2202

Измерение микротвердости покрытий и тонких слоев материала

Лабораторная работа

Физика

Ознакомиться с конструкцией и работой прибора ПМТ-3. Освоить методику измерения микротвердости различных объектов.

Русский

2013-01-06

379.18 KB

114 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Измерение микротвердости покрытий и тонких слоев материала

  1.  Цель работы

Ознакомиться с конструкцией и работой прибора ПМТ-3. Освоить методику измерения микротвердости различных объектов.

1.2. Общие сведения об измерении микротвердости

Твердостью называется сопротивление материала пластическому деформированию, возникающему при внедрении в материал более твердого тела, именуемого индентором. Для оценки твердости малых объектов, тонких металлических лент, фольги, проволоки, тонких слоев покрытий, поверхностных слоев металлов и отдельных структурных элементов сплавов применяют испытание на микротвердость. Оценка микротвердости производится путем определения величины площади отпечатка внедряемого индентора при заданной и постоянной нагрузке. В качестве индентора применяется четырехгранная алмазная пирамида (рис. 1.1) с углом при вершине, равным 136°.

Рис. 1.1. Схема испытания на микротвердость

Величина микротвердости определяется отношением прилагаемой нагрузки Р, выраженной в ньютонах, к площади полученного отпечатка F, измеряемого в мм2, т. е. микротвердость исследуемого образца будет определяться следующим выражением:

   (1.1)

или            (1.2)

где а — угол между противоположными гранями пирамиды, равный 136°; d — длина диагонали отпечатка, мм.

Подставляя вместо а его значения и замеряя длину диагонали отпечатка в мкм, окончательно получаем, что микро-твердость равна.

            (1.3)

где Н — микротвердость, выраженная в МПа.

1.3. Задачи работы

  1.   Изучить устройство прибора ПМТ-3 для определения микротвердости.
  2.   Ознакомиться с особенностями испытаний на микротвердость.
  3.   Провести подготовку объектов и прибора для проведения исследований микротвердости.
  4.   Изучить методику измерения диагонали отпечатка и исследование микротвердости.
  5.   Провести исследование микротвердости на подготовленных образцах.


1.4. Приборы и материалы

Для проведения работы необходимо иметь прибор ПМТ-3 и образцы исследуемого материала: кусочки лент, фольги и плиток с полированной поверхностью.

Для подготовки поверхности исследуемых образцов необходимо иметь наждачный круг, шлифовальные шкурки различных номеров зернистости, полировальный станок и полировальную жидкость. Удобной является цилиндрическая форма образцов диаметром 10... 12 мм и высотой 0,7... 0,8 диаметра либо прямоугольные с площадью основания 12×12 и высотой 10 мм.

1.5. Особенности испытания на микротвердость

Отличительной особенностью испытания на микротвердость является применение малых нагрузок от 0,05 до 5 Н и основной областью использования данного метода является определение твердости таких образцов и деталей, которые не могут быть испытаны обычными методами (по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу), а именно; мелких деталей приборов, тонких полуфабрикатов, гальванических покрытий, поверхностных слоев металла и отдельных структурных составляющих сплавов.

Микротвердость определяют на плоской полированной чистой поверхности. При приготовлении образца особое внимание обращают на недопустимость наклепа или нагрева исследуемой поверхности, так как нагрев может привести к искажению величины микротвердости. При выборе нагрузки руководствуются величиной площади исследуемого Участка и толщиной слоя образца. Минимальная толщина образца должна быть больше диагонали отпечатка в 1,5 раза, а расстояние от центра отпечатка до края образца или края соседнего отпечатка должно быть не менее 2 диагоналей отпечатка.

1.6. Прибор для измерения микротвердости ПМТ-3

На основании прибора закреплена стойка, по которой с помощью гайки при ослабленном стопорном винте можно перемещать кронштейн с тубусом микроскопа. Кронштейн имеет направляющие, по которым можно перемещать тубус. Грубое перемещение тубуса осуществляется вращением большого винта (макроподача), малое перемещение — вращением малого винта (микроподача). На одном конце тубуса закреплен наклонный окулярный винтовой микрометр, а на другом — объектив. К тубусу прикреплен механизм нагружения с алмазным наконечником, представляющим собой алмазную пирамиду с углом при вершине 136°. На основании расположен предметный столик, верхнюю часть которого можно перемещать в двух взаимно перпендикулярных направлениях (координатное перемещение) и с помощью выступающей рукоятки поворачивать вокруг оси приблизительно на 180° от одного упора до другого (полукруговое перемещение). На предметном столе устанавливают образец, а центрирование прибора осуществляют винтами, расположенными в нижней части тубуса.

Для нагружения применяют специальные грузы в форме шайб с вырезом массой 5, 10, 20, 50, 100, 200 и 500 г. При испытании один из грузов устанавливают вырезом на шток нагружаемого механизма. Вдавливание алмазной пирамиды в образец под действием груза, находящегося на штоке, осуществляется при повороте рукоятки, расположенной на нагружаемом механизме, на пол-оборота. Диагональ, полученного отпечатка измеряют окулярным микрометром.

1.7. Подготовка прибора и проведение испытаний образцов

  1.   Установить и закрепить прижимными лапками или пластилином образец на предметном столике под объективом. При этом предметный столик должен быть повернут в крайнее правое положение до упора.
  2.   Навести на фокус поверхность образца вращением макро- и микровинтов путем перемещения тубуса относительно кронштейна.
  3.   Установить на резкость нити окулярного микрометра вращением глазной линзы окуляра.
  4.   Вращением барабана окулярного микрометра установить двойной штрих (перекрестие нитей) в центр поля на деление шкалы под цифрой «4».

Полный оборот барабана (100 малых делений) соответствует перемещению двойного штриха (перекрестия нитей) на одно деление шкалы.

1.7.5. Выбрать на образце место для нанесения отпечатка и подвести его перемещение столика под перекрестие нитей.

  1.   Окончательно навести на фокус поверхность образца вращением винта микроподачи.
  2.   Выбрать груз и поместить его на шток нагружающего механизма. Нагрузку записать в графу протокола.
  3.   Повернуть предметный столик вокруг оси за ручку в крайнее левое положение до упора. Поворачивать нужно осторожно без удара об упор, чтобы не сместить образец.
  4.   Произвести вдавливание алмазной пирамиды. Для этого необходимо медленно и равномерно, одним пальцем, повернуть на себя рукоятку арретира.

1.7.10. Дать выдержку 6... 7 секунд.

  1.   Снять нагрузку, для этого равномерно, одним пальцем, повернуть от себя рукоятку арретира.
  2.   Повернуть рукояткой предметный столик вокруг оси в крайнее правое положение до упора. Поворачивать нужно осторожно без удара об упор, чтобы не сместить образец.
  3.   Измерить окулярным микрометром диагональ полученного отпечатка.

1.8. Измерение длины диагонали отпечатка и определение микротвердости.

1.8.1. Вращением барабана окулярного микрометра левый угол перекрестья нитей подвести к правому углу отпечатка как показано на рис. 1.2.,а.

  1.   Произвести отсчет показаний шкалы и лимба окулярного микрометра. При измерении необходимо помнить, что расположение двойного штриха справа от цифры показывает о увеличении значения данного числа на величину количества делений лимба барабана. Полученный результат занесем в таблицу протокола испытаний на микротвердость.
  2.   Вращением барабана окулярного микрометра правый угол перекрестья нитей подвести к левому углу отпечатка (рис. 1.2, б).

Рис. 1.2. Схема измерения длины диагонали отпечатка

окулярным микрометром

  1.   Произвести отсчет показаний шкалы и лимба барабана окулярного микрометра, учитывая пункт 1.8.2. Полученный результат занести в таблицу протокола испытаний.
  2.   Из первого числа вычесть второе и полученную разницу умножить на 0,3. Полученное значение определяет величину диаметра отпечатка, выраженную в микронах. Полученное значение заносят в таблицу протокола испытаний.
  3.   По величине приложенной нагрузки на алмазную пирамиду (индентор) и длины отпечатка в соответствии с выражением (1.3) находят значение величины микротвердости, выраженное в МПа, которое заносят в протокол испытаний.

Таблица 1.1.

Протокол испытания на микротвердость

№ п/п

Объект испытаний

Нагрузка, Н

Показания окуляра микрометра

Длина диагонали, мкм

Микро-

твердость, МПа

Первый отсчет

Второй отсчет

1

2

3

4

5

6

7

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ НАКЛЕПА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ ДЕТАЛЕЙ

2.1. Цель работы

Ознакомиться и освоить методику определения толщины наклепанного слоя. Установить влияние режима обработки резанием на толщину наклепанного слоя.

2.2. Общие сведения о качестве поверхностного слоя деталей, обрабатываемых резанием

Качество обработанных деталей характеризуется не только геометрическими параметрами шероховатости и волнистости, но и физико-механическими свойствами поверхностного слоя. Этот слой, толщина которого зависит от вида обработки и находится в пределах от нескольких ангстрем до десятых долей миллиметра, оказывает существенное влияние на работоспособность деталей.

Физико-механические свойства поверхностного слоя характеризуются его твердостью, величиной, знаком и глубиной распространения остаточных напряжений, структурными и фазовыми превращениями и деформацией кристаллической решетки материала.

Физико-механическое состояние поверхностного слоя детали в основном является следствием упругопластической деформации и местного нагрева, возникающего в зоне обработки. Обычно верхний слой металла (рис. 2.1) характеризуется сильным разрушением зерен и получается в результате суммарного воздействия давления и температуры. Значение величины его микротвердости характеризуется параметром Нр. За этим слоем следует собственно наклепанный слой металла, характеризуемого микротвердостью Ннякл, глубже которого располагается исходная структура. Микротвердость исходной структуры характеризуется параметром Н исх.

Рис. 2.1. Структура и микротвердость поверхностного слоя

Глубина наклепанного слоя и степень его упрочнения зависят в первую очередь от условий резания. Особенно сильно на глубину и степень наклепа влияют такие факторы, как скорость резания, подача, степень затупления режущего инструмента. Слабее влияние оказывает геометрическая форма инструмента и глубина резания.

Глубина наклепывания поверхностного слоя средней твердости при обработке на принятых в промышленности режимах (лезвийный инструмент) колеблется от 0,1 до 0,25 мм, а при тяжелых условиях обработки достигает глубины 1 мм и выше.

Как показывают многочисленные исследования, проведенные с использованием методики многофакторного планирования эксперимента, величина микротвердости и глубина наклепанного слоя металла различных конструкционных сталей, обработанных лезвийным инструментом, может быть описана следующей зависимостью:

 (2.1)

где Н — величина микротвердости, МПа; B, a1, b1, d1, e1, f1 — опытные коэффициенты, зависящие от физико-механических свойств обрабатываемого материала; v —скорость резания, м/мин; s — подача, мм/об; t — глубина резания, мм; α, γ — величина заднего и переднего угла резца, град; ρк — радиус закругления режущей кромки, мм.

Глубина наклепанного слоя металла определяется как

 (2.2)

где hн — глубина наклепанного слоя металла при обработке резанием, мм; ρ — радиус при вершине резца, мм; A, a2, b2, c2, d2, m1, f2 — коэффициенты, полученные экспериментальным путем и зависящие от физико-механических свойств обрабатываемого металла.

Микротвердость в середине наклепанного слоя определяется из выражения

 (2.3)

где Нс — микротвердость в середине наклепанного слоя металла, МПа; с1, а3, b3, c3, d3, f3 — опытные коэффициенты, зависящие от физико-механических свойств обрабатываемого материала.

При обработке деталей из стали 45 выражения (2.1), (2.2) и (2.3) приобретают следующий вид:

 (2.4)

   (2.5)

   (2.6)

2.3. Задачи работы

2.3.1. Освоить методику подготовки образцов для исследования микротвердости.

  1.   Провести обработку объектов исследований при разных режимах резания: скорости и подачи и неизменной толщине срезаемого слоя.
  2.   Исследовать микротвердость образуемого резанием слоя материала и получить зависимость изменения микро-твердости по глубине.
  3.   Провести замеры геометрических параметров резца, используемого для резания.

2.4. Приборы, материалы и инструмент

Для проведения испытаний необходимо иметь: прибор ПМТ-3 для измерения микротвердости, инструментальный микроскоп и прибор для определения геометрических параметров режущего инструмента. Испытанию подвергаются цилиндрические или шестигранные шайбы (рис. 2.2), обточенные или отфрезерованные при различных режимах: скорости и подачи при неизменной толщине снимаемого слоя. Одна из сторон испытуемых образцов (торцевая сторона), не подвергающаяся при испытаниях обработке резанием, шлифуется и полируется, так как на ней в дальнейшем проводят исследования по микротвердости и толщине поверхностного наклепанного слоя.

Рис. 2.2. Образцы для исследования толщины наклепанного слоя

2.5. Порядок выполнения работы

2.5.8. Для исследования берут шесть образцов цилиндрических шайб или одну шестигранную шайбу.

  1.   На токарном станке цилиндрические шайбы, установленные на оправке, обтачиваются при различных заданных режимах: числе оборотов шпинделя ni, подаче s,- и неизменной глубине t = 0,5 мм. Данные по режимам заносятся в журнал наблюдений (табл. 2.1).
  2.   На горизонтально-фрезерном станке обрабатывается шестигранная шайба, закрепленная на специальной оправке. Каждая грань обрабатывается дисковой фрезой при различной скорости подачи si, скорости резания v0 и постоянной глубине резания t = 0,5 мм. Данные режимов обработки заносятся в журнал наблюдений (табл. 1.1).
  3.   Производят измерение геометрических параметров режущего инструмента: величин переднего (γ) и заднего (α) углов, радиуса закругления режущей кромки (ρк), радиуса при вершине резца (ρ), числа зубьев фрезы (z) и диаметра заготовки (круглая шайба), которые заносят в табл. 2.2.

Таблица 2.2.

Материал и название

γ, град

α, град

ρк, мм

ρ, мм

z

φ

φ1

λ

  1.   Производят вычисление скорости резания при точении и фрезеровании, м/с.

где D — диаметр обработанной поверхности цилиндрической шайбы или диаметр фрезы, мм; п — число оборотов шпинделя станка, об/мин. Полученные значения заносят в табл. 2.1.


Таблица 2.1.

Результаты измерений микротвердости наклепенного слоя, образуемого

в результате обработки резанием на станке

Режимы резания и размеры заготовки

Диаметр отпечатка, мкм

Микротвердость Н, МПа, на расстоянии от края образца, мкм

n, об/мин

D, мм

Vр, м/с

S, мм/об

t

25

50

75

100

125

150

175

200

225

n1

V1

n2

V2

n3

V3

S1

S2

S3


  1.   Обработанные образцы последовательно закрепляют на предметном столике прибора ПМТ-3 таким образом, чтобы полированная поверхность находилась сверху, а исследуемая часть поверхности — в зоне измерения (см. лаб. раб. № 1).

2.5.7. Производят измерение микротвердости исследуемых образцов. Микротвердость измеряют на длине 0,25 мм от края образца в соответствии со схемой измерений (рис. 2.3.)

Рис. 2.3. Схема измерения микротвердости: а — круглая шайба; б — шестигранная шайба

Измерения производят три раза на каждом расстоянии от края заготовки. В качестве результата берется среднее арифметическое значение среди трех результатов. Полученные значения заносятся в таблицу журнала наблюдений (табл. 2.1).

2.5.8. По полученным данным строят график изменения микротвердости наклепанного слоя от величины расстояния от обрабатываемой поверхности (рис. 2.1).

2.5.9. По построенному графику определяют толщину на- клепанного слоя hH в мм. Эта величина равняется толщине слоя, в котором твердость изменяется от твердости исходного материала до твердости наклепанного материала.

  1.   Производят расчеты микротвердости наклепанного слоя и его толщины по формулам (2.4), (2.5), (2.6) и сравнивают полученные значения с опытными данными, найдя процентное расхождение.
  2.   Составляют отчет о проделанной работе с необходимыми вычислениями, таблицами, графиками.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

ИССЛЕДОВАНИЕ СВАРИВАЕМОСТИ ПРИ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКЕ

3.1. Цель работы

Изучить влияние режимов на характер протекания процесса точечной сварки и определить режим свариваемости пластин.

3.2. Исходные положения

Процесс сварки согласно ГОСТ 2601—74 определяется как «Процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями...»

Основными факторами, влияющими на свариваемость материалов, являются давление и температура нагрева. Область свариваемости металлов находится выше кривой, показанной на рис. 3.1, и состоит из трех участков: I — ограниченной свариваемости, II — сварки давлением, III — сварки плавлением.

Точечная сварка относится к области сварки давлением, для которой свариваемость материалов возможна при совместном влиянии нагрева и давления. Чем выше температура нагрева, тем меньше давление требуется для получения сварного соединения. При температурах нагрева сталей выше 1500° С металл плавится и мы наблюдаем сварку плавлением, а при нагреве ниже температуры начала кристаллизации требуются очень высокие давления, что выделило ряд способов такой сварки в особую группу.

Сварка давлением, как и обработка металлов давлением, определяется диапазоном температур, когда стальные материалы обладают способностью к пластической деформации, когда зона нагрева металла до температуры выше начала кристаллизации Ткр на 30.. .50° С превысит пятно контакта электродов.

Для того чтобы нагреть свариваемые стальные пластины до температуры более Tкр (750...900°С), потребуется тепловая энергия, которая может быть определена выражением

 ,  (3.1)

где Ср - теплоемкость материала, кал/(г·град); ρ - плотность материала, 7,8 кг/м3·103; V — объем зоны нагрева, м3; Тср - средняя температура нагрева, град.

Таблица 3.1.

Теплоемкость сталей при температуре 850°С

Марка стали

08

15

25

45

Х9С2

2Х18Н9

Ср, кал/г·град

0,156

0,161

0,155

0,150

0,235

0,240

Объем зоны контакта при точечной сварке может быть определен выражением

 (3.2.)

где dэ - диаметр электродов, м; h1 и h2 — толщина свариваемых пластин, мм.

Количество тепловой энергии, выделяющейся при прохождении постоянного тока, подчиняется закону Джоуля-Ленца и определяется выражением

          (3.3.)

где I - сила тока; A; U - напряжение на электроде, В; R - сопротивление контакта, Ом; tи - время импульса, с.

Количество тепловой энергии, получаемой при прохождении тока Q2, должно быть больше, чем требуемое для нагрева зоны контакта так как часть тепла теряется на нагрев пластин вне зоны контакта и уходит в окружающую среду. Коэффициент полезного использования тепловой энергии может быть принят равным η = 0,85... 0,9. Тогда на основании предшествующих выражений может быть определена сила тока I, необходимая для образования пятна контакта dк:

Практически на поверхности металла в зоне контакта электродов наблюдаются два пятна. Меньшее по диаметру и более светлое (dк), образованное в месте деформации металла под электродами, и большее, более темное (dт), образованное распространением температуры кристаллизации Ткр. В случае, если dт≥dк, можно считать свариваемость достаточной.

Рис. 3.2. Схема точечной сварки

3.3. Задачи работы

При исследовании свариваемости способом точечной сварки предлагается решить следующие задачи:

  1.   Выбрать режим достаточной свариваемости пластин из малоуглеродистой стали.
  2.   Определить зоны деформации и распространения температур.
  3.   Определить силу тока, необходимую для образования пятна контакта.
  4.   Исследовать влияние силы тока на свариваемость пластин.

3.4. Оборудование и приборы

Установка для точечной сварки МТ-61, пластины из малоуглеродистой стали 2...3 мм, штангенциркуль 0—250 мм, секундомер, напильник, рукавицы.

3.5. Порядок выполнения работы

  1.   Зачистить поверхность электродов и замерить их диаметр.
  2.   Зачистить 5 пар пластин и замерить их толщину и разложить по парам с фиксацией в таблице.

3.5.3. Выбрать 5 ступеней изменения тока и установить меньшую по значению тока

3.5.4. Установить две пластины между электродами.

  1.  Нажать на педаль установки и в момент включения реле времени включить секундомер, а при его включении зафиксировать значение импульса тока.
  2.   Снять пластины и измерить отпечатки зоны контакта и пятна побежалости.
  3.   Занести результаты измерений в табл. 3.2.
  4.   Установить следующую ступень изменения тока и продолжить исследования
  5.   По результатам измерений построить совместный график изменения пятна контакта (dк) и пятна распространения температур (dт) от силы тока.
  6.   Определить расчетным путем силу тока, необходимую для образования контакта, и отметить ее значение на графике линией.
  7.   Во избежание повреждений и ожогов при работе использовать рукавицы.

3.5.12. Сделать выводы и записать заключение.

Таблица 3.2.

Таблица результатов исследований

№ п/п

Толщина пластин, мм

Сила тока I, А

Время импульса tи, c

Диаметр пятна, мм

h1

h2

Контакта, dк

Изотермы, dт

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА НАПЛАВОЧНОГО ПРОЦЕССА НА ФОРМИРОВАНИЕ ПОКРЫТИЯ

4.1. Цель работы

Установить зависимость изменения параметров формы шва и покрытия от факторов наплавочного процесса и определить режим качественного формирования покрытия.

4.2. Исходные положения

Качественное формирование покрытия наплавленного металла зависит от правильного сочетания количества расплавляемого электродного материала, наносимого электродуговым способом на поверхность детали, и скоростью перемещения этой поверхности под пятном дуги, а также скоростью достижения теплового баланса и стабилизации режима протекания процесса.

Параметрами, характеризующими качество формирования поверхности наплавки, могут служить: коэффициент усиления шва ψв, коэффициент полноты покрытия ψп коэффициент изменения формы ψи.

Коэффициент усиления шва ψв определяется отношением высоты усиления с к ширине шва В

   (4.1.)

и позволяет произвести ориентировочную оценку количества наплавочного материала, необходимого для получения покрытия, с учетом коэффициента перекрытия швов ηпер.

 (4.2.)

где s - шаг наплавки.

Тогда коэффициент заполнения поверхности может быть определен выражением

      (4.3.)

Реальное формирование поверхности происходит в процессе наплавки и зависит от правильного выбора скоростей наплавки и„ и подачи электродного материала vэ, а также шага наплавки s, а коэффициент действительной полноты покрытия может быть определен выражением

      (4.4.)

где Dn, Dв — диаметры поверхности выступов и впадин.

В процессе стабилизации теплового баланса форма швов изменяется. ' Первый шов всегда имеет меньшую высоту, а максимальная высота усиления наблюдается в момент перехода на стационарный тепловой баланс. Затем высота усиления, ввиду разогрева детали, падает, и стабилизируется, что весьма важно учитывать при нанесении покрытий большой длины. Для коротких покрытий это также важно, так как диаметр последнего витка Dк может получиться меньше, чем требуемая, согласно припускам на обработку, высота усиления. Так как стабильное состояние теплового баланса наступает не ранее нанесения 4...5 витков, то такое количество их можно считать достаточным для определения коэффициента изменения формы покрытия ψи на основании которого затем можно судить о размерах последнего витка требуемой длины.

 (4.5.)

где k — номер витка, для измерения Dк, k = 4.. .5.

В связи с тем, что количество расплавляемого электродного материала должно быть равно количеству наплавленного, с учетом коэффициента его использования ηэ = 0,8...0,95 (в среде защитных газов - 0,8, под слоем флюса - 0,95), значение высоты усиления с может быть определено выражением

  (4.6.)

где dэ - диаметр электродной проволоки, мм; vэ - скорость подачи электрода, м/с; ρ - плотность электродного материала; vн - скорость наплавки, м/с.

 (4.7.)

В данной работе Вам предлагается на основании измерений первого витка установить и характеризовать изменение коэффициентов формирования поверхности ψполн и ψизм в зависимости от выбираемого шага наплавки.

4.3. Задачи работы

При исследовании формирования наплавочного покрытия предлагается решить следующие задачи:

4.3.1. Определить характер формирования витка наплавки.

4.3.2 .Определить шаг наплавки.

  1.   Определить характер изменения формы витка в процессе нанесения покрытия.
  2.   Установить зависимость влияния факторов процесса на формирование покрытия.

4.4. Оборудование и приборы

Установка для наплавки (под слоем флюса, в среде защитных газов), источник питания ПДГ-502, штангенциркуль, секундомер, рукавицы.

4.5. Порядок выполнения работы

  1.   Измерить диаметр электрода и наплавляемой поверхности.
  2.   Определить скорость подачи электродной проволоки.
  3.   Установить частоту вращения шпинделя.
  4.   Установить деталь и подготовить установку к работе (включить защитный газ или подать флюс в зону горения Дуги).
  5.   Наплавить один виток, фиксируя значение силы тока и напряжения дуги.
  6.   Измерить штангенциркулем ширину шва и диаметр наплавленного витка (высоту усиления).
  7.   Принять, по согласованию с преподавателем или мастером, три значения шага наплавки (подачи суппорта).
  8.   Установить первое значение подачи и наплавить не менее 5 витков покрытия.

4.5.9. Произвести измерение диаметров Dп, Dв и Dк (последнего витка), как показано на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Схема формирования покрытия

  1.   Выполнить наплавку при двух других значениях подачи и провести требуемые измерения.
  2.   Результаты измерений и параметры режимов занести в табл. 4.1.
  3.   Определить характеристики формирования поверхности: коэффициент перекрытия шва, коэффициент заполнения и полноты покрытия, коэффициент изменения формы.
  4.   Построить график изменения коэффициентов формирования поверхностей от изменения подачи (шага наплавки) .

4.5.14. Сделать заключение и определить лучшую подачу.

Таблица 4.1.

 п/п

Шаг наплавки

Диаметры покрытия, мм

Коэффициенты формы

Dп

Dв

Dк

ψп

ψзап

ψполи

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

СТАТИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА ДЕТАЛЕЙ

5.1. Цель работы

Ознакомиться со статической балансировкой деталей и узлов машин и оборудованием для статической балансировки.

5.2. Общие положения

Быстровращающиеся детали в машинах должны быть сбалансированы. Несбалансированность, называемая иногда неуравновешенностью, является следствием неоднородности материала, погрешностей при механической обработке, неточности сборки, несимметричного расположения утолщений, наличия отверстий и т. п. Неуравновешенные массы вращающихся частей нарушают правильную работу машины, приводят к появлению вибраций, преждевременному износу рабочих поверхностей валов и подшипников, шестерен и других деталей.

Несбалансированность бывает статическая и динамическая. Статическая несбалансированность возникает при смещении центра тяжести детали массой m0 относительно оси ее вращения на некоторую величину eст (рис. 5.1). Как правило, это относится к дискам или другим телам с малым отношением толщины к диаметру.

Рис. 5.1. Схема статически несбалансированного маховика

Параллельное смещение оси такой детали, принимаемой за абсолютно твердое тело, относительно главной центральной оси инерции данного тела определяет «статическую неуравновешенность». При вращении такой детали появляется статическая неуравновешенность, определяемая центробежной силой инерции и равная

   (5.1.)

где m0 - неуравновешенная масса детали, кг; есг - расстояние между осью вращения детали и центральной осью инерции детали, м; w - угловая скорость детали, c-1.

Разделив выражение (5.1) на w2 , получим главный вектор дисбалансов детали:

(5.2.)

Отношение модуля главного вектора дисбалансов к массе детали называется удельным дисбалансом

 (5.3.)

Удельный дисбаланс численно равен эксцентриситету центра массы детали.

Обозначения параметров процесса балансировки должны соответствовать ГОСТ 19534—74, а основные понятия и определения — ГОСТ 22061—76.

Технологический процесс совмещения главной центральной оси инерции с осью детали называется балансировкой. Процесс балансировки состоит из двух этапов:

- определение места и величины дисбаланса;

- устранение дисбаланса.

Рис. 5.2. Схема действия сил, вызывающих статическую неуравновешенность маховика

Если сборочную единицу, масса которой М, а центр масс смещен относительно оси вращения на расстояние г, установить на опоры (рис. 5.2), то под действием возникающего момента сборочная единица (или деталь) займет таксе положение, при котором центр масс переместится в нижнее положение.

Статическую неуравновешенность устраняют путем удаления части материала из более тяжелой части детали или узла или добавлением его к более легкой части, смещая таким образом положение центра масс и достигая уровня, при котором удельный дисбаланс равен

    (5.4)

тогда

       (5.5)

Статическому уравновешиванию (статической балансировке) подвергаются только медленно вращающиеся детали или детали, у которых диаметр значительно больше ширины.

5.3. Задачи работы

  1.   Освоить методику статической балансировки деталей.
  2.   Познакомиться с прибором для статической балансировки и произвести статическую балансировку маховика.

5.4. Приборы, детали

Для статической балансировки деталей в мелкосерийном производстве применяют устройство, которое схематически показано на рис. 5.3. Устройство состоит из рамы 1, на которой установлены и закреплены два стальных ножа 2. На ножи устанавливают вал балансируемого маховика 3. Маховик, повернутый от руки, постепенно устанавливается в таком положении, при котором наиболее тяжелая часть его будет находиться снизу.

Рис. 5.3. Устройство для статической балансировки деталей:

1 - рама; 2 - нож; 3 - маховик

Маховик представляет собой диск с отверстиями, в которые можно ввинчивать специальные винты. С помощью завинчивания винтов различной массы устраняют дисбаланс испытуемой детали. Для испытаний необходимо иметь технические весы с разновеской для взвешивания винтов и штангенциркуль (колумбус).

5.5. Порядок выполнения работы

  1.   Установить испытуемый маховик на ножи балансировочного устройства.
  2.   Придав маховику слабое вращение, подождать, пока маховик установится в статическом положении.
  3.   Отметить карандашом на корпусе маховика линию нижнего его положения.

5.5.4. На противоположном конце маховика в отверстие ввинтить винт и постепенно его ввинчивая добиться такого равновесия, при котором при незначительном прокатывании вала маховика по ножам последний не возвращался в первоначальное положение.

5.5.5. Определить взвешиванием и измерением массу винта и расстояние от центра массы винта до оси вращения.

5.5.6. Вычислить модуль главного вектора дисбалансов

где - масса балансного винта, г; ест - расстояние от центра тяжести винта до оси вращения маховика, мм.

5.5.7. Составить краткий отчет о проделанной работе с указанием последовательности действий, схемы балансировки и расчетом основных характеристик.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ СЦЕПЛЕНИЯ ПОКРЫТИЯ ПРИ ДИНАМИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

6.1. Цель работы

Исследовать влияние динамического нагружения на прочность сцепления покрытий.

6.2. Исходные положения

Испытания материалов проводятся при различных видах нагружения (растяжении, сдвиг, кручение и др.), с увеличением нагрузки до разрушения, и позволяют установить прочностные характеристики, такие, как предел прочности, предел выносливости, предел текучести и т. д.

Натурные испытания детален позволяют устранить масштабный фактор, характерный при испытании материалов и определить ресурс или срок службы деталей, но не раскрывают характера изменений вызывающих потери прочности.

Первые способы испытания покрытий на прочность сцепления, несмотря на их разнообразие, выполнялись в основном по схеме отрыва (при растяжении) штифта, вставляемого в наплавляемую или напыляемую поверхности, от металла покрытия и тем самым имитировали вид испытаний материала на растяжение, но не позволяли установить ресурс.

В реальных деталях зона соединения покрытия с основой подвержена динамическому нагружению и ввиду цикличности действия ведет к отслоению и отрыву при нагрузках, иногда значительно уступающих предельным. При этом в зоне покрытия образуются как нормальные, ведущие к отрыву, так и касательные, ведущие к сдвигу, напряжения.

Испытания прочности сцепления при динамическом нагружении выполняются согласно схеме нагружения образца, показанной на рис. 6.1, и позволяют определить касательные напряжения в срезаемом слое

τ = P/S  (6.1.)

где Р — нагрузка, Н; S - площадь среза, м2

Образец 1 для испытаний представляет собой цилиндр из основного материала с покрытием в форме выступа, расположенного по диаметру сечением 2 мм2. Через внутреннее отверстие цилиндра образец закрепляется на нагрузочном- стержне 4 и устанавливается в корпус устройства 2 так, что только пояском покрытия упирается в стенки корпуса. Затем с помощью крышки корпуса 3 он закрепляется в нагрузочном устройстве, так, чтобы не иметь возможности осевого перемещения.

Рис. 6.1. Схема нагружения образца: 1 - образец; 2 - корпус устройства для установки образца; 3 - крышка корпуса; 4 - нагрузочный стержень; 5 - покрытие

Нагрузочное устройство вместе с образцом может быть установлено на разрывную машину типа УМР-10ТН или другую установку, имеющую нагружающее устройство циклического действия.

Принципиально могут быть использованы три схемы нагружения: 1 - на растяжение, 2 - при односторонней циклической нагрузке, 3 - при двухсторонней циклической нагрузке. Первая может быть применена для определения предельных касательных напряжений, а вторая и третья для определения ресурса, а точнее предела выносливости покрытия и с целью построения кривой усталости при воздействии касательных напряжений, которые могут быть определены выражением

       τmN= const.      (6.2)

6.3. Задачи работы

При проведении испытаний прочности сцепления покрытий предлагается решить следующие задачи:

  1.   Определить предел прочности покрытия на срез.
  2.   Определить число циклов нагружения до среза покрытия при заданной нагрузке и характере циклического нагружения.
  3.   Определить предел выносливости покрытия при базовой циклической нагруженности составляющей 5-106 циклов.
  4.   Построить кривую .изменения усталости при касательном нагружении.

6.4. Оборудование и приборы

Устройство для испытаний или разрывная машина УМР-10ТН, нагружающее устройство циклического действия, нагрузочное устройство для закрепления образцов, образцы с покрытием, счетчик числа циклов нагружения, динамометр, микрометр 0—25 мм и 25—50 мм.

6.5. Порядок выполнения работы

  1.   Измерить сечения пояска покрытия и определить площадь контакта его с нагрузочным устройством.
  2.   Установить и закрепить образец в нагрузочное устройство.
  3.   Установить нагрузочное устройство на установке для испытаний.
  4.   Установить режим испытаний, согласно задания преподавателя.
  5.   Провести испытания образца (образцов).
  6.   Занести результаты испытаний в таблицу.

6.5.7. Построить кривую усталости или произвести ее корректировку.

6.5.8. Определить характер изменения кривой усталости.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

9217. Моделирование случайных последовательностей 497 KB
  Моделирование случайных последовательностей Цель работы приобретение практических навыков моделированию случайных последовательностей с заданным распределением вероятностей. Домашнее задание Разработать линейный конгруэнтный датчик псевд...
9218. Введение в предмет. Общая патология 25.56 KB
  Введение в предмет. Общая патология. Система представлений об основных закономерностях болезней человека, как о целостных биологических явлениях. Состоит из 3 частей: 1. Пат. Анатомия. 2. Пат. Физиология. 3. Клиническая патология. Вирхов Рудольф (18...
9219. Перекрестная резистентность 29.14 KB
  Перекрестная резистентность При такой резистентности увеличивается устойчивость к другому стрессовому фактору (например: закаливание). Перекрестная сенсибилизация Снижение реакции к другому действующему фактору (например: оклиматизация). Болезни стр...
9220. Патофизиология лейкопоэза 28.04 KB
  Патофизиология лейкопоэза Костный мозг находится во всех плоских костях, головках трубчатых костей. Стволовые клетки. Имеет 3 класса: полипотентная стволовая клетка. Относительно унипотентная - клетки предшественницы лимфопоэза и ми...
9221. Патофизиология эритропоэза 27.36 KB
  Патофизиология эритропоэза ОЦК: у женщин - 6,5-7% от массы тела у мужчин 7-7,5% Гематокрит: 0,36-0,46 - соотношение между клеточной и жидкой частью крови Объем циркулирующей крови: в пределах нормы - нормоволемия, при уменьшении...
9222. Анемии Анемии вследствие нарушения кровообразования 27.46 KB
  Анемии Анемии вследствие нарушения кровообразования Железодефицитные анемии. Причины дефицита железа: менструальные потери, лактации, беременность, растущий ребенок, подросток, поражение желчно-кишечного тракта. Проявления сидеропении Синдром сидеро...
9223. Опухолевый рост типический патологический процесс 27.25 KB
  Опухолевый рост Опухоль (новообразование) - типический патологический процесс. Возникает под действием канцерогена. Проявляется патологическим разрастанием структурных элементов ткани, не связанным с общим обменом веществ. Характеризуется атипизмом ...
9224. Стадии канцерогенеза (патогенез опухолей) 24.15 KB
  Стадии канцерогенеза (патогенез опухолей) Инициация (мутация) - превращение здоровой клетки в опухоль Промоция Опухолевая прогрессия (если опухоль злокачественная) Гемобластозы Правила опухолевой прогрессии Фулдаса-Воробьев...
9225. Воспаление - типический патологический процесс. 28.01 KB
  Воспаление Воспаление - типический патологический процесс. Возникает в ответ на действие патогенных (флогогенных) факторов Проявляется в идее комплекса местных и общих реакций, сформировавшихся в ходе эволюции в качестве защитных ме...