|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Лабораторные работы по курсуСтр 1 из 5Следующая ⇒
Лабораторные работы по курсу «Материаловедение и технология конструкционных материалов» Лабораторная работа №1 Изучение основных видов разрушения и повреждения деталей машин в процессе эксплуатации. Способы их предупреждения
При эксплуатации железнодорожной техники – локомотивов, вагонов, путевых и других машин – наиболее распространенными причинами выхода деталей из строя являются хрупкие и вязкие разрушения усталостного характера, изнашивание и коррозия. При этом наблюдается взаимное влияние коррозии, трения и усталости. Например, кроме механического изнашивания твердыми частицами (абразивное, гидроабразивное, кавитация, эрозия) имеется усталостное изнашивание рельсов, бандажей и колес, подшипников, деталей автосцепки и т.д., износ увеличивается при одновременном воздействии трения и коррозии, а также при молекулярном или атомном “схватывании” металлов и сплавов. Знакопеременные нагрузки приводят к преждевременному усталостному разрушению из-за концентрации напряжений вследствие коррозии и износа. Механические свойства, определяющие поведение деталей в эксплуатации, зависят от особенностей кристаллического строения, что подтверждают достижения физики твердого тела, теорий дислокации и разрушения. Поэтому, кроме традиционных механических испытаний для определения характеристик прочности, упругости, выносливости, твердости, вязкости, начали испытывать металлы при разных температурах, скоростях деформации, условиях, близких к эксплуатации, на вязкость разрушения и т.д. Для исследования тонкой структуры применяют растровую электронную микроскопию, рентгено-структурный и рентгено-спектральный анализы, ядерный гамма-резонанс и другие методы. Испытания образцов существенно отличаются от испытания натуральных деталей из-за различий в структуре и свойствах по сечениям, остаточным напряжениям, состоянию поверхности, температуре, параметрам и цикличности нагружения. Поэтому наиболее показательными считаются натуральные и особенно эксплуатационные испытания, когда возможна проверка эффективности способов упрочнения и предупреждения разрушения, выхода из строя. На процессы усталости и изнашивания большое влияние оказывает прочность и твердость, поэтому в ГОСТах на стали предусмотрены такие характеристики, как предел прочности при растяжении и твердость, определенная различными методами. Применение высокопрочных и поверхностно-упрочненных сталей широко практикуется. Для уменьшения влияния коррозии применяются нержавеющие стали, покрытия из коррозионностойких материалов, анодную защиту. Большое внимание уделяют также совершенствованию конструкций машин с целью уменьшения рабочих нагрузок, концентрации напряжений. Эти меры должны привести к повышению надежности, долговечности, а также экономичности и технологичности деталей железнодорожного подвижного состава, пути и различных машин и устройств.
Механические испытания
Определение характеристик прочности, пластичности, Метод Бринеля
Используются образцы стали. Суть метода - замер диаметра отпечатка стального закаленного шарика (ГОСТ 9012-90, метод Бринелля). Формула для расчета числа твердости НВ=Р/F. При диаметре шарика D=10 мм и нагрузке Р=30 кН число твердости НВ определяется по таблице. Соотношения для стали с твердостью НВ1200÷ 1750 МПа - σ в
Рис.1.1 Схема испытания Рис.1.2 Схема измерений на твердость по Бринеллю отпечатка под микроскопом Бринелля (d, мм)
Таблица 1.1
Протокол испытаний на твердость по Бринеллю
Метод Роквелла Определение твердости образцов стали по глубине вдавливания алмазного (твердосплавного) конуса или стального закаленного шарика (ГОСТ 9013-90, метод Роквелла). Таблица 1.2 Соотношения числа твердости НR по шкалам
Рис.1.3 Схема испытаний на твердость по Роквеллу
3. Метод Виккерса Определение твердости стали на образцах по диагонали отпечатка, полученного вдавливанием алмазной пирамиды (ГОСТ 2999-90, метод Виккерса).
Рис.1.4 Схема испытания по Виккерсу Формула для определения числа твердости
НV = 0, 189
где Р- нагрузка на пирамиду (от 10 до 1000 Н); d – длина диагонали отпечатка [мм]; α = 1360 – угол между гранями пирамиды; НV= НВ (при твердости менее 4000 МПа).
4. Определение микротвердости (ГОСТ 9450 – 90). Нагрузки на пирамиду на приборе ПМТ-3 от 0, 05 до 5 Н.
Н=0, 189 Р/d2,
где Р- нагрузка [Н]; d- длина диагонали отпечатка [мм].
Для сравнения, при букве Н ставят индекс величины нагрузки, например, Н5 220, где 5 – нагрузка [Н].
5. Определение характеристик прочности и пластичности
1. Определение характеристик прочности и пластичности стали при растяжении образца (ГОСТ 1497-86). Формулы для расчета предела текучести
Таблица 1.3 И свойства стали Собственно термическая обработка, химико-термическая обработка, термомеханическая обработка, а также электрофизические, лучевые и другие способы обработки сильно изменяют структуру стали, а значит ее свойства. Закалка, например, может увеличить прочность и твердость стали в 2-3 раза, но придать при этом хрупкость. Чаще применяют объемную термическую обработку: отжиг, нормализацию, закалку и отпуск стали. Химико-термическая обработка-цементация, азотирование, диффузионная металлизация – направлена на обработку поверхностных слоев детали. Термомеханическая обработка проводится для некоторых сталей путем деформации с высокой степенью укова при повышенных температурах, в состоянии аустенита. При этом достигают повышения как прочности, так и пластичности стали. Под закалку При закалке стали
Охлаждение – заключительный этап термической обработки-закалки и поэтому наиболее важный. От скорости охлаждения зависит образование структуры, а значит, и свойства образца. Если раньше переменным фактором была температура нагрева под закалку, то теперь скорость охлаждения будет разная (в воде, в соленой воде, на воздухе, в масле и с печью). С увеличением скорости охлаждения растет и степень переохлаждения аустенита, понижается температура распада аустенита, число зародышей увеличивается, но вместе с тем замедляется диффузия углерода. Поэтому феррито-цементитная смесь становится более дисперсной, а твердость и прочность повышаются. При медленном охлаждении (с печью) получается грубая смесь Ф+Ц, т.е. перлит, это отжиг второго рода, с фазовой перекристаллизацией. При ускоренном охлаждении (на воздухе) – более тонкая смесь Ф+Ц – сорбит. Такая обработка называется нормализацией. Закалка в масле дает тростит – высокодисперсную смесь Ф+Ц. Твердость этих структур растет с дисперсностью смеси (НВ=2000÷ 4000 МПа). Эти структуры можно получить и способом изотермической закалки. Рассматривая термокинетическую диаграмму, т.е. диаграмму изотермического распада аустенита вместе с векторами скоростей охлаждения, видим, что увеличивая скорость охлаждения, можно получить тростит вместе с мартенситом закалки. Если скорость охлаждения больше критической, получим мартенсит закалки и остаточный аустенит, избавиться от которого можно, если охладить сталь до температуры ниже линии окончания мартенситного превращения (Мк). У мартенсита объем больше, чем у аустенита, поэтому при закалке на мартенсит появляются не только термические, но и структурные напряжения. Форма детали может исказиться, в ней могут появиться микро- и макротрещины. Коробление и трещины неисправимый брак, поэтому сразу же после закалки на мартенсит следует производить нагрев детали для снятия напряжений и стабилизации структуры, такая операция термической обработки называется отпуском. После закалки образцов, изучения микроструктур и определения твердости строятся графики зависимости твердости от содержания углерода. Чем больше углерода в аустените стали перед закалкой, тем более искаженной получается решетка мартенсита (с большей степенью тетрагональности) и поэтому выше твердость Сталь с содержанием 0, 2%С не принимает закалку, так как кривые изотермического распада аустенита вплотную приближаются к оси ординат. Даже очень большая скорость охлаждения не дает мартенсита, так как аустенит начнет раньше распадаться на смесь Ф+Ц. Поэтому сталь закаливают, если углерода более 0, 3%С, поскольку углерод сдвигает вправо кривые изотермического распада аустенита, уменьшая тем самым критическую скорость закалки. После отпуска Полученный после закалки мартенсит обладает большой твердостью и прочностью, но низкой пластичностью и вязкостью. Это объясняется большими внутренними напряжениями, которые бывают термическими (перепад температуры, резкое охлаждение) и структурными (объем мартенсита больше, чем аустенита, сорбита, тростита и перлита). После закалки необходимо сразу производить отпуск, т.е. нагрев до определенных температур, выдержку и охлаждение. При этом снижаются напряжения, меняется структура и свойства стали. Температура отпуска выбирается ниже Ас1, чтобы сохранить эффект упрочнения при закалке. Различаются низкий отпуск (150-2000С), средний (350-4500С) и высокий (500-6500С). Если при низком отпуске снижаются напряжения, уменьшается искаженность (тетрагональность) решетки мартенсита и она снова становится кубической, остаточной аустенит переходит в мартенсит кубический, то при среднем и высоком отпуске происходит распад мартенсита на смесь Ф+Ц. После низкого отпуска твердость и прочность остаются на высоком уровне (НRC 58-63). Режущий и измерительный инструмент, детали после химико-термической обработки (цементации) подвергают низкому отпуску.
1. Определение наилучшей температуры закалки для стали с содержанием 0, 4% углерода – доэвтектоидная сталь – и с содержанием 1, 0% углерода – заэвтектоидная сталь. Таблица 2.1 Схемы структур и твердость
НВ 250 450 650 t0C отпуска Рис. 2.3 График зависимости твердости от температуры отпуска стали
Выводы:
Лабораторная работа №3 Задание 1. На рисунках указать координатные плоскости, поверхности, части резца, углы и режущие кромки. Заполнить таблицу данных измерений углов токарного проходноro резца. 2. На эскизах подрезного, отрезного, резьбового, расточных резцов указать углы в плане и в сечении главной секущей плоскостью. 3. Сделать выводы.
Отчет Рис. 3.1 Схема резания при точении токарным прямым проходным резцом
Описание
Рис. 3.2 Эскиз резца с пластинкой из твердого сплава.
Описание
Рис. 3.3 Углы токарного проходного резца
Описание
Таблица 3.1 Выводы.
Лабораторная работа №4 Задание 1. Описать части и механизмы токарно-винторезного станка модели: 16К20. 2. По кинематической схеме произвести расчет элементов режима резания, данные расчета свести в таблицу. 3. Сделать выводы.
Отчет 1. Описание частей и механизмов станка. 2. Рассчитать частоту вращения шпинделя (nшп) по кинематической цепи главного движения (от электродвигателя до шпинделя через коробку скоростей). nшп=nэд× iобщ× g, мин-1, где nэд – частота вращения вала электродвигателя главного движения (М1), мин-1; g - коэффициент проскальзывания (потерь) в клиноременной передаче; iобщ – общее передаточное отношение цепи.
Рассчитать скорость резания по кинематической формуле.
где Д – диаметр обработки, мм.
3. Рассчитать подачи суппорта (с резцедержателем и резцом). 1. Через ходовой вал (продольную, от шпинделя до резца):
где iпост – передаточное отношение от шпинделя до сменных колес; iсм – то же для сменных колес; iкп – то же для коробки подач; iф.прод. – то же для фартука суппорта (продольная); m – модуль реечного зацепления; Z – число зубьев реечного колеса. iф.поп. – передаточное отношение фартука суппорта (поперечное); tпоп. – шаг винта поперечной подачи, мм.
4. Через ходовой вал (поперечную) и винт поперечной подачи:
iф.поп. – передаточное отношение фартука суппорта (поперечное); tпоп. – шаг винта поперечной подачи, мм.
