Файл: Технология металлов и конструкционные материалы учебное пособие..pdf

Из алюминиевых руд весьма сложными пирометаллургическими и гидрохимическими процессами полу­ чают ЫагО-АЬОз — алюминат натрия. Из раствора Na20-A l20 3 в воде осаждают А1(ОН)3. Высушив и про­ калив этот осадок, получают глинозем. Глинозем из­ мельчают и отправляют на электролиз, который прово­

угольными плитами 2. К подине подведены катодные шины /; аноды — .угольные блоки 6 присоединены к анодным стержням 5 ванны. Через ванну 7, запружен­ ную криолитом Na3AlF6 и глиноземом, пропускают по­ стоянный ток напряжением 4—5 В и силой 65000— 150000 А. Благодаря выделению тепла в ванне поддер­ живается температура около 950—1000°С, при которой шихта расплавляется. В результате электролиза на дне ванны скапливается жидкий алюминий 8, который перекачивают вакуум-насосами в ковш и отливают в чушки. Расход электроэнергии на одну тонну алюми­ ния составляет около 15000 кВт-ч.

42

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.

Определение твердости металлов

Цель работы: приобретение (навыков в определении твердости ме­ таллов на твердомерах типа ТШ (прибор Бринелля) и типа Ж (прибор Роквелла).

Задание.

(шатуна, лемеха, сегмента режущего аппарата коонлни и др.).

3. По показателям твердости отожженных образцов стали по­ строить график зависимости твердости стали от содержания в ней углерода.

4. Составить отчет о работе.

Оборудование и материалы

Для выполнения работы необходимо иметь: два твердомера ти­ па ТШ (прибор Бринелля); два твердомера типа Ж (прибор Рок­ велла); две лупы для измерения отпечатков; два комплекта образ­ цов отожженной стали марок 10, 30, 45, У&А, У12А размером 50Х X 50X80; два комплекта образцов стали .марок 30, 45, У&А, У12А раз­ мером Э0Х50Х&0, закаленных в воде и отпущенных при температуре 2O0°iC; четыре комплекта деталей тракторов н сельскохозяйственных машин (назначает преподаватель).

Методические указания

Для выполнения работы подгруппа разбивается на четыре бри­ гады по три-четыре человека в каждой. Две бригады изучают уст­ ройство твердомера типа ТШ и приобретают навыки в определении твердости «а этом приборе, другие две бригады занимаются на твер­ домерах типа Ж . Затем бригады меняются местами.

Определение твердости твердомером типа ТШ (прибором Бринелля)

Процесс измерения твердости состоит из следующих этапов.

Подготовка образцов к испытанию. Твердомер ТШ (рис. 14) ис­ пользуется для определения твердости незакаленных сталей, цвет­ ных металлов и их сплавов. Образец должен иметь параллельные поверхности (испытуемую и опорную), очищенные от окалины и ржавчины. Испытуемую поверхность следует обработать шлифоваль­ ной бумагой, шлифовальным кругом или напильником, при этом обра­ зец не должен нагреваться выше 150°С. Минимальная толщина об­ разца должна быть не менее десятикратной глубины отпечатка.

Определение диаметра шарика D, величины нагрузки Р и вре­ мени выдержки t производится по табл. 2.

Подготовка твердомера к испытаниям. В держателе 3 (рис. 14)

винтом 2 закрепляют шариковый наконечник и устанавливают необ­ ходимую нагрузку Р. Нагрузка создается весом рычажной системы 13, подвески И и сменными грузами 12.

IB зависимости от формы испытуемого образца подбирают опор­ ный столик 6. Измерение твердости плоских образцов производится «а плоском столике, а цилиндрических— на призматическом.

43

Затем .маховиком 10 подводят образец к шарику до упора в ограничитель 4, при отсутствии последнего — до сжатия пружины 20. Нажатиам кнопки 7 включается электродвигатель 17, который че­ рез червячный редуктор 18, кривошипный вал 16 и шатун 15 от­

водит вниз ролик 14. При этом действие нагрузки Р через систему рычагов 13 и шпиндель 21 сообщается шариковому наконечнику 22. Этот момент фиксируется загоранием лампочки 1.

После соответствующей выдержки испытуемого образца под дей­ ствием нагрузки Р происходит автоматическое переключение электро­ двигателя на обратное: ролик 14 перемещается вверх, возвращает рычаги 13 в исходное положение, электродвигатель автоматически выключается и лампочка гаснет.

(Столик прибора опускают маховиком 10 вниз, образец снимают « с помощью лупы измеряют диаметр отпечатка в двух взаимно пер­ пендикулярных направлениях (рис. 15,а). Среднее значение диаметра

,^1 + ^2

используется для расчета твердости по формуле

2 Р НВ — ----------------------------------- МН/м2 (кгс/мм2),

n D [ D - } / D* ~ 4 р )

где dCp — среднее значение диаметра отпечатка, мм; Р — нагрузка при испытании, МН (кгс);

D — диаметр шарика, мм.

