Презентация по материаловедению на тему: Твердость металлов. Основные понятия, методы определения. Основные свойства полимерных материалов: натуральных и химических.Материалы повышенной надежности. Дисциплина: Материаловедение. Луганск 2016

Определение твердости. Твердостью называется способность металла сопротивляться внедрению в него инородного тела. Определение твердости является наиболее часто применяемым методом испытания металлов. Для определения твердости не требуется изготовления специальных образцов, т. е. испытание проводится без разрушения детали

Существуют различные методы определения твердости вдавливанием, царапанием, упругой отдачей, а также магнитный метод. Наиболее распространенным является метод вдавливания в металл стального шарика, алмазного конуса или алмазной пирамиды. Для испытания на твердость применяют специальные приборы, несложные по устройству и простые в обращении. Определение вязкости по Бринеллю. В поверхность испытываемого металла с определенной силой вдавливают стальной закаленный шарик диаметром 10, 5 пли 2,5 мм (рис. 2). В результате на поверхности металла получается отпечаток (лунка). Диаметр отпечатка измеряют специальной лупой или микроскопом с делениями.

Рис. 2. Схема испытания на твердость по Бринеллю

где Р – нагрузка на шарик, Н (кгс); F – поверхность отпечатка, мм 2 ; D – диаметр вдавливаемого шарика, мм; d – диаметр отпечатка, мм. Для того чтобы не вычислять твердость по приведенной выше формуле, на практике пользуются специальной таблицей, в которой диаметру отпечатка соответствует определенное число твердости НВ. Число твердости по Бринеллю НВ характеризуется отношением нагрузки, действующей на шарик, к поверхности отпечатка:, кг/мм 2

Для характеристики твердости часто пользуются диаметром отпечатка d HB (мм) без перевода в число твердости. Диаметр шарика и нагрузку устанавливают в зависимости от испытуемого металла, твердости и его толщины. Например, при испытании стали и чугуна Р = 30D 2, меди и ее сплавов Р = 10D 2, баббитов Р = 2,5D 2. Метод Бринелля не рекомендуется применять для металлов твердостью более 450 НВ, так как шарик может деформироваться и результат получится неправильным. Нельзя также испытывать тонкие материалы, которые при вдавливании шарика продавливаются.

Определение твердости по Роквеллу. В поверхность испытываемого металла вдавливают алмазный конус с углом 120° или стальной закаленный шарик диаметром 1,59 мм. Испытание шариком применяют при определении твердости мягких материалов, а алмазным конусом при испытании твердых материалов. Шарик и конус вдавливают в испытываемый образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок предварительной Р 0 и основной P 1 общая нагрузка Р равна их сумме (рис. 3)

Предварительная нагрузка во всех случаях равна 100, Н а основная и общая составляют : 1. Испытание проводят конусом, твердость определяют по шкале А, обозначают HRA P1 = 500 Н, Р=600 Н 2. Испытание проводится шариком, твердость определяется по шкале В обозначают HRB Р1 = 900 Н, Р = 1000 Н 3. Испытание проводят конусом, твердость определяется по шкале HRC Р1 = 1400 Н, Р = 1500 Н

Рис. 3. Схема испытания на твердость по Роквеллу.

Определение твердости по Роквеллу имеет широкое применение, так как дает возможность испытывать твердые и мягкие материалы; при этом отпечатки от конуса или шарика очень малы, поэтому можно испытывать готовые детали без их порчи; испытание выполняется легко и быстро (30 – 60 с); не требуется никаких измерений – число твердости читается прямо на шкале. Значения твердости по Роквеллу можно перевести в значения твердости по Бринеллю. Определение твердости и силы, чем испытывают и нагрузки.

Определение твердости по Виккерсу. В поверх­ность металла вдавливают четырехгранную алмазную пирамиду с углом равным 136°. По нагрузке, приходящейся на единицу поверхности отпечатка, определяют твердость, обозначаемое HV: где Р – нагрузка на пирамиду, Н (кгс); d – среднее арифметическое длины обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки, мм; α – угол между противоположными гранями пирамиды.

При испытании применяют нагрузки, равные 50, 100, 200, 300, 500, 1000 Н (соответственно 5, 10, 20, 30, 50, 100 кгс). Возможность применения малых нагрузок – 50, 100 Н (5, 10 кгс) позволяет испытывать материалы тонкого сечения и твердые поверхностные слои (например, цианированные, азотированные). Для определения числа твердости HV по величине диагонали отпечатка используют специальную таблицу. Числа твердости до 400 HV единиц совпадают с числами твердости НВ (по Бринеллю), а при твердости более 400 HV они превышают числа твердости НВ и тем больше, чем выше твердость.

Рис. 4. Схема испыта­ния на твердость по Вик­керсу.

Полимеры Полимерами называют вещества, молекулы которых состоят из множества повторяющихся структурных звеньев, соединенных между собой химическими связями

Способы получения полимеров Реакция полимеризации Реакция поликонденсации Реакция полимеризации – это химический процесс соединения множества исходных молекул низкомолекулярного вещества (мономера)в крупные молекулы (макромолекулы) полимера. Реакция поликонденсации – это химический процесс соединения исходных молекул мономера, идущий с образованием побочного низкомолекулярного продукта.

Строение полимера Макромолекулы полимеров могут иметь различную геометрическую форму в зависимости от строения основной цепи: Линейную (при которой структурные звенья соединены в длинные цепи последовательностью одно за другим). Разветвленную. Пространственную ( при которой линейные молекулы соединены между собой химическими связями).

Структуры макромолекул по химии А. Линейная Б. Разветвленная В. Пространственная В

Неорганические полимеры Многие неорганические вещества представляют собой полимеры. Это пластическая сера, черный фосфор, селен и теллур цепочечного строения, диоксид кремния и т.д Природные сетчатые неорганические полимеры входят в состав большинства минералов земной коры. Природные сетчатые неорганические полимеры перерабатывают в стекла, волокна, ситаллы, керамику и т.д. Элементоорганические полимеры - это такие полимеры, которые в основной цепи содержат атомы не углерода, а других химических элементов ( кислорода, титана, кремния). Боковые цепи в таких полимерах представлены органическими радикалами.

Волокна Волокна - полимеры линейного строения, которые пригодны для изготовления нитей, жгутов, текстильных материалов. Природные волокна по происхождению делят на: растительные (хлопок, лен, пенька и т.д); животные (шерсть, шелк); минеральные (асбест). Химические волокна получают из растворов или расплавов волокнообразующих полимеров. Их подразделяют на: искусственные, которые получают из природных полимеров или продуктов их переработки, главным образом из целлюлозы и ее эфиров (вискозные и др.) синтетические, которые получают из синтетических полимеров (капрон, лавсан нейлон и др.)

Биополимеры Биополимеры – это хорошо известные нам белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты. Белки – это биополимеры, состоящие из остатков a – аминокислот. Полисахариды – это биополимеры, состоящие из остатков моносахаридов. Полинуклеотиды, или нуклеиновые кислоты, - это биополимеры, состоящие из остатков нуклеотидов.

Волокна Волокна - полимеры линейного строения, которые пригодны для изготовления нитей, жгутов, текстильных материалов. Природные волокна по происхождению делят на: растительные (хлопок, лен, пенька и т.д); животные (шерсть, шелк); минеральные (асбест). Химические волокна получают из растворов или расплавов волокнообразующих полимеров. Их подразделяют на: искусственные, которые получают из природных полимеров или продуктов их переработки, главным образом из целлюлозы и ее эфиров (вискозные и др.) синтетические, которые получают из синтетических полимеров (капрон, лавсан нейлон и др.)