Материалдың қаттылығын өлшеу әдістері

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 18 бет
Таңдаулыға:

Мазмұны
Кіріспе 4

1. Қаттылықтың негізгі түсініктері 5

1.1. Қаттылықтың сипаттамасы және анықтау әдістері 6

2. Материалдың қаттылығын өлшеу әдістері 7

2.1. Статикалық әдіс бойынша 7

2.1.1. Бриннел әдісі 7

2.1.2. Роквелл әдісі 11

2.1.3. Виккерс әдісі 15

2.2. Динамкалық әдіс бойынша.. 18

2.2.1. Шора бойынша қаттылық (басып енгізу әдісі) ..18

2.2.2. Кері серпіліс әдісі (Шора бойынша) 19

2.2.3. Тырнау арқылы қаттылыққа сынау 21

Қорытынды 24

Әдебиеттер
тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... .. 25

Кіріспе
Металлдар мен құймалардың сапасын анықтайтын әртүрлі құрылыста және әр
түрлі жұмыс жағдайларында қолдануға мүмкіндік беретін кең таралған
сипаттамалардың бірі қаттылық болып табылады. Металлдардың беріктік,
салыстырмалы ұзару және т.б. басқа механикалық сипаттамаларына қарағанда
қаттылыққа сынау көп қолданылады.
Адамзат қоғамы материалды қандай күйде болмасын, қаттылыққа сынауды өте
ертеден бері қолданып келеді. Осылайша, металл тиындарының нағызынан
жасандысын айыру үшін тістеп тексеру әдісі ежелгі кездегі археологиялық
және әдеби мұралардан белгілі. 1722 ж. Ремюр алғаш болып материалдың
қаттылығына ғылыми-зертханалық сынақтар жүргізді, ал 1901 ж. қаттылыққа
сынау – материалдың механикалық қасиеттерін анықтау әдісі ретінде
Бриннеллдің жұмыстары шыққаннан кейін ғана жалпыға танылды.
Қаттылықты өлшейтін әдістер екі негізгі категорияға бөлінеді:
қаттылықты анықтаудың статикалық әдісі және қаттылықты анықтаудың
динамикалық әдісі.
Ең көбірек танылған түрі - статикалық әдіс. Мұнда индикаторға берілетін
жүктеме біртіндеп және аз-аздап қосылады да, жүктеме беруге кететін уақыт
сол әдістің стандарттарына сәйкес болады.
Ал қаттылықты анықтаудың динамкалық әдісінде сыналушы индикатор үлгіге
серпімді беріліс және әр түрлі шығындар (діріл, жылу бөлу, үйкеліс және
т.б.) жасайтын белгілі бір кинетикалық энергиямен әсер етеді. Қаттылық бұл
жерде индикаторды кинетикалық энергиясының шығынын бағалау негізінде
анықталады. Динамикалық қаттылықты көп жағдайда материалдың соғылуы
кезіндегі қаттылығы деп атайды. Динамикалық әдіске шартты түрде тырнау
әдісін жатқызуға болады.
Қаттылықты құралмен анықтауда твердомер деп аталатын аспап қолданылады.
Обьектке әсер ету сатысына байланысты қаттылықты анықтау әдісі бұзатын
әдіске де , бұзбайтын әдіске де жатуы мүмкін.
Нақты қаттылықты анықтау әдісі материал қасиетіне, өлшеу мақсатына, оны
өткізу жағдайына және қолда бар аспапқа байланысты таңдалады.

