Struzik C. - Pracownia techniczna

twardość

do wzoru na

HB otrzymuje

2F · O 102 , H B = - - - - -=-..:'=--==--=-;;;--'.=~ n· D ·

(n-{

D2 - D 2

•

się

2F · 0,102

sin 2 rp )

n · D

2

2

• (

1- cos

~)

Załóżmy, że

dla innego obdążenia F 1 i innej kulki o średnicy D1 chcemy uzyskać ten sam kąt

2F 1

----

n · D

2

• (

1-cos ~ )

n ·

•

0,102

D~ · ( 1-cos ~

) 53

0,102 F 1 = 0,120 F = K

St ąd

v2

D2

i

1

•

spełni enia założonych

warunków K powinno byc wartości ą stałą . Współczynnik K dobier a się w zależności od twardości badan_ e go metalu, przy czym dla metali o twardości >96 HB , K= 30, dla metali o twardości 327200 HB K -= J O, dla metali o twardości 167100 HB K = 5, dla metali o twardości 8750 HB K = 2,5, dla metali o twardości 3,2-:-20 HB K= 1. Podane wartości zapewniają uzyskanie odcisku o średnicy zawartej w granicach (0,2570,6) D. Wartości nacisku F dla różnych średnic kulek i różnych K zestawiono w poniższej tablicy. W n iosek: dla

I

Nacisk w N K

D = lOmm

30 10 5 2,5

D=5mm

29420 9800

980

Kulkę należy obciążać

powinien

I

D=2,5mm

7355

4900 2450

1

ciążenia

I

bez

2450

1840 613

1225

306,5

613 .246

153,2 61

.

I

D = Jmm

I

274

98 49 24,5

9,8

wstrząsów,

trwać około

równomiernie, wzrost ob10 sekund. Czas działania całko­

witej siły obciążającej powinien wynosić: dla stali i żeliwa 10-:-15 s dla innych metali o twardości 32 HB 30 s dla innych metali o twaTdości < 32 HB 60 s Odstęp l od brzegu odcisku do kra wędzi badanej powierzchni powinien być większy od 4d. Odstęp środków sąsiednich odcisków powinien być większy od 2,5 d. Przedmiot powinien być podczas próby ustawiony nieruohomo, a jego badana powierzchnia powinna być prostopadła do kierunku działa nia siły obciążającej. Największy dopuszczalny promień

>

54

krzywizny powierzchni budaneJ może się równać trzykrotne3 średnicy kulki D. Przedmiot badany powimen mieć w m1eJscu badanym grubość co najmniej 10 razy większą od głębokości odcisku. Głębokość tę można znaleźć korzystając z zależności h=

,0,102~

n· D ·HB

Powierzchnia badana powinna być oczyszczona ze smarów, zgor.zeliny i odpov.riedn.io wygładzona.. .:1. . Przebieg

ćwiczenia.

Nałożyć

-

na talerzyk jarzma ciężarki odpowiadające wymaganemu naciskowi, zamocować odpowiednią kulkę, położyć badaną próbkę na sloliku. Kółkiem ręcznym podnieść stolik z prróbką aż do zetknięcia z . kulką.

-

-

Ęamknąć

zawór 2, pompując olej zwiększać nacisk aż do momentu podniesienia siq jarzma z ciężarkami, nie doprowadzać jednak do momenlu przelewu (manometr powinien w tym momencie wskazywać wymagany nacisk). Utrzymać ciśnienie przez wymagany dla danej próby czas, otworzyć wolno zawór 2, zwolnić i zdjąć próbkę. Zmierzyć średnicę odcisku w dwóch prostopadłych do siebie kierunkach z dokładnością 0,01 mm. Obliczyć twardość wg wzoru HB= 1

2F · 0,102 n· D · (D-JI D 2 -d2 )

Pełny ~apis twardości

powinien być podawany przykładowo w następującej postaci~ 175 HB 5/7350/15, gdzie liczba 5 oznacza śred­ nicę D kulki, 7350 obciążenie F w N, 15 czas trwania obciążenia w s. Wyjątkowo tylko twardości zmierzone kulką o D= = 10 mm przy obciążeniu F=29 420 N w czasie 10-:-15 s mogą być podawane w postaci np. 175 HB. - Obliczoną twardość porównać z wynikiem otrzymanym z odpowiedniej tablicy zawartej w normie PN-78/H-04350. 55

5. Uwagi do sprawozdania:

-

Wykonać

schemat i opisać działanie twardościomierza Brinella. Opisać przebieg próby. Obliczyć twardości; wyniki porównać z odczytami z tablic~ podać przybliżoną wartość wytrzymałości na rozciąganie Rm..

Ćwiczenie

11.11

POMIAR TWARDOSCI METODĄ ROCKWELLA ł

I

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z budową i obsługą twardościo­ mierzy Rockwella; przyswojenie podstawowych wiadomości o próbie Rockwella. 2. Wyposażenie: twardościomierz typu Rockwella produkcji ZM „Łucznik" z kompletnym wyposażeniem (stożkowy ,wgłębnik diamentowy, kulka 1/16", trzy stoliki przedmiotowe płaskie - duży~ średni i mały, oraz stolik z wycięciem pryzmowym do przedmiotów walcowych, trzy obriążniki z oznaczeniami 589, 981, 1471 (N), urządzcn ie dociskowe, jedna wzorcowa , płytka twardości); }lorma PN-78/H-04355. 3.

Wiadomości uzupełniające

Twardościomierz

Rockwella jest p.r:.z edstawiony na rys. II-23. Jest to twardościomierz o przekładni dźwign~owej. Dźwignia jednostrorma 1, na której zawieszone są obciążniki 2, naciska na wgłęb­ nik 3. Pod wpływem obciążenia wgłębnik zagłębia się w materiał badany 4, umieszczony na stoliku' przedm,iot(}wym 5, wkładanym do śruby podnośnej 6. Do podnoszenia dźwigni l przed pomiarem i po pomiarze służy mechanizm 7 składający się z listwy zębatej or3.z zespołu kół zębatych. Po umieszczeniu na stoliku 5 przedmiotu badanego doprowadza się go za pomocą kółka 8 do zetknięcia z wgłębnikiem. Dalsze pokręcanie kółkiem 8 i podnoszenie śruby 6 ma na celu wstępne obciążenie wgłębni­ ka. Po uzyskaniu dwu pełnych obrotów wskazówki czujnika zegarowego 9 ustawia się ją w pobliżu zera (dokładnego ustawienia

56

g

H.ys. 11-23. Schemat Rock.wena [11] 1 -

d ź wignia ,

n ili::,

4 -

2 -

twardościomierza

obci ążniki~

3 -

wgł ę b­

próbka. 5 -

:.toJil( przedmiotowy. 6 :śruba podnośn a, 7 zębatk a (mechanizm podnoszenia dźwigni), 8 - kółko podnoszenia, 9 czujnil{, 10 zwalnia cz, 11 - przegub, 12 - tłumik olejowy

na zero dokonuje się ręcznie - przez pokręcanie tarczą czujnika). Naciskaj ąc zwalniacz ' 10 powoduj~ się obrót dźwigni 1 wokół przegubu 11, wywołany działaniem na dźwignię obciążników 2. Powolny przyrost obciążenia uzyskuje się przez zastosowanie tłu­ mika olejowego 12. Twardość Rockwella wyznacza Się na podstawie głębokości oddsku_wykonanego w materiale przy dwustopniowym wciskaniu stożka diamentowego lub kulki stalowej. Dwustopniowość wciskania (rys. II-24) polega na zastosowaniu dwu wartości obciążeń: wstępnego Fo i głównego F 1 . Przy obciążeniu F 0 wgłębnik zagłę­ bia się na głębokość wstępną h 0 w materia_ł . Głębokości tej odpowiada pierwsza linia odniesienia. W tym położeniu ustawia się czujnik na położenie zerowe; obciążenie wstępne 98 N jest reali.zowane przez cięzar samej dźwigni, bez obciążników. Następnie 57

Rys. Il-24. S ch e mat wciskan ia

· wgłębn ika R ockwella [11]

F 1 (w sumie działa więc obciążenie całkowite). Wgłębnik zagłębia się w materiał na głębokość h.

dodaje

się obciążenie główne

Ponieważ w tym położeniu · w materiale występują odkształcenia

wobec tego zdejmuje się obciążenie F 1; wgłębnik obciążony tylko obciążeniem F 0 uniesie się nieco pod wpływem odprężenia materiału; powstały odcisk jest więc już wynikiem odkształceń głównie plastycznych (druga linia odniesienia). Jako głębokość pomiarową do wyznaczania twardoś­ ci Rockwella przyjmuje się wartość e' (rys. II-24), będącą odległośc·i ą pomiędzy liniami odniesienia. Twardość Rockwella wg skali C (wgłębnik: stożek diamentowy o kącie wierzchołkowym 120°, zakończony czaszą kulistą o promieniu 0,2 mm; obciążenia: F 0 = 98 N, F 1 =1373 N) jest to wartość wyhczona wg wzoru zarówno

trwałe,

jak i

sprężyste,

HRC=lOO-e

e'

- trwały przyrost głębokości odcisku wy2 rażony w jednostkach 0,002 mm. Dla skali B Rockwella (wgłębnik: kulka stalowa o średnicy 1116" ~ 1,59 .mm; obciążenja: Jf'0 = 9,8 N, F 1 =883 „N), wzór na ttwardość ma postać

w którym: e =

0,00

HRB=l30-e Tak wyrażonej twardości na ogół nie oblicza się wg wzoru. Stosowane czujniki są wyskalowane bezpośrednio w jednostkach twardości (zwykle czarne oznaczenia podziałki odpowiadają skali C, czerwone - skali B). 5S

Oprócz skal B i C stosuje się równiez skale A i F (rzadziej). Skala A charakteryzuje się obc1ążemam1: F 0 = 98 N, F 1 =490 N; jako wgłębnik stosuje się stożek. Skala F polega na zastosowaniu obciążeń: F 0 =98 N 1 F 1 =490 N; wgłębnikiem jest kulka o śre­ dnicy 1/16". Zakres stosowania poszczególnych skal jesl następujący: skalę C .stosuje się do pomiaru tward,.ości stali węglo'N-ych i stopowych w stanie zahartowanym f ulcszonym cieplnie (zakres 20-:-67 HRC); skalq B - do pomiaru twardości stali węglowych i stopowych w stanie zmiękczonym lub normalizowanym oraz stopów metali nieżelaznych (zakres 35-:-100 HRB); skalę A - jak skalę C (60-:-90 HR{\), skalq F - jak skalę B(60-:-100 HRF) Grubość

badanego materiału w miejscu badanym z użyciem wszystkich skal powinna wynosić co najmniej g= lOe'. Przykła­ dowo dla HRC=20 odpowiadającą tej twardości głębokość można oblilczyć przekształcając wzór na twardość HRC= 100-e, czyh

e = lOO-HRC

e' - -, - --= 100-HRC) e' = 0,2-0,002 HRC 0 002 g=l0e' = 2-0,02 HRC Stąd

g=2-0,02·20=1.6 mm

4:

Przebieg

ćwiczenia

...

'

Zamocować \Tv'

-

-

trzpieniu twardościomierza stożek diamentowy lub kulkq i założyć odpowiednie obciążniki. Wykonać kilka pomiarów na płytkach kontrolnych o twardości bliskiej przewidywane] dla -badanej próbki (uwaga! pomiary należy wykonywać tylko na jednej stronie płytki kontrolnej). Sprawdzić czas osiągnięcia przez obciążenie żądanej wartości (czas ten powinien wynosić 4-:-5 sekund przy obciążeniu 980 N).

59

Ustawić

-

badany przedmiot na odpowiednim stoliku przedmiotowym (zwrócić uwagę na nieruchome podparcie). Obciążyć próbkę wstępnie przez podniesienie stolika z próbką tak, aby dźwignia zajęła położenie poziome, a wskazówka czujnika (po wykonaniu 2 obrotów) ustawiła się w położeniu zerowym z dokładnością ± 5 jednostek (działek). W razie przekroczenia podanej wartości dokonać ponownego obciążenia próbki w innym miejscu. Nastawić tarczę czujnika tak, aby jego wskazówka pokrywała się z działką zerową skali C i zwolnić dźwignię obc i ąienia głównego.

-

·-

Wyłączyć obciążenie główne (po 2+3 sekundach od ustalenia się całkowitego nacisku) i odczytać twardość na' czujniku wg

odpowiedniej skali z dokładnością ± 0,5 jednostki. W czasie próby należy unikać wszelki~h wstrząsów. Odległość środków odcisków sąsiednich i odległość ich od brzegów przedmiotów powinna równać się co najmniej 3 mm. Za miarodajny wynik należy przyjąć twardość średnią (z c!."okładnością do jednej działki) z co najmniej 3 pomiarów. Po każdej zmianie skali lub oprawki p1erwsze dwa pomiary nie powinny być brane pod uwagę.

5. Uv.ragi do sprawozdania: Wykonać Opisać

schemat i załączyć opis twardościomierza przebieg próby z podaniem wyników.

Rockwella~

Opr~ować wnioski.

Ćwiczenie

11.12

POMIAR TWARDOśCI METODĄ VICKERSA

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z budową i obsługą aparatu Vickersa; przyswojenie podstawowych wiadomości o próbie Vickersa. 60

2. Wyposażenie: twardościomierz Brinella-Vickersa typu HP0-250 produkcji NRD, norma PN-78/H-04360, instrukcja obsługi aparatu Vickersa. 3.

Wiadomości uzupełniające

Na rys. II-25 jest przedstawiony twardościomierz' Brinella-Vicker·sa. Na dźwigni obciążnikowej 1 są zawieszone obciążniki 2. Przed gwałtownym zadziałaniem obciążenia na wgłębnik chroni tłu­ mik olejowy 3 . Położenie wyjściowe dźwigni jest zabezpieczone zapadką 4 . Badany przedmiot spoczywa na stoliku przedmiotowym 5. Przed dokonaniem odcisku należy odchylić i unieruchomić osłonę obiektywu 9 tak, aby nad miejscem przeznaczonym do pomjaru znajdował się trzpień z wgłQbnikiem 10, po czym za pomocą pokrętła 6 podnieść stół do ?
ra

się zależnie

diamentowego przy próbie Vickersa dobieod rodzaju badanego materiału. Obciążenie 294 N 61

3-

Rys. II-25. Schemat 1 -

5 9 -

dźwignia

twardościomierza

obciążnlkow a,

2 -

stolik przedmiotowy, 6 obiektyw, lCJ - wgłębnik, 11 -

uważa się

3 - tłum ik olejowy, 4 - zapadka., podnoszen ia, 7 dźwign ia, 8 ekran, przyciski

kółko

normalne. Dopuszcza się również stosowanie obciążeń: 9,8 N; 19,6 N; 24,5 N; 29,4 N; 49 N; 196 N; 490 N oraz 980 N. W próbach twardości cienkich wyrobów lub warstw powierzchniowych należy stosować zasadę, że obciążenie powinno być tym mniejsze, im cieńszy jest wyrób (lub warstwa) i im niż­ sza jest twardość badanej powierzchni. Powierzchnię S odcisku oblicza się wg wzoru

62

za

obciążenie

Brinella-Vickersa [6]

obcią·>.niki,

d2

d2

s - ---. a 2 sm 2 w którym: d -

a -

- - - m m2 1,8544

średnia

z obu zmierzonych przekątnych odcisku, tj. kwadratu będącego rzutem powierzchni ostrosh1pa na badana powierzchnię, kąt pomiędzy przeciwległymi ściankami wgłębni­

ka (136°). Twardość mierzoną metodą 1

Vickersa oznacza

się

symbolem HV

wylicza z wzoru. HV = 0,189 ·

%z-

(gdy

siła

F jest

wyrażona w

N).

I

W praktyce nie oblicza się twardosci według podanego· wzoru, gdyż istnieją tablice, z których można odczytać twardość odpowiadającą danej długości przekątnej. Twardościomierz Vickersa zapewnia porównywalność wyników uzyskanych przy różnych obciążeniach. Jak pamiętamy, przy próbie Brinella jednakowy kąt wciskania (geometrycżne podobieństwo powierzchni wciskanej) był zapewniony tylko dla parametrów próby spełniających warunek F" = const. W próbie Vickersa n~

każdemu obciążeniu

odpo-

wiada odcisk w kształcie ostrosłupa o stałym kącie wierzchołko­ wym, a zatem dla różnych wartości obciążeń wyniki są między sobą porównywalne. Twardościomierz Vickersa ąmożliw1a dokonanie bardzo dokład­ nych pomiarów. Dokładność ta Jest uzależniona od prostopadłego us.tawienia przedmiotu badanego względem osi wgłębnika, co można sprawdzić przez pomiar obydwu ·przekątnych odcisku (przekątne te powinny mieć jednakową długość) . Jeżeli widziany w mikroskopie odcisk nie jest kwadratem, świadczy to o nieprawidłowym ustawieniu przedmiotu (rys. II-26). Powierzchnia próbki do badania twardości powinna być wygładzona pilnikiem, papierem ściernym lub przez szlifowanie. Przy stosewaniu obcią­ żeń do 49 N powierzchnia powinna być wypolerowana. Zastosowanie zamiast

ostrosłupa

średnicy umożliwia używanie

kulki stalowej o odpowiedniej twardościomierza do prób Brinella.

63

Rys. II-26. Odciski wgłębnika Vickersa: a) właściwy, b) niewłaściwy

"

.

ćwiczenia

4. Przebieg ' Odchylić

-

obiektyv.i:, zabezpieczając go zapadką. Wybrać (za pomocą przycisków) odpowiednie obciążenie. N a trzpień pomiarowy założyć końcówkę z diamentowym ostrosłupem .

-

-

-

Przedmiot badany umieścić na stoliku przedmiotowym i podnieść tak, aby wierzchołek wgłębnika znalazł się na wysokości 0,3+0,5 mm nad badaną powierzchnią. Zwalniając zapadkę spowodować powolne zagłębienie się wgłębnika w badany materiał; ukończenie pomiaru (po 12715 sekundach) jest sygnalizowane przez szczęk zapadki i automatyczne podniesienie się wgłębnika. Opuścić stół, przesunąć obiektyw w położenie pomiarowe; nasta wić ostrość obrazu. Śrubą mikrometryczną dokonać pomiaru długości przekątnej odcisku. Obracając okular o 90° zmierzyć drugą przekątną.

-

Obliczyć

z

twardość

z wzoru HV=0,189·

twardością otrzymaną

F

d2

i

porównać

z tablic.

5. Uwagi do sprawozdania;

64

Wykonać Opisać

schemat i opisać przebieg próby.

twardościomierz

Obliczyć twardość.

Podać

wnioski i

spostrzeżenia.

Vickersa.

Ćwiczenie

POMIAR

11.13

TWARDOŚCI

METODAMI POLDI i SHORE'A

1. Cel ćwicze11ia: zapoznanie skopu Shore'a oraz próbami dów

się

z

budową młotka

twardości

z

użyciem

2. Wyposażenie: młotek Poldi, płytka wzorcowa tek (1 kg); twardościomierz Shore'a.

3.

Pold1 tych

i

sklero-

przyrzą­

twardości , mło­

Wi<)domości uzupełniające

Pomiar twardości metodą Pold1 {rys. II-27) polega na porównaniu wymiarów odcisków kulki, wykonywanych równocześnie na przedmiocie badanym i na wzorcowej płytce twardości Brmella (najczęściej o twardości 200 HB, Rm około 700 MPa; stal St7) Rys. II-27. Pomiar młotkiem Poldi

twardości

Znając średnicę

odcisków kulki w materiale badanym i w płytce wzorcowej oraz twardość płytki wzorcowej , mozna obliczyć twardvść badanego przedmiotu wg wzoru

5 -

Pracownia techniczna dla techn.

65

w którym: HBw D dw d

-

twardość płytki

wzorcowej, średnica kulki w przyrządzie Poldi (10 mm), śre dnica odcisku w płytce wzorcowej, mm, średnica odcisku w badanym materiale, mm.

Metoda ta znalazła zastosowanie do badania twardości przedmiotów długich lub ciężkich nieprzenośnych, nie dających się ustawić na stoliku twardościom ierza stai;jonarnego. Metoda nadaje się do badania przedmiotów wykonanych z żeliwa lub stali nie utwardzonej. Zasada działania twardościomierza Shore'a (rys. II-28) polega na pomiarze wysokości odbicia się od powierzchni badanej niewielkiego ciężarka zakończonego twardym wgłębnikiem (agat), który spada na powierzchnię badaną z odpowiedniej wysokości. Im badany materiał jest twardszy, tym wyżej odskoczy ciężarek twardościomierza. Ponieważ każde uderzenie ciężarka powoduje utwardzenie się miejscowe powierzchni badanej, zatem każdy następny pomiar powinien być wykonany w innym miejscu, odległym od poprzedniego co najmniej o 1 mm. Metoda Shore'a znalazła zastosowanie przy masowym pomiarze małych przedmiotów. Należy pamiętać, że dla każdego rodzaju przedmiotów przed pomiarem przeprowadza się porównanie wyników tej metody pomiaru z innymi, a więc z metodą Rockwella, Vickersa (rzadziej Brinella). Zaletą skleroskopu Shore'a jest szybkość pomiaru (172 s) oraz niepozostawianie widocznego śla­ du na powierzchni badanej. Metoda ta ma jednak kilka wad, gdyż

I. 130

ł

100

I

50

~

Rys. II-28. Zasada

66

I

130

130 '

100

100

t dzia łani a .

skle roskopu Shor e'a

wysokość

odbicia się ciężarka od badanego materiału jest uzależ­ niona zarówno od twardości, jak i od modułu sprężystości danego materiału. Toteż odpowiednio wyskalowany skleroskop nadaje się do pomiaru materiałów o tym samym module Jounga. Również wymiary i masa badanych przedmiotów wpływają ·na wysokość odbicia ciężarka, dając podczas pomiaru różne wyniki. 4. Przebieg

ćwiczenia

Pomiar twardości metodą porównawczą Poldi: Przed dokonaniem badania założyć płytkę wrorcową do młot­ ka Poldi, ustawić przyrząd na badanym przedmiocie, wykonać młotkiem uderzenie prostopadłe do osi, dokonać pomiaru średnic d i dw odcisków w płytce wzorcowej i w badanym materiale, odczytać twardość z tablic lub dokonać obliczeń wg wzoru. Pomiar twardości metodą Shore'a: - Ustawić materiał na podstawie, podnieść ciężarek na odpowiednią wysokość, zwolnić przycisk podtrzymujący ciężarek, odczytać, na której działce zatrzymała się dolna krawędź cię­ żarka.

5. Uwagi do sprawozdania: Wykonać

schemat i opis: a)

Shore'a. ' Opisać przebieg prób, Pytania -

zestawić

młotka Po l~i,

b) skleroskopu

wnioski.

sprawdzające

miQdzy tarciem statycznym a tarciem kinetycznym. Od jakich czynników zależy wartość współczynnika tarcia? · Omówić budowQ i działanie zrywarki. Omówić charakterystyczne punkty wykresu rozciągania próbki. :N'a czym polega różnica między próbą ściskania a próbą rozciągania ? Do jakich materiałów stosuje siG próbę ściskania'? Jak się przepr·owadza prób q ściskania? Jakie naprężenia elementarne m·stępują przy próbie zginania ? Wyjaśnić różnicę

67

-

Wyjaśnić praktycznie istotG modułu sprężystoś1..1 podłui.nej . Na podstawie jakiego pomiaru można wyznaczyć moduł sprężystości podłużnej? Co to jest wskaźnik wytrzymałości? Jak się wyLn.acza wartość momentu zginającego? Omówić budowę i działanie młota Charpy'ego. Na czym polega próba

-

Omówić

-

udarności?

-

-

-

rodzaje tensometrów. Na jakich zasadach działają tensometry i do jakich prób się je s tosuje? Co to jest twardość Brinella? Jak się przeprowad;.,,a próbę twardości metodą Brinella? Jak się przeprowadza próbę twardośc i metodą Rockwella? Jaki jest zakres poszczególnych skal tej metody? Omówić pomiar twardości metodą Vickersa. Na czym polega WliwersaJność tej metody? Na czym polega pomiar twardości przyrządem Poldi? Jak d:.:iała skleroskop S hore'a?

'

...

I

Rozdział

Ili

BADANIE TECHNOLOGICZNYCH WŁASNOŚCI METALI

WIADOMOSCI WSTĘPNE

Dla zidentyfikowan1a tworzywa lub sprawdzenia 3ego przydatności zgodnie z przeznaczeniem nie wystarczy znajomość jego włas­ ności wytrzymałościowych. Np. do oceny tworzyw, z których mają być wykonane odlewy, potrzebna jest znajomość ich lejności, do innych - plastyczności, do jeszcze innych - skrawalności. Poza tym niezbędne są informacje na temat użytkowych własności materiałów, aby można było przewidzieć ich zachowanie się w zastosowaniu praktycznym. \V tym celu określa się np. podatność blach na tłoczenie, zginanie i wielokrotne zginanie, wytrzymałość drutów na przeginanie, nawijanie itp. W niniejszym rozdziale zamieszczono szereg ćwiczeń z tego zakresu. Na własności użytkowe materiału lub gotowego wyrobu mają d uży wpływ wady powstałe w czasie trwania procesów technologicznych (pęknięcia, wtrącenia niemetaliczne, zgięcia, zawalcowania, korozja i in.). Wykrywanie wad będzie treścią ćwiczeń op1sujących badania prostymi metodami kapilarnymi czy defektoskopem ultradźwiękowym. Przy projektowaniu cieplnych procesów technologicznych potrzebna jest znajomość zachowania się metalu lub stopu w podwyższonej temperaturze. Stąd w rozdziale nimejszym umieszczono również ćwiczenia ~ analizy cieplnej.

69

Ćwiczenie

111.1

PROBA ISKROWA STALI

' 1. Cel

ćwi<·zenia:

poznanie warsztatowej metody wyznaczania przyblizonej zawartości węgla i dodatków stopowych w stali na podstawie próby iskrowe j. 2. Wyposażenie: szlifierka stała o mocy ok. 1 kW i prędkości obrotowej n=1500 obr/min, komplet ściernic umożliwiających stałą pracę tym samym gatunkiem (twardość tarczy L lub M, ziarnistość 45 lub 60, spoiwo cernmiczne V, struktura średnio zwarta odmiana 6 lub 7, grubość tarczy do 20 mm, prędkość obwodowa ściernicy w czasie pracy ok. 20 mis); para okularów ochronnych; komplet wzorców stali o znanym składzie chemicznym; próbki stali o nieznanym składzie chemicznym; kolorowy rysunek iskier. 3.

Wiadomości uzupełniające

produkcyjnych. możliwe jest pomieszanie materiałów. Może ono nastąpić nawet przy najsprawniej działającej organizacji wewnętrznej, starannym i sumiennym znakowaniu materiałów i wzorowej gospodarce w składach materiałów wyj' ściowych i półfabrykatów. W warunkach przemysłowy;ch próba iskrowa jest szybką i wystarczająco dokładną metodą sprawdzania i kontroli międzyoperacyjnej materiału. Próba polega na zjawisku zróżnicowanego iskrzenia szlifowanej stall, zależnie od jej gatunku, tj. składu chemicznego. Iskrzenie jest efektem odrywania się drobnych rozgrzanych czą­ steczek od materiału szlifowanego. Po rozżarzeniu cząsteczki ulegają spaleniu, w czym bi orą udział wszystkie składniki stali, w pierwszym rzędzie węgiel, a następnie dodatki stopowe, które albo potęgują zjawiska iskrzenia, jak np. krzem, albo powodują charakterystyczne zabarw1enie iskier, jak np. wolfram, lub wreszcie tłumią iskrzenie, jak np. chrom. Skład chemiczny stali ma zasadniczy wpływ na kształt, barwę, natężenie, jasność i intensywność iskrzenia, przy czym w próbie iskrowej decydują fragmenty iskier, kształt promieni oraz wygląd rozprysków. Przy opisie chaW

70

zakładach

rakterystycznych cech i form iskrzenia należy uwzględnić, że promienie występujące podczas iskrzenia (rys. III-1) mogą być c1ągłe (a), przerywane b) lub rozgałęzione (c}, przy czym rozpryski występują w różnych miejscach promieni. Rozpryski na końcu i w środku promienia Il\Ogą mieć różne kształty (rys. III-2), jak kolce, gałązki, krople i maczugi. •

-------Ostrze

------- - - - ' - - - - -

b)

Rys. III-1. Podstawowe rodzaje iskier: a) z promieniem ciągłym, b) przerywanym, c) rozgałęzio­ nym [22]

Poza

kształtem

iskier

a)

b) ~

\~~

c)*

d~

e~t

f)~

;

,~

Rys. III-2. Rodzaje rozp rysk ów: a) włócznie, · b) kolce, c l kępki, d) g c.i łązki, e) krople, f) maczugi [22)

należy zwrócić uwagę

na ich

jasność

oraz barwę. Barwa może być białożółia, pomarańczowa, jasnoczerwona, czerwona, wiśniowa; jednakowa na całej długości promienia lub zmienna; ciemniejsza na początku, jaśniejsza na końcu promienia. Pewne zjawiska zachodzące podczas iskrzenia nie są zależne od składu chemicznego stali, lecz od warunków przeprowadzania próby. N a przykład długość snopu iskier zależy w pierwszym rzędzie od prędkości obwodowej tarczy i docisku próbki. Poprzednie procesy obróbkowe badanej stali mają również duży wpływ na wielkość · i gęstość snopu iskier - stal hartowana łatwiej iskrzy aniżeli stal wyżarzona . Wpływ pierwiastków chemicznych, zawartych w stali, na wygląd iskier przedstawia się następująco: (C) jest głównym składnikiem powodującym rozprysfu, na dwutlenek węgla rozsadza oderwaną czą­ steczkę, dając charakterystyczne efekty świetlne. Im więcej jest węgla, tym liczniejsze są iskry. Dlatego wzrastająca zawartość węgla do 0,8°/o powoduje coraz bogatsze zjawisko iskrzenia: roz-

-

Węgiel

gdyż spalając się

71

p ryski, począwszy od włóczni, przechodzą w kolce, a nawet w gal:. 1 zki. Początkowo promienie są cienkie, czerwone; przy wzrastającej zawartości węgla stają się coraz grubsze, żółtawe i b iało­ żółte. Przy zawartości WGgla powyżej 0,8°/o i.;:;krzeme jest uboż­ sze na skutek występowan ia węgla związanego w ziarnach cement y tu, który z trudnością ulega spaleniu. Przy takleJ zawartości węgla analiza iskrowa Jest utrudniona.

- Pie1·wiastki węglikotwórcze, występuj ąc w dużej ilości, znacznie zmniejszają, a nawet zupełnie tłumią rozpryski; otrzymuje się wówczas spokojny, zupełnie gładki snop iskier (np. przy szliiowaniu stali szybkotnących kwasoodpornych itp.). Wolf ram (W) daje charakterystyczne, przerywane promienie o barwie ciemnoczerwonej, a rozpryski nieliczne, ale bardzo wy-

-

raźnie

kroplowate. Przy średnich zawartościach wolframu wystę­ puje zakończeme promieni w kształcie oryginalnego szerokiego ostrza włóczru. W stalach wolframowych o zawartościach wqgla powyżej 0,8°/o występują charakterystyczne r ozpryski i giełkowe z końcówkami v.; formie maczug.

Chrom (Cr) w większych ilościach powoduje bardzo znaczne tłumienie iskrzenia, krótki i mało efektywny snop. Przy małych zawartościach Cr (poniżej 1°/o) próba iskrowa jest malo dokładna.

-

-

Nikiel (N'.i) jest bardzo trudny do rozpoznania. Jego obecności

towarzyszy wprawdzie pewne zgrubicrue biało świecące na przedłużonym ostrzu promienia, jednak uchwycenie tego zjawiska jest nadzwyczaj trudne i sprawia nawet doświadczonemu rzemieślnikowi znaczne trudności.

Molibden (Mo) jest stosunkowo łatwo rozpoznawalny, począwszy bowiem od 0,1°/o zawartośc i powoduje charakterystyczne oderwanie konca włóczm.

-

- Mangan (Mn) daJe wachlarzyka.

zakończenie

kolców rozprysku w postaci 1

- Krzem (Si) w stalach węglowych powoduje intensywne iskrzenie o jasnej barwic ; w stalach krzemowych (o zawartości Si powyżej 1~/o) występują jasne klinowe zgrubie nia, kończące się rozpryskiem

72

Usiłowame pam1ęc1owego opanowa·nia zjawisk iskrzenia Jest zbyteczne, gdyz próbę iskrową przeprowadza się w zasadzie przez porównanie iskrzen1a próbki badan<'j z próbką wzorcową o znanym składzie chem1c:t.nym. \Vzorce dobierane są tak długo, az otrzyma siq iskry 1dcntyczne z tymi, które towarzyszą szlifowaniu badane] stali. PróbG 1skrzenia badanej stali i wzorca można wykonywać równocześnie na jednej ściernicy (1ep.5ze warunki porównania) lub na zmfanę. Ściernica nie może być zanieczyszczona innymi materiałami, a materiały próbki i wzorca nie mogą być powierzchniowo obrobione cieplnochemicznie. Dlatego iskrzenia należy przeprowadzać możliwie na całym przekroju, a zarówno próbki, jak i wzorce powinny być w stanie wyżarzonym.

4. Przebieg

ćwiczenia

Sprawdzić

stan szlifierki, w szczególności pod względem bezpieczeństwa pracy. Zabezpieczyć oczy za pomocą okularów ochronnych, włączyć szlifierkę, przeprowadzić iskrzenie próbek wzorcowych (zaczynając od próbek stali o małej zawartości węgla, porówn:it: iskry z odpowiedmmi rysunkami lub sporządz1c komplet rysunków. Przeprowadzić próbę iskrową próbek o niez.nanym składzie chemicznym. Podczas szlifowania próbek starać się rozpoznuc charakterystyczne elementy iskrzenia, porównując je z rysunkami. Określić na podstawie próby iskrowej składniki stopowe probek o nieznanym składzie chemicznym. Wyłączyć szlifierkę. 5. Uwugi do sprawozdania: Opisać

-

krótko rodzaje obserwowanych rozpryskow. Załączyć rysunlti iskier otrzymanych podczas badania próbek stali. Opisać wymki i wnioski.

Ćwiczenie

111.2

PROBA ROZGINANIA KĄTOWNIKOW

l. Cel

ćwiczenia:

ności kątownika

zapoznanie' się ze sposobami sprawdzania odporna pęknięcie lub naderwanie przy rozginaniu.

2. Wyposażenie: młot mechaniczny, kowadło i cinki różnych kątowników, PN-76/H-04425. 3.

młot ręcżny,

od-

Wiadomości uzupełniające

Próbę

rozginania kątowników przeprowadza się w temperalurze pokojowej lub podwyższonej. Po rozgięciu ramion próbkę zgina się o kąt 90°, po czym sprawdza się powierzchnię próbki w miejscu zgięcia. Obserwacji próbki dokom.~je się okiem nieuzbrojonym. Rozginanie można wykonać za pomocą młota mechanicznego lub na kowadle przez uderzenie młotem ręcznyn1 lub mechanicznym. Próbki należy pobierać z końca kątownika przez odcięcie w dowolny sposób. Zaleca się długości próbek równe 678 długości ramienia kątownika. W przypadku odcinania za pomocą palnika krawędzie cięcia należy zestrugać na głębokość równą grubości ramtienia kątownika (jednak nie mniejszą niż 10 mm). Próbki znakuje się kolejnymi numerami. 4. Przebieg Próbkę

ćwiczenia

(rys. III-3a) ułożyć na kowadle, następnie rozginać przez uderzenia młotkiem ręcznym lub mechanicznym aż do osiągnię­ cia między ramionami kąta 180° (rys. IlI-3b). Tak przygotowaną próbkę należy zgiąć o kąt 90° (rys. III-3c i d) prostopadle do podłużnej osi kątownika. Wynik próby uważa się za dodatni, jeżeli po rozgięciu i zgięciu w sposób podany powyżej nie występują na powierzchni próbki pęknięcia i naderwania materiału widoczne nieuzbrojonym okiem. 74

Rys. III-3. Rozginanie kątownika na młocie mechanicznym

a)

c)

5. Uwagi do sprawozdania: -

Ustalić

wyniki i wnioski.

porównać

je dla kilku próbek oraz

opisać

I

Cwiczenie 111.3 PRÓBA TŁOCZNOŚCI BLACH METODĄ ERICHSENA

1. Cel ćwiczenia: wyznaczanie tłoczności blach przez wykonanie próby metodą Erichsena.

grubości

do 2 mm

2. Wyposażenie: przyrząd Erichsena, próbki różnych blach o wymiarach podanych w tablicy III-1, norma PN-79/H-04400. 3.

•

' Wiadomości uzupełniające

Próba tłoczności metodą Erichsena polega na powolnym wtła­ czaniu kulisto zako11czonego stempla stalowego 1 (rys. III-4) w blachę 2 dociśniętą do matrycy 3 za pomocą pierścienia dociskowego 4 aż do chwili pojawienia się w próbce przechodzące­ go na wskroś pęknięcia oraz na pomiarze głębokości wytłoczonego wgłębienia. Moment pęknięcia obserwuje się za pomocą lusterka

75

5 . Wymiary stempla, matrycy i dociskacza w bości

próbki podane

.I

są

poniższej

w

Wewnętrzna śr edoica,

mm

średnica szerokość grubość

lub

śred-

I pier

zakończenia

stempla

matrycy

0,2 : -2,0

0,2 7 2,0

90 i cej

wię-

55-790

I

I

nica

IE

od gru-

tablicy .

Wymiary próbki, mm

Symbol rodzaju próby

zależności

20 + 0,05

ścienia

docisko-

w ego

27+0,05

3 J+0,1

21+0,02

1 s+o,1 10 +0,1

15+0,02

-I Eu

0,2 :-1.0

30-7-55

8:!._ 0,02

11 +0,02 ·--

0,1-7-0,75

13-7-30

3+0,02

5+0,02

I

3,5 +0,1

Rys. III-5 przedstawia wykres tłoczności wg Erichsena w zależ­ ności od rodzaju i grubości materiału.

Rys. III-4.

Przyrząd

Erich sena stem.,,el, 2 - próbka, 3 - matryca, 4 pier ś cień docislcowy, 5 lust~rko, 6 podziałka 1 -

76

Rys. 111-5. Wykres zalezności głc;bokości wtłaczania od grnbości blachy mosiądz do głębokiego Uo- , czcnia, 2 - mosiądz Z\..ryklego gatunku, 3 blacha n~erdzewna. 4 - taśma stalowa do gł!iJbOkiego tłoczenia , 5 blacha alu;nlnlowa , 6 - blacha stalowa do głębokiego tłoczenia, 7 blach;:i s talowa d wukrotnie trawiona, 8 - blacha stalowa trawiona, 9 - blacha biała, 10 blacha cynkowa

1~0

1

14,0

13,0

12,0

v·"'

. .v

V

/

li'"

V

8,0

7,0

/

/ /

I :/_/

/

)VA

'/

'l

~

/

/

V

/1j

~

~

V

2

4

r---

J__ 6 7

-

,;?'T /

/1V /,V /, V/ I V V1 lf/ '/ V

11li/ /

/

1

V J

..../

.I ~

/

V

/

/

// / /

/

.....

/ /

/ /

/

/

V /

I

,,,,-

~

/li'"

I/

y

,,,

-- .....-

v-~

8

9

7

10

/

V

"

I; I I V

~o

o

I

I 0,2

45

1,0

6ru/Jość

i4

tB

blachy w mm

Wynik próby tłocmości metodą Erichsena stanowi średnia arytmetyczna wyników pomiarów głębokości trzech wtłoczeń. Oznacza się go symbolem IE z indeksem oznaczającym wewnętrzną średnicę matrycy i podaje głębokość wtałczania w milimetrach. Na podstawie wyglądu wytłoczonej wypukłości można wnioskować o wielkości ziarna badanego materiału. Gładka powierzchnia wypukłości charakteryzuje materiał drobnoziarnisty, chropowata

77

lub groszkowata - materiał gruboziarnisty. Ponadto z charakteru pęknięcia można wnioskować o jednorodności materiału. Głębokość wytłoczonego wgłębienia odczytuje się w mm na podziałce 6 przyrządu (rys. III-4) z dokładnością 0,01 mm. Niezgodność

1

warunków ciągnienia blachy w przyrządzie Erichsena z rzeczywistymi warunkami procesu tłoczenia jest następu­ jąca: przy wyciąganiu materiału w przyrządzie Erichena wystę­ puje przede wszystkim v.ryciskanie materiału; w procesie rzeczywistym odkształcenie powstaje przez przesunięcie objętości metalu pod wpływem naprężeń wzdłużnych rozciągających i stycznych. Druga istotna różnica dotyczy prędkości odkształcenia, która w procesie rzeczywistym jest niewspóbniernie większa. 4. Przebieg

1

-

ćwiczenia

Próbę tłoczności należy przeprowadzać

w temperaturze oto-

czenia, lecz nie niższej niż 10°C. Przystępując do przeprowadzenia próby należy: dokonać oględzin próbki, zmierzyć grubość próbki co najmniej w trzech miejscach z dokładnością do 0,01 mm i obliczyć średnią arytmetyczną, natłuścić smarem z dodatkiem grafitu obie strony próbki, części robocz~ stempla oraz matrycę, docisnąć próbkę pierścieniem dociskowym do matrycy (nacisk pierścieniem powinien wynosić .około 10 kN). Ustalić na podziałce początkowe (zero) położenie stempla, a następnie wtłaczać go w próbkę bez wstrząsów i uderzeń z prędkością 5-7-20 mm/min (przy końcu próby należy zmniejszyć prędkość wtłaczania w celu dokładniejszego określenia momentu powstawania pęknięcia, kiedy następuje nagłe obniżenie siły wtłaczania).

-

Zmjerzyć

0,1 mm i

głębokość

wtłoczenia

(wgłębienia)

obliczyć średnią arytmetyczną

z dnkładnością z co najmniej trzech

głębokości.

-

Dokonać oględzin równać

78

powierzchni wytłoczonej wypukłości i poz powierzchnią próbki przed wykonaniem próby.

5. Uwagi do sprawozdania:

-

-

-

Podać

gatunek badanego materiału, grubość próbki z dokład­ nością 0,01 mm, szerokość próbki z dokładnością 1 mm, śred­ nicę kulistego zakończenia stempla zastosowanego podczas próby oraz temperaturę, w jakiej została przeprowadzona próba. Podać głębokość każdego wtłoczenia z dokładnością 0,1 mm, obliczyć średnią arytmetyczną wyników pomiarów głęboko­ ści wtłoczeń z dokładnością 0,1 mm. Opisać charakterystyczne cechy pęknięcia i powierzchni wypukłości.

-

Opisać

Ćwiczenie

wnioski.

111.4

PRćBA PODWćJNEGO

ZGINANIA I PRćBA ZAWIJANIA ZE ZGINANIEM

BLACH CIENKICH

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z próbą technologiczną podwójnego zginania, tzw. próbą kopertową lub chusteczkową, i próbą zawijania ze zginaniem, czyli próbą zginania podwójnego zamka (podwójnej zakładki), stosowaną do badania blach cienkich o grubości do 0,8 mm. Próba ma na celu określenie podatności blachy na odkształcenia, a w przypadku blach pokrytych warstwą ochronną trwałości przylegania warstwy ochronnej. 2. Wyposażenie: 3 próbki blachy o wymiar?Ch 2oox2ooxo,8 mm o krawędziach do siebie prostopadłych, trzpień walcowy o średnicy 10 mm, PN-62/H-04405. ' 3.

Wiadomości uzupełniające

Próba polega n a zginaniu próbki blachy o wymiarach nie mniejszych niż 200X200 mm. Pierwsze z~ięcie wykonuje się o kąt 180° (złożenie blachy), drugie - dokoła osi prostopadłej do osi pierwszego zgięcia. Najpierw zgina się o kąt 9·0° na trzpieniu o śred­ nicy 1O mm, po czym wyjmuje się trzpień i zgina próbkę dalej aż do st yku ramion. 79

a)

b)

c) .

·1

E§2J Rys. 111-b. P r óba zawiJa nia blach · a), b) c), d) k olejne etapy zawijania

a)

I

'•

Li150

R ys. IIJ-7. Zgincmie

7

zawiniętych

blach

Próba zawiJania ze zgmaniem polega na ścisłym zł ącze niu dwóch odcinków blachy (przez podwójne ich zawinięcie - rys. III-6) i następnym zginaniu i rozginaniu wzdłuż osi prostopadłej do osi zawim~ia (rys. III-7a, b). Zginanie prz.eprowadza się na trzpi eniu o prom1eniu równym 375-krotnej grubości blachy. Kąt zginania nie powinien być większy niż 45°. Zginanie i prostowanie powtarza siq do osiągnięcia liczby zgięć określonej normami przedmiotowymi. Próbę przeprowadza się w temperaturze nie niższej niż 10°C. 4. Przebieg

-

\Vykonać

ćwiczenia

próby wg opisu z p. 3.

5. Uwagi do sprawozdania:

-

80

Opisać wygląd

powierzchni próbek w miejscu zgięcia. Porównać wyniki prób różnych rodzaJÓW blach. Ustalić i zanotować wnioski.

Ćwiczenie

111.5

PROSA PRZEGINANIA BLACH,

TAśM

I BEDNARKI

1. Cel ćwiczenia: zbadanie odporności blach, tasm 1 bednarki na

rozv.rarstwienia, naniu. 2. Wyposażenie: H-04407. 3.

pęknięcia

lub

urządzenia

złamania

przy w jelokrotnyrn zgi-

do przegmania, próbki, norm a PN-74/

Wiu
Próbie na zginanie wielokrotne poddaje się blachy, taśmy i bednarkę łb grubości do 3 mm. Dla stali zaleca siq stosowanie zależ­ nie od jej grubości, wałków o promie ni ach zestawionych w poniższej tablicy. Grubość

Promień

próbki mm

pow yżej powyżej

0,3 0,5 1,0

powyżej

1,5

powy~ej

rolki R mm

do do do do do

0,3 0,5 J,0 1,5 3,0

1,0 2,6 5,0 '7,5 10,5

Przyrząd

do próby przeginania powinien być iak zbudowany, aby płaszczyzna przechodząca przez osie wałków była prostopadła do płaszc7.yzny próbki (rys. III-8). Odstęp pomiędzy próbką a wał­ kami, mierzony na linii łączącej środki krzywizny wałków, nie powinien być większy niż 0,1 mm. Odległość pomiędzy wałkami a prowadnicą swobodnego końca próbki powinna wynosie 25-7-:-50 mm. Przyrząd powinien być wyp osażony w wymienne szczęki z wał­ kami o promieniach 1,0; 2,5; 5,0 i 10,0 mm lub szczę ki zaokrąglo­ ne tymi promieniami. Próbki pobiera się z materiału przeznaczonego do obróbki plastycznej. Długość próbki powinna wynosić ok. 150 mm. Odcinki 6 -

Pracownia techniczna dla techn.

81

Próbka Ożwi

Rys. III-8. Przyr,ząd do przeginani.a ta śm

'f1ia

Prowadn'

·p róbne obrabia się na szerokość 20 ± 5 mm. Ostre krawędzie próbek należy zaokrąglić pilnikiem. Taśmy i bednarkę o szeroko·ści mniejszej niż 20 mm poddaje się próbie w stanie nie obrobionym. Powierzchnie obrobione i nie obrobione nie powinny wykazywać skaleczeń, pęknięć, zgorz.eliny oraz przepalenia. Z próbek odcinanych na nożycach należy usuwać warstwę utwardzoną o szerokości równej grubości próbki. Próbki zniekształcone przy cięciu nożycami lub palnikiem należy prostować pod prasą na zimno. Próbki należy oznaczyć na jednym końcu numerem kolejnym. Próbę przeprowadza się w temperaturze 20 ± 5°C, o ile normy ·szczegółowe lub warunki techniczne nie przewidują inaczej.

4. Przebieg -

ćwiczenia

Zamocować próbkę' w szczękach w położeniu pionowym. Zginać próbkę na przemian w jedną i w drugą stronę o kąt

90°z prędkością okołó jednego przegięcia na sekundę. :82

-

W czasie przeprowadzania próby obserwować ·powierzchnię próbki w miejscu zgięcia; zginanie przerwać z chwilą pojawienia się pęknięcia. Jako jedno przegięcie uważa siq zgięcie o kąt 90° i p<>wrotne odgięcie do wyjściowego położenia pionowego (rys. III-9).

Rys. III-9. Przebieg .przeginania taśm Przegięcia poprzedzającego pęknięcie

próbki nie zalicza się. Moż­ na również liczyć pomijając pierwsze zgięcie próbki o 90°, a zaliczając dopiero każde przegiQcie o 180° (od jednego do drugiego. położenia poziomego). Jako ostatnie zalicza się wówczas przegię­ cie, w czasie którego próbka pękła. 5. Uwagi do sprawozdania:

-

-

Po wykonaniu próby zanotować temperaturę otoczenia, w jakiej przeprowadzono próbę, liczbę pęknięć, promień wałków.' i określić wygląd przełomu, o ile próbka uległa złamaniu. Załączyć szkic urządzenia. Opisać wyniki próby oraz podać wnioski.

Ćwiczenie

111.6

PRóBA ROZTtACZANIA RUR

1. Cel

ćwiczenia:

Zapoznanie z przebiegiem badania technologicznego roztłaczania rur o średnicy zewnętrznej D do 150 mm i grubości ścianki g do 9 mm w celu stwierdzenia odporności rur na pęknięcia lub naderwania. 2. Wyposażenie: próbka zgodna z normą, trzpień stożkowy, zbiornik z olejem, prasa śrubowa, norma PN-78/H-04414, arkusz 03. 83

3.

Wiadomości uzupełniające

(rys. III-10) aż do osią­ gnięcia przepisanego stopnia roztłoczenia i sprawdza się, czy na powierzchni próbki nie wystąpiły pQknięcia lub naderwania. Próbę roztłaczania przeprowadza się na prasie za pomocą stalowych trzpieni stożkowych o kącie wierzchołkowym {3=30°, 45°, 60° lub 120°, albo trzpieni o zbieżności 1:10 lub 1:20. Powierzchnie trzpieni powinny być utwardzone i polerowane. Normy przedmiotowe dla rur zawierają dane dotyczące trzpieni i stopnia rozW

próbkę wtłacza się trzpień stożkowy

tłocz enia .

Du

Rys. III-10. Schemat roztłaczani'\ rury

D Próbę roztłaczania

przeprowadza się w temperaturze otoczenia, lecz nie niższej niż lO uC, jeże]i normy przedmiotowe dla rur nie przewidują inaczej. Jako stopień roztłoczenia X przyjmuje się stosunek wartości przyrostu średnicy do średnicy pierwotnej, wyrażony w procentach. X=

D -D UD . 100%

Odcinek próbny pobiera się z końca rury przez odcięcie w dowolny sposób nie powodujący odkształceń. Długość gotowej próbki powinna wynosić 50-:-150 mm. W przypadku odcinania palnikiem krawędzie gotowej próbki powinny być odległe od krawędzi cięcia nie mniej niż 20 nun w celu zabezpieczenia materiału próbki przed zmianami własności 84

wskutek m iejscowego nagrzania. Próbę można rówrnez wykonać bezpośrednio na końc u rury, bez odcinania próbki. P owier zchnie czołowe próbek powinny być obrobione methanicznie. Krawędzie nie powinny mieć zadziorów, mogą być zaokrąglone lub stępione . Płaszczyzny czoło we próbki powinny być prostopadłe do osi próbki.

I

4. Przebieg

ćw iczenia

Próbkę ustawi ć

podkładce

prasy, w drugi ko.q.iec próbki wstaw ić współosiowo trzpień i wtła czać go z prędkością nie większą ni ż 50 mm/min aż do uzyskania średnicy Du obliczonej wg wzoru

lub do

głębokości Z

na

obliczonej wg wzoru l = D· -

~ µ

200 . t'j ~

-

-

2

Przed wtłaczaniem · należy trzpień obficie posmarować gę­ stym olejem . W czasie przeprowadzania próby trzpień nie powinien się obracać. Sprawdzanie próbek po roztłaczaniu przeprowadza się nieuzbrojonym okiem , przy czym odpadnięcia warstwy tlenków nie bierze się pod uwagę.

5. Uwagi do sprawozdania: - Narysować schemat próby i - Ustalić wnioski. Ćwiczenie

opisać

wyniki próby .

111.7

PROBA NAWIJANIA DRUTU

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z warunkami próby nawijania drutu na trzpień w celu określenia własności plastycznych, nie/

•

85

jednorodności materiału, jakości

przylegania ochronnej, wykrycia wad powierzchniowych. ,

nałożonej powłoki

2. Wyposażenie; trzpien do nawijania drutu, tokarka, drut do nawijania, norma PN-65/M-80004. 3.

Wiadomości uzupełniające

Próbki stanowią odcinki drutu o długości wystarczającej do wykonania pFóby, tj. odpowiadającej liczbie 5+ 10 nawiniGć zwojów rlrutu na trzpień (rys. III-11). Nawijanie powinno przebiegać tak. aby zwoje drutu ściśle przylegały do siebie i tworzyły linię śru­ bową. Średnicę trzpienia D ustala siG w zależności od gatunku drutu i jego przeznaczenia. Bywa, że rolę trzpienia odgrywa sam

D

Rys. III-11. Próba nawijania drutu

badany drut. Drut nawija się na trzpień ze stałą prędkością (najwyżej jeden obrót na sekundę) tak, aby nie p~wodować nagrzewania próbki w stopniu wpływającym na wynik próby. Dla zapewnienia ścisłego ułożenia zwojów obok siebie dopuszcza się stosowanie obciążenia końca próbki siłą powodującą naprężenia nie przekraczaj ące 2°/o wytrzymałości na rozciąganie badanego drutu. Próba powinna być przeprowadzana w pomieszczeniach o temperaturze 20 ± 5°C. Wynik próby uważa się za dodatni, jeżeli prół?ka po nawinięciu na trzpień nie wykazuje PGknieć. Oględziny próbki przeprowadza się nieuzbrojonym okiem. 4. Przebieg

ćwiczenia

Umocować i

""

•

w uchwycie tokarskim

trzpień

do nawijania drutu.

Ustawić tokarkę tokarkę, nawinąć

na minimalną prędkość 5+10 zwojów drutu.

obrotową, włączyć

5. Uwagi do sprawozdania: Opisać wygląd zewnętrzny

~

poszczególnych próbek drutu po

nawinięciu.

-

Zestawić

Ćwiczenie

wyniki i

podać

wnioski.

111.8

PROSA WYWIJANIA

KOŁNIERZA

RUR,

1. Cel ćwiczenia: poznanie próby wywijania kołnierza rur o śred­ nicy zewnętrznej D do 150 mm i grubości ścianki do 9 mm. 2.

próbka wg normy, trzpień stożkowy, trzpień współosiowy, zbiorniczki z olejem, prasa śrubowa, norma PN-78/H-04414, arkusz 04. 3.

Wyposażenie:

Wiadomości uzupełniające

Zasada próby polega na tym, że na jednym końcu rury wywija się odpowiedni kołnierz w płaszczyźnie prostopadłej do osi rury oraz sprawdza się, czy na powierzchni próbki nie wystąpiły pęknięcia lub naderwania. · Odcinek próbny pobiera się z końca rury, przez odcięcie w dowolny sposób, nie powodujący odkształceń. Długość gotowej próbki powinna wynosić 50+150 mm. Dopuszcza się stosowanie krótszych próbek pod warunkiem, że walcowa część próbki po wykonaniu próby nie jest krótsza niż 1/2 D. W przypadku odcinania palnikiem krawędzie próbki powinny być dostatecznie odległe od krawędzi cięcia w celu zabezpieczenia materiału prqbki przed zmianami wskutek miejscowego nagrzewania. Powierzchnie czołowe próbek powinny być obrobione mechanicznie, a krawędzie zewnętrzne i wewnętrzne zaokrąglo.ne lub stę­ pione. Płaszczyzny czołowe próbki powinny być prostopadłe do 87

osi rury. Próbki znakuje się numerami k olejnymi. Próbę wywija·n ia kołnjerza przeprowadza s1ę pod pr asą za pomocą trzpienia przedstawionego na rys. III-12a. Następnie mozna użyć trzpienia przedstaw10nego na rys. lII-1 2b. Powierzchnie trzpieni powinny

.

,

a)

D

Rys. III-12. Schemat wywijania k olnierza rury być

utwardzone i polerowane. Średnica kołnierza naciskającego p owinna być większa od średnicy \X.'YWiniętego kołnierza . Niektóre wymiary trzpieni podane są na rys. JII-12. 4. Przebieg

ćwiczenia

Próbkę usta wić

w drugi koniec próbki wstawić współosiowo trzpień stożkowy 1 wtłaczać go za po1nocą prasy w próbkę aż do otrzymania takiej średnicy zewnętrznej, przy które j szerokość wywiruętego kołnierza odpowiada wymaganiom normy przedmiotowej dla rur. Wyj ąć trzpień stożkowy, wstawi ć trzpień współosiowy i wtła­ czać go do całkowitego wywinięcia kołnierza prostopadłego do osi rury (trzpień należy wtłaczać z prędkością nie większą mż 50 mm/min). Przed wtłaczamem należy trz pień posmarować obficie gęstym olejem. W czasie przeprowadzania próby trzpień nie powinien obracać się wewnątrz próbki. Sprawdzanie próbek po wywinięciu kołnierza przeprowadza

88

na

podkładce,

się

-

nieuzbrojonym okiem, przy czym odpadających warstw tlenków nic bierze się pod u wagG. Po przeprowadzeniu próby należy zanotować zewnętrzną średnicę lub szerokość wywimętego kołnierza oraz kąt wywinięcia, miejsca i charakter nadcrwa11 lub inne wady .

• 5. Uwagi do

sprawozcł:'mia :

Narysować

-

szkic wywijania kołnierza na próbce rury, opisać obserwowane powierzchnie. Ustalić wyniki próby z użyciem kilku próbek, porównać je i wyciągnąć wnioski.

Ćwi czen i e fll.9 PRÓBA PRZEGI NANIA DRUTU

1. Cel ćwi czenia: zapoznanie się z próbą przeginania drutu i walcówki (o średnicy lub grubości 0,3-:-10 mm) w celu określenia podatności próbki na odkształcema plastyczne i wykrycia wad wewnętr znych materiału.

2. Wy posażenie: próbka drutu o długości 100-:-150 mm, przyrząd do przeginania drutu, drewniany młotek. norma PN-75/M-80002. ~.

\-Viadomości uzupełniające

na odkształcema plastyczne można \.vniosna podstawie liczby nieniszczących przegięć, a o wadach materiału na podsta\x.:ie przełom\l próbki. Przyrząd do przeginania drut u (rys. III-13) powinien być wyposażony w komplet wymiennych walków oraz prowadnic dla całego zakresu śred.rn.c lub grubości badanych próbek. Powierzchnie pracujące wałków powinny być polerowane i mieć twardość taką, aby przeginana próbka nie pozostawiała na nich śladów wgnieceń. Szczęki mocujące próbkę powinny mieć możność rozsuwania się i zsu\.\-aru.a w ten sposób, aby oś zaciśniętej próbki była prostopadła do osi O

podatności materiału

kować

89

Rys. III-13.

Przyrząd

do przeginania drutu

wałków zginających.

powinny być równoległe do siebie i prostopadłe do płaszczyzny zginania. Odstęp pomiędzy zamocowaną próbką i wałkami zginającymi nie powinien być większy niż 0,1 mm. Szczęki mocujące próbkę powinny zaciskać próbkę nn długości c.:o najmniej 25 mm. Prowadnica musi być umocowana do dźwigni. Wychylenie obustronne dźwigni o 90° powinno być ograniczone zderzakami. Ododstęp h górnej stycznej powierzchll!i wałków zginających od ®lnej powierzchni prowadnicy powinien odpowiadać wymiarom podanym w poniższej tablicy (w mm). średnica

I Długość

Osie

lub

do

2,5

powyżej

2,5

wałków zginających

grubość

h

25-750 50-770

może wynosić

100+ 150 mm. Przed badaniem należy próbkę wyprostować. Prostowanie przeprowadza się ręcznie, z użyciem drewnianego lub plastykowego młotka; wygięcie próbki w płaszczyźnie zginania jest dopuszczalne. W czasie prostowania nie wolno uszkodzić powierzchni próbki lub spowodować jej utwardzenia. Do prób nic należy używać próbek poddanych uprzednio innym badaniom, które by mogły mieć wpływ na zmiany właściwości mechanicznych próbki. Obliczanie liczby przegięć przeprowadza się zgodnie z rys. III-9.

90

pobranej próbki

próbki

Przeginanie należy wykonywać z prędkością nie większą niż 1 przegięcie na sekundę tak, aby nagrzanie się próbki nie miało wpływu na wynik próby. Raz zaczętej próby nie należy przerywać. Obracanie się próbki, jak również podłużne przesuwanie się jej w szczękach w czasie wykonywania próby, czyni próbę nieważną. Przy średnicy lub grubości próbki mniejszej od 10 mm należy stosować urządzenia naprężające, przy czym wartość naprężenia nic powinna przekraczać 3°/o wytrzymałości na rozciąganie próbki. Zależnie od wymiaru próbki promienie wałków zginaj ących i śred­ nice prowadnic dobiera się wg poniższej tabliqy. Srednica lub grubość próbki

I Promień

R walka

zginające go

I

Srednica d i otworu w prowadnicy

mm

0,5-7-1,2 1,2-7-2,0 2,0-7-3,0 3,0-7-4,0 4,0-7-6,0 6,0-7-8,0

4. Przebieg -

2,5 5 7,5 10

15 20

1,5-: 2,0 2,0 :-3,0 3,0 ;--4,0 4,0-7-5,0 5,0-7-7,0 7,0-7-9,0

I

ćwiczenia

Próbkę drutu przesunąć przez otwór w szczękach przyrządu prostopadle do płaszczyzny przech
Za pomocą dźwigni przeginać próbkę w prawo o 90° do zderzaka i z powrotem do położenia wyjściowego; przeginanie prowadzić aż do złamania. Uwaga. P,rzegięcia, przy którym nastąpiło złamanie próbki, nie wlicza się do liczby przegięć, które próbka wytrzymała. 5. Uwagi do sprawozdania

-·

Opisać

uzyskane wyniki. Porównać wyniki badań kilku różnych rodzajów próbek drutu. Zestawić wyniki, podać wnioski. Załączyć szkic przyrządu do przeginania.

91

Ćw i czen i e

111.10

TECHNOLOGICZNE METODY BADANIA

ZŁĄCZY

SPAWANYCH

1. Cel ćwiczenia: zapoznani0 się z przebiegiem prob technologicznych złączy spawanych oraz wykry wani em wad spoin. 2.

Wyposażenie:

próbka złą cza spawanego wg PN-67/M-69707, urządzenia do zginania próbek, dwie podpory m etalowe pod próbkę, młotek lub prasa do zginania, lupa o powiększen iu lOx, normy PN-75/M-69703, PN-78/ M-69720, PN-58/ M-69740, PN-58/ M-69741. 3.

Wiadomości uzupełniające

spawanych służą przewazrue do określ ania odkształceń materiału w mjejscach spoin, jak również w ich okoUcy. Próby t e ma j ą na celu zbadanie zachowania się złącza w warunkach podobnych do przyszłych warunków eksploatacji.

Próby technologiczne

złączy

Próby technologiczne stosuje się jako próby probiercze, ponieważ są one łatwe do przeprowadzenia zarówno ze względu na prostotę przyrządów, juk i na zredukowanie do minimum obróbki badane j spoiny. Podczas procesu spawania mogą powstać różnego rodzaju wady (zewnętrzne i wewnętrzne), które w następstwie powodują osła bicnie złączy. Wykonuje się różnego rodzaju badania złączy spawanych. Badanie spoin przez oględziny zewnętrzne polega na obserwacji i pomiarach spoin w celu stwierdzenia, czy ich kształt i wymiary są odpowiednie i wykonane zgodnie z dokumentacją techniczną, or a z czy nie zawierają one widocznych wad powierzchniowych. Jako badanie uzupełniające do oględzin zewnętrznych stosuje si ę badanie przez nawiercanie spoin. Nawiercanie stosuje się w miejscach o wątpliwej jakości lub w punktach wybranych metod ą wyrywkową . Nawiercanie wykonuje się za pomocą wierteł albo frezów - palcowych, walcowych lub stożkowych. Srednica wiertła powinna być o 273 mm większa od szerokości spoiny, tak aby po nawierceniu można było zaobserwować również strefq przejścio wą . Badania złączy na szczelność w ykonuj e się z uży 92

•

ciem nafty i kredy, go powietrza.

metodą próżniową

oraz za

pomocą sprężone­

Podział

wad złączy spawanych podany jest w normie PN-75/M-69703. Wybór metody badania zależy od rodzaju przewidywanych wad. Najskuteczniejszymi metodami badania spoiny są badania radiograficzne i ultradźwiękowe. Najprostsze i najczęściej stosowane badania spoin sprowadzają się do badań mechanicznych specjalnie przygotowanych próbek w celu określenia ich wytrzymałości na rozciąganie, twardości, plastyczności lub udarności. Często stosowaną próbą t.echnologiczną jest próba zginania złączy spawanych. Do próby zginania płaskich złączy spawanych wg PN-78/M-69720 stosuje się próbki płaskie (poprzeczne A, poprzeczne B, podłużne C), prętowe D, rurowe E. Rys. III-14a przedstawia schemat zginania próbek płaskich i z prętów okrąg­ łych.

Próby zginania przeprowadza się w temperaturze 10 7 30°C. Zginanie próbki należy prowadzić do żądanego kąta zgięcia (rys. III-14c). W razie wystąpienia pęknięć na powierzchni próbki zginanie należy przerwać. Jeżeli po zginaniu próbka nie wykaże pęknięć, należy ją dalej doginać pod prasą lub w imadle aż do równoległego położenia ramion. Po ukończeniu zginania należy zmierzyć kąt zgięcia próbki i odnotować charakterystyczne cechy , zg1ęcia.

Jeszcze

inną

z najprostszych prób technologicznych jest próba łamania złącza spawanego. Polega ona na złamaniu próbki w spoinie w celu zbadania jej przełomu. Oględzin przełomu spoiny dokonuje się gołym okiem lub za pomocą lupy. Na podstawie oględzin można stwierdzić obecność wad wewnętrznych, jak braki pr~etopu, pęknięcia, pęcherze, żużle, przyklejenia, przepalenia i przegrzania, a więc można uzyskać informacje o własn o­ ściach plastycznych i wytrzymałościov,rych spoiny. Jeże li

zlamanie próbki następuj e bez Vvidocznych odkształceń, a powierzchnia przeło mu ma wygląd błyszczący, krystaliczny, o grubych ziarnach - wskazuje to na kruchość materia ł u . W wypadku otrzymania przełomu matowego, włóknistego, drobnoziarnistego, z odkształceniami w okolicy pęknięcia, na le ży wnioskować . że spoina jest ciągliwa. Sposób przeprowadzania próby 93

___.____);(- Jii

,,._~

B

t:•~791Jtc

c:::;

E

l=D0

"

Rys. III-14. Próby spoin: a) zginanie próbki płaskiej lub z pręta okrągłego, v) rodzaje próbek, c) kąt zgięcia próbki, d) łamanie złącza doczołowego, e) łama nie złącza kątowego

łamania złączy doczołowych

(PN-58/l\il-69740) przedstawiono na rys. III-14d. Próbkę ustawioną na podporach poddaje się łama­ niu pod prasą lub uderzeniami młota. Podobnie wykonuje się próbę łamania złączy kątowych (PN-58/M-69741). Rys. III-14e przedstawia sposób przeprowadzenia tej próby. Po złamaniu próbkę poddaje się oględzinom przez szkło powiększające, a wyniki (opis przełomu ze szczególnym uwzględnieniem wad spawania} notuje się. 4. Prze bieg

-

ćwiczenia

Przeprowadzić próbę paskową złącza

Przeprowadzi(:

próbę języczkową złącza spawaneg~.

P..rzeprowadzić próbę łamania

Dokonać ogl~dzin łym

spawanego.

okjem lub z

miejsc

użyciem

próbki

złącza

odkształconych

lub

spawanego. pękniętych

go-

lupy.

5. Uwagi do sprawozdania:

-

Opisać

krótko wady występujące w złączach spawanych. wyniki przeprowadzonych prób złączy i wyciągnąć: wnioski. Załączyć niezbędne szkice badanych próbek.

· Opisać

Ćwiczenie

111.1 1

WYKRYWANIE WAD W METALU PRZEl

1. Cel

ćwiczenia:

OGLĘDZINY

poznanie najprostszych metod wykrywania wad

metalu. 2.

Wyposażenie: półfabrykat,

3.

\Viadomości uzupełniające

odlew.

Metoda oględzin nie wymaga w zasadzie żadnych przyrządów i ma szerokie zastosowanie ze względu na prostotę wykonania.

Nie daje wprawdzie dokładnych wyników, mimo to jest bardzo 95

pomocna w określaniu wad, szczególnie przedmiotów mało odpowiedzialnych. Zaobserwowane wady ze wnętrzne mogą być przyczyną np. późniejszych pęknięć lub nieprzydatności przedm10tu w pracy. O jakości materiału można też wnioskować na podstawie dźwięku, jaki wydaje próbka pod wpływem uderzenia młot­ kiem. Oględziny można stosować do materiału wyjściowego lub półfabrykatów, do przedmiotów gotowych lub po pewnych fazach obróbki. 4. Przebieg

-

-

ćwiczenia

Określić

rodza j materiału (np. stal, żeliwo, brąz itp.). stan przeróbki i obróbki ma teriału (np. odlew, materiał walcowany, ciągniony, kuty, toczony, frezowany , szlifowany). Zastanowić się n;;i.d iypoy;rymi wadami występującymi w danej fazie przeróbki i obróbki materiału (np. chropowatość) i szukać tych typowych 'Yad na przedmiocie. Określić rodzaje zaobserwowanych wad. Na podstawie wykrytych wad określić przydatność materiału lub przedmiotu do produkcji, biorąc pod uwagę wymagania norm lub warunków podanych n a rysunku bądź w instrukcji odbioru. Określić

5. Uwagi do sprawozdania:

-

Opisać

krótko przebieg

badań

przez

oględziny i

na podstawie

dźwięku.

-

Podać prz ykłady Zestawić

Ćwiczenie

wyniki.

wykrytych przez siebie wad. podać wnioski.

111