5. Через ходовой винт (продольную) для нарезания резьбы:
где tнарез. – шаг нарезаемой резьбы, мм; iсм – шаг ходового винта, мм. Без коробки подач tнарез.= iпост× iсм× iх.винт, мм.
Рассчитать крутящий момент на шпинделе
где Nшп – мощность на шпинделе станка, кВт.
где Nэд – мощность электродвигателя, кВт; hст – КПД кинематической цепи. hст=hкп× hэк× hподш, где hкп – потери в клиноременной передаче; hэк – потери в зубчатых колесах; hподш – потери в подшипниках. Рассчитать потребную мощность, кВт
Рис. 4.1 Кинематическая схема токарно-винторезного станка модели 16К20
Выводы.
Лабораторная работа №5 Задание 1. Привести схему строения сварочной дуги. 2. Определить напряжение и ток дуги при разной длине дуги. 3. Начертить вольтамперные характеристики сварочной дуги. 4. Определить напряжение дуги в зависимости от ее длины и сравнить полученные данные с расчетными. 5. Рассчитать полную и эффективную тепловую мощность дуги. 6. Сделать выводы. Отчет 1. Изобразить схему строения дуги. 2. С помощью угольной дуги прямого действия обратной полярности (изделие катод, угольный электрод - анод) определить по приборам напряжение (Uд) и ток дуги (Iд) при разной ее длине (l); свести данные в таблицу 1. Измерения производить в четыpex точках: холостой ход, неустойчивое горение дуги, устойчивое горение (жесткий участок), короткое замыкание. Длину дуги изменять в пределах 2...10 мм (до обрыва дуги), определять Uд и Iд для трех вариантов длины дуги (l1; l2; l3; )Диаметр электрода 8 мм, изделие - пластина из стали. Источник питания дуги - сварочный выпрямитель модели.
Таблица 5.1 Значения напряжения и тока дуги при разной длине
3. По данным таблицы вычертить три вольтамперных характеристики дуги при разной длине, разбить ВАХ на три участка – падающий, жесткий и возрастающий.
Iдуги Рис5.1 ВАХ дуги. Характерные участки.
4. По построенным ВАХ дуги определить значения напряжения дуги в зависимости от ее длины при постоянной силе тока дуги (жесткий участок). Рассчитать по формуле напряжение дуги в зависимости от ее длины и сравнить полученные данные с результатами измерений. Данные свести в таблицу5.2. UД=a+bl, где l – длина дуги; a» 10В; b» 2В/мм.
Таблица 5.2 Лабораторная работа №6 Задание 1. Изучить устройство источника питания, способ регулирования тока, изобразить принципиальную схему ИП. 2. По данным приборов построить внешнюю вольтамперную характеристику источника питания. 3. На статическую вольтамперную характеристику сварочной дуги нанести внешнюю вольтамперную характеристику источника питания. 4. Определить характерные точки: напряжения холостого хода, неустойчивого и устойчивого горения дуги, короткого замыкания. 5. Сделать выводы. Отчет
Рис.6.1. Принципиальная схема источника питания.
2. Результаты измерений напряжения и тока на разных режимах работы ИП свести в таблицу 6.1
Таблица 6.1 Значения напряжения и тока ИП
Uдуги
4. Определить параметры в каждой характерной точке ВАХ: холостого хода, неустойчивого и устойчивого равновесия, короткого замыкания.
Uдуги
5. Характерные точки:
Выводы.
Лабораторные работы по курсу «Материаловедение и технология конструкционных материалов» Лабораторная работа №1 Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-11; Просмотров: 868; Нарушение авторского права страницы
0, 345; НВ; для стали с твердостью НВ 1750÷ 4500Мпа – δ в ≈ 0, 35 НВ.
, предела прочности σ в=Рв/F0, относительного удлинения 
и относительного сужения 
. Испытания проводятся на разрывной машине со снятием диаграммы растяжения стандартного образца из низкоуглеродистой стали.
Uдуги
Iдуги