1. Қаттылықтың негізгі түсініктері
Металдың ең негізгі механикалық қасиеттерінің бірі ол қаттылық болып
табылады, ал металдың басқа қасиеттері онымен өте тығыз байланыста болады.
Демек, металдың қаттылығын біле отырып, оның басқа да механикалық
қасиеттерін металды бүлдірмей оңай анықтауға болады. Металдардың
механикалық қасиеттері тәжірибе жүзінде арнайы сынаушы машиналардың
жәрдемімен анықталады. Механикалық сынау әдісінде металдар созу, ию, соғу,
қажыту арқылы сыналады [1].
Қаттылық мынаған байланысты:
1) Автомаралық қашықтыққа.
2) Координациондық санға — сан жоғары болған сайын, соғұрлым
қаттылықта жоғары; кристаллдағы жақын теңжойылған бірдей
бөліктердің (ион немесе атом) санын анықтайтын сипаттама.
3) Валенттілікке – химиялық элемент атомдарының басқа элемент
атомдарымен химиялық байланыстың белгілі санын түзу қасиеті.
4) Химиялық байланыс табиғатына – жүйенің толық энергиясының азаюымен
бірге жүретін , байланысатын бөліктердің электронды бұлттарының
жабылуына негізделген атомдардың әрекеттесу құбылысы.
5) Бағытына (мысалы, дистен минералы – оның қаттылығы кристалл
айналасында 4, ал көлденеңнен – 7)
6) Нәзіктік пен соққылық. Нәзіктік – материалдың көрінетін қалдық
деформациясыз бұзылу қасиеті. Соққы – металл мен құймалардың
соққыға және тағы басқа қысыммен өңдеу түрлеріне ұшырау қасиеті
(прокаттау, сүйрелеу, пресстеу, штамптау).
7) Иілгіштік — минерал оңай иіледі, қайта орнына келмейді. (мысалы,
тальк - минерал, кристаллды зат. Ақ түсті (кейде жасыл) майлы
борпылдақ ұнтақ.
8) Серпімділік — минерал майысады, бірақ қалпына келеді (мысалы, слюда
– қабатты құрылымды алюмосиликат тобының минералы. Слюда –
интрузивті, метоморфты және таулы тұнба текті кең таралған текті
түзуші минерал, сонымен қатар маңызды, қажетті қазба.
9) Тұтқырлық — минералды сындыру қиын (мысалы, жадеит (нефрит) –
сілтілі моноклинді пироксен, натрий силикаты және алюминий
топтарының жасыл түсті минералы)
10) Жабысқақтық – жазық паралелді беткей түзумен арнайы
кристаллографикалық бағытта жарылу қасиеті.
11) Қазіргі кезде бар материалдардың ішіндігі ең қаттысы көміртегінің
екі аллотропты модификациясы – лонсдейлит, алмаз бен фуллерит
қаттылығынан 58% асып түседі. Бірақ бұл заттарды тәжірибеде қолдану
әзірге мүмкіндігі төмен. Таралған заттардың ішіндегі ең қаттысы
алмаз (Моос шкаласы бойынша 10 бірлік). [6]
1. Қаттылықтың сипаттамасы және анықтау әдістері
Қаттылық — материалдың өзінен де қатты дененің енуіне қарсы тұру
қасиеті, сонымен бірге қаттырақ дененің басқа материалға ену қасиеті.
Қаттылық материалдың бұзыла бастауы үшін қажетті қүш өлшемімен анықталады.
Салыстырмалы және абсолютті қаттылықты айырады. Салыстырмалы қаттылық –
бір материалдың басқамен салыстырғандағы қаттылығы, маңызды диагностикалық
қасиет болып табылады. Абсолютті - ол аспаптық - майысу әдісімен өлшенеді
[1, 2].
Қаттылықты анықтау үшін материал беткейіне арнайы күшпен болаттық шар,
алмазды конус, пирамида және ине түріндегі затпен майыстыра басу.
Беткейінде қалатын таңбаның өлшеміне қарап материал қаттылығын анықтайды.
Осылайша, қаттылық материалдың өзінен қатты денені - иденторды енгізгенде
пайда болатын жергілікті пластикалық деформацияға қарсы тұру қасиеті.
Материалдың қаттылығын өлшеу тәсіліне байланысты санды түрде Бринелл (НВ),
Роквелл (HRC) немесе Виккерс (HV) бойынша қаттылық сандарымен сипаттайды
[5].
Аталған әдістердің әрқайсысының өздерінше кемшілігі және артықшылығы
бар, сондықтан ыңғайына байланысты олардың барлығы да кеңінен қолданылады.
        Металдар мен қоспалардың қаттылығы жұмсақ немесе орта мөлшерде
болғанда, Бринелл әдісі қолданылады. Егер металдардың қаттылығы тым жоғары
болса, онда Виккерс әдісі бойынша анықталады. Бұл екі әдіс бір-біріне өте
ұқсас және ортақ кемшілігі: біріншіден, шариктің (пирамиданың) орны үлгіде
қалып қояды, екіншіден, таңбаның (айшықтың) ауданын анықтау өте ыңғайсыз.
        Металдарды жаппай сынау кезінде бұл әдістер қиындау, сондықтан
Роквелл әдісі кеңінен қолданылады. Роквелл әдісімен жұмсақ және қатты
металдардың қаттылығын айшықтың ауданын өлшемей-ақ бірден прибордың шкаласы
арқылы анықтайды.
Ұштықтың әсер етуіне байланысты қаттылықты өлшеудің бірнеше түрін
ажыратады. Қаттылықты индентормен басу арқылы, шар ұшымен секіртіп ұру
арқылы қаттылықты өлшеуге болады. Тырнау арқылы анықталған қаттылық
бұзылуға қарсылықты сипаттайды, секірту арқылы – серпімділік қасиетін,
басып майыстыру – пластикалық деформацияға қарсылықты сипаттайды.

2 Материалдардың қаттылығын өлшеу әдістері
2.1 Статикалық әдіс бойынша
2.1.1 Бринелл әдісі бойынша қаттылықты анықтау
Бринелл әдісі — қаттылықты металлдық шар қалдыратын таңба диаметрі
бойынша анықтау. Қаттылық дақ ауданының шарға жұмсаған күш қатынасына тең,
Бринелл бойынша өлшем бірлігі Па (кгсмм²). ГОСТ 9012-59 бойынша Бринелл
бойынша қаттылық саны өлшем бірліксіз жазылады. Бұл әдіс бойынша анықталған
қаттылық НВ деп белгіленеді, мұнда H = hardness (ағыл. қаттылық), B —
Бринелл [1].
Бринелл әдісімен металлдың қаттылығын анықтау үшін оған шынықтырылған
болат шарикті (НV= 850) белгілі күшпен батырады. Бринелл машинасының
диаметрі 2,5;5;10 мм үш түрлі шарикпен жабдықталған. Металдың қаттылығын
Бринелл әдісі бойынша анықтау сұлбасы 2.1 суретте көрсетілген.
Металдың қаттылығы мен қалыңдығына байланысты (2.1 кесте), шарикпен
машинаның үстеліне қойылған үлгіге күш түсіріліп, сол күштің әсерінде
шамалы уақыт ұсталғаннан кейін үлгі машинадан алынады. Нәтижесінде сыналған
үлгінің бетінде шариктың таңбасы (айшық) қалады. Неғұрлым металл жұмсақ
болса, соғұрлым үлгіге шарик тереңірек батады. Қаттылық үлгіге түсірілген
күштің, үлгіде қалдырылған шарик таңбасының бет ауданына қатынасымен
анықталады. Бринелл әдісі бойынша анықталған қаттылық НВ әрпімен
белгіленіп, мына формула бойынша есептеліп шығарылады:
,       (2.1)

Мұндағы Р- үлгіге түсірілген күш, кГс;
                 S = π·D·h– шариктің үлгідегі таңбасының ауданы, мм2 ;

                 D – шариктің диаметрі, мм ;
                  h – айшықтың тереңдігі, мм;
                  d – айшықтың диаметрі, мм;

.           (2.2)
Металдың қаттылығы мен қалыңдығына байланысты 2.1-кестесін қолдана
отырып, шариктің диаметрін және оған түсірілетін күшті (Р) анықтайды,
сонымен қатар күштің шарикке түсу уақыты да көрсетілген. Күшті (Р)
металдың маркаларына байланысты мына формула арқылы анықтаймыз:
Қара металдар мен олардың қорытпалары үшін Р= 30 · D 2;
Қола, мыс, жез үшін Р= 10 ·D2;
Алюминий, подшипник қорытпалары үшін Р= 2,5 · D 2 [8] ;

2.1- сурет. Бринелл бойынша қаттылықты анықтау схемасы.

