ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ СТАЛИ ДО И ПОСЛЕ ЗАКАЛКИ

Задание. Определите по методу Бринеля твердость стального образца до закалки и после нее. Для закалки стальной пластины нагрейте ее до температуры примерно 900 °С и затем быстро охладите. Образец можно нагреть в электрической печи или между двумя лабораторными электроплитками.

Оборудование: стальная пластинка, гидравлический пресс, стальной шарик в оправке, электрическая печь или две лабораторные электроплитки штангенциркуль, лупа, пинцет, металлический сосуд с водой, шприцы с зажимом.

Содержание и метод выполнения работы

Сопротивление материала вдавливанию или царапанию характеризует его твердость. В методе определения твердости по Бринелю стальной шарик диаметром вдавливается в образец и оставляет на его поверхности лунку тем большего диаметра чем менее твердым является материал и чем больше сила давления Мерой твердости служит отношение:

где — площадь поверхности сферического отпечатка, — сила, действующая на шарик.

Площадь лунки находят как площадь поверхности шарового сегмента:

Рис. 103. Стальной шарик в оправке и лунка на поверхности стального образца

где — глубина лунки, — диаметр шарика.

Поскольку диаметр лунки может быть измерен более точно, чем ее глубина то формулу (2) необходимо преобразовать, выразив через

Как видно из рисунка

тогда

Силу давления на шарик находят как произведение давления в цилиндре пресса измеренного но показаниям манометра, на площадь большого поршня пресса определяемую по измерению его диаметра штангенциркулем:

Порядок выполнения работы

1. Измерьте штангенциркулем диаметр большого поршня гидравлического пресса (рис. 104).

2. Положите образец на плиту поршня, вставьте оправку с шариком, закройте сливной вентиль пресса. Действуя рукояткой пресса, получите давление и выдержите образец под нагрузкой в течение 10 с.

3. Откройте сливной вентиль, выньте образец и измерьте диаметр отпечатка шарика штангенциркулем, используя для большей точности отсчета лупу.

4. Описанные операции повторите 3 раза и определите среднее значение твердости образца до закалки. Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.

5. Поместите пластину в электрическую печь и разогрейте ее до ярко-красного свечения. Открывать печь и вынимать образец можно только в присутствии учителя!

6. Щипцами захватите образец и бросьте его в металлический сосуд с водой.

Рис. 104. (см. скан) Школьный гидравлический пресс

7. После охлаждения зачистите поверхность образца наждачной бумагой и определите его твердость заново. Результаты измерений занесите в отчетную таблицу. Сравните твердость образца до и после закалки.

Меры предосторожности. 1. При работе с прессом оправа с шариком должна быть расположена строго вертикально.

2. Давление масла в прессе нужно повышать плавно и не доводить его до величины более

Отчетная таблица

Контрольные вопросы

1. Почему при быстром охлаждении стали ее твердость повышается?

2. Почему при медленном охлаждении стали (отжиге) получаются значения твердости, не превышающие твердость исходного образца?