Биронт В.С. и др. Механические свойства сплавов и фазовые превращения
Подождите немного. Документ загружается.
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Банк тестовых заданий в системе UniTest
Учебная программа дисциплины «Машиностроение»
Учебное пособие
Лабораторный практикум «Структура железоуглеродистых
и цветных сплавов»
Методические указания по практическим занятиям
Методические указания по самостоятельной работе
Учебная программа дисциплины «Горное дело»
Учебная программа дисциплины «Металлургия»
Лабораторный практикум «Материаловедение»
Красноярск
ИПК СФУ
2008
Электронный
учебно-методический комплекс
УДК 620.22
ББК 30.3
Б64
Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Материаловедение» подготовлен в
рамках инновационной образовательной программы «Материаловедческое образование при подготовке
бакалавров, инженеров и магистров по укрупненной группе образовательных направлений и специаль-
ностей «Материаловедение, металлургия и машиностроение» в СФУ», реализованной в ФГОУ ВПО
СФУ в 2007 г.
Рецензенты:
Красноярский краевой фонд науки;
Экспертная комиссия СФУ по подготовке учебно-методических комплексов дис-
циплин
Б64 Механические свойства сплавов и фазовые превращения. Версия 1.0 [Элек-
тронный ресурс] : метод. указания по практ. занятиям / сост. : В. С. Биронт,
Т. А. Орелкина, Т. Н. Дроздова. – Электрон. дан. (2 Мб). – Красноярск : ИПК
СФУ, 2008. – (Материаловедение : УМКД № 12-2007 / рук. творч. коллектива
Л. С. Цурган, Л. А. Быконя, Т. А. Орелкина). – 1 электрон. опт. диск (DVD). –
Систем. требования : Intel Pentium (или аналогичный процессор других произ-
водителей) 1 ГГц ; 512 Мб оперативной памяти ; 2 Мб свободного дискового
пространства ; привод DVD ; операционная система Microsoft Windows
2000 SP 4 / XP SP 2 / Vista (32 бит) ; Adobe Reader 7.0 (или аналогичный про-
дукт для чтения файлов формата pdf).
ISBN 978-5-7638-1039-4 (комплекса)
Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320802377
от 24.11.2008 г. (комплекса)
Настоящее издание является частью электронного учебно-методического комплекса по дисциплине «Мате-
риаловедение», включающего учебные программы по направлениям «Металлургия», «Горное дело» и «Технология
геологической разведки», учебное пособие, практикум «Материаловедение. Металлические материалы», лабора-
торные практикумы «Структура железоуглеродистых и цветных сплавов» и «Материаловедение», методические
указания по самостоятельной работе, контрольно-измерительные материалы «Материаловедение. Банк тестовых
заданий», наглядное пособие «Материаловедение. Презентационные материалы».
Даны методики проведения испытаний механических свойств металлических материалов, изложены основ-
ные положения теории кристаллизации как одного из важнейших процессов, описываемых двухкомпонентными
диаграммами состояния. Рассмотрены основные фазы в металлических системах, способы построения двухкомпо-
нентных систем. Описаны фазовые превращения, протекающие в сплавах в широком температурном интервале от
жидкого состояния до комнатной температуры с учетом механизмов и кинетики превращений.
Предназначены для студентов направления подготовки бакалавров 150100.62 «Металлургия» укрупненной
группы 150000 «Материаловедение, металлургия и машиностроение».
© Сибирский федеральный университет, 2008
Рекомендовано к изданию
Инновационно-методическим управлением СФУ
Редактор Л. Г. Семухина
Разработка и оформление электронного образовательного ресурса: Центр технологий элек-
тронного обучения информационно-аналитического департамента СФУ; лаборатория по разработке
мультимедийных электронных образовательных ресурсов при КрЦНИТ
Содержимое ресурса охраняется законом об авторском праве. Несанкционированное копирование и использование данного про-
дукта запрещается. Встречающиеся названия программного обеспечения, изделий, устройств или систем могут являться зарегистрирован-
ными товарными знаками тех или иных фирм.
Подп. к использованию 01.09.2008
Объем 2 Мб
Красноярск: СФУ, 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79
Механические свойства сплавов и фазовые превращения. Метод. указания к практическим занятиям
-3-
О
О
г
г
л
л
а
а
в
в
л
л
е
е
н
н
и
и
е
е
В
В
В
В
Е
Е
Д
Д
Е
Е
Н
Н
И
И
Е
Е
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4
4
П
П
Р
Р
А
А
К
К
Т
Т
И
И
Ч
Ч
Е
Е
С
С
К
К
О
О
Е
Е
З
З
А
А
Н
Н
Я
Я
Т
Т
И
И
Е
Е
1
1
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
5
5
М
М
е
е
х
х
а
а
н
н
и
и
ч
ч
е
е
с
с
к
к
и
и
е
е
с
с
в
в
о
о
й
й
с
с
т
т
в
в
а
а
м
м
е
е
т
т
а
а
л
л
л
л
о
о
в
в
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
5
5
П
П
Р
Р
А
А
К
К
Т
Т
И
И
Ч
Ч
Е
Е
С
С
К
К
О
О
Е
Е
З
З
А
А
Н
Н
Я
Я
Т
Т
И
И
Е
Е
2
2
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
1
4
4
К
К
р
р
и
и
с
с
т
т
а
а
л
л
л
л
и
и
з
з
а
а
ц
ц
и
и
я
я
м
м
е
е
т
т
а
а
л
л
л
л
о
о
в
в
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1
1
4
4
П
П
Р
Р
А
А
К
К
Т
Т
И
И
Ч
Ч
Е
Е
С
С
К
К
О
О
Е
Е
З
З
А
А
Н
Н
Я
Я
Т
Т
И
И
Е
Е
3
3
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
2
2
6
6
Д
Д
и
и
а
а
г
г
р
р
а
а
м
м
м
м
ы
ы
с
с
о
о
с
с
т
т
о
о
я
я
н
н
и
и
я
я
с
с
и
и
с
с
т
т
е
е
м
м
с
с
н
н
е
е
о
о
г
г
р
р
а
а
н
н
и
и
ч
ч
е
е
н
н
н
н
о
о
й
й
р
р
а
а
с
с
т
т
в
в
о
о
р
р
и
и
м
м
о
о
с
с
т
т
ь
ь
ю
ю
в
в
ж
ж
и
и
д
д
к
к
о
о
м
м
и
и
т
т
в
в
е
е
р
р
д
д
о
о
м
м
с
с
о
о
с
с
т
т
о
о
я
я
н
н
и
и
и
и
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
2
2
6
6
П
П
Р
Р
А
А
К
К
Т
Т
И
И
Ч
Ч
Е
Е
С
С
К
К
О
О
Е
Е
З
З
А
А
Н
Н
Я
Я
Т
Т
И
И
Е
Е
4
4
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
3
3
0
0
Д
Д
и
и
а
а
г
г
р
р
а
а
м
м
м
м
ы
ы
с
с
о
о
с
с
т
т
о
о
я
я
н
н
и
и
я
я
с
с
и
и
с
с
т
т
е
е
м
м
с
с
э
э
в
в
т
т
е
е
к
к
т
т
и
и
ч
ч
е
е
с
с
к
к
и
и
м
м
р
р
а
а
в
в
н
н
о
о
в
в
е
е
с
с
и
и
е
е
м
м
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
3
3
0
0
П
П
Р
Р
А
А
К
К
Т
Т
И
И
Ч
Ч
Е
Е
С
С
К
К
О
О
Е
Е
З
З
А
А
Н
Н
Я
Я
Т
Т
И
И
Е
Е
5
5
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
3
3
9
9
Д
Д
и
и
а
а
г
г
р
р
а
а
м
м
м
м
ы
ы
с
с
о
о
с
с
т
т
о
о
я
я
н
н
и
и
я
я
с
с
и
и
с
с
т
т
е
е
м
м
п
п
е
е
р
р
и
и
т
т
е
е
к
к
т
т
и
и
ч
ч
е
е
с
с
к
к
о
о
г
г
о
о
т
т
и
и
п
п
а
а
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
3
3
9
9
П
П
Р
Р
А
А
К
К
Т
Т
И
И
Ч
Ч
Е
Е
С
С
К
К
О
О
Е
Е
З
З
А
А
Н
Н
Я
Я
Т
Т
И
И
Е
Е
6
6
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4
4
8
8
Д
Д
и
и
а
а
г
г
р
р
а
а
м
м
м
м
ы
ы
с
с
о
о
с
с
т
т
о
о
я
я
н
н
и
и
я
я
с
с
и
и
с
с
т
т
е
е
м
м
с
с
п
п
р
р
о
о
м
м
е
е
ж
ж
у
у
т
т
о
о
ч
ч
н
н
ы
ы
м
м
и
и
ф
ф
а
а
з
з
а
а
м
м
и
и
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4
4
8
8
П
П
Р
Р
А
А
К
К
Т
Т
И
И
Ч
Ч
Е
Е
С
С
К
К
О
О
Е
Е
З
З
А
А
Н
Н
Я
Я
Т
Т
И
И
Е
Е
7
7
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
5
5
6
6
Д
Д
и
и
а
а
г
г
р
р
а
а
м
м
м
м
ы
ы
ф
ф
а
а
з
з
о
о
в
в
о
о
г
г
о
о
р
р
а
а
в
в
н
н
о
о
в
в
е
е
с
с
и
и
я
я
с
с
р
р
а
а
с
с
с
с
л
л
о
о
е
е
н
н
и
и
е
е
м
м
ж
ж
и
и
д
д
к
к
и
и
х
х
р
р
а
а
с
с
т
т
в
в
о
о
р
р
о
о
в
в
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
5
5
6
6
П
П
Р
Р
А
А
К
К
Т
Т
И
И
Ч
Ч
Е
Е
С
С
К
К
О
О
Е
Е
З
З
А
А
Н
Н
Я
Я
Т
Т
И
И
Е
Е
8
8
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
6
6
2
2
Д
Д
и
и
а
а
г
г
р
р
а
а
м
м
м
м
ы
ы
с
с
о
о
с
с
т
т
о
о
я
я
н
н
и
и
я
я
с
с
и
и
с
с
т
т
е
е
м
м
с
с
э
э
в
в
т
т
е
е
к
к
т
т
о
о
и
и
д
д
н
н
ы
ы
м
м
р
р
а
а
в
в
н
н
о
о
в
в
е
е
с
с
и
и
е
е
м
м
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
6
6
2
2
Б
Б
И
И
Б
Б
Л
Л
И
И
О
О
Г
Г
Р
Р
А
А
Ф
Ф
И
И
Ч
Ч
Е
Е
С
С
К
К
И
И
Й
Й
С
С
П
П
И
И
С
С
О
О
К
К
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
6
6
8
8
Механические свойства сплавов и фазовые превращения. Метод. указания к практическим занятиям
-4-
В
В
В
В
Е
Е
Д
Д
Е
Е
Н
Н
И
И
Е
Е
Материаловедение является одной из общеобразовательных профес-
сиональных дисциплин при подготовке специалистов по направлению «Ме-
таллургия». Изучение дисциплины «Материаловедение» для всех металлур-
гических специальностей предусматривает проведение практических заня-
тий, позволяющих расширить представления о механизмах, процессах и пре-
вращениях в материалах. В данном издании изложены основные теоретиче-
ские положения и методические аспекты разделов курса «Материаловеде-
ние».
На первом практическом занятии студенты знакомятся с методиками
испытаний, типами образцов, способами определения основных свойств ме-
таллических материалов.
На втором практическом занятии рассматриваются основные положе-
ния теории кристаллизации, даются определения гомогенной и гетерогенной
кристаллизации, механизмы роста и формы роста кристаллов, показывается
влияние параметров кристаллизации на размер литого зерна.
На практических занятиях с третьего по восьмое раскрываются общие
подходы формирования структуры сплавов при фазовых превращениях в
жидком, твердожидком и твердом состояниях в системах А–В. Изучаются
основные типы диаграмм фазового равновесия: диаграммы с неограничен-
ным рядом твердых растворов, эвтектического и перитектического типа, диа-
граммы с промежуточными фазами, с областью расслоения в жидком состоя-
нии и с полиморфными превращениями компонентов.
В методических указаниях дается описание характерных точек и ли-
ний на диаграммах, а также рассматривается образование фазовых и струк-
турных составляющих систем в сплавах с различным содержанием компо-
нентов. Описаны фазовые превращения, протекающие в сплавах в широком
температурном интервале от жидкого состояния до комнатной температуры,
с учетом механизмов и кинетики превращений, применительно к основным ти-
пам двухкомпонентных систем. Представлены структуры типичных сплавов
изучаемых диаграмм фазового равновесия в различных интервалах температур.
При описании фазовых превращений в рассматриваемых диаграммах
состояния даны иллюстрации, созданные на кафедре «Металловедение и
термическая обработка металлов» в виде презентаций с использованием
Power Point.
Контрольные вопросы и задания по самостоятельной работе позволят
закрепить знания и практические навыки по дисциплине «Материаловедение».
В подготовке материалов к практическим занятиям 3–8 принимали
участие В.И. Аникина, В.Ю. Гурская.
Механические свойства сплавов и фазовые превращения. Метод. указания к практическим занятиям
-5-
П
П
Р
Р
А
А
К
К
Т
Т
И
И
Ч
Ч
Е
Е
С
С
К
К
О
О
Е
Е
З
З
А
А
Н
Н
Я
Я
Т
Т
И
И
Е
Е
1
1
М
М
е
е
х
х
а
а
н
н
и
и
ч
ч
е
е
с
с
к
к
и
и
е
е
с
с
в
в
о
о
й
й
с
с
т
т
в
в
а
а
м
м
е
е
т
т
а
а
л
л
л
л
о
о
в
в
Ц
Ц
е
е
л
л
ь
ь
з
з
а
а
н
н
я
я
т
т
и
и
я
я
:
:
изучить методики испытаний механических свойств, определить ос-
новные механические характеристики металлов и сплавов.
С
С
о
о
д
д
е
е
р
р
ж
ж
а
а
н
н
и
и
е
е
р
р
а
а
б
б
о
о
т
т
ы
ы
:
:
1. Рассмотреть схемы и методы оценки свойств при испытании на
твердость, растяжение и ударный изгиб.
2. Рассчитать механические характеристики по результатам испыта-
ний на растяжение и ударный изгиб.
К
К
р
р
а
а
т
т
к
к
и
и
е
е
т
т
е
е
о
о
р
р
е
е
т
т
и
и
ч
ч
е
е
с
с
к
к
и
и
е
е
с
с
в
в
е
е
д
д
е
е
н
н
и
и
я
я
Механические свойства характеризуют способность материала сопро-
тивляться деформации и разрушению под действием приложенных нагрузок.
По характеру изменения во времени действующей нагрузки механи-
ческие испытания могут быть статическими (на растяжение, сжатие, изгиб,
кручение), динамическими (на ударный изгиб) и циклическими (на уста-
лость).
По воздействию температуры на процесс их делят на испытания при
комнатной температуре, низкотемпературные и высокотемпературные (на
длительную прочность, ползучесть).
Статические испытания проводятся при воздействии на образец с
определенной скоростью постоянно действующей нагрузки. Скорость де-
формации составляет от 10
-4
до 10
-1
с
-1
. Статические испытания на растяже-
ние относятся к наиболее распространенным. Свойства, определяемые при
этих испытаниях, приведены в многочисленных стандартах по техническим
условиям на материалы. К статическим относятся испытания на растяжение,
сжатие, изгиб, кручение.
Динамические испытания характеризуются приложением к образцу
ударной нагрузки и значительной скоростью деформации. Длительность ис-
пытания не превышает сотен долей секунды. Скорость деформации состав-
ляет около 10
2
с
-1
. Динамические испытания чаще всего проводят по схеме
ударного изгиба образцов с надрезом.
Циклические испытания характеризуются многократными измене-
ниями нагрузки по величине и по направлению. Примером испытаний явля-
ются испытания на усталость, они длительны и по их результату определяют
число циклов до разрушения при разных значениях напряжения. В конечном
итоге находят предельные напряжения, который образец выдерживает без
разрушения в течение определенного числа циклов нагружения.
Испытания на твердость. Простейшим механическим свойством
является твердость. Методы определения твердости в зависимости от скоро-
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 1
Механические свойства металлов
Механические свойства сплавов и фазовые превращения. Метод. указания к практическим занятиям
-6-
сти приложения нагрузки делятся на статические и динамические, а по спо-
собу ее приложения – на методы вдавливания и царапания. Методы опреде-
ления твердости по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу относятся к статическим
методам испытания.
Твердость – это способность материала сопротивляться вдавливанию
в него более твердого тела (индентора) под действием внешних сил.
При испытании на твердость в поверхность материалов вдавливают
пирамиду, конус или шарик (индентор), в связи с чем различают методы ис-
пытаний, соответственно, по Виккерсу, Роквеллу и Бринеллю. Кроме того,
существуют менее распространенные методы испытания твердости: метод
упругого отскока (по Шору), метод сравнительной твердости (Польди) и не-
которые другие.
При испытании материалов на твердость не изготавливают стандарт-
ных специальных образцов, однако к размерам и поверхности образцов и из-
делий предъявляются определенные требования.
Твердость по Виккерсу (ГОСТ 2999-75) устанавливают путем вдавли-
вания в металл индентора – алмазной пирамиды с углом при вершине 136
о
под действием постоянной нагрузки Р: 1; 2; 2,5; 3; 5; 10; 20; 30; 50 или 100
кгс и выдержки под нагрузкой в течение 10–15 с. Для определения твердости
черных металлов и сплавов используют нагрузки от 5 до 100 кгс, медных
сплавов – от 2,5 до 50 кгс, алюминиевых сплавов – от 1 до 100 кгс. После
снятия нагрузки с помощью микроскопа прибора находят длину диагонали
отпечатка, а твердость HV рассчитывают по формуле
2
P
HV 1,854
d
=
,
где Р – нагрузка, кгс; d – диагональ отпечатка, мм.
Имеется таблица зависимости твердости от величины нагрузки и дли-
ны диагонали. Поэтому на практике вычислений не производят, а пользуются
готовой расчетной таблицей. Твердость по Виккерсу HV измеряется в
кгс/мм
2
,
Н/мм
2
или МПа. Значение твердости по Виккерсу может изменяться
от HV 2 060 до HV 5 при нагрузке 1 кгс.
По методу Бринелля вдавливают в образец или изделие стальной
закаленный шарик диаметром 10, 5 или 2,5 мм под действием нагрузок 3
000, 1 000, 750, 500, 250, 62,5 кгс и др. (ГОСТ 9012-59, рис. 1.1
). Полученный
круглый отпечаток на образце измеряют под лупой и по таблицам находят
величину твердости по Бринеллю, значение которой не превышает 450 НВ.
Твердость по Бринеллю почти совпадает со значениями твердости по Виккерсу.
Твердость НВ – это также величина напряжений сопротивления вдав-
ливанию:
(
)
22
ot
P P 2P
HB
F Dt
DD D d
= = =
π
π− −
,
где Р – нагрузка, кгс; F
ot
– площадь отпечатка, мм
2
; t – глубина сегмента от-
печатка; D – диаметр шарика, мм; d – диаметр отпечатка, мм.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 1
Механические свойства металлов
Механические свойства сплавов и фазовые превращения. Метод. указания к практическим занятиям
-7-
Твердость по Бринеллю НВ (по
умолчанию) имеет размерность кгс/мм
2
,
например, твердость алюминиевого спла-
ва равна 70 НВ. При нагрузке, определяе-
мой в ньютонах, твердость по Бринеллю
измеряется в МПа. Например, твердость
отожженной стали равна 207 НВ при на-
грузке 3 000 кгс, диаметре шарика 10 мм,
диаметре отпечатка 4,2 мм или, учитывая
коэффициент перевода: 1 Н = 9,8 кгс,
НВ = 2 028 МПа.
По методу Роквелла (ГОСТ 9013-59)
вдавливают алмазный конус с углом при
вершине 120
о
(шкалы А и С) или стальной
шарик диаметром 1,5875 мм (шкала В).
При этом определяют твердость, соответственно, HRA, HRC и HRB. В на-
стоящее время измерение твердости по методу Роквелла является наиболее
распространенным методом, потому что при использовании твердомеров Ро-
квелла не требуется измерять отпечаток, число твердости считывается со
шкалы прибора сразу после снятия основной нагрузки.
Метод заключается во вдавливании в испытуемый образец индентора
под действием двух последовательно прикладываемых нагрузок – предвари-
тельной Р
0
и основной P
1
, которая добавляется к предварительной, так что
общая нагрузка Р = Р
0
+ Р
1
. После выдержки в течение нескольких секунд ос-
новную нагрузку снимают и измеряют остаточную глубину проникновения
индентора, который при этом продолжает находиться под действием предва-
рительной нагрузки. Перемещение основной стрелки индикатора на одно де-
ление шкалы соответствует перемещению индентора на 0,002 мм, которое
принимается за единицу твердости.
На рис. 1.2
представлена схема измерения твердости по методу Рок-
велла алмазным или твердосплавным конусом. При испытаниях измеряют
глубину восстановленного отпечатка. Шкалы А и С между собой совпадают,
поскольку испытания проводят одним и тем же индентором – алмазным ко-
нусом, но при разных нагрузках: 60 и 150 кгс соответственно. Твердость в
этом случае определяется как
t Hh
HRC 100
0,002 0,002
−
= = −
.
По шкале В (нагрузка 100 кгс, шарик)
Hh
HRB 130
0,002
−
= −
.
Рис. 1.1. Схема определения
твердости по Бринеллю
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 1
Механические свойства металлов
Механические свойства сплавов и фазовые превращения. Метод. указания к практическим занятиям
-8-
Рис. 1.2. Схема определения твердости по Роквеллу
(индентор – конус)
На практике значения твердости по Роквеллу не рассчитываются по
формулам, а считываются с соответствующей (черной или красной) шкалы
прибора. Шкалы HRC и HRA используются для высокой твердости, HRB –
для низкой. Число твердости по Роквеллу измеряют в условных единицах,
оно является мерой глубины вдавливания индентора под определенной на-
грузкой.
Испытание на растяжение материалов проводят в соответствии с
ГОСТ 1497-84 «Методы испытаний на растяжение». Стандарт устанавливает
методы статических испытаний на растяжение черных и цветных металлов
для определения при температуре 20 °С пределов пропорциональности, уп-
ругости, текучести, временного сопротивления разрыву, относительного уд-
линения и относительного сужения, модуля упругости.
Для испытаний применяют плоские и цилиндрические образцы, выре-
занные из детали или специально изготовленные. Размеры образцов регла-
ментированы указанным стандартом, они подчиняются геометрическому по-
добию и могут быть короткими и длинными. Для цилиндрического образца
берется соотношение начальной рабочей длины l
0
и исходного диаметра d
0
:
l
0
= 5d
0
– короткий образец,
l
0
= 10d
0
– длинный образец. Для плоского образца
берется соотношение рабочей длины l
0
и площади поперечного сечения F
0
:
l
0
= 5,65
0
F
– короткий образец,
l
0
= 11,3
0
F
– длинный образец. Цилиндри-
ческие образцы изготавливаются диаметром 3 мм и более. Образцы состоят
из рабочей части длиной l
0
и головок, форма и размер которых соответствуют
захватам машины (рис. 1.3
).
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 1
Механические свойства металлов
Механические свойства сплавов и фазовые превращения. Метод. указания к практическим занятиям
-9-
Рис. 1.3. Цилиндрические и плоские образцы до (а)
и после (б) испытания на растяжение
Рис. 1.4. Первичная диаграмма растяжения
Растяжение образца проводят на специальных машинах, позволяющих
фиксировать величину прилагаемой нагрузки и изменение длины образца
при растяжении. Эти же машины дают возможность записывать изменение
длины образца при увеличении нагрузки (рис. 1.4
), т.е. первичную диаграмму
испытания на растяжение в координатах: нагрузка Р, Н, кН; и абсолютное
удлинение образца Δl, мм.
Измеряя величину нагрузки в характерных точках диаграммы испы-
таний на растяжение (рис. 1.4
), определяют следующие параметры механиче-
ских свойств материалов:
σ
пц
– предел пропорциональности, точка р;
σ
0,05
– предел упругости, точка е;
σ
т
– предел текучести физический, точка s;
σ
0,2
– предел текучести условный;
σ
в
– временное сопротивление разрыву, или предел прочности, точка b.
Значения 0,05 и 0,2 в записи предела упругости и текучести соответ-
ствуют величине остаточной деформации Δ l в процентах от l
0
при растяже-
0
P
а б
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 1
Механические свойства металлов
Механические свойства сплавов и фазовые превращения. Метод. указания к практическим занятиям
-10-
нии образца. Напряжения при испытании на растяжение вычисляют путем
деления нагрузки Р, соответствующей характерной точке на диаграмме, на
площадь первоначального поперечного сечения F
0
рабочей части испытуемо-
го образца:
пц
пц
0
P
F
σ=
;
0,05
0,05
0
P
F
σ=
;
т
т
0
P
F
σ=
;
в
в
0
P
F
σ=
, или
в
0
P
max
F
σ=
.
Площадь поперечного сечение F
0
определяется по следующим фор-
мулам:
для цилиндрического образца
2
0
0
d
F
4
π
=
,
для плоского образца
0 00
F ab= ⋅
,
где a
0
– первоначальная толщина; b
0
– первоначальная ширина образца. В
точке k устанавливают напряжение сопротивления разрушению материала.
Предел пропорциональности и
предел упругости определяют с помо-
щью тензометра (прибор для определе-
ния величины деформации). Предел те-
кучести физический и условный рассчи-
тывают, находя нагрузку по диаграмме
растяжения. Если на диаграмме нет
площадки текучести, то для вычисления
условного предела текучести необходи-
мо провести графические построения на
диаграмме (рис. 1.5
). Вначале находят
величину остаточной деформации, рав-
ную 0,2 % от l
0
, далее отмечают отрезок
на оси деформации, равный 0,2 % от l
0
, и
проводят линию, параллельную пропорциональному участку диаграммы рас-
тяжения, до пересечения с кривой растяжения. Нагрузка Р
0,2
соответствует
точке их пересечения. Физический и условный предел текучести характери-
зуют способность материала к началу пластической деформации, т.е. сопро-
тивление малой пластической деформации.
Предел прочности можно подсчитать, используя показания силоизме-
рителя, по максимальной нагрузке P
max
при разрыве либо найти P
max
(P
в
) по
первичной диаграмме растяжения. Характер деформации при растяжении
вязких и хрупких материалов существенно различается.
Хрупкие материалы после достижения максимальной нагрузки быстро
разрушаются без значительной пластической деформации, поэтому σ
в
для
Рис. 1.5. Определение предела
текучести