закалки; стальной ци-
линдрический стакан с графитовой или угольной под-
ставкой и крышкой; установку для торцовой закалки;
приспособление для измерения твердости.
Характеристика прокаливаемости
Под прокаливаемостыо подразумевают способность
стали закаливаться па определенную глубину. За глуби-
ну прокаливаемости обычно принимают расстояние
от поверхности до зоны с полумартенситной структурой
150
(50% мартенсита и 50%
троостита). Прокачивае-
мость определяют не по
микроструктуре, а изме-
рением твердости. Твер-
дость стали с полумар-
тенситной структурой за-
висит от содержания
углерода (повышается с
увеличением содержания
углерода) и может быть
определена по кривой,
приведенной на рис. 2.1.
Рис. 2 1. Твердость полумартсн-
ситной зоны в зависимости от со-
держания углерода
Сущность метода
Метод торцовой закалки благодаря его простоте и
универсальности является наиболее распространенным
методом определения прокачиваемости. Сущность его за-
ключается в том, что цилиндрический образец нагревают
до температуры закалки и затем в специальной установ-
ке закаливают с торца струей воды. Прокачиваемость
характеризуется значением твердости по длине образца;
твердость понижается по мере удаления от торца, ох-
лаждаемого водой.
Образцы. Образец для определения прокачиваемости
(рис. 2.2) имеет цилиндрическую форму, диаметр 25 мм,
длину 100 мм; на одном
конце образца имеется
головка (диаметром
30 мм) для подвешива-
ния при закалке. При
изготовлении образцов их
поверхность должна быть
чисто обработана на то-
карном станке, особенно
торец, охлаждаемый во-
дой.
Температура закалки,
время и способ нагревания. Температура закалки об-
разца на 30—50°С выше точек Ас\ или Ас3 в зависи-
мости от содержания углерода в стали. Время нагрева
образца до температуры закалки 30—50 мин. Выдерж-
ка при температуре закалки после нагрева 30 мин. То-
Рис. 2.2. Образец для испытания
стали на прокаливаемость:
1 — охлаждаемый торец; 2 — головка
151
рсц образца, охлаждаемый водой, должен быть предо-
хранен от окисления и обезуглероживания. В связи с
этим, если нагрев образца проводят в печи без конт-
ролируемой атмосферы
Рис. 2.3. Стальной ста-
кан для предохранения
образца от окисления и
обезуглероживания при
нагреве в печи без конт-
ролируемой атмосферы:
1 — стакан; 2 — крьипка; 3 --
образец; 4 — графитовая под
ставка
его помещают в стальной
цилиндрический стакан, ста-
вят торцом на графитовую или
угольную подставку и закры-
вают крышкой (рис. 2.3).
Установка для торцовой
закалки и проведение
закалки
Торцовая закалка прово-
дится на специальной уста-
новке (рис. 2.4), которая
должна быть помещена неда-
леко от печи, чтобы можно
было быстро перенести обра-
зец из печи в установку. Пе-
ред испытанием по холодному
образцу регулируют точность
попадания струи воды в то-
рец и свободную высоту стол-
ба воды, которая должна быть
65 мм. Диаметр сопла (нако-
нечника от подводящей тру-
бы) равен 12,5 мм, а расстоя-
Рис. 2 4 Установка для торцовой закалки:
/ — уравнительная трхбка для создания постоянен на напора; 2 напорные ба-
чок: 3 — штатив; 7 — образец; — сопло; 6 — сливная коробка
152
пне от сопла до торца образца тоже 12,5 мм. После
регулировки, перед помещением нагретого образца в
приспособление, последнее необходимо просушить.
Нагретый до температуры закалки образец быстро
устанавливают в приспособление и открывают кран.
Струя воды должна касаться только торца образца и не
омывать его цилиндрической поверхности (см. рис. 2.4).
Образец выдерживают над струси воды до полного ох-
лаждения (не менее 10 мин).
Измерение твердости
Для измерения твердости по всей длине закаленного
образца сошлифовывают две диаметрально противопо-
ложные площадки на глубину 0,5±0,10 мм. При шлифо-
вании необходимо сле-
дить, чтобы образец не
нагревался. Для изме-
рения твердости обра-
зец помещают в спе-
циальное приспособле-
ние (рис. 2.5) и зажи-
мают винтом 1. В при-
способлении имеется
Рис. 2.5. Приспособление для
определения твердости закаленно-
го образца
рейка 2 с шагом 1,5 мм.
Приспособление с об-
разцом устанавливают
на приборе типа Рок-
велла и замеряют твердость по шкале С. Измерение
твердости начинают на расстоянии 1,5 мм от закаливае-
мого торца в осевом направлении через каждые 1,5 мм
(16 замеров), а затем через 3 мм. Заканчивают испыта-
ние, когда на определенном расстоянии от торца твер-
дость не меняется. После измерения твердости образца
по одной плоскости его поворачивают в приспособлении
и измеряют твердость по другой плоскости. Затем для
каждой пары точек, находящихся на одинаковом рас-
стоянии от торца, подсчитывают среднее арифметиче-
ское значение твердости и записывают в протокол.
Результат испытания на прокаливаемость выражают
графически и числом прокаливаемое™.
График и число прокаливаемости. Для графического
изображения результата прокаливаемости полученные
при испытании твердости образца данные наносят на
153
Протокол измерения твердости Во длине образца
№ измерений Расстояние от закаливаемого торца, мм Твердость HRC
1 -я плоскость 2-я плоскость Среднее значение

сетку координат, на которой ио оси ординат откладыва-
ют твердость HRC, а по оси абсцисс — расстояние от за-
каливаемого торца в мм. Нанесенные точки соединяют
и получают кривую прокаливаемости (рис. 2,6).
Рис. 2.6. Распределение твердости
по длине образца после торцовой
закалки для сталей с различной про-
каливаемостью
Расстояние от тор-
ца до зоны с полумар-
тенситной твердостью,
называемое характери-
стическим расстоя-
нием, и определяет
прокаливаемость стали
(li и /2 на рис. 2.6).
Чем больше характе-
ристическое расстоя-
ние, тем больше прока-
ливаемость. Так как
/1>/2, то сталь 1 имеет
большую прокаливае-
мость, чем сталь 2.
По характеристиче-
скому расстоянию с
помощью заранее построенных номограмм можно опре-
делить критические диаметры для деталей различной
формы и размеров, охлаждаемых при закалке погруже-
нием в разные среды. Одна из таких номограмм, раз-
работанная М. Е. Блантером, приведена (в упрощенном
виде) на рис. 2.7. Номограмма дана для трех форм за-
каливаемого тела: для диска £/£) = 0,1; для параллеле-
пипеда L/a—\ (т. е. для куба, то же для шара); для
цилиндра L/D=10, где а — сторона квадрата, L —
толщина (длина), D — диаметр диска (цилиндра).
Номограммой пользуются следующим образом.
Пусть, по данным торцовой пробы, характеристическое
расстояние равно 6 мм. Требуется определить критичес-
кие диаметры при охлаждении в воде и масле шара, а
также цилиндрической детали с отношением длины к
154
Ригстоят.с от запаливаемом) щерца допооумартенситнии ?онм
М.й7 !i 7 25 А3-54. 3 6Л8 .WVV6J.№?63W4S3i МЮ”"
•f'S io 7Л?,УЛ.1 '60 7p80!/o\il0130/50 /90220260 fiOjOQ 5p0 7pOi 900 1206
I '^<00^ 2 ,J 4 , 5 7 8 918 12.141,6.1в, 22A?S3°. 48. 50.6070.8893 3W, 14Р, Л9Р^3доШар
'•'! 2 3 т 5 S 7 8 9 Ю 12 14 16182024-2800343642 50 60 7080 100120!4Q 170200
с Размер (диаметр шара и цилиндра р и сторожа кбадрата а), мм
Рис. 2.7. Номограмма для определения прокаливаемости по резуль-
татам торцового испытания
диаметру L : 10 : 1. На шкале «Расстояние от зака-
ливаемого торца до полумартенситной зоны» находим де-
ление «6» и опускаем перпендикуляр до пересечения
с линией «Идеальное охлаждение» (точка а). Из этой
точки проводим горизонтальную линию влево до пересе-
чения с линиями, соответствующими выбранным средам
охлаждения — «Вода 20°С» (точка 6), «Минеральное
масло» (точка с). От этих точек опускаем перпендикуля-
ры на шкалы «Шар» и «Цилиндр А//)=10,0». В точках
пересечения с этими шкалами читаем ответ: при закал-
ке в воде критический диаметр для шара 40 мм, для ци-
линдра 27 мм; при закалке в масле — для шара 25 мм,
для цилиндра 17 мм.
РАБОТА 3
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА (ЗАКАЛКА И ОТПУСК)
УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ
Задание
1. Определить твердость образцов углеродистой ста-
ли в исходном (отожженном) состоянии.
155
2. Нарисовать нижнюю левую часть диаграммы сос-
тояния железо—цементит, указать на ней оптимальный
интервал температур закалки углеродистой стали и оп-
ределить температурный режим нагрева под закалку
изучаемых сталей.
3. Определить время нагрева образцов при принятой
температуре.
4. Провести закалку в воде и масле образцов углеро-
дистой стали.
5. Определить твердость после закалки.
6. Определить время выдержки при температурах от-
пуска 200, 400 и 600°С закаленных образцов.
7. Провести отпуск при 200, 400 и 600°С закаленных
образцов.
8. Определить твердость образцов после каждого от-
пуска.
9. Результаты работы оформить в виде протокола.
10. Построить кривые влияния температуры отпуска
на изменение твердости закаленной стали.
11. Написать отчет по работе в соответствии с пунк-
тами задания и сделать необходимые выводы.
Цель работы
Ознакомиться с технологическим процессом термиче-
ской обработки и получить практические навыки прове-
дения закалки и отпуска углеродистой стали.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь муфель-
ную печь; термоэлектрический пирометр; закалочный
бак с водой; закалочный бак с маслом; прибор типа Рок-
велла; образцы углеродистой стали — конструкционной
40—65 и инструментальной У9—У12; клещи; штанген-
циркуль: шлифовальную шкурку.
Подготовка образцов для термической обработки.
Образцы должны быть цилиндрические или прямоуголь-
ные диаметром или толщиной 10—15 мм, высотой 15—
—20 мм из углеродистой конструкционной стали 40—65
и углеродистой инструментальной стали У9—У12. На
боковой поверхности каждого образца должно быть
клеймо марки стали. Марку стали образца записывают
в графу 2 протокола. Образцы измеряют при помощи
156
штангенциркуля и результаты замера записывают в гра-
фу 3 протокола.
Определение твердости углеродистой стали
в исходном (отожженом) состоянии
Определить твердость (по HRB) образцов в исход-
ном (отожженном) состоянии, сделать перевод получен-
ного результата на твердость по НВ и оба значения
твердости записать в графы 4 и 5 протокола. Нормы
твердости (в МПа) в отожженном состоянии углероди-
стой стали приведены в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Нормы твердости углеродистой стали в отожженном состоянии
Марка стали Твердость отож- женной стали /7 В (не более) Марка стали Твердость отож- женной стали НВ (не более)
40 1970 У9 1920
45 2070 У10 1970
50 2170 У12 2070
Закалка образцов и определение твердости
углеродистой стали после закалки
1. Определить температуру закалки стали, пользу-
ясь для этого нижней частью диаграммы железо — це-
ментит (рис. 3.1). Для среднеуглеродистых доэвтекто-
идных сталей (40—65) нормальной температурой закал-
ки является температура на 30—50°С выше линии GS,
т. е. Асз+ (30—50°С). Для высокоуглеродистых заэвтек-
тоидных сталей (У9—У12) нормальной температурой за-
калки является температура на 30—50°С выше линии
PSK (см. рис. 3.1), т. е. Xci+ (30—50°С). Температуру
закалки записать в графу 6 протокола.
2. Определить время нагрева образцов из расчета
1,5 мин на 1 мм диаметра или толщины образца и запи-
сать в графу 7 протокола.
3. Образцы поместить в печь, нагретую до температу-
ры закалки для стали данной марки, и выдержать в пе-
чи требуемое время. При нагревании до температуры
закалки образцов из стали 40—65 исходная феррито-
перлитная структура превратится в структуру аустенита,
157
а в образцах из стали У9—У12 при температуре закал-
ки будет структура аустенит и цементит, т. е. часть це-
ментита остается нерастворенной.
4. Образцы последовательно, один за другим вынуть
из печи и охладить в воде (часть образцов) и в масле при
непрерывном энергичном движении их в охлаждающей
Аустенит
911
900
Интервал закалоч-
ных температур
800
700
Рис. 3.1. Оптимальный интервал темпера-
тур закалки углеродистой стали
жидкости. При охлаждении в воде происходит распад
аустенита с образованием мартенсита. При охлаждении
в масле образуется смешанная мартепсито-трооститная
структура.
5. Оба торца образцов зачистить на шлифовальной
шкурке.
6. Определить твердость закаленных образцов по
HRC и полученный результат записать в графы 8 и 9
протокола.
Отпуск образцов и определение твердости
углеродистой стали после отпуска
L Определить время выдержки при температурах от-
пуска из расчета: при температуре 200°С •— 30 мин; при
400°С — 20 мин; при 600*С — 10 мин + 1 мин на I мм
диаметра или толщины образца (для каждого отпуска)
и записать в графу 10 протокола.
3.2. Кривые влия-
температуры отпус-
Рис.
ния
ка на изменение твердо-
сти закаленных углеро-
дистых сталей с различ-
ным содержанием угле-
рода
2. Образцы поместить в муфельную печь, нагретую
до 200°С, выдержать в ней необходимое время и oxtna-
дить на воздухе.
В результате отпуска при 200сС происходит превра-
щение мартенсита закалки в мартенсит отпуска, сниже-
ние внутренних напряжений и хрупкости; твердость ос-
тается почти без изменений.
3. Оба торца зачистить на шлифовальной бумаге.
4. Определить твердость по HRC и полученный ре-
зультат записать в графы 11 и 12 протокола.
5. Образцы поместить в му-
фельную печь, нагретую до
400°С, выдержать в ней необхо-
димое время и охладить на воз-
духе. В результате отпуска при
400°С происходит превращение
мартенсита в троостит отпуска
(мелкодисперсную феррито-це-
ментитную смесь), твердость сни-
жается.
6. Оба торца зачистить на
шлифовальной шкурке.
7. Определить твердость
HRC и полученный результат за-
писать в графы 13 и 14 протоко-
ла.
8. Образцы поместить в му-
фельную печь, нагретую до
600°С, выдержать в пей необходимое время и охладить
на воздухе. В результате отпуска при 600°С образуется
сорбит отпуска, феррито-цементитная смесь более круп-
ная, чем троостит. Твердость еще более снижается.
9. Оба торца зачистить на шлифовальной шкурке.
10. Определить твердость по HRC и полученный ре-
зультат записать в графы 15 и 16 протокола.
Протокол термической обработки углеродистой стали
по
№ п/п Марка стали Диаметр или толщина об- разца» мм Твердость в исходном состоянии Температура закалки, °C I Время нагре- ва при закал- ! ке. мин Твердость HRC после закалки
HRB НВ в воде в масле
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 1 1
159
Продолжение
Выдержка при отпуске, мин Твердость HRC после отпуска при температуре
200°С 400°С 600°С
Закалка в воде Закалка в масле Закалка в воде Закалка в масле Закалка в воде Закалка в масле
10 11 12 13 1 4 15 16

11. Построить кривые влияния температуры отпуска
па изменение твердости закаленной стали в координатах
температура отпуска — твердость (рис. 3.2).
РАБОТА 4
МИКРОАНАЛИЗ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАННЫХ
УГЛЕРОДИСТЫХ И ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
Задание
1. Изучить микроструктуры химико-термически обра-
ботанных сталей — цементованной, азотированной, циа*
нированной, алитированной хромированной, силициро-
ванной, борированной.
2. Результаты микроанализа оформить в виде прото-
кола.
3. Начертить диаграмму состояния железо—азот и
дать описание происходящих в стали процессов превра-
щений при азотировании.
4. Написать отчет по работе в соответствии с пунк-
тами 2 и 3 задания.
Цель работы
Изучить микроструктуры химико-термически обрабо-
танных сталей и зависимость между структурой и свой-
ствами стали после различных видов обработки.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь металло-
графический микроскоп; набор микрошлифов химико-
термически обработанных углеродистых и легированных
сталей; циркуль и линейку.
160
Микроструктура химико-термически
обработанной стали
Микроструктура цементованной стали, В цементован-
ной стали содержание углерода уменьшается от поверх-
ности к сердцевине. В соответствии с таким изменением
химического состава получается и распределение струк-
турных составляющих. Па рис. 4.1 дана микроструктура
Рис. 4.1. Микроструктура низкоуглеродистой стали после цемента-
ция (схема)
цементованной низкоуглеродистой стали; от поверхности
образуется структура перлита и цементита (заэвтекто-
идная зона), далее располагается перлит (эвтектоидная
зона) и затем при переходе к сердцевине — перлит и
феррит (переходная, доэвтектоидная зона). В переход-
ной зоне чем ближе к сердцевине, тем меньше становит-
ся перлита и больше феррита.
Иногда в заэвтектоидной зоне цементованного слоя
цементит собирается в крупные участки, окруженные
ферритом (рис. 4.2).
Сталь, в которой образуется такая структура, назы-
вается анормальной.
После закалки цементованной стали в цементованном
слое образуется структура мартенсита. Структура серд-
цевины после закалки получается различной в зависимо-
161
стп от цементуемой стали. В углеродистых цементуемых
сталях в сердцевине сохраняется феррито-перлитная
структура. В сердцевине цементуемых легированных ста-
лей, несмотря на небольшое количество углерода, ио
значительное количество легирующих примесей, задер-
живающих распад твердого раствора, после закалки по-
лучается малоуглеродистый мартенсит.
Рис. 4.2. Микроструктура
заэвтсктоидной зоны це-
ментованного слоя — анор-
мальная структура (схема)
и 2 4 6 в 10
Рис. 4.3. Диаграмма состоя-
ния железо — азот
Микроструктура азотированного железа и стали.
Микроструктуры азотированного слоя при насыщении
азотом железа и специальной стали для азотирования
(хромомолибденоалюминиевой стали 38X2MIOA) отли-
чаются.
Микроструктура азотированного слоя железа получа-
ется различная в зависимости от температуры азотиро-
вания соответственно диаграмме состояния железо —
азот (рис. 4.3).
При температуре азотирования выше эвтектоидной
(591°С), например при 600°С на рис. 4.3), образуют-
ся последовательно от поверхности к сердцевине следу-
ющие фазы:
8 у' у -> а.
При медленном понижении температуры е- и а-фазы
будут распадаться с выделением избыточной у'-фазы, а
у-фаза будет полностью распадаться на эвтектоид а+у'.
В связи с такими превращениями микроструктура азоти-
рованного слоя при комнатной температуре будет состо-
162
ять из следующих фаз (от поверхности к сердцевине)
(рис. 4.4):
в + уизб у' а + у' -* а + Уизб-
эвтектоид
Концентрация азота изменяется от поверхности
в глубь слоя соответственно диаграмме состояния же-
лезо — азот и особенно резко на границах отдель-
ных фаз.
а.| zl zl £}
медленного ^втектоид) /' >j/ulg
охлаждения' \r^-\ <
Рис. 4.4. Азотированный слой железа, температура азотирования
600°С (схема)
Твердость азотированного слоя железа и простых угле-
родистых сталей после медленного охлаждения не пре-
вышает 2500—3000 /7V*.
При азотировании специальной стали (38X2MIOA)
образуются те же фазы, т. е. а, у' и а, но такого резкого
разграничения между фазами не наблюдается. Поэтому
по внешнему виду микроструктура азотированного слоя
специальной стали значительно отличается от микро-
структуры азотированного слоя железа (рис. 4.5).
На поверхности расположен очень тонкий (0,01—
—0,03 мм) нетравящийся белый слой, состоящий из
е-фазы или е+у'-фаз. Затем следует серый слой, пред-
ставляющий собой смесь е+у'4-а-фаз или смесь
у'+а-фаз (до глубины 0,06—0,1 мм). Далее располага-
ется a-фаза. Основная (серая) часть азотированного
* Здесь и далее размерность твердости дана в МПа.
163
Рис. 4.5. Сталь 38Х2МЮЛ. Азотированный слой:
й — микроструктура (Х500); б —схем ч микроструктуры
слоя имеет сорбитообразное строение и отличается от
сорбитовой структуры сердцевины тем, что травится бо-
лее сильно вследствие высокого содержания азота.
Образующиеся в азотированном слое специальной
стали е-, у'- и a-фазы вследствие наличия в стали угле-
рода содержат кроме азота и углерод, т. е. являются не
азотистыми (нитридными) фазами, а углеродазотистыми
(карбонитридными) фазами Fe2(N, С), Fe4(N, С). Кро-
ме того, образуется азотистый цементит Fe3(N, С).
Твердость азотированного слоя стали 38Х2МЮА зна-
чительно выше твердости азотированного слоя железа и
углеродистых сталей и составляет II 000—12 000 HV.
Рис. 4.6. Цианированный слой низкоуглеродистой стали после за-
калки:
а — микроструктура (К500); б — схема микроструктуры
164
Микроструктура цианированной стали. При высоко-
температурном цианировании с последующей закалкой
низкоуглеродистой стали от поверхности образуется мар-
Рис. 4.7. Цианированный слой легированной стали после закалки:
а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
тенсит, далее располагается
структура (рис. 4.6).
При высокотемпературном
цианировании с последующей
закалкой легированной стали
от поверхности образуется
аустенито-мартенситная струк-
тура, далее располагается мар-
тенситная и затем мартенсито-
трооститпая структура (рис.
4.7).
Микроструктура алитиро-
ванной стали. Структура али-
тированного слоя (рис. 4.8)
состоит из зерен химического
соединения FejAls (самый на-
ружный слой), зерен твердого
раствора алюминия в «-желе-
зе, пронизанных иглами того
же химического соединения
(следующий слой), и зерен
твердого раствора без игл хи-
мартенсито-трооститная
Рис. 4.8. Алитированный
слой низкоуглеродистой
стали (схема микрострук-
туры)
мического соединения. Содер-
жание алюминия р алитированном слое достигает 40—
50%.
165
Рис. 4.9. Хромированный слой среднеуглеродистой стали:
а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры
Рис. 4.10. Силицированный слой низкоуг-
лсродистой стали (схема микроструктуры)
Микроструктура хромированной стали. Хромирован-
ный слой низкоуглеродистой стали представляет собой
твердый раствор хрома в a-железе и содержит 30—60%
Сг (2500—3000 HV). Хромированный слой средне- и вы-
166
Сокоуглеродистых сталей состоит из карбидов (Сг, Fe)7C3
или Сг23Сб (рис. 4.9). Содержание углерода в поверхно-
стном слое достигает 7—8%, а хрома 75—95%. Твер-
дость 12 000—13 000 HV.
Микроструктура силицированной стали. Микрострук-
тура силицированного слоя представляет собой твердый
раствор кремния в а-желе-
зе. Количество кремния в
поверхностных зонах слоя
достигает 14%; чем глубже
расположена зона, тем мень-
ше кремния. В зоне, распо-
ложенной непосредственно
за силицированным слоем,
содержание углерода повы-
шено по сравнению с содер-
жанием углерода в сердце-
вине (рис. 4.10). Это объяс-
няется оттеснением углеро-
да в глубь стали в связи с
его плохой растворимостью
в кремнистом феррите. Ха-
Рис. 4.11. Борированный
слой железа (схема микро-
структуры)
рактерной особенностью силицированного слоя является
его пористость. Твердость слоя 2500—3000 HV.
Микроструктура борированной стали. Основное свой-
ство борированного слоя — исключительно высокая твер-
дость (до 20 000 HV) вследствие образования на поверх-
ности высокотвердых боридов железа — FeB и Fe2B
(рис. 4.11).
Протокол микроанализа химико-термически обработанных сталей
№ п/п Наименование и марка стали Обработка Микроструктура Свойства, примене- ние
Зарисовка* Наименование
1 2 3 4 5 6

* См. примечание к протоколу микроанализа сталей и белых чугунов, с. 99.
167
РАБОТА 5
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДУРАЛЮМИИА
Задание
1. Определить твердость образцов дуралюмииа в ис-
ходном (отожженном) состоянии.
2. Определить температуру закалки дуралюмииа.
3. Определить время нагрева образцов при принятой
температуре.
4. Провести закалку в воде образцов дуралюмииа.
5. Определить твердость после закалки.
6. Провести искусственное старение закаленных об-
разцов при температурах 150, 175 и 250°С.
7. Определить твердость после старения.
8. Результаты работы оформить в виде протокола.
9. Построить кривые зависимости твердости образцов
от длительности старения для всех исследуемых темпе-
ратур.
10. Написать отчет по работе в соответствии с пунк-
тами задания и сделать необходимые выводы.
Цель работы
Ознакомиться с режимами термической обработки и
получить практические навыки проведения закалки и ис-
кусственного старения дуралюмииа.
Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь муфель-
ную печь с потенциометром; закалочный бак с водой;
пресс Бринелля; лупу для измерения отпечатка; образцы
дуралюмииа; клещи; штангенциркуль; шлифовальную
шкурку.
Подготовка образцов для термической
обработки
Образцы должны быть цилиндрические или прямо-
угольные диаметром или толщиной 10—15 мм, высотой
15—20 мм из дуралюмииа Д1, Д6 или Д16. На боковой
поверхности каждого образца должно быть клеймо мар-
ки сплава. Марку сплава образца записывают в графу
168
2 протокола. Образцы измеряют при помощи штанген-
циркуля и результаты замера записывают в графу
3 протокола.
Определение твердости дуралюмина
в исходном (отожженном) состоянии
Определить твердость образцов в исходном (отож-
женном) состоянии по НВ и значение твердости запи-
сать в графу 4 протокола.
Закалка образцов и определение твердости
дуралюмина после закалки
1. Температуру закалки дуралюмина (в °C): Д1 —
5O5+'io> Д6 — 500±3 или Д16--500--5 записать в графу
5 протокола.
2. Определить время нагрева образцов исходя из рас-
чета 2 мин на 1 мм диаметра или толщины образца и
записать в графу 6 протокола.
3. Образцы поместить в печь (рекомендуется приме-
нять электропечи с принудительной циркуляцией возду-
ха), нагретую до температуры закалки для дуралюмина
данной марки, и выдержать в печи требуемое время.
4. Образцы последовательно один за другим вынуть
из печи и охладить в воде при энергичном движении об-
разца в охлаждающей жидкости.
5. Оба торца образцов зачистить на шлифовальной
шкурке.
6. Определить твердость закаленных образцов по НВ
и полученный результат записать в графу 7 протокола.
Старение образцов и определение твердости
дуралюмина после старения
1. Провести искусственное старение закаленных об-
разцов при температурах 150, 175 и 250°С с выдержкой
при каждой температуре 20 и 30 мин. Температуру и
продолжительность старения записать в графы 8 и 9 про-
токола.
2. Оба торца образцов зачистить на шлифовальной
шкурке.
3. Определить твердость НВ образцов после старения
и полученный результат записать в графу 10 протокола.
169
Протокол термической обработки дуралюмина
к? п/п Марка сплава ! Диаметр или толщина, мм | Твердость в исходном ' состоянии, /7Д Температура закалки, °C Время нагре- ва при закал- ке, мин Твердость после закал- ки НВ । Температура старения, °C Продолжи- тельность । старения, мин Твердость после старе- ния НВ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

4. Построить кривые зависимости твердости образцов
от длительности старения для всех исследованных темпе-
ратур. За исходную твердость принимать твердость за-
каленного образца.
ПРИЛОЖЕНИЕ
1. Зависимость работы удара от угла подьема маятника
до и после излома образца
Угол подъема маятника после излома образца, градусы Работа удара, даДж (кгс м), при угле подъема маятника до излома образца, градусы Угол подъема маятника после излома образца градусы Работа удара, даДж (кгс-м), при угле подъема маятника до излома образца, градусы
G9 90 107 130 69 90 107 130
2 1,97 3,07 3,97 5,04 I 66 0,15 1,25 2,15 3,22
4 1,96 3,06 3,96 5,04 68 0,05 1,15 2,05 3,12
6 1,95 3,05 3,95 5,03 70 1,05 1,95 3,02
8 1,94 3,04 3,94 5,01 72 0,95 1,85 2,92
10 1,92 3,02 3,92 5,00 74 0,86 1,79 2,82
12 1,90 3,00 3,90 4,98 76 0,74 1,69 2,72
14 1,88 2,98 3,88 4,95 78 0,64 1,54 2,61
16 1,85 2,95 3,85 4,92 80 0,53 1,43 2,51
18 1,82 2,92 3,82 4,89 82 0,43 1,32 2,40
20 1,77 2,87 3,77 4,85 84 0,32 1,22 2,29
22 1,75 2,85 3,74 4,82 86 0,21 1,11 2,19
24 1,70 2,80 3,70 4,78 88 0,11 1,00 2,08
26 1,66 2,76 3,66 4,73 90 0,00 0,90 1,97
28 1,61 2,71 3,61 4,68 92 0,79 1,87
30 1,56 2,66 3,56 4,63 94 0,68 1,76
32 1,50 2,60 3,50 4,58 96 0,58 1,65
34 1,44 2,55 3,44 4,52 98 0,47 1,55
36 1,38 2,48 3,38 4,48 100 0,36 1,44
38 1,32 2,42 3,32 4,39 102 0,26 1,34
40 1,25 2,35 3,25 4,33 , 104 0,15 1,23
42 1,18 2,28 3,18 4,25 106 0,05 1,13
44 1,11 2,21 3,11 4,18 108 1,05
46 1,03 2,13 3,03 4,11 110 0,92
48 0,95 2,05 2,95 4,03 112 0,82
50 0,87 1,97 2,87 3,95 ' 114 0,72
52 0,79 1,89 2,79 3,86 , 116 0,63
54 0,70 1,80 2,70 3,78 Н8 0,53
56 0,62 1,72 2,61 3,69 | 120 0,44
58 0,53 1,63 2,52 3,60 । 122 0,35
60 0,43 1,54 2,43 3,51 ! fj 124 0,26
62 0,34 1,44 2,34 3,41 j ‘ 126 0,17
64 0,24 1,35 2,24 3,32 i il 128 0,08
171
2. Определение чисел твердости по Бринеллю
Диаметр отпечатка 6?10, ИЛИ 2</6, или 4dn _ , мм 2,5’ Число твердости //Д при нагрузке Р, Н Диаметр отпечатка diQ, или 2d&, или 4dn , мм 2,5 Число твердости ПР при нагрузке Р, П
300£>2 1 00D2 25D2 300D2 1 00D2 25D2
2,9) 4440 1 4,50 1790 595 149
2,95 4290 —- —- 4,55 1740 581 145
3,00 4150 — 346 | 4,60 1700 568 142
3,05 4010 •— 334 1 4,65 1670 555 139
3,10 383.) 1290 323 4,70 1630 543 136
3,15 3750 1250 313 4,75 1590 530 133
3,20 3630 1210 303 4,80 1560 519 130
3,25 3520 1170 293 4,85 1520 507 127
3,30 3410 1140 284 4,90 1490 496 124
3,35 3310 1100 276 4,95 1460 486 122
3,40 3210 1070 267 5,00 1430 475 119
3,45 3110 1040 259 5,05 1400 465 116
3,50 3020 1010 252 г, 10 1370 455 114
3,55 2930 977 245 5,15 1340 446 112
3,60 2850 С 50 237 5,20 1310 437 109
3,65 2770 923 231 5,25 1280 428 107
3,70 2690 897 224 5,30 1260 419 105
3,75 2620 872 218 5,35 1230 410 103
3,80 2550 849 212 5,40 1210 402 101
3,85 2480 826 207 5,45 1180 394 98,6
3,90 2410 804 201 5,50 1160 386 96,6
3,95 2350 783 196 5,55 1140 379 94,6
4,00 2290 763 191 5,60 1110 371 92,7
4,05 2230 743 186 5,65 1090 364 91,0
4,10 2170 724 181 5,70 1070 357 89,3
4,15 2120 706 176 , ! 5,75 1050 350 87t6
4.20 2070 688 172 5,80 1030 343 85,9
4,25 2010 671 168 1 | 5,85 1010 337 84,3
4,30 1970 655 164 i 5,90 992 331 82,6
4,35 1920 639 160 • 5,95 973 324 81,1
4,40 1870 624 156 । । 6,00 955 318 79,6
4,45 1830 609 152 1
Примечание. Размерность твердости дана в МПа. Диаметры отпе-
чатков даны для шарика диаметром К) мм. Для определения по таблице числа
твердости при испытании шариком диаметром 5 мм диаметр отпечатка надо
умножить на 2, а ври испытании шариком диаметром 2.5 м — на 4.
172
3. Соотношение чисел твердости по Бринеллю и Роквеллу
Твердость по Бринеллю* Твердость но Роквеллу || Твердость но Бринеллю* Твердость по Роквеллу
Диаметр отпечатка, мм ни HRC HRB HRA 1| Диаметр отпечатка, i J мм НВ HRC HRB HRA
2,20 7800 72 84 4,00 2290 20 100 61
2,30 7120 68 — 82 | 4,10 2117 17 98 60
2,40 6530 64 — 80 4,20 2070 14 95 59
2,50 6010 60 .— 78 । 4,30 1970 12 93 58
2,60 5550 56 — 77 . 4,40 1870 9 91 57
2,70 5140 52 — 75 , 4,50 1790 7 90 56
2,80 4770 49 — 74 4,60 1700 4 88 55
2,90 4440 4 — 73 • 4,70 1630 2 86 53
3,00 4150 43 — 72 < ! 4,80 1560 0 84 52
3,10 3880 41 — 71 : 1 4,90 1490 — 82 —
3,20 3630 39 — 70 ! 5,00 1430 — 80 —
3,30 3410 36 68 5,10 1370 — 78 .—
3,40 3210 33 — 67 5,20 1310 — 76 .—
3,50 3020 31 — 66 5,30 1260 — 74 —
3,60 2850 29 — 65 5,40 1210 — 72 —
3,70 2690 27 — 64 5,50 1160 — 70 —
3,80 2550 25 — 63 5,60 1110 — 67 —
3,90 2410 23 102 62 5,70 1070 — 65 —
♦Диаметр шарика 10 мм; нагрузка 30 000 Н; размерность твердости в
МПа.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие . ............................ 3
L Лабораторные работы но металловедению
Работа 1. Наблюдение с помощью биологического микро-
скопа за процессом кристаллизации из раствора соли . 4
Работа 2. Макроскопический анализ (макроанализ) . . 6
Работа 3. Микроскопический анализ (.микроанализ) . . 12
Работа 4. Магнитная дефектоскопия ...... 27
Работа 5. Ультразвуковой метод дефектоскопии ... 31
Работа 6. Испытание на растяжение......................37
Работа 7. Испытание на твердость по Бринеллю . . 46
Работа 8. Испытание на твердость по Гоквеллу . 54
Работа 9. Испытание на твердость по Виккерсу . . 61
Работа 10. Испытание на микротвердость..................68
Работа И. Испытание на ударную вязкость .... 75
Работа 12. Испытание листов и лент на вытяжку сфериче-
ской лунки 79
Работа 13. Определение температур кристаллизации метал-
лов и -сплавов и построение диаграммы состояния терми-
ческим методом...................................... 84
Работа 14. Микроанализ железоуглеродистых сплавов (ста-
лей и белых чугунов) в равновесном состоянии ... 91
Работа 15. Микроанализ серых, половинчатых, высокопроч-
ных и ковких чугунов ............................... 100
Работа 16. Микроанализ конструкционных сталей . . . 108
Работа 17. Микроанализ инструментальных сталей . . 115
Работа 1’8. Микроанализ сталей и сплавов с особыми
свойствами...........................................120
Работа 19. Микроанализ алюминиемых и магниевых сплавов 12'5
Работа 20. Микроанализ меди, латуней и бронз . . . 132
Работа 21. М//кроанализ баббитов и титановых сплавов . 142
II. Лабораторные работы по термической обработке металлов
Работа 1. Нормализация углеродистой стали .... 147
Работа 2. Определение прокаливаемости стали метолом
торцовой закалки ....................................150
Работа 3. Термическая обработка (закалка и отпуск) угле-
родистой стали.......................................155
Работа 4. Микроанализ химико-термически обработанных
углеродистых и легированных сталей...................160
Работа =5. Термическая обработка дуралюмииа . . . 168
Приложение..........................* ............171
И Б № 2069
Алексей Иванович Самохоцкнй
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
ПО МЕТАЛЛОВЕДЕНИЮ
И ТЕРМИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ
Редактор II. Г. С а л ь в и к о в а
Художественный редактор Ю. Г. Вороичих н и
Технический редактор Н. II. Чистякова
Корректор Н. Э. Я с у д о в и ч
Обложка художника Б. JO. Лисенкова
Сдано в набор 26.09,80. Подписано в печать 03.12.80. Т-19738. Формат 84х1087з
Бумага типографская № 1. Гарнитура литературная. Печать высокая.
Усл. печ. л. 9,24. Уч.-изд. л. 8,7. Тираж 50 000 экз. Заказ № 1290. Цена 25 к.
Издательство «Машиностроение», 107076, Москва, Б-76. Стромынский пер.. 4.
Московская типография № ЗГ- Союзпэлйграфпрома при Государственном
комитете СССР ио делам издательств, полиграфии и книжной торговли
Москва, 103031, Цветной бульвар, 26.
Издательство «Машиностроение»
Новые книги
по металловедению и термической обработке
металлов
Выпуск 1981 года
Васильева Л. Г. Деформационное упрочнение за-
каленных конструкционных сталей. 18 л., ил.
Касатонов В. Ф., Стрелков В. С., Темкин
Б. О. Термическая обработка и отделка поковок. 3-е изд.,
перераб. и доп. 5 л., ил. (Б-чка кузнеца-новатора).
Смольников Е. А. Термическая обработка инст-
рументов в соляных ваннах. 22 л., ил.
Своевременно наказывайте и приобретайте новые кни-
ги издательства «Машиностроение» в магазинах, распро-
страняющих техническую литературу!