Отчёт по практике Задания 1-3: Материаловедение и технология конструкционных материалов вариант 3

ТГУ «Росдистант» Материаловедение и технология конструкционных материалов (Вариант 3 Практические задания 1-3)
Тольяттинский государственный университет платформа «Росдистант»
Оценка ОТЛИЧНО

Практическое задание № 1

Тема 1. Кристаллическое строение твёрдых тел
Задание

Часть 1. Нарисовать плоскость с заданными индексами, проходящую через узел с заданными координатами.

1 вариант Плоскость (102), проходящую через узел [[001]] 5 вариант Плоскость (121), проходящую через узел [[100]]
2 вариант Плоскость (110), проходящую через узел [[110]] 6 вариант Плоскость (111), проходящую через узел [[112 ̅]]
3 вариант Плоскость (112), проходящую через узел [[101]] 7 вариант Плоскость (110), проходящую через узел [[02 ̅0]]
4 вариант Плоскость (201), проходящую через узел [[111]] 8 вариант Плоскость (201), проходящую через узел [[2 ̅01]]

Часть 2. Зарисовать кристаллические модификации элементов, обозначить параметры решеток. Указать температуру полиморфного превращения и температуру плавления. Рассчитать изменение объема при полиморфном превращении.

Варианты задания

1 вариант Натрий 5 вариант Цирконий
2 вариант Скандий 6 вариант Стронций
3 вариант Титан 7 вариант Лантан
4 вариант Кобальт 8 вариант Бериллий





Тема 2. Дефекты кристаллического строения
Задание
Часть 1. Рассчитайте равновесную долю вакансий при температурах: –196 °C; +20 °C; 1/2 Т_пл; 2/3 Т_пл; 0,9Т_пл; Т_пл (по абсолютной шкале). Постройте график зависимости доли вакансий от температуры. Расчёт сделайте для:

1 вариант алюминия 5 вариант цинка
2 вариант золота 6 вариант никеля
3 вариант кадмия 7 вариант платины
4 вариант серебра 8 вариант молибдена

Часть 2. В расчёте на 1 см3 металла оцените: а) энергию дислокаций при их максимально возможной плотности ~1012 см ; б) энергию вакансий при их максимально возможной равновесной концентрации (вблизи температуры плавления). Расчёт сделайте для:
1 вариант свинца 5 вариант ниобия
2 вариант меди 6 вариант серебра
3 вариант ванадия 7 вариант магния
4 вариант a-железа 8 вариант ванадия

Задание выполняется индивидуально, по вариантам. Выбор нужного варианта осуществляется по первой букве фамилии (таблица 1.1).
Таблица 1.1
1 вариант А – В 5 вариант О – Р
2 вариант Г – Е 6 вариант С – У
3 вариант Ж – К 7 вариант Ф – Ч
4 вариант Л – Н 8 вариант Ш – Я



Бланк выполнения задания № 1
Тема 1. Часть 1
Нарисовать плоскость ____, проходящую через узел _____.


Рисунок.


Тема 1. Часть 2
Нарисовать решетки элемента, указать названия КР, оформить в виде таблицы.
Рисунок 1 Рисунок 2
Решетка № 1 – (название) Решетка № 2 – (название)


Температура плавления: _____.
Температура полиморфного превращения: _____.
Относительное изменение объема при полиморфном превращении:
V1 = ______;
V2 = ______;
V/ V1= |V2 – V1| / V1 100% = ______.

Тема 2. Часть 1
Элемент: ______.
Равновесная концентрация вакансий:
при Т= –196 °C Сv = ______;
при Т = 20 °C Сv = ______.
при Т = 1/2 Т_пл Сv = ______;
при Т =2/( 3) Т_пл Сv = ______;
при Т = 0,9Т_пл Сv = ______;
при Т =〖 Т〗_пл Сv = ______.
График зависимости доли вакансий от температуры:


График.


Тема 2. Часть 2
Элемент: ______.
Энергия дислокаций при их максимально возможной плотности ~1012 см: формула, расчет, значение.
Энергия вакансий при их максимально возможной равновесной концентрации: формула, расчет, значение.


Практическое задание № 2

Тема 6. Механические свойства и их характеристики
Задание. Необходимо зарисовать, соблюдая масштаб, диаграмму растяжения в координатах «усилие F – удлинение l» согласно своему варианту и выполнить следующие задания:
Преобразовать исходную диаграмму в диаграмму с относительными координатами «напряжение  – относительная деформация ».
По полученной диаграмме «напряжение – деформация» определить механические характеристики упругости материала: E – модуль нормальной упругости; σ_ПП – предел пропорциональности; σ_у (σ_0,05) – предел упругости (предел пропорциональности можно отнести и к прочностным характеристикам).
По полученной диаграмме «напряжение – деформация» определить механические характеристики прочности материала: σ_T или σ_0,2 – предел текучести физический или условный, σ_В – предел прочности (временное сопротивление).
По полученной диаграмме «напряжение – деформация» определить механические характеристики пластичности материала: % – относительное удлинение.
По полученной диаграмме «напряжение – деформация» определить модуль пластичности D, характеризующий способность материала дополнительно упрочняться за счет пластической деформации.


Задание выполняется индивидуально, по вариантам. Выбор нужного варианта осуществляется по первой букве фамилии (таблица 2.1).
Таблица 2.1
1 вариант А – В 5 вариант О – Р
2 вариант Г – Е 6 вариант С – У
3 вариант Ж – К 7 вариант Ф – Ч
4 вариант Л – Н 8 вариант Ш – Я


Диаграммы растяжения по вариантам приведены ниже.

Вариант 1 (сплав АМг3)


Удлинение, мм

Номер точки 1 2 3 4 5 6 7 8
Координаты точки F, кН 4,05 6,075 7,425 8,325 9,45 10,12 10,80 10,12
Δl, мм 0,12 1,6 3,2 4,8 7,2 9,6 12,8 16

Вариант 2 (сплав ВТ5)


Удлинение, мм

Номер точки 1 2 3 4 5 6 7 8
Координаты точки F, кН 18,00 36,00 38,25 39,60 40,05 40,275 40,50 39,15
Δl, мм 0,4 0,8 1,6 2,4 3,2 4 4,8 6,4


Вариант 3 (сплав Ст2)


Удлинение, мм

Номер точки 1 2 3 4 5 6 7 8
Координаты точки F, кН 10,35 9,90 10,125 11,925 13,95 15,075 15,75 14,625
Δl, мм 0,12 0,2 2,4 4,8 8 11,2 16 20,8





Вариант 4 (сплав Ст4)


Удлинение, мм

Номер точки 1 2 3 4 5 6 7 8
Координаты точки F, кН 12,15 11,25 11,475 13,95 17,325 20,025 20,07 20,25
Δl, мм 0,12 0,28 2,4 4,8 8 11,2 14,4 16

Вариант 5 (сплав Д16)


Удлинение, мм

Номер точки 1 2 3 4 5 6 7 8
Координаты точки F, кН 8,325 16,65 18,45 19,80 21,60 22,725 23,40 21,60
Δl, мм 0,16 0,32 0,8 1,6 3,2 4,8 6,4 8,8




Вариант 6 (сплав Х18Н10Т)


Удлинение, мм

Номер точки 1 2 3 4 5 6 7 8
Координаты точки F, кН 8,55 12,60 15,525 18,675 20,925 22,05 22,50 21,60
Δl, мм 0,18 3,2 6,4 12,8 19,2 25,6 28,8 32

Вариант 7 (сталь 80)


Удлинение, мм

Номер точки 1 2 3 4 5 6 7 8
Координаты точки F, кН 37,80 42,75 43,425 46,35 48,825 49,50 49,50 49,05
Δl, мм 0,18 3,2 6,4 12,8 19,2 25,6 28,8 32





Вариант 8 (сплав 14Г)


Удлинение, мм

Номер точки 1 2 3 4 5 6 7 8
Координаты точки F, кН 13,50 13,50 13,725 15,975 18,90 20,70 21,15 20,50
Δl, мм 0,12 1,2 2,4 4,8 8 11,2 14,4 17,6



Рекомендации по выполнению задания
Чтобы преобразовать диаграмму «F–» в диаграмму «–» необходимо для ряда точек на первичной кривой провести расчет значений  и ε. Для этого данные по усилию «F» разделить на площадь исходного поперечного сечения образца (S = 45 мм2), а по удлинению «» – разделить на исходную длину (l0 = 80 мм):
σ=F/S, ε=Δ/l_0 .
Необходимо учитывать, что при расчете  необходимо использовать единую систему единиц измерения. Поэтому S, равную 45 мм2, нужно перевести в м2 и выразить единицы измерения для напряжений в МПа. σ = F(кН) / S(м2) = … (МПа).
Полученные данные занести в таблицу.
Строго в масштабе построить кривую в координатах «–». По оси абсцисс располагать значения «». Масштаб выбрать таким, чтобы диаграмма была подробной и заполняла весь лист.
Модуль нормальной упругости рассчитать по первой точке.
Предел пропорциональности выбрать как максимальное значение напряжения, до которого сохраняется закон Гука.
Если на диаграмме растяжения присутствует площадка текучести, то определяется физический предел текучести σ_T – наименьшее напряжение на площадке текучести.
При отсутствии площадки текучести определяют условный предел текучести σ_0,2.
Для этого из начала координат O по оси деформации откладывается отрезок OE, соответствующий величине деформации 0,2 %, или 0,002 относительной единицы деформации (рис. 1). Из точки E проводят прямую EP, параллельную OA. Точка пересечения прямой EP с диаграммой соответствует напряжению условного предела текучести.
Рис. 1. К определению величины условного предела текучести

Предел упругости определяют аналогично условному пределу текучести. Разница только в величине остаточной деформации – 0,05 %, или 0,0005 отн. ед. (отрезок ОЕ).
Предел прочности, или временное сопротивление разрыву, σ_В – напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца.
Относительное удлинение после разрыва представляет собой отношение приращения расчетной длины образца к его первоначальной длине, выраженное в процентах: δ=(l_к-l_0)/l_0 ∙100%.
Не имея образца, относительное удлинение можно примерно оценить по диаграмме. Для этого из конечной точки кривой, соответствующей моменту разрушения образца, провести прямую, параллельную прямолинейному участку диаграммы. Отрезок абсциссы, отсеченный этой прямой, будет соответствовать конечному относительному остаточному удлинению образца к. Этот результат нужно выразить в процентах: δ=ε∙100%
Определить величину модуля пластичности можно, упростив диаграмму растяжения. Соедините предел текучести и предел прочности на кривой растяжения. Тангенс угла наклона прямой АВ пропорционален модулю пластичности: D ~ tg . Расчет проводят по формуле D= (σ_в-σ_т )/е .
Значение «е» определяет величину деформации, в процессе накопления которой напряжения выросли от σт до σв (рис.2).

Рис.2. К определению модуля пластичности

Бланк выполнения задания № 2

Исходные данные: ______.
Таблица значений σ и ε.
Номера точек на кривой 1 2 3 4 5 6 7 8
Координаты точек σ, МПа
ε, отн. ед.

Диаграмма растяжения «напряжение – деформация» (рисунок).

Механические характеристики сплава, определяемые по диаграмме растяжения:
модуль нормальной упругости E = ______;
предел пропорциональности σ_ПП = ______;
предел упругости σ_0,05 = ______;
предел текучести физический или условный σ_T = ______ или σ_0,2 = ______;
предел прочности (временное сопротивление) σ_В = ______;
относительное удлинение % = ______;
модуль пластичности D = ______.





Практическое задание № 3

Тема 6. Механические свойства и их характеристики
Задание
Часть 1. Определить условия проведения испытаний по определению твердости для материалов согласно своему варианту.

Варианты задания
а) Определение твердости по Бринеллю
Вариант Материал s, мм Вариант Материал s, мм
1 вариант Титан 10 5 вариант Олово 2
2 вариант Магниевый сплав МЛ-15 4 6 вариант Алюминиевый сплав АМц 4
3 вариант Чугун СЧ-35 30 7 вариант Бронза БрС30 7
4 вариант Сталь 40, нагартовка 4 8 вариант Сталь 08, отжиг 30
б) Определение твердости по Роквеллу
Вариант Материал Вариант Материал
1 вариант Металлокерамический сплав ВК15 5 вариант Латунь Л90
2 вариант Магниевый сплав МЛ-15 6 вариант Алюминиевый сплав АМг10
3 вариант Сталь ХВГ, закалка+отпуск 7 вариант Бронза БрБ2, закалка+старение
4 вариант Сталь 35, улучшение 8 вариант Сталь Р18, закалка+отпуск

Часть 2. Сравнить твердость, измеренную в ходе проведения испытаний разными методами для материалов согласно своему варианту.

Варианты задания

Вариант Твердость материалов Вариант Твердость материалов
HB HRA HRB HRC HB HRA HRB HRC
1 207 66 64 29 5 449 77 81 46
2 339 72 73 38 6 515 80 85 50
3 383 74 76 41 7 581 83 90 55
4 405 75 78 43 8 664 89 85 64

Часть 3. Произвести оценку прочности стали по данным испытания на твердость и оценку твердости стали по данным испытания на прочность.

Варианты задания
а) Оценка предела прочности стали по твердости
1 вариант Отожжённая сталь, НВ = 175 5 вариант Термообработанная сталь, НВ = 360
2 вариант Отожжённая сталь, НВ = 190 6 вариант Термообработанная сталь, НВ = 380
3 вариант Отожжённая сталь, HRB = 52 7 вариант Термообработанная сталь, HRC = 52
4 вариант Отожжённая сталь, HRB = 65 8 вариант Термообработанная сталь, HRC = 58
б) Оценка твердости стали по пределу прочности
1 вариант Оценить НВ отожжённой стали, В = 40 кгс/мм2 5 вариант Оценить НRC термообработанной стали, В = 290 кгс/мм2
2 вариант Оценить НВ термообработанной стали, В = 140 кгс/мм2 6 вариант Оценить HRВ отожжённой стали, В = 55 кгс/мм2
3 вариант Оценить НRC термообработанной стали, В = 260 кгс/мм2 7 вариант Оценить НВ отожжённой стали, В = 55 кгс/мм2
4 вариант Оценить HRВ отожжённой стали, В = 45 кгс/мм2 8 вариант Оценить НВ термообработанной стали, В = 150 кгс/мм2


Задание выполняется индивидуально, по вариантам. Выбор нужного варианта осуществляется по первой букве фамилии (таблица 3.1).
Таблица 3.1
1 вариант А – В 5 вариант О – Р
2 вариант Г – Е 6 вариант С – У
3 вариант Ж – К 7 вариант Ф – Ч
4 вариант Л – Н 8 вариант Ш – Я
Рекомендации по выполнению задания
Работа состоит из трех частей:
Определить условия проведения испытаний по определению твердости для материалов согласно своему варианту.
Для образцов, испытываемых по методу Бринелля, заполнить таблицу 3.2.
Таблица 3.2
Характеристика образца Условия испытания
Материал Толщина D, мм Р, кгс (Н) , с Индентор

Для заполнения таблицы воспользоваться данными из таблиц 3.3–3.5.
Таблица 3.3
Материал НВ Р = kD2 Smin, мм D, мм Р, кгс , с
Чёрные
металлы 140–450 k = 30 6–3 10,0 3000 10
4–2 5,0 750
Менее 2 2,5 187,5
Менее 140 k = 10 Более 6 10,0 1000
6–3 5,0 250
Менее 3 2,5 62,5
Цветные
металлы Более130 k = 30 6–3 10,0 3000 30
4–2 5,0 750
Менее 2 2,5 187,5
35–130 k = 10 9–3 10,0 1000
6–3 5,0 250
Менее 3 2,5 62,5
8–35 k = 2,5 Более 6 10,0 250 60
6–3 5,0 62,5
Менее 3 2,5 15,6

Таблица 3.4
Марки материалов (обработка) Число твёрдости Примечание
Sn HB 8–35 Основа баббитов, компонент припоев, бронз и др.
Б83, АО9-2, БрС30 Подшипниковые сплавы для антифрикционного слоя подшипников скольжения
АМц, МЛ5, МЛ15 Цветные конструкционные сплавы на основе Al, Mg
Cu HB 35–130 Основа бронз, латуней и др. сплавов
Латуни: Л90; ЛЖМц59-1-1;
ЛК80-3; ЛЦ16К4; ЛЦ38Мц2С2;
Бронзы: БрОФ6,5-0,15;
БрОФ6,5-0,4; БрО10Ф1 Конструкционные сплавы на основе (Cu +Zn) и Cu
АМг2, Д16, АК12, АМ5, АМг10 Конструкционные сплавы на основе Al
МА5, МА19 Конструкционные сплавы на основе магния
ЦАМ15 Конструкционный сплав на основе Zn
Cr, Co, Ni, Ti Цветные металлы – компоненты легированных сталей и др. сплавов
Бронза: БрБ2 (закалка1 + старение2) HB > 130 Конструкционный сплав
В95 Высокопрочный сплав Al
Fe техническое HB < 140 Основа сталей и чугунов
Сталь: 08 (отжиг3) Конструкционный cплав
Чугуны: СЧ15, СЧ25, СЧ35, ВЧ 80, КЧ 60-3 HB
140–450 Конструкционные литейные сплавы
АЧС-1 Антифрикционный сплав
Стали: 08,10 ,20, 30, 40, 45, 55 (нагартовка4) Конструкционные сплавы
Стали: 65Г, 45, 35 (закалка+отпуск5) HRC 40–55
Стали: У8, У13 (закалка+отпуск) HRC 50–65 Режущий и деформирующий инструмент
Стали: Р18, Х12М, ХВГ (закалка+ отпуск) HRC 65
Сталь: ШХ15 (закалка+отпуск) HRC 65 Тела качения и кольца подшипников качения
Спечённые сплавы на основе WC, TiC, TaC: ВК3, ВК15, Т15К6, ТТ8К6, Т5К10, ТТ7К12 HRA85–90 Пластины для армирования режущего инструмента
Литые сплавы Fe – C: 250Х38, 320Х23Г2С2Т, 370Х7Г7С HRA85 Наплавочные материалы деталей и инструмента для условий абразивного изнашивания

Таблица 3.5
Обозначение числа твёрдости, [размерность] Характеристика способа (вид индентора, нагрузка Р, применение)
Метод Бринелля ГОСТ 9012-59
НВ, [МПа] или [кгс/мм2]
При записи значения размерность не указывается Закаленный стальной шарик D = 2,5; 5,0;
10,0 мм; Р = 156–30 кН (15,6–3000 кгс); цветные сплавы, стали после отжига и нормализации и др. НВ = 80–4480 МПа или НВ = 8–448 кгс/мм2
Метод Роквелла ГОСТ 9013-59
HRA, HRB, HRC, [величина безразмерная] HRA: алмазный конус  = 120°; Р=600 Н (60 кгс); сплавы высокой твёрдости (металлокерамические инструментальные сплавы, литые высокоуглеродистые сплавы и др.). HRA = 70–85
HRB: стальной закаленный шарик
D = 1,59 мм; Р = 1000 Н (100 кгс); сплавы низкой твёрдости (подшипниковые, цветные конструкционные, отожженные стали и др.). HRB = 25–100
HRC: твердосплавный конус  =120°;
Р =1500 Н (150 кгс); сплавы средней твёрдости (стали после закалки и отпуска и др.). HRC = 20–67
Метод Виккерса ГОСТ 2999-75
HV, [МПа] или [кгс/мм2]. При записи значения размерность не указывается Алмазная пирамида с квадратным основанием  = 136°; Р = 10–300 Н (1–30 кгс); универсальный метод для чёрных и цветных металлов и сплавов.
HV = 80–20000 МПа или HV = 8–2000 кгс/мм2
Примечание: Приближённый перевод: 1 МПа ~ 0,1 кгс/мм2; 1 кгс/мм2 ~ 10 МПа












Для образцов, испытываемых по методу Роквелла, заполнить таблицу 3.6
Таблица 3.6
Материал и описание образца Шкала Условия испытания
Р, Н Индентор


Для заполнения таблицы 3.6 воспользоваться данными из таблиц 3.4–3.5.
Сравнить твердости исследованных материалов.
Для этого перевести исходные значения твердости (HB, HRA, HRB, HRC) в одни и те же единицы измерения (HV). Заполнить таблицу 3.7.
Таблица 3.7
Исходные данные
Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4
HB HRA HRB HRC
Полученные данные
Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4
HV HV HV HV
Результаты ранжирования результатов (номер образца в зависимости от HV; 1 – образец с HVmax, 4 – образец с HVmin)

Для перевода пользоваться таблицей 3.8. При отсутствии в таблице 3.8 значения использовать линейную интерполяцию.
Таблица 3.8
Соотношение единиц твёрдости HV, HB, HRA, HRC, HRB
HV HB HRA HRC HRB HV HB HRA HRC
70 66 40 — 38 590 500 78 52
80 77 42 — 44 600 506 78 53
90 87 44 — 50 610 511 78 53
100 98 46 — 56 620 517 78 54
110 109 48 — 62 630 522 79 54
120 119 49 — 67 640 528 79 55
130 130 51 — 71 650 533 79 55
140 140 52 — 75 660 538 80 56
150 150 53 — 79 670 543 80 56
160 160 54 12 83 680 548 80 57
170 170 55 14 86 690 553 80 57
180 180 56 15 89 700 557 81 57
190 190 57 17 90 710 562 81 58
200 200 58 19 93 720 566 81 58
210 209 59 20 95 730 571 81 59
220 219 60 22 96 740 575 82 59
230 228 61 23 97 750 579 82 60
240 237 62 24 — 760 584 82 60
250 257 62 26 — 770 588 82 60
260 256 63 27 — 780 591 82 61
270 265 64 28 — 790 595 83 61
280 274 64 29 — 800 599 83 62
290 282 65 30 — 810 603 83 62
300 291 66 31 — 820 606 83 62
310 300 66 32 — 830 609 84 63
320 308 67 33 — 840 613 84 63
330 317 67 34 — 850 616 84 63
340 325 68 35 — 860 619 84 64
350 333 68 36 — 870 622 84 64
360 341 69 37 — 880 625 85 65
370 349 69 38 — 890 628 — 65
380 357 70 39 — 900 631 — 65
390 365 70 39 — 910 633 — 66
400 373 71 40 — 920 636 — —
410 380 71 41 — 930 638 — —
420 388 71 42 — 940 640 — —
430 395 72 42 — 950 643 — —
440 403 72 43 — 960 645 — —
450 410 73 44 — 970 647 — —
460 417 73 44 — 980 649 — —
470 424 73 45 — 990 650 — —
480 431 74 46 — 1000 652 — —
490 438 74 46 — 1010 654 — —
500 444 75 47 — 1020 655 — —
510 451 75 48 — 1030 657 — —
520 457 75 48 — 1040 658 — —
530 464 76 49 — 1050 659 — —
540 470 76 49 — 1060 660 — —
550 476 76 50 — 1070 661 — —
560 582 77 51 — 1080 662 — —
570 488 77 51 — 1090 663 — —
580 494 77 52 — 1100 664 — —
Провести оценку предела прочности стали по известной твердости и твердости по известному пределу прочности. Заполнить таблицу 3.9.
Таблица 3.9
Известная величина Расчетная формула Результат
1 часть Твердость, (значение) Предел прочности, (значение)
2 часть Предел прочности, (значение) Твердость, (значение)

Для оценки свойств использовать таблицу 3.10.
Таблица 3.10

Эмпирическая формула Интервал изменения аргумента
Сталь без термообработки или после отжига
1. в= 0,36 • НВ НВ = 86–368
2. в = 10,885 • e0,02HRB HRB = 52–100
3. НВ = 2,81 в в = 30–130
4. HRB = 49,54 • ln в -117 в = 34–83
Сталь закаленная или закалённая + отпущенная
5. в = 0,34 • НВ - 2 НВ = 177–450
6. в = 38,8 • e 0,0303HRC HRC = 20–67
7. НВ = 2,92 • в + 5 в = 60–155
8. HRC = 32,86 • ln в – 120 в = 77–310
Размерность величин, входящих в эмпирические формулы: [в], [HB] в кгс/мм2. Для перехода к размерности механических напряжений СИ используйте приближенный пересчёт 1 кгс/мм2~10 МПа.


Бланк выполнения задания № 3
Часть 1
Исходные данные
1) Для определения твердости по Бринеллю
Характеристика образца Условия испытания
Материал Толщина D, мм Р, кгс (Н) , с Индентор

2) Для определения твердости по Роквеллу
Материал и описание образца Шкала Условия испытания
Р, Н Индентор


Часть 2
Исходные данные
Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4
HB HRA HRB HRC
Полученные данные
Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4
HV HV HV HV
Результаты ранжирования результатов (номер образца в зависимости от HV; 1 – образец с HVmax, 4 – образец с HVmin)


Часть 3
Известная величина Расчетная формула Результат
1 часть Твердость,
(значение) Предел прочности, (значение)
2 часть Предел прочности, (значение) Твердость,
(значение)


Практическое задание № 4

Тема 6. Механические свойства и их характеристики
Задание. Определить ударную вязкость и температурный порог хладноломкости для материала согласно своему варианту.

Задание выполняется индивидуально, по вариантам. Выбор нужного варианта осуществляется по первой букве фамилии (таблица 4.1).
Таблица 4.1
1 вариант А – В 5 вариант О – Р
2 вариант Г – Е 6 вариант С – У
3 вариант Ж – К 7 вариант Ф – Ч
4 вариант Л – Н 8 вариант Ш – Я

Варианты задания
KU0 – энергия маятникового копра до удара;
КUост – энергия маятникового копра после удара;
КСUmin – нормативный запас ударной вязкости.

Вариант № 1
Сортовой прокат квадратный а = 11 мм.
Работа разрушения KU0 (+20) = 100 Дж; КUост (+20) = 12 Дж.
Сталь 20 отожженная; КСUmin = 30 Дж/см2
tисп, °С +20 –20 –40 –70
KCU, Дж/см2 110 68 47 10

Вариант № 2
Листовой прокат s = 9 мм.
Работа разрушения KU0 (+20) = 50 Дж; КUост (+20) = 19 Дж.
Сталь 20 нормализованная; КСUmin = 35 Дж/см2
tисп, °С +20 –20 –40 –70
KCU, Дж/см2 157 109 86 27

Вариант № 3
Труба горячекатаная d = 400 мм, s = 10 мм.
Работа разрушения KU0 = 100 Дж; КUост = 56 Дж.
Сталь 17Г1С; КСUmin = 40 Дж/см2
tисп, °С +20 –20 –40 –70
KCU, Дж/см2 73 52 48 37

Вариант № 4
Труба d = 100 мм, s = 4 мм.
Работа разрушения KU0 = 80 Дж; КUост = 71 Дж.
Сталь 17Г1С высоко отпущенная; КСUmin = 55 Дж/см2
tисп, °С +20 –20 –40 –70
KCU, Дж/см2 78 71 64 53

Вариант № 5
Швеллер s = 8 мм.
Работа разрушения KU0 = 100 Дж; КUост = 78 Дж.
Сталь 10ХНДП; КСUmin = 43 Дж/см2
tисп, °С +20 –20 –40 –70
KCU, Дж/см2 55 47 45 42

Вариант № 6
Двутавр s = 10 мм.
Работа разрушения KU0 = 100 Дж; КUост = 67 Дж.
Сталь 10ХНДП; КСUmin = 45 Дж/см2
tисп, °С +20 –20 –40 –70
KCU, Дж/см2 55 47 45 42

Вариант № 7
Уголок равнополочный t = 4 мм.
Работа разрушения KU0 = 50 Дж; КUост = 43 Дж.
Сталь 10ХНДП; КСUmin = 44 Дж/см2
tисп, °С +20 –20 –40 –70
KCU, Дж/см2 55 47 45 42

Вариант № 8
Сортовой прокат круглый d = 13 мм.
Работа разрушения KU0 (+20) = 100 Дж; КUост (+20) = 34 Дж.
Сталь 20 отожженная; КСUmin = 25 Дж/см2
tисп, °С +20 –20 –40 –70
KCU, Дж/см2 110 68 47 10





Рекомендации по выполнению задания
Работа состоит из двух частей:
А) Определение ударной вязкости.
Необходимо выполнить эскиз сечения полуфабриката с указанием заданного размера(ов). Типичные эскизы приведены в таблице 4.2.
Таблица 4.2

Сортовой прокат квадратный Сортовой прокат круглый Труба горячекатанная Швеллер

Двутавр Уголок равнополочный Листовой прокат

Определить лимитирующий размер. Лимитирующим является размер исследуемого полуфабриката, ограничивающий сечение ударного образца. При этом необходимо также предусмотреть возможность снятия дефектного слоя на поверхности проката при изготовлении образца, чтобы избежать анизотропии свойств металла по толщине надрезанного образца (минимальный припуск на механическую обработку составляет 0,5 мм на сторону).
По определенному лимитирующему размеру и используя данные таблицы 4.3, выбрать тип образца Менаже для определения ударной вязкости, определиться с его размерами.
Таблица 4.3
Концентратор Тип R L + 0,6 B Н ± 0,1 Н1
мм
U (Менаже) 1

3
4
5 1 ± 0,1 55 10 ± 0,1 10 8 ± 0,1
2 7,5 ± 0,1 10 8 ± 0,1
3 5 ± 0,05 10 8 ± 0,1
4 2 ± 0,05 8 6 ± 0,1
Вычислить ударную вязкость. Заполнить таблицу 4.4.
Таблица 4.4
SН, см2 Показания шкалы маятникового копра Ударная вязкость,
Дж/см2
KU0 КUост KCU

Sн – площадь сечения образца в надрезе, S_H=B∙H_1 (табл. 4.3).
Ударную вязкость рассчитать по формуле
KCU=(〖KU〗_0-〖KU〗_ост)/S_H .
Б) Определение температуры хладноломкости.
Используя данные своего варианта, построить график зависимости KCU = f (tисп). Значение порога хладноломкости стали tхл определяется графически как абсцисса точки пересечения линий KCU = f (tисп) и нормативного запаса ударной вязкости KCUmin (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Графическое определение порога хладноломкости стали tхл.
По рисунку tхл = –54 °C



Бланк выполнения задания № 4

Исходные данные.
Вариант № __
______.
______.
______
tисп, °С +20 –20 –40 –70
KCU, Дж/см2 ___ ___ ___ ___

Эскиз сечения полуфабриката с размером(ами).



Рисунок



Расчет ударной вязкости.
SН, см2 Показания шкалы маятникового копра Ударная вязкость,
Дж/см2
KU0 КUост KCU


Определение температуры хладноломкости.


График


tхл = ________.Показать/скрыть дополнительное описание