44

Рис, 15. Измерение отпечатка:

45

Чтобы избежать длительных вычислений числа твердости каж­ дого образца, на практике пользуются таблицей, в которой ука­ зана твердость образца при его испытании 'наконечником диамет­ ром шарика 10 мм и под нагрузкой 29420 Н (3000 иге).

Испытание одного образца производится дважды.

Определение твердости твердомером ТК (прибором Роквелла)

В металлах с твердостью свыше 44110 МН/м2 (450 кге/мм2) твер­ дость не может быть определена на твердомере ТШ из-за деформа­ ции шарика. В этом случае твердость определяется на приборе ТК (Роквелла).

S

На приборе ТК (рис. 16) твердость образца определяется путем вдавливания в него специального наконечника (алмазного конуса или стального шарика). Допускается применение наконечников из твер­ дого сплава при твердости образца HRC до 50.

46

Подготовка образцов к испытанию. Подготовка образцов к ис­ пытанию производится подобно образцам для испытания на приборе Till. Минимальная толщина испытуемого образца в зависимости от его твердости составляет 0,7—2,0 ,м.м при испытании по шкале В, 0,7—'1,5 мм —по шкале С и 0,4—,0,7 мм — по шкале А.

I

Определение шкалы твердости, вида наконечника и нагрузки

Шкалой В пользуются при измерении твердости мягких метал­ лов (незакалеии'ые стали, цветные металлы и их сплавы). Наконеч­ ник используется с шариком диаметром 1,588 мм (1/16"), общая на­ грузка 981 Н (100 кге). Шкалой С пользуются при измерении твер­ дости закаленных сталей. Используется алмазный наконечник, общая нагрузка 1470 Н (150 кпс). Шкалой А пользуются при измерении твердости изделий после химико-термической обработки и твердых сплавов. Наконечник такой же, как для шкалы С.

Подготовка твердомера к испытаниям. В соответствии с выбран­ ной шкалой устанавливают нагрузку и наконечник 7, закрепляя его винтам 1 (рис. 16). В зависимости от формы испытуемого образца выбирают и устанавливают столик 8. Чтобы устранить возможные зазоры между наконечником и торцом шпинделя, устанавливают на столике какой-либо образец и прилагают два-три раза нагрузку. Не снимая нагрузки, окончательно подтягивают винт 1.

Испытание твердости на приборе. Установив образец на столи­ ке 8, вращением маховика 9 приближают его к наконечнику 7 и, продолжая плавное вращение маховика, сообщают наконечнику пред­ варительную нагрузку 98 Н (10 кге). Требуемая величина нагрузки будет в тот момент, когда малая стрелка 4 на циферблате остано­ вится против красной точки 5. Далее вращением обода шкалы ин­ дикатора 6 устанавливают нуль шкалы С против большой строчки независимо от шкалы измерения. После этого сообщают .наконечнику основную нагрузку, для чего рукоятку 2 плавно отводят назад. Вре­ мя нагружения (3—6 с) регулируется масляным амортизатором 3. Затем плавным поворотом рукоятки 2 на себя онимают основную нагрузку. Цифра, против которой остановится стрелка (наблюдать следует по той шкале, которая выбрана для измерения твердости), укажет число твердости по Роквеллу. Вращением маховика 9 про­

Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с основными положениями измерения твердости металлов, конструкцией приборов и определением твердости на них.

2.Подготовить образцы и детали для испытания на твердомерах ТШ и ТК и произвести замер их твердости. Данные испытаний вне­ сти в протокол по форме:

47

Раздел второй МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ

Г л а в а V

ТЕОРИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Металловедение — наука о металлах и сплавах, в кото­ рой изучают связь между их внутренним строением (структурой), составом и свойствами, методы измене­ ния этих свойств и применение металлов и сплавов в промышленности и в народном хозяйстве.

Основоположниками науки о металлах были рус­ ские ученые П. П. Аносов (1797—1851 гг.) и Д. К. Чер­ нов (1839—1921 гг.). П. П. Аносов впервые применил микроскоп для исследования структуры стали. Осново­

тические точки. Работы Д. К. Чернова были продолже­ ны учеными Н. С. Курнаковым, А. А. Байковым, С. С. Штейнбергом, Н. А. Минкевйчем, А. А. Бочваром и другими.

§ 15. Кристаллическое строение металлов

Все металлы и сплавы имеют кристаллическое строе­ ние, которое характеризуется определенным, законо­ мерным расположением атомов в пространстве. Эле­ ментарная кристаллическая ячейка представляет собой наименьший комплекс атомов, который при многократ­ ном повторении в пространстве позволяет воспроизве­ сти пространственную кристаллическую решетку. Про­ стейшим типом кристаллической ячейки является куби­ ческая решетка (рис. 17). Применяемые в технике металлы и сплавы имеют преимущественно кубичеокую

49