2.1- кесте
Шамамен Ұштықтың Жалпы күш Шкала Қаттылықты Өлшенетін
берілген (наконечник) Р,кгс.(Н) белгілеу шаманың шегі
Бринелл түрі (Роквелл
қаттылығы әдісі
бойынша).
60 ... 230 Болат шарик 1001000 В HRB 25 ... 100
230 ... 700 Алмаз конус 1501500 С HRC 20 ... 70
700 ден Алмаз конус 60600 А HRA 70 ... 85
жоғары

2.2 – кесте. Металдардың қалыңдығына байланысты шариктің диаметрін,
металдарға түсетін күшті және уақыт мөлшерін анықтау.
Металдардың Қаттылық Металдың Шариктің Р=К·D2 ТүсірілетінУакыт
түрлері аралығы НВқалыңдығы, диаметрі, күш,Р,кгс. өлшем
мм Dмм і,
сек.
Қара металдар 140...450 2 ден кем 2,5 Р=30D2 187,5 10
емес 5 750
2 ... 4 10 3000
3 ... 6
Қара металдар 140 3 тен кем 2,5 Р=10D2 62,5 10
емес 5 250
3 ... 6 10 1000
6 дан
жоғары
Түсті металдар130 2 ден кем 2,5 Р=30D2 187,5 30
емес 750
2 ... 4 3000
3 ... 6
Түсті металдар35 ... 130 3 тен кем 2,5 Р=10D2 62,5 30
емес 5 250
3 ... 6 10 1000
6 ... 9
Түсті металдар8 ... 35 3 тен кем 2,5 Р=2,5D2 15,6 60
емес 5 62,6
3 ... 6 10 250
6-дан
жоғары

Шариктың із таңбасын дұрыс түсіру үшін сыналатын металл үлгісінің беті
бір қалыпты тегіс болу керек.
Сыналатын металдың қалыңдығы таңбасының тереңдігіне қарағанда 10 есе
үлкен, ал диаметрі d ≈ (0,2 ... .0,6)D болуы керек [6].
Бирнелл әдісі бойынша металлдардың қаттылығын өлшеу үшін қолданылатын
аспаптар:
1) Жартылай автоматты аспаптар ТБ 5004, ТБ 5004-03.
Аспаптар металлдар қаттылығын екі режимде өлшеуге арналған:
- ГОСТ 9012 сәйкестілігімен Бринелл әдісі бойынша, айшық диаметрін
аспап құрамына кіретін жарықтандырғышы бар микроскоп МПБ-3 (2.2- сурет)
көмегімен өлшеу. Әдетте, диаметр таңбасының (айшық) дәл өлшемi үшiн екi
объективте 50-еселi үлкею және 25-еселi үлкеюге комплект жасайтын микроскоп
МбП-3 өлшеуішін қолданады.

2. – сурет. МБП-3 өлшеуіш микроскобы
- Сілтеуіші бар қондырылған тілді индикатор (ТБ 5004), немесе санды
көрсеткіші және нәтижені математикалық өңдеуі бар электрондық блогы бар
электрондық датчик.
2) Портативті аспап ТБП 501 (2.3-сурет)
Бұл аспап Бринелл әдісі бойынша металдардың қаттылығын өлшеуге
арналған. Қазіргі таңда цехта және машинажасау, металлургиялық өнеркәсіп
зертханаларында, сонымен қатар ірі және тасымалданбайтын өнімдердің
қаттылығын өлшейтін жерлерде, қоймаларда, базаларда қолданылады.

2.3-сурет. Бринелл әдісі бойынша мелалдардың қаттылығын өлшеуге
арналған портативті аспап ТБП 501
Аспап қозғалмалы саналғанымен, ол көбіне тұрбалар материалының
үлгілер мен бөліктердегі қаттылықтың тұрақты өлшемдері үшін алынады.
Салмағы 20 кг. Қаттылықты өлшеу диапазоны 8 ... 450НВ, сыналатын жүктемелер
1839, 2452, 4903, 7355, 9807,14710, 29420Н. Сыналатын жүктемелер шегі ±1%.
Аспап диаметрлері 1,588; 3,175; 5; 6,35; 10; 12,7 мм инденторлар -
шарлармен жүзеге асырылады.
Аспаптың негізгі бөлiгi - корпус 1 болып табылады, оның iшiнде
сынау жүктемесiн өзі қабылдайтын пластина бекiтілген. Корпустың 1 iшiнде
орналасқан жүктемелі бұранда серпiмдi қыздырып өңделген құрыштан жасалған
тұтқамен 2 жалғанған, оның астынғы жағында сынау ұшы 3 орнатылған. Тұтқаның
iшiнде көрсеткіштің механизмі 4 және сағат типтес индикатор 5 бекітілген,
ол үлгiге тiркелген жүктемені қосалқы өлшеу үшін қызмет етеді. Күштi азайту
үшiн корпуста 6 орналасқан саптағы тегершіктер қызмет атқарады. Бекітілген
тіреуде 7 орналасатын материалдың сыналатын бөлігін тұтқаның 2 ұшына 3
бекітілген шарға көтергіш бұрандамен 8 қысады да, алып-салмалы саптың 9
айналуымен күшті механизмнің 4 көмегімен серпімді тұтқаға 2 береді де,
шарды үлгіге басып қысады. Бұл кезде тұтқа үлгі үстіне қалыпты әрекет
ететін күшке пропорционалды серпімді деформацияланады. Бұл деформация
индикатормен 5 өлшенеді [2].
2.1.2 Роквелл әдісі бойынша материалдың қаттылығын анықтау
Роквелл әдісі — зерттелетін материал беткейіне металлдық немесе алмаздық
конусты басу тереңдігіне негізделген. Бұл әдіс бойынша анықталған қаттылық
өлшемсіз және HR, HRB, HRC и HRA болып белгіленеді; қаттылық HR = 100 – kd
формуласымен есептелінеді, мұнда d –негізгі күшті алғаннан кейінгі басылу
тереңдігі, ал k – коэффициент. Осылайша Роквелл бойынша максималды қаттылық
HR 100 тең [2, 5].
Роквелл әдісі бойынша өлшеуді жүргізу мен қаттылық санын анықтау ГОСТ
9013-59 регламенттеледі.
Сыналатын металл үлгісінің бетіне төбесіндегі бұрышы 1200 тең, алмаздан
жасаған конус немесе диаметрі 1,59 мм шынықтырылған болаттан жасаған шарик
белгілі күшпен батырылады, алдындағы әсер ететін күштің мәні - Р0 (2.4, а –
суреті) және соңғы рет әсер ететін күштің мәні- Р1 (2.4, б- сурет). Барлық
жағдайда алдын ала түсетін күш Р0 = 10 кгс-қа тең болады, ал соңғы рет
(кейін түсетін) күш Р1, металдың материалына байланысты өзгеріп отырады,
сондықтан жалпы шарикке немесе конусқа түсетін күш Р = Р0 + Р1
төмендегідей болып анықталады;
- шыныққан болат шарикті (d = 1,588 мм ) үлгіге батырғанда ақтық күш Р1
= 90 кгс (900 Н), онда жалпы күш Р = Р0 + Р1 = 100кгс. Бұл жағдайда
металдың қаттылығын аспаптың В шкаласы анықтайды;
- алмаз конусты үлгіге батырғанда ақтық күш Р1 = 140 кгс (1400Н), ал
жалпы күш    Р = Р0 + Р1 = 150кгс (С шкаласы);
- алмаз конусты үлгіге батырғанда Р1 = 50кгс (500Н) ,ал Р = Р0 + Р1 =
60кгс (А шкаласымен металдың қаттылығы анықталады).
Металдың қаттылығы айтылған әдісте бірден Роквелл аспабының индикатор
шкаласымен анықталады. Индикаторда үш шкала қатар орналасқан (А,В,С
шкаласы).
Егер де сыналатын металл өте қатты және морттық қасиеті жоғары болса,
онда олардың қаттылығы А шкаласы ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.