Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лабораторные работы по дисциплине Инструментальные твёрдые сплавы - файл 1.doc


Лабораторные работы по дисциплине Инструментальные твёрдые сплавы
скачать (9466 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc9466kb.30.11.2011 08:24скачать

содержание

1.doc

1   2   3   4   5   6
Тема №5. ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ СПЕЧЁННЫХ ИЗДЕЛИЙ
Спечённые изделия в обязательном порядке проходят различные виды контроля, цель которого - не пропустить детали или полуфабрикаты, содержащие недопустимые дефекты и отклонения от технических условий, задаваемых нормативной документацией.

В первую очередь отбраковываются детали, имеющие недопустимые искажения формы и отклонения размеров от задаваемых чертежом. Затем проверяются такие физико-механические параметры как твёрдость материала, прочность при поперечном изгибе, плотность и служебные свойства, такие как:

- стойкость - для режущих пластин;

- энергия разрушения - для горного инструмента;

- коэффициент трения и параметры изнашивания (унос массы, равномерность и характер износа) - для подшипников;

- гидравлическое сопротивление - для пористых изделий (фильтров и сит);

- малоцикловая усталость (ползучесть) - для жаропрочных материалов;

- магнитная энергия и коэрцитивная сила - для магнитотвёрдых материалов и так далее в зависимости от служебного назначения изделия.

Контроль размеров спечённых деталей производится с использованием всех видов измерительных инструментов, применяемых в машиностроении: линеек, кронциркулей, штангенциркулей, штангенглубиномеров, штангенрейсмассов, микрометров, измерительных микроскопов и измерительных машин в зависимости от конфигурации обмеряемой формы и требуемой точности измерений. При проверке изделий по предельным отклонениям используют калибры: пробки, скобы, профильные калибры-шаблоны и так далее.

Специальные методы контроля параметров спечённых изделий описаны в соответствующих лабораторных работах - это измерение твёрдости, определение предела прочности при поперечном изгибе, а также технологические испытания при резании и определение энергии разрушения, которая является характеристикой работоспособности твёрдосплавных вставок (зубков) в буровом инструменте.
^ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 22
5.1. Изучение искажений формы изделия при спекании.
Конфигурация изделия, далее - детали, полностью определена, если заданы допуски на все ее элементы: размеры, форму и взаимное расположение поверхностей.

Искажения формы детали связаны с нарушением формы и взаимного расположения поверхностей.

Отклонением формы поверхности (или профиля) называют отклонения формы реальной поверхности (реального профиля) от формы номинальной поверхности (номинального профиля), задаваемого чертежом. То же можно сказать и об отклонении взаимного расположения.

В основу нормирования и количественной оценки отклонений формы и расположения положен принцип введения прилегающих прямых, поверхностей и профилей.

Прилегающая прямая (или плоскость) - это прямая (плоскость) соприкасающаяся с реальным профилем и расположенная вне материала детали так, чтобы отклонение от нее наиболее удаленной точки реального профиля в пределах участка, на котором производится измерение, имело минимальное значение.

Прилегающая окружность (или цилиндр) - это окружность (или цилиндр) минимального диаметра, описанные вокруг реального профиля наружной поверхности тела вращения или максимального диаметра, вписанные в реальный профиль внутренней поверхности вращения (отверстия)

При измерении прилегающими поверхностями служат рабочие поверхности контрольных плит, интерференционных стекол, лекальных и проверочных линеек, калибров, контрольных оправок, шаблонов и т.п.

Количественно отклонение формы оценивается наибольшим расстоянием от точек реальной поверхности (профиля) до прилегающей поверхности (профиля) по нормали к последней.
^ Отклонения формы цилиндрических поверхностей.
Отклонением от цилиндричности называют наибольшее расстояние от точек реальной поверхности до прилегающего цилиндра, как это показано на рисунке 77.






 

Рис.77. Отклонение от цилиндричности.

Отклонением от круглости называют наибольшее расстояние от точек реального профиля до прилегающей окружности, как это показано на рисунке 78-а.

Частными видами отклонений от круглости являются овальность (рис.78-б) и огранка (рис.78-в).




Рис.78. Отклонения от круглости. А - общий случай, Б - овальность, В - огранка.


 
Отклонения от профиля цилиндрической поверхности в продольном сечении показаны на рисунке 79.




Рис.79. Формы отклонений от цилиндричности в продольном направлении.

А - общий случай, Б - бочкообразность, В - седлообразность (талия), Г - конусность.



Отклонение от прямолинейности оси в пространстве - это минимальное значение диаметра цилиндра, внутри которого располагается реальная ось поверхности тела вращения (см. рис. 80)

Рис.80. Отклонение от прямолинейности

оси (линии) в пространстве.


^ Отклонения формы плоских поверхностей


Отклонением от прямолинейности в плоскости называют наибольшее расстояние от точек реального профиля до прилегающей прямой. Это показано на рисунке 81.

  Рис.81. Отклонение от прямолинейности.
На рисунке 82 показано отклонение от плоскостности, определяемое наибольшим расстоянием от реальной поверхности до прилегающей плоскости.




Рис.82. Отклонение от плоскостности.
 
Отклонением расположения поверхности или профиля называют отклонение реального расположения поверхности или профиля от его номинального расположения, задаваемого чертежом.



Отклонение от параллельности плоскостей показано на рисунке 83-а, а отклонение от перпендикулярности - на рисунке 83-б.
Рис.83. А - отклонение от параллельности

поверхностей, Б - от перпендику-

лярности.


Отклонение от параллельности осей показано на рисунке 84, на котором базовая плоскость совпадает с плоскостью рисунка.
Рис.84. Отклонение от параллельности осей.

Отклонение от соосности относительно общей оси - это наибольшее расстояние между общей осью двух или нескольких поверхностей вращения, на рисунке 85 - поверхностей отверстий.





Рис.85. Отклонение от соосности и отклонение от симметричности ()


Отклонение от симметричности относительно базовой плоскости- наибольшее расстояние между базовой плоскостью симметрии рассматриваемой поверхности и реальной плоскостью симметрии. На рисунке 85 это отклонение обозначено буквой дельта.

Перечисленные отклонения - это наиболее часто встречающиеся виды отклонений, в реальных условиях многие из них сочетаются вместе в пределах поверхностей одной детали. Некоторые суммарные отклонения формы и расположения поверхностей нормируются совместно, как например радиальное и тоцевое биение и т.д.
^ 5.1.1. АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ
1. Контрольная плита

2. Стойка с индикатором

3. Призма

4. Образцовая деталь
5.1.2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
Для выполнения работы студент получает образцовую деталь и производит замер тех видов отклонений от формы поверхности и их взаимного расположения, которые задает ему преподаватель. Определение некруглости выполняется на приспособлении, показанном на рисунке 86.

Обмеряемую деталь 3 устанавливают на призму 2 и, поворачивая деталь, отмечают показания стрелочного индикатора 4 через каждые 20-30°. Затем таким же образом обмеряют деталь в сечении, расположенном на 10-15 мм от первоначального. Всего обмеряют 5-6 сечений.

Определение отклонения от профиля цилиндрической поверхности в продольном сечении.

На том же приспособлении, что и в предыдущем случае, призму с деталью перемещают под щупом индикатора вдоль оси детали, производя измерения через каждые 10-12 мм. Затем деталь поворачивают на 40-45° и вновь производят замеры. Обмеряют величину отклонений в 5-6-ти сечениях, как это показано на рисунке 86.






Рис.86. Определение некруглости и отклонения профиля. 1 - стрелочный индикатор часового типа, 2 - образец,

3 - установочная призма, 4 - основание прибора.

При измерении некруглости образец поворачивают относительно горизонтальной оси, при измерении отклонения профиля - перемещают вдоль образующей образца.



Определение неплоскостности по соприкасающейся линии выполняют, обмеряя призматическую деталь, установленную на основание приспособления с индикатором, как это показано на рисунке 87.

Для облегчения контроля за перемещением деталь под щупом индикатора на поверхности деталь прочерчивают карандашом с помощью линейки прямую линию в направлении обмера.

Показания индикатора снимают через каждые 10-12 мм.



При определении неплоскостности по соприкасающейся плоскости на поверхности детали наносят карандашом сетку из взаимноперпендикулярных линий с шагом 10-12 мм. Обмер плоскости детали производят вначале в продольном, а затем - в поперечном направлении.



Рис.87. Определение неплоскостности.

1 - стрелочный индикатор часового типа на стойке, 2 - обмеряемая деталь, 3 - плоскопараллельная подставка, 4 - основание прибора.


^ 5.1.3. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ
Отчет должен содержать описание видов искажений формы и взаимного расположения поверхностей, описание примененного приспособления, а также таблицу измерений и построенные по данным измерений реальные профили поверхностей.
5.1.4. ЛИТЕРАТУРА.
1. Якушев А.И., Воронцов Л.Н., Федотов Н.М. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. Учебник для втузов. М., Машиностроение. 1987г. 174-185 с.

^ 5.1.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
1. Какие отклонения от формы поверхностей Вы знаете ?

2. Какие отклонения от взаимного расположения поверхностей известны Вам ?

3. Какие виды брака и причины их вызывающие могут проявляться при спекании ?
^ 5.1.5. ПРОТОКОЛ ИЗМЕРЕНИЙ.
Таблица измерений содержит наименование определяемого отклонения и имеет вид, показанный на рисунке 88 (см. ниже)


№№

Координаты точки измерения, мм

Показания индикатора, мкм

Величина отклонения с учётом знака, мкм



В отчёте приводится профиль обмеренной поверхности (сечения).



Ниже показан пример выполнения профиля поперечного сечения цилиндрической детали с отклонениями от цилиндричности.

Рис.89. Схема (для примера) профиля ци-

линдрической поверхности в нор-

мальной плоскости.
^ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 23
5.2. Изучение основных видов брака и причин его возникновения при производстве твердых сплавов.

"Корочка" - разрыв поверхности изделия или приподнятый слой. Разрушение изделия происходит путем отделения (шелушения) поверхностного слоя. (рис. 90-а). Часто внешний вид изделия не меняется. Наиболее часто "корочка" проявляется в слабоспрессованных изделиях или отдельных его участках. Причиной появления "корочки" является:

- появление в атмосфере печи углеводородов вследствие разложения пластификатора,

- большая скорость нагрева изделий,

- перегрузка лодочек изделиями, при которой они экранируют друг друга,

- недостаточно быстрый обмен в атмосфере печи, особенно при спекании в водороде или вакууме, при котором не успевают удаляться продукты термического разложения примесей, что дает им возможность накапливаться в поверхностном слое заготовки.

Брак неисправим.
"Расслой" - крупные продолговатые вздутия на поверхности изделия, расположенные вблизи ребер, или трещины, параллельные ребрам. В изломе трещины идут под углом или параллельно направлению прессования (рис. 90-б)

Причина "расслоя" - завышение давления прессования (перепрессовка), неравномерное распределение пресспорошка в прессформе, перекос пуансонов в процессе прессования, окисленная смесь, наличие примесей в смеси, неполное удаление растворителя при сушке заготовок.

Брак неисправим.
^ Недопекание (недоспекание) - в результате занижения температуры спекания снижены физико-механические свойства материала изделия.

Брак исправим путем повторного спекания на положенных режимах.
Трещины - возникают при локальных перенапряжениях при прессовании, но на прессовке незаметны, и появляются в виде сетки трещин либо одиночных трещин только после спекания. (рис. 90-в) Причиной трещинноватости изделий является неправильная конструкция прессфомы, вызывающей перенапряжение при прессовании в отдельных участках прессовки, неравномерный нагрев изделия при спекании, завышение скорости нагрева при отгонке пластификатора, при котором бурно выделяющиеся пары разрывают заготовку.

Брак неисправим.
Пережог - сильное завышение температуры спекания вызывает появление сферических вздутий, проплавленных мест, пузырей, раковин, общее повышение пористости. (рис. 90-б)

Брак неисправим.
Бой - скалывание или выкрашивание углов и ребер изделий. Причинами его возникновения является неаккуратное обращение с сырыми ("зелеными") заготовками, особенно при укладке их на лодочки.

Этот вид брака нормирован стандартами и техническими условиями на изделия.
Коробление - искажение формы изделия, связанное с неравномерной усадкой вследствие неравномерной плотности прессовки, либо с прогибом - искривлением изделий под действием собственного веса. (рис. 90-г) Причиной может быть неравномерный нагрев заготовки, при котором отдельные ее участки нагреваются сильнее, а также нарушение основного правила при укладке изделий на лодочку - прессовки надо укладывать в направлении прессования.

Этот вид брака нормирован стандартами и техническими условиями.
Изменения поверхностного слоя: науглероживание, декарбидизация, цианирования (нитроцементация) и др., связанные с удалением или пересыщением поверхностного слоя теми или иными элементами. Вызываются недопустимыми изменениями состава атмосферы печи с одновременным превышением температуры спекания.

Брак неисправим.





Рис.90. Различные виды брака поверхности твердосплавных изделий.

А - корочка, Б - пережог и расслой, В - трещины, Г - коробление.


^ 5.2.1. АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ
1. Образца брака
5.2.2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
По стандарту брак выявляется путем внешнего осмотра спеченного изделия без применения оптических средств и средств измерения.

Студент получает комплект образцов изделий с установленным видом брака и рассматривает их. Затем составляет описание образцов и зарисовывает их.
^ 5.2.3. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ
В отчете должны быть описаны виды брака, причины его появления и методы устранения.

Отчет должен содержать зарисованные образцы бракованных изделий.

Отчет содержит 2-3 стр.

Отчет подписывается студентом.
5.2.4. ЛИТЕРАТУРА.
Романова Н.И., Чекулаев П.Г., Дусев В.И. и др. Металлокерамические твердые сплавы. Учебник. М., Металлургия 1970г. с. 170-178.
^ 5.2.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
1. Какие виды брака спеченных изделий из твердых сплавов Вы знаете ?

2. Какие основные причины вызывают появление брака ?

3. Какие основные меры предупреждения появления брака ?
^ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 24
5.3. Измерение плотности спеченных заготовок.
5.3.1. АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ

1. Приспособление для измерения плотности

2. Весы электронные ...........................

3. Специальный образец
^ 5.3.2. ОСНОВЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ
Плотностью тела называется отношение массы тела к его объему.
M

= ─── , где

V

M - масса тела, г

V - объем тела, смЗ.
Плотность спеченных заготовок определяют гидростатическим способом, в основе которого лежит закон Архимеда: на тело, погруженное в жидкость действует выталкивающая сила, которая численно равна весу жидкости, вытесненной телом. Таким образом, гидростатическая сила выталкивания численно равна объему исследуемого тела при плотности жидкости, равной единице.
^ 5.3.3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

Для определения плотности собирают приспособление, показанное на рисунке 91


Рис. 91. Схема гидростатического взвешивания. А – взвешивание на воздухе, Б – взвешивание образца в воде. 1 - электронные весы, 2 - подставка для стакана, 3 - взвешиваемый образец, 4 - химический стакан, 5 - кронштейн для подвески образца, 7 - нить с крючком, 8 - термометр.





Взвешивание осуществляют следующим образом. На платформу электронных весов 1 устанавливают кронштейн для подвески образца 5. Сверху кронштейна, между его стойками помещают подставку для стакана 2 так, чтобы она не соприкасалась с платформой весов и кронштейном. На подставку 2 устанавливают стакан 4, также устанавливая его без соприкосновения с кронштейном. На кронштейн укладывают нить с крючком 6 для подвески образца.

Включают весы и сбрасывают их показания в нуль.

Затем образец закрепляют с помощью нити с крючком 6 на кронштейне 5 и производят взвешивание образца. Этим определяют вес образца в воздухе М1.

Затем в стакан наливают кипяченую (обезгаженную) холодную воду и измеряют ее температуру термометром 7. После измерения температуры измеряют вес образца в воде М2.

По формуле
M1m

 = ───── , где

M1 – M2
М1 - масса образца в воздухе, г

М2 - масса образца в воде, г

m -плотность воды при данной температуре, г/см3
Плотность воды при температуре измерения определяют по таблице 7.

Таблица 7

Зависимость плотности воды от температуры


Температура,

ОС

Плотность,

г/см3




Температура,

ОС

Плотность,

г/см3

15

0,9981




23

0,9965

16

0,9979




24

0,9963

17

0,9977




25

0,9960

18

0,9976




26

0,9958

19

0,9974




27

0,9955

20

0,9972




28

0,9952

21

0,9970




29

0,9949

22

0,9967




30

0,9946

Расчет плотности проводят с точностью до 2-го знака.

За показатель плотности принимают значение рассчитанной плотности, округленное до 0,1 г/см3.

Результаты испытаний заносят в протокол. По результатам определения плотности строят картину распределения плотности по высоте прессовки.
^ 5.3.4. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ
Отчет должен содержать краткое описание физических основ прессования, описание установок и методики определения плотности прессовки, порядок выполнения работы и таблицу наблюдений.

Таблица наблюдений показана на рисунке 92 (см. ниже)

№№

Масса образца на воздухе, г

Масса образца в воде, г

Температура воды, ОС

Плотность воды, г/см3

Плотность образца, г/см3


Среднее значение плотности образца -

Объем отчета 2-4 стр.

Отчет подписывается студентом.
5.3.5. ЛИТЕРАТУРА.
1. Кипарисов С.С., Либенсон Г.А. Порошковая металлургия. Учебник. М., Металлургия, 1980, с 215-246.

2. Сплавы твердые спеченные. Метод определения плотности. ГОСТ 20018.
^ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 25

5

.4. Определение предела прочности при поперечном изгибе стандартных образцов из спечённых твёрдых сплавов.

^ 5.4.1. АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ
1. Разрывная машина с реверсором .......

2. Приспособление для измерения предела

прочности при поперечном изгибе

3. Специальный образец по ГОСТ 20019

Рис.93. Разрывная машина ИР-5145 (Р-5).


^ 5.4.2. ОСНОВЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ ПРИ ПОПЕРЕЧНОМ ИЗГИБЕ

При исследовании прочности малопластичных и хрупких порошковых материалов таких как пористые фильтры, композиционные материалы, тугоплавкие металлы, керметы, твердые сплавы и тому подобных производят испытания на изгиб.





Испытания на изгиб проводят с использованием балки на двух опорах, как это показано на схеме слева на рисунке 94.


Рис.94. Приспособление ля измерения предела прочности при поперечном изгибе и схема измерения.

1 - основание, 2 - призма, 3 - самоустанавливающаяся опора, 4 - верхний нажимной ролик, 5 - шток, 6 - образец, 7 - нижние опорные ролики, l - расстояние между опорами. P - нагрузка,  - прогиб образца под нагрузкой.


Испытания на изгиб проводят на стандартных образцах определенного размера, например для твердых сплавов - сечением 5  5 мм и длиной не менее 35 мм (ГОСТ 20019). Образец устанавливают на опорах, расстояние между которыми - l = 30+0,5 мм. Нагрузка прикладывается посередине между опорами приспособления.

Приспособление для измерения состоит из массивного основания 1 с установленной на нем между двумя цилиндрическими стойками призмой 2, на которой установлена с возможностью перемещения самоустанавливающаяся опора 3. На опоре 3 закреплены на расстоянии 30 мм друг от друга два параллельных опорных ролика 7 из высокопрочного материала. В штоке 5 приспособления закреплен нажимной ролик 4, ось которого параллельна осям опорных роликов 7.
^ 5.4.3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
На опорные ролики устанавливают стандартный образец и подводят к нему шток с нажимным роликом 7. Включают разрывную машину и со скоростью перемещения траверсы

разрывной машины не более 2 мм/мин производят нагружение образца до разрушения.

Предел прочности при поперечном изгибе и, МПа вычисляют по формуле без учета влияния возможной пластической деформации

3F l

и = ─────── , где

2h2  b
F - наибольшая нагрузка, соответствующая моменту разрушения образца, кН,

l - расстояние между осями опор, мм,

h - высота образца - размер в направлении приложения нагрузки при испытании, мм,

b - ширина образца, мм.
Результаты вычислений округляют до 1 МПа.

Испытание считают недействительным, если место излома со стороны растяжения при изгибе (нижняя сторона) отстоит от линии приложения нагрузки более, чем на 5 мм.

По результатам испытаний определяют среднее арифметическое.

Испытания проводят 5-6 раз.
^ 5.4.4. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ
Отчет должен содержать методику проведения испытаний на изгиб, описание примененного приспособления, а также таблицу измерений.
5.4.5. ЛИТЕРАТУРА.
Сплавы твердые спеченные. Метод определения предела прочности при поперечном изгибе. ГОСТ 20019.
^ 5.4.6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
1. Для каких материалов определятся предел прочности при поперечном изгибе ?

2. Опишите методику проведения испытаний.

3. В чем причина большого разброса величины предела прочности, получаемого при испытаниях ?
^ 5.4.7. ПРОТОКОЛ ИЗМЕРЕНИЙ.
Таблица измерений показана на рисунке 95 (см. ниже)


№№

Высота образца, мм

Ширина образца, мм

Разрушающая сила, кН

Предел прочности при поперечном изгибе, МПа


Среднее значение предела прочности - [указать значение]
^ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 26
5.5. Измерение твёрдости спечённых изделий.
5.5.1. АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ
1. Пресс Роквелла ..................……………………………………………………….....

2. Образцовая деталь
^ 5.5.2. ОСНОВЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ МЕТОДОМ РОКВЕЛЛА
Метод Роквелла применяется в промышленности с 1919 года. В настоящее время он является одним из наиболее распространенных методов технологического контроля металлических деталей.

Измерение твердости по методу Роквелла для металлов регламентировано ГОСТ 9012. Для твердых сплавов - ГОСТ 20017.

У метода Роквелла по сравнению с другими методами измерения твердости (Бринеля, Виккерса, Шора и т.п.) следующие преимущества:

- возможность производить измерения поверхностей с высокой твердостью,

- простота определения числа твердости прямым отсчетом по шкале индикатора без использования номограмм,

- малая повреждаемость испытуемой поверхности,

- отсутствие остаточных напряжений в проверяемой детали,

- высокая производительность измерений,

- возможность обслуживания приборов малоквалифицированным персоналом.

Недостатки метода:

- отсутствие единой шкалы твердости (15 независимых шкал),

- невозможность повторной проверки полученных результатов,

- изменение характера вдавливания при применении алмазного конуса и стального шарика,

- твердость по шкале Роквелла выражена в условных единицах.

По шкалам А и С измеряют твердость при помощи алмазного конуса с углом при вершине 120О+ 30' и закругленной вершиной с радиусом сферы 0,2 + 0,005 мм.

Твердость по Роквеллу (см. рис.96)

h - h0

HR = A - ────── , где

C


А - постоянная величина, выбираемая по применяемой шкале, h1 - глубина вдавливания наконечника под действием предварительной нагрузки Р0,

h - глубина вдавливания наконечника под действием общей нагрузки (Р0 + Р1), измеряемая после снятия основной нагрузки Р1 при наличии предварительной нагрузки Р0,

С - цена деления шкалы измерительного индикатора в условных единицах твердости. Для шкал А и С величину С выбирают равной 200 мкм.



^ 5.5.3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.


Измерения производят следующим образом. На стол 4 укладывают деталь так, чтобы она не имела возможности качаться и с помощью подъемного винта осторожно подводят алмазный наконечник (индентор) 3 к поверхности детали.



Рис.96. Схема измерения по Роквеллу и Рис.97. Прибор (пресс) Роквелла

выбора величины А для шкалы С 1-станина,2-индикатор, 3 - алмазный

наконечник (индентор), 4 - стол; 5 -

ручка рычага нагрузки.
Точка, в которой необходимо измерить твердость, должна отстоять от края детали не менее, чем на 8-10 мм во избежание сколов или опрокидывания детали.

Вращая ходовой винт стола, осторожно осуществляют предварительное нагружение силой Р0, контролируемой по стрелочному индикатору. Малая стрелка индикатора устанавливается на ноль.

Вращая ободок шкалы индикатора, устанавливают на отметку 0 внешнюю шкалу индикатора (красного цвета).

Затем осторожно отпускают ручку 5, связанную с грузом Р1, расположенную с правой стороны прибора. Освободив ручку отпускают ее и в течение 10-15 сек. дожидаются остановки стрелки индикатора.

После этого ручку возвращают в исходное положение, а по шкале RA определяют полученное значение твердости. Опускают стол прибора, сдвигают деталь на 8-10 мм и повторяют измерения. Так поступают 5-6 раз.
^ 5.5.4. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ
Отчет должен содержать описание принципа измерения твердости методом Роквелла, описание прибора и методики проведения измерения, а также таблицу измерений.
5.5.5. ЛИТЕРАТУРА.
1. Испытательная техника. под ред. В.В.Клюева. книга 1. М., Машиностроение. 1982г. 246-253с.

2. Сплавы твердые спеченные. Определение твердости по Роквеллу. ГОСТ 20017.

3. Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу. ГОСТ 9012.
^ 5.5.6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
1. Каким образом производится измерение твердости по Роквеллу ?

2. Перечислите достоинства метода измерения твердости по Роквеллу ?

3. Какие недостатки у этого метода измерения твердости ?
^ 5.5.7. ПРОТОКОЛ ИЗМЕРЕНИЙ.
Таблица измерений имеет вид, показанный на рисунке 98 (см. ниже)


№№

Значение твёрдости, HRA

Среднее значение твёрдости, HRA



^ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 27
5.6. Определение стойкости режущей пластины.
Пластины для режущего инструмента являются одним из основных видов продукции из твердых сплавов - их доля в общем объеме производства составляет почти 40%.

Режущие пластины работают в очень тяжелых условиях: высокие контактные напряжения, интенсивное трение в условиях высоких температур и вакуума, активное химическое, диффузионное и электроконтактное взаимодействие материалы пластины с обрабатываемым материалом предъявляют очень жесткие требования к качеству инструмента, который должен выдерживать такие интенсивные нагрузки в течение определенного гарантированного времени, в течение которого не должны меняться основные параметры инструмента: размеры и форма режущей кромки, твердость, прочность, и т.п.

Каждая партия режущих пластин проходит испытания с целью определения режущих свойств изготовленного материала. Эти испытания - натурный эксперимент в аттестованных условиях, то есть проводятся в реальных условиях резания, причем для получения сопоставимых результатов условия проведения испытаний стандартизованы: применяется отобранный инструмент определенного вида со стандартной геометрией, обрабатывается определенный материал на установленных режимах обработки.

Для получения достоверных результатов испытания проводятся многократно с набором данных, составляющих достаточно большой статистически достоверный массив данных. Объем выборки - не менее 5-ти штук.

Минстанкопромом СССР разработаны "Типовая программа и методика Государственных испытаний режущего инструмента", которые действуют до 2000 года и на основании которых, при составлении утвержденных протоколов испытаний, выносится заключение о работоспособности инструмента данной партии.

Испытания значительно превышают стоимость изделия, так как в процессе испытаний режущего инструмента обрабатывается образец, переводимый в стружку.

Несложно рассчитать, что при стандартном режиме испытаний при скорости резания 150 м/мин., подаче 0,4 мм/об и глубине резания 3 мм за минуту испытаний в стружку переходит

 S0tV 7,8 0,4 3 150

P = ───── = ─────────── = 1,4 (кг)

1000 1000
что при стойкости, например 30 мин. составит около 40 кг на одно измерение или с учетом не менее одиннадцати испытаний - 440 кг.

Высокая трудоемкость свыше 20-ти часов и материалоемкость делает проблему повышения эффективности испытаний чрезвычайно актуальной.

Повысить эффективность испытаний режущего инструмента можно за счет снижения трудоемкости и удешевления испытаний путем сокращения объемов испытаний и расхода материалов образцов.

Износостойкость инструмента в зависимости от скорости резания в случае работы твердосплавными резцами имеет, в общем случае, вид, представленный на рисунке 99, а кривые износа по времени ничем не отличаются от типовой кривой износа (рис.100).

Сравнение этих кривых показывает, что участки, при которых работает инструмент, находятся во всех случаях в области линейной зависимости

T = f(V) и

hзадн =  (T)

и, следовательно, можно считать, что интенсивность износа резца не зависит от величины текущего износа, тем более, что, как это показано академиком Т.Н.Лоладзе, одним и тем же температурам резания и коэффициенту трения соответствует одна и та же стойкость и усадка стружки независимо от обрабатываемого материала и режима резания.

Таким образом, поскольку известен характер изменения износа от времени - это прямолинейная зависимость (на эксплуатационном участке), а изнашивание инструмента является стационарным, то становится возможным, определив несколько точек на кривой износа, распростра-






 har_32.pcx
 
Рис.99. Стойкость сплавов ВК и ТК при обработке стали. 1 и 2 - области устойчивой работы.


Рис.100. Износ по задней поверхности резца в зависимости от времени. 1 - период притупления передней кромки (приработка), 2 - период установившегося износа (рабочий режим), 3 - период катастрофического износа.



нить знание параметров на начальном участке изнашивания на всю картину износа инструмента, проведя двойную экстраполяцию - по времени и по нагрузке, изменяя скорость резания.

Именно в этом и заключается отличие разработанной методики от стандартной, при которой измерение износа проводят на стационарной нормативной скорости. Такой метод ускоренных ипытаний получил название метод Кондратьева. Он не нашел применения в практике, так как требует значительного, недоступного ранее, расчетного аппарата и преимущества от сокращения времени измерения пропадают.

Дополнительную неопределенность вносит и то, что для каждой конкретной партии твердого сплава неизвестны параметры, соответствующие критическим скоростям резания, при которых катастрофический износ возникает в момент касания резца к поверхности детали. А само определение этой скорости достаточно трудоемко и связано с необходимостью проведения большого количества испытаний по определению критической скорости.

Если же принять во внимание, что режущий инструмент никогда не работает до области катастрофического износа, а нормативный износ регламентирован соответствующими стандартами, то область необходимых измерений сокращается и практически необходимо определить только две точки на кривой износа на рисунке 99, соответствующие скорости резания

заведомо ниже скорости резания, соответствующей скорости катастрофического износа режущей кромки.

Для получения соизмеримого со стандартным результата испытания следует проводить в области износа, соответствующей середине участка 2 на рисунке 100.

В этом случае мы получаем заведомо заниженную величину стойкости инструмента и скорости минутной стойкости, но это снижение, как показал опыт, не превышает 20%.

Испытания проводят следующим образом.

Предварительно производят обточку образца на низкой скорости резания V1 в течении времени Т2 до достижения износа около 0,1 мм. После этого при постоянной глубине резания и подаче (например t =3 мм и S0= 0,4 мм/об) производят обточку с различными скоростями резания V2, V3, V4 .... Vn. Чтобы не попасть в область скоростей резания, соответствующих катастрофическому мгновенному износу или превышающих скорость резания минутной стойкости, максимальную скорость резания не следует выбирать большой, например не более 200 м/мин.

Для каждого значения скорости резания фиксируют прирост линейного износа h1, h2, h3 ... hn, соответствующий времени работы t1, t2, t3 ... tn.

Определяют интенсивность износа

 hi

hзадн.i = ────

hi
  и определяют фиктивную стойкость  

0,4

Ti = ──── ti

hзадн.i
где 0,4 - расчетный износ задней поверхности

Далее в двойной логарифмической сетке строят зависимость Ti = f(V), представляющую собой  прямую  линию (Рис.7), тангенс угла наклона которой к оси абсцисс равен показателю m в формуле

l

V = ──

Tm
где m - коэффициент Тейлора
  Поскольку график T = f(V) линеен, то можно производить измерения всего при двух-трех значениях скоростей резания, которые следует выбирать кратными пяти или десяти, например 50, 100, 150, 200 м/мин.

Подача и глубина резания фиксированы и соответствуют стандартному режиму обработки для данного вида резцов.

Предлагаемая методика удобна еще и тем, что не требует выбора в качестве образцового материала заготовки стали 45 или 40Х. Возможно применение широкой гаммы материалов: Сталь 3, 40, 45, 30ХГСА, 12Х18Н9Т и т.п. поскольку угол наклона прямой на графике 101 не зависит от марки обрабатываемого материала. Единственное, что потребуется при переходе на другие марки сталей или сплавов - это подбор максимальной скорости резания при испытании, который не должен превышать величины скорости минутной стойкости и, тем более, критической скорости резания.

При соблюдении этих условий машинное время испытания составляет 3-5 мин., а с учетом обработки результатов - 30-40 мин., расход металла образца не превышает 1 кг на все.



Сопоставление результатов испытаний по этому методу с результатами стандартных испытаний показывает, что результаты их совпадают с разбросом, не превышающим 20% и по ним можно оценить работоспособность данной партии твердого сплава.


Рис.101. Расчетная схема ускоренных испытаний

По полученному графику можно определить расчётную стойкость при скорости резания V = 150 м/мин и скорость минутной стойкости, необходимые при определении эффективности применения данного твердого сплава в данном конкретном случае обработки материалов по способу Хитоми, что важно


при назначении режимов обработки для резцов, работающих на станках с ЧПУ или в составе ОЦ и ГАП.

Методика ускоренных испытаний сопровождается программой обработки результатов измерений на любом ПК, поскольку составлена на доступном языке Бейсик, с распечаткой результатов в виде протокола и представлением его на экране дисплея в виде наглядного графика (рис. 102)





 

Рис.102. Представление результатов испытаний режущих пластин на экране ПЭВМ.


^ 5.6.1. АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ
1. Токарный станок .................……………………………………………………………

2. Резец образцовый с пластиной ....………………………………………………

3. Лупа Бринеля ...........……………………………………………………………….........

4. Секундомер ....………………………………………………………………...................

5. Тахометр ...................………………………………………………………………….....
^ 5.6.2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
При выполнении работы студент производит измерения, а на станке работает оператор-лаборант.

Подготовленный резец, оснащенный пластиной CNUM-120408, устанавливают в резцедержателе станка так, чтобы главный угол в плане составил 90°. Устанавливают заранее подготовленную заготовку из стали 45, 40Х или 30ХГСА и устанавливают следующий режим резания:

- глубина резания ....................... 2 мм,

- подача ................................. 0,2 мм/об

Затем с помощью тахометра устанавливают скорость резания 20 м/мин и производят резание в течение 10-15 сек. Это время в дальнейшем не учитывается, поскольку соответствует времени приработки инструмента.

Затем производят контрольное резание на установленной скорости в течение 90-100 сек. Резец снимают и измеряют износ по задней поверхности с помощью лупы Бринеля с точностью +0,01 мм.





А Б В

Рис.103. Картина износа, наблюдаемая в лупу Бринеля. А - типичный износ, видны следы пропахивания, Б - износ с вырывам блока, В - равномерный износ мелкозернистого твёрдого сплава.
С помощью тахометра устанавливают скорость резания 100 +20 м/мин и проводят резание в течение еще 30-40 сек. Измеряют фаску износа.

Повторяют эксперимент, установив скорость резания 150 +20 м/мин и произведя резание еще в течение 20-30 сек. Измеряют фаску износа.

Полученные значения скорости, подачи и времени измерения вводят в ПЭВМ и получают результаты испытаний в виде протокола, распечатываемого принтером.
^ 5.6.3. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ
Отчет должен содержать краткое описание процесса определения режущих свойств инструмента и методику обработки результатов измерений с помощью ПЭВМ.

Объем отчета 2-3 стр.

Отчет подписывается студентом.
5.6.4. ЛИТЕРАТУРА.
1. Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. М., Металлургия, 1976, с 485-490.
^ 5.6.7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
1. Для чего производится испытание резанием ?

2. В чем неудобство стандартной методики натурных испытаний ?

3. Какие виды износа режущего инструмента Вы знаете ?

^ 5.6.8. ПРОТОКОЛ ИЗМЕРЕНИЙ
Таблица наблюдений ( в виде протокола, распечатанного ЭВМ)
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 28
5.7. Определение энергии разрушения зубка буровой коронки.
Твёрдые сплавы для бурового инструмента должны обладать повышенной вязкостью, так как работают в условиях ударных нагрузок - это и удары при разрушении горной породы и удары, вызываемые неравномерным и безопорным вращением длинной буровой штанги.

Твёрдые сплавы для бурового инструмента должны обладать повышенным сопротивлением абразивному изнашиванию, поскольку горные породы, весьма неоднородные по строению, все являются материалами абразивными.

Твёрдость сплавов для породоразрушающего инструмента должна быть уж не как не менее твёрдости кварца и ему подобных руд: серебряно-цинковых, медных и так далее, то есть не менее 88-89 ед. HRA.

Измерения твёрдости, определение предела прочности при поперечном изгибе, испытания при резании металлов не дают представления о действительной пригодности того или иного твёрдого сплава при использовании его в породоразрушающем инструменте.

Н.А.Кудря предложил способ оценки пригодности твёрдого сплава для использования в качестве породоразрушающего путём определения интегральной характеристики, связанной со способностью определённого объёма твёрдого сплава выдерживать потоки механической энергии. Дело в том, что породоразрушающий инструмент, в отличие от металлообрабатывающего, участвует в процессе разрушения не только в точке контакта поверхности зубка с породой, но и всей массой твёрдосплавной вставки (зубка), которая передаёт удары горной породы в тело оправки по всему сечению зубка. В металлорежущем инструменте во время работы нагружена примерно треть - две трети от всей массы режущей пластины. А характер нагружения металлорежущей пластины - это изгибающие нагрузки и смятие в точке контакта вершины резца со стружкой, то есть на резец действуют силы достаточно хорошо рассчитываемые по формулам дисциплины "Сопротивления материалов".

Пластина режущего инструмента прижата к державке небольшой поверхностью и усилие прижима относительно невелико, то есть усилие резания почти всё приложено к пластине и державка воспринимает незначительную его часть.

В породоразрушающем инструменте зубок вставлен в своё гнездо со значительным натягом, как правило - при помощи горячепрессовой посадки и находится в объёмносжатом состоянии. Поэтому возникающие в зубке напряжения частично компенсируются напряжениями, созданными при посадке зубка в корпус. Это увеличивает нагрузочную способность зубка в несколько раз.

Изучение ударов горной породы по зубку показало, что эти удары - центральные. Это и позволяет оценить работоспособность зубка, моделируя удары горной породы, ударами "бабы" копра. По мере накопления энергии зубок начинает разрушаться и от него начинают откалываться частицы. Масса отколовшихся частиц пропорциональна накопленной энергии, то есть совершённой работе разрушения. Определяя количество отколовшихся частиц определённого размера после 10, 20, 30 и так далее ударов можно оценить способность материалы сопротивляться центральным ударам.

Затем, нанося аналогичные удары по куску горной породы, можно определить работу разрушения горной породы, а по соотношению работы разрушения зубка и породы - относительный коэффициент сопротивления, который позволяет определить возможность бурения данной породы этой маркой твёрдого сплава. Этот коэффициент должен быть не менее 1,1.




^ 5.7.1. АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ
1. Копёр

2. Сито размером 300 мкм

3. Аналитические весы

4. Образец - зубок

5. Образец горной породы



Рис.104. Копёр для определения энергии разрушения зубков и горных пород.

1 - баба массой 10 кг, 2 - труба, 3 - образец-зубок, 4 - пята, 5 - основание.



^ 5.7.2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
На опорную плиту копра устанавливают образец-зубок, поднимают груз (бабу) на высоту 1 м, закрывают кожух установки и отпускают бабу, нанося удар по образцу. Так повторяют 10 раз. После этого собирают осколки, отсеивают их на сите и взвешивают с точностью до +10 мг.

Повторяют измерения 10-15 раз.

Аналогично поступают с образцом горной породы.

Строят зависимость - "количество осколков в г - серия ударов" для образцов и рассчитывают соотношение между общим количеством осколков в граммах после 10 - 15 серий ударов, определяя соотношение сопротивлению ударному разрушению образца-зубка и образца породы.
^ 5.7.3. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ
Отчет должен содержать методику проведения испытаний на разрушение, описание примененного приспособления, а также таблицу измерений и график зависимости массы отколовшихся частей от числа ударов.
^ 5.7.4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
1. В чём состоят особенности работы породоразрушающего инструмента по отношению к режущему?

2. Опишите методику проведения испытаний.

3. Как влияет объёмное сжатие зубка на его сопротивление ударному разрушению ?
^ 5.7.4. ПРОТОКОЛ ИЗМЕРЕНИЙ.
Таблица измерений показана на рисунке 105 (см. ниже)


№№

Вид образца

Количество ударов в серии

Количество частиц , отбитых от образца, г

Общее количество отбитых частиц, г


Среднее значение соотношения масс отбитых частиц образцов -




Рис.106. Примерный вид графиков зависимостей

массы отколовшихся частей от числа ударов для

зубка и горной породы.

^ ТЕМА №6. МЕТОДЫ АНАЛИЗА ПОРОШКОВ И СПЕЧЁННЫХ ИЗДЕЛИЙ
При анализе порошков компонентов, входящих в состав порошковой смеси, определяют (при входном контроле) химический и гранулометрический состав, форму частиц и напряжённое состояние частиц.

Химический состав определяют различными способами: химическим анализом, спектроскопическим и рентгеновским анализом, а при необходимости - и методами масс-спектроскопии. Напряжённое состояние частиц, знание которого необходимо при создании магнитных материалов определяют рентгеноструктурным и голографическим методами.

^ Гранулометрический состав – это характеристика распределения частиц порошка по размерам, которая показывает из частиц какого размера и в каких долях составлена данная партия порошка. Интервал размеров частиц называют фракцией.

Подробно о ситовом анализе порошков смотри в главе 1 (тема 1). В данной теме рассмотрен способ определения гранулометрического состава при наблюдении в микроскоп.

Методика микроскопического метода определения гранулометрического состава порошков определена ГОСТ 23402 и описана в лабораторной работе.

Свойства спечённых порошковых материалов, в том числе и твёрдых сплавов, зависят не только от их химического состава, но на эти свойства оказывают значительное влияние размеры зерна, гранулометрический состав спечённого сплава, находящиеся в структуре сплава поры и некоторые структурные составляющие, образующиеся в материале при спекании, такие как, например, -фаза в твёрдых сплавах.

Поры действуют как надрезы и из-за неравномерного их распределения по структуре материала наблюдаются значительные колебания результатов испытаний.

Общая пористость Побщ определяется как отношение плотности пористого тела , измеренного, например гидростатическим взвешиванием на весах Моора, к теоретической плотности теор, соответствующего компактного материала и выражается в процентах. Часто в качестве "теоретической" принимают плотность прокатанного или кованного металла.
Побщ = (1 - теор )
Для определения плотности порошковых деталей применяют гидростатическое взвешивание (весы Моора) или пикнометр.

В первом случае образец вначале взвешивают на воздухе, а затем - в жидкости, как это было описано выше. Если заведомо известно, что образец имеет большую открытую пористость, то его покрывают каким-либо водоотталкивающим веществом: например, при взвешивании в воде деталь пропитывают парафином.

Существуют и другие способы определения пористости - по электросопротивлению, по изменению магнитных свойств и тому подобные, но чаще всего применяют метод сравнения микрофотографии поверхности нетравленного полированного шлифа с образцовыми (эталонными) фотографиями, которые приведены в соответствующих стандартах. Например величина пористости твёрдых сплавов регламентирована ГОСТ 9391, этот же стандарт регламентирует размеры и расположение различных включений, ослабляющих прочность материала - величину и расположение графитовых включений, величину, характер и количество включений -фазы.

Сравнительно малые размеры спечённых деталей и опасность их разрушения при испытаниях делают эти изделия непригодными для непосредственного измерения прочности и твёрдости. Поэтому вместе с изготовлением деталей, изготавливают образцы-свидетели определённой, строго регламентированной формы, из того же материала в одинаковых условиях прессования и спекания. Для увеличения достоверности измерений количество образцов-свидетелей выбирают не менее 11 (ГОСТ 20017) и более.

^ Исследование микроструктуры.

Достоверную и полную информацию о состоянии материала спечённого изделия можно получить, изучая его микроструктуру.

Исследование микроструктуры позволяет определить количество, форму и распределение твёрдых фаз и полостей (пор), распределение связки и однородность структуры - все эти параметры оказывают существенное влияние на служебные характеристики материала: прочность, твёрдость, сопротивление изнашиванию, коэрцитивную силу, электросопротивление, проницаемость (важно для фильтров) и тому подобное.

Изучая микроструктуру сплава, можно с высокой степенью достоверности оценить такие характеристики твёрдого сплава, как твёрдость, предел прочности при поперечном изгибе и что особенно важно - ползучесть при высоких температурах, модуль Юнга, ударную вязкость и сопротивление изнашиванию, которые невозможно измерять у твёрдых сплавов непосредственно, ввиду их низкой пластичности.

Прочность, твёрдость, плотность и другие макроскопические свойства материала непо­средственно зависят от особенностей его мик­роструктуры.

За­кономерности, связывающие микроструктуру материала с его физическими и механическими свойствами в макрообъёмах определяются в основном эмпирическим путем, поскольку не существует единой теории, связывающей все эти свойства математическими зависимостями, полученными из основных законов физики. Значительная часть этих эмпирических зависимостей имеет качественный или полуко­личественный характер. Тем не менее, накопленных данных вполне достаточно, чтобы выра­зить эти соотношения в количественной форме и получить простой и легко воспроизводимый метод контроля качества продукции.

Практические выгоды, которые можно по­лучить из знания соотношений между микро­структурой и физическими и механическими свойствами металла, в сочетании с быстрым развитием и широким распространением прибо­ров для автоматизированного анализа изобра­жений, позволяют получать достоверную информа­цию из металлографических наблюдений, т. е. применять количественное описание структур. Это направление исследований привело к раз­витию области науки о металлах, кото­рая получила название количественная металлография.

Количест­венный подход ведет к более глу­бокому пониманию наблюдаемых явлений, их причин и следствий, особенно применительно к макроскопическому, т. е. наиболее важному для практики поведению металлов. Более того, количественный подход позволяет выявить ту оптимальную структуру, которая в наиболь­шей мере соответствует условиям службы ма­териала. В конечном итоге это может приве­сти, например, к созданию новых сплавов и композиционных материалов, имеющих заранее заданный комплекс свойств после соответствующей обработки.

Достоверность результатов количественной металлографии и, следовательно, ценность соотношений, выведенных на основании ее данных, базируется на:

- точном и однозначном определении па­раметров, используемых для описания микро­структуры;

- точности, объективности и максимально возможной скорости метода измерений;

- достоверной интерпретации полученных данных.

Параметр, характеризующий микроструктуру, в каждом конкретном случае должен быть выбран таким образом, чтобы являться функ­цией и микроструктуры и того механического свойства, с которым этот параметр соотносит­ся. Сделать этот выбор целесообразным мож­но лишь при использовании эмпирического опыта и некоторых теоретических представле­ний физики твердого тела. Некоторые общие принципы можно сформулировать на базе на­копленного опытного материала.

Например, один из главных параметров микроструктуры, контролирующих прочность металла, — это расстояние между двумя «барьерами» (границами зерен, дисперсными выделениями, полигональными субграницами); средняя длина свободного пробега дислокаций в матрице и связанная с этим прочность и ползучесть зависит от этого расстояния между различными барьера­ми в конкретном сплаве или композиции.

В то же время вязкость и способность к формоизменению зависят не только от сред­него расстояния между барьерами, но также и от формы и распределения дисперсных ча­стиц в матрице, природы (проницаемости) этих барьеров, равно как и от анизотропии микроструктуры.

На каждой стадии измерения микроструктур­ных параметров необходимо принимать много­численные меры предосторожности, направлен­ные на повышение точности и воспроизводимо­сти результатов. В зависимости от выбранного метода расчета для получения до­стоверных результатов необходимо соблюдать следующие условия:

- образец должен достоверно характери­зовать анализируемый материал - это условие касается как расположения образца (того, как он вырезан) в исследуемом материале, так и исследуемой области в каждом образце;

- контраст микроскопических изображе­ний или микрофотографий должен быть до­статочно высоким, а увеличение должно соот­ветствовать размеру измеряемого параметра;

- счет необходимо проводить при опти­мальных условиях наблюдения микрострукту­-
ры (увеличение, травление и т. д.);

- число наблюдений должно быть достаточно большим, чтобы можно было получить стати­-
стически значимые результаты с учетом необ­ходимой точности.

Влияние пористости сказывается на том, что с её увеличением снижается прочность материала. При пористости более 7% предел прочности снижается ниже значений допускаемых ГОСТ-ом на твёрдые сплавы.

Аналогично влияют включения других фаз: графита и -фазы (сложного карбида вольфрама и кобальта).

Влияние -фазы неоднозначно - увеличение количества вкраплений этой фазы, особенно кружевной и цепочной формы, однозначно и сильно - до 25% - снижает прочность твёрдого сплава, но если частицы -фазы распределены по сечению, то возрастает твёрдость и повышается сопротивление абразивному изнашиванию.

Поэтому задача технолога - найти ту "золотую середину", при которой количество и распределение частиц -фазы оказывает положительное влияние на эксплуатационные свойства конкретного изделия. Это тем более важно, что полностью избавиться от -фазы практически невозможно.

Интересно изучение влияние размеров карбидной фазы на служебные характеристики твёрдого сплава поскольку регулированием размеров зёрен карбида вольфрама в однокарбидных твёрдых сплавах и размером зёрен сложного титано-вольфрамового карбида в двухкарбидных сплавах можно сравнительно простыми мероприятиями технологического характера: изменением температуры спекания, длительности выдержки при спекании, условиями прессования и так далее, получать сплавы с различной твёрдостью, пределом прочности при поперечном изгибе, сопротивлением изнашиванию при резании (резцы и зубки) или трении (подшипники и уплотнения) и плотностью.

В таблице 8 показано влияние среднего размера зерна на некоторые параметры твёрдых сплавов ВК6 и ВК8

Таблица №8

Влияние среднего размера зерна на прочность, твёрдость и стойкость твёрдых сплавов


Марка сплава

Средний размер зёрен, мкм

Предел прочности при поперечном изгибе, МПа

Твёрдость, HRA

Стойкость, мин

ВК6

1,64

136

90,4

25




1,8

140

90,1

18




3,0

160




16




3,3

150

88,7

15




3,8

157

91,0

12




4,5

168

90,5

9




4,8

168

87,2

8




4,95

155

88,1







5,2

185










5,5

185

89,2




ВК8

1,64

164

90,3

28




3,3

181




18




4,95

193

86,0

8


На рисунках 107 и 108 показан характер изменений предела прочности при поперечном изгибе и размерной стойкости от количества мелких зёрен в структуре твёрдого сплава.





Рис.107. Зависимость предела прочности при поперечном изгибе от содержания мелких зёрен в структуре твёрдого сплава ВК8.





Рис.108. Зависимость стойкости от количества мелкого зерна в структуре твёрдого сплава ВК8

^ БРАКОВОЧНЫЕ ПРИЗНАКИ СТРУКТУРЫ
На основании опыта работы, накопленного за годы эксплуатации твёрдых сплавов в промышленности и проведенных исследований составлена таблица браковочных признаков структуры твердых сплавов (табл. 9). В ней указаны границы колебаний того или иного пара­метра структуры сплава, в которых пластинки имеют наиболее высокую прочность и износостойкость и вне которых качество пластинок понижается.

Таблица 9

Пределы содержания различных фаз в структуре твёрдых сплавов





Браковочные признаки структуры, приведенные в табл. 9, могут быть положены в основу оценки качества пластинок из твердых сплавов. В идеальном случае структура металлокерамических твердых сплавов должна быть свободной от пористости, графитных включе­ний, обезуглероживания, карбидной неоднородности и кольцевых зерен сложного карбида титана. Заметно не снижая качество пластинок, эти дефекты могут присутствовать в пределах, ориен­тировочно указанных в табл.9.

^ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 29
6.1. Ситовый анализ. Классификация порошков по размеру частиц.

6.1.1. АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ
1. Сито вибрационное

2. Весы ................................…………………………………………………………….....

3. Шихта (порошок),г. ..................……………………………………………………………... 100
^ 6.1.2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Выбранные сухие и чистые сита укладывают в возрастающем порядке одно над другим, поддон помещают под нижним ситом.

Взвешенную пробу высыпают на верхнее сито, закрывают крышкой и включают привод вибросита.

Время рассева - 15-20 минут.

По окончании рассева отдельные фракции высыпают из сит на глянцевую бумагу. Содержимое на сите стряхивают в одну сторону, а частицы порошка, застрявшие в ячейках осторожно мягкой кистью в следующее сито с меньшим размером ячеек.

Взвешивают каждую фракцию отдельно. Сумма масс всех фракций должна быть не менее 99% от массы пробы.
^ 6.1.3. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ
Отчет должен содержать краткое описание физических и технологических характеристик порошковых материалов, порядок выполнения работы и протокол испытаний.

Объем отчета 2-4 стр.

Отчет подписывается студентом.
6.1.4. ЛИТЕРАТУРА.
1. Кипарисов С.С., Либенсон Г.А. Порошковая металлургия. Учебник. М., Металлургия, 1980, с 184-188.

2. Порошки металлические. Метод ситового анализа. ГОСТ 18318-73.
^ 6.1.4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
1. Каковы преимущества и недостатки ситового анализа ?

2. Какие свойства порошков определяет гранулометрический состав порошка ?

3. Какие свойства спеченных изделий определяет гранулометрический состав порошка ?

^ 6.1.5. ПРОТОКОЛ ИЗМЕРЕНИЙ.
Содержание отдельной фракции в процентах вычисляют с точностью до 0,1% по формуле

mn

X = ──100; где

m

mn - масса данной фракции, г

m - масса пробы, гт

Результаты анализа записывают в виде таблицы, причем содержание

фракций, составляющих менее 0,1%, записывают словами "следы".
Таблица измерений имеет вид, показанный на рисунке 109 (см. ниже)


Фракция частиц, мкм

Масса фракции, г

Содержание фракции, %


^ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 30

6.2. Определение гранулометрического состава порошка под микроскопом.
6.2.1. АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ
1. Микроскоп с увеличением 100, 600 и 1400

. Окуляр-микрометр .....................………………………………………………………….....

3. Объект-микрометр ...........………………………………………………………….............

4. Стеклянная плитка

5. Стеклянная палочка

6. Стеклянная пипетка

7. Предметное стекло

8. Покровное стекло

9. Шпатель

10. Фильтровальная бумага

11. Глицерин

12. Шихта (порошок),г. ............…………………………………………………………........... 10
^ 6.2.2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
.Для испытаний отбирают пробу массой 5—7 г.

Пробу для испытаний массой 5—7 г тщательно перемешивают на стеклянной плитке, рассыпают полосой длиной 7—8 см и разделяют на 7 или 8 приблизительно равных частей. Четные части отбрасывают, а нечетные смешивают и повторно сокращают таким же образом. Повторяют до получения пробы массой 0,5—1 г. Затем переносят на кончике стек­лянной палочки небольшое количество порошка на предметное стек­ло, добавляют 1—2 капли диспергирующей жидкости, распределя­ют равномерно смесь палочкой по стеклу, накладывают покровное стекло и надавливают на него осторожно во избежание выхода больших частиц за пределы стекла. Избыток жидкости удаляют фильтровальной бумагой. Из пробы для испытаний готовят два препарата и сравни­вают их под микроскопом. Если они совпадают, то измерение про­
водят на одном из них. Считают, что приготовленные микроскопические препараты сов­падают, если в поле зрения, ограниченном полем основного прямо­угольника или круга, находится от 6 до 30 частиц при измерениях при непосредственном визу­альном наблюдении микроскопического изображения При этом расстояние между частицами должно быть не меньше размера большей из соседствующих между собой частиц. При несоблюдении этих условий приготовление микроскопиче­ского препарата повторяют.

Измерения можно проводить по снимкам микроско­пических изображений.

Увеличение микроскопа следует подбирать в зависимости от размеров измеряемых частиц, при этом оно не должно превышать 1000-кратную величину апертуры объектива. Применяемый при из­мерении конденсор должен иметь апертуру не меньшую, чем объек­тив, с которым он применяется. Для измерения частиц 1 мкм тре­буется увеличение 1400.
^ 6.2.3. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ
Измерение размеров частиц проводят при непосредствен­ном наблюдении микро-скопического изображения или по микроскопи­ческим снимкам.

Интервал размеров частиц разбивают не менее чем 6 частей (классов). Частицы, размер которых соответствует нижнему пре­делу класса, относят к классу более мелкому.

Размеры частиц измеряют при наблюдении отдельных полей зрения. Отдельные поля зрения выбирают на препарате, перемещая его на величину, большую диагонали прямоугольника или диаметра круга, ограничивающего поле зре­ния. Площадь, на которой проводят измерения и счет частиц, рав­на при наблюдении отдельных полей зрения — сумме их площадей.

Если порошок содержит частицы в большом интервале раз­меров и это из-за недостаточной глубины резкости объектива мик­роскопа не позволяет получать резкое изображение одновременно всех частиц, то малые и большие частицы наблюдают и измеряют при разных увеличениях. При малом увеличении учитывают только большие частицы, пpи большом увеличении — только малые частицы.

Результаты измерений при разных увеличениях соответственно пересчитывают в соответствии с п. 3.8. Все измерения проводят при трех увеличениях или менее.

Допускается, чтобы в поле зрения находилось не более 150 частиц. Расстояние между частицами должно быть не меньше размера большей из соседствующих между собой частиц.

Измерения частиц проводят в поле зрения, ограниченном прямоугольником или кругом с нанесенным диаметром.

Ч

астицу считают принадлежащей к рассматриваемому полю, если она находится на одной из половинок границ поля. Например, в случае прямоугольника учитывают частицы, находящиеся внутри его, на левой вертикальной и верхней горизонтальной сторонах, на пересечении этих сторон и на другом конце одной из них. Час­тицы, находящиеся на остальных сторонах и в углах, не учитыва­ют. В случае круга учитывают все частицы, находящиеся внутри его, а также все частицы, находящиеся на одной полуокружности и на одном конце проведенного диаметра как это показано на рисунке 109
Рис.109. Выбор поля зрения при наблюдении в микроскопе.

Измерение частиц на отдельных полях зрения производят с помощью линейки на матовом стекле, на экране проектора или на микроскопических снимках. Линейку перед применением сле­дует проградуировать с помощью объект-микрометра. Увеличение должно быть подобрано так, чтобы измеряемые изображения частиц имели размер не менее 1 мм. Измеряют максимальную хорду частиц в горизонтальном или вертикальном направлениях.

Количество измеренных частиц (при использовании одного увеличения) или расчетное количество измеренных частиц (при ис­пользовании двух или трех увеличений) должно быть не менее 625

Под расчетным количеством частиц понимают количество час­тиц, отнесенное к одному выбранному увеличению и рассчитан­ное по формуле





(использовано три увеличения)

где: ^ Nрас - расчетное количество частиц;

Nбi - количество частиц i-го класса, измеренных при боль­шем увеличении;

Nсрi - количество частиц i-го класса, измеренных при сред­нем увеличении;

Nмi — количество частиц i-го класса, измеренных при малом увеличении;

^ Fб - большое увеличение;

Fср - среднее увеличение;

Fм - малое увеличение;

lб, lср, lм — число классов, просмотренных при данном увеличении.

Число полей зрения, просмотренных при разных увеличениях, должно быть одинаковым. Если результатом испытаний должно быть объемное (мас­совое) распределение частиц по размерам, то класс самых круп­ных частиц, составляющих не менее 5%, принимают за контроль­ный.

Количество измеренных частиц контрольного класса должно быть таким, как указано в таблице 10. (см. ниже)


Содержание контрольного класса, %

Минимальное количество измеренных частиц

От 5 до 10

25

От 11 до 15

50

От 16 до 24

75

Свыше 25

100
1   2   3   4   5   6



Скачать файл (9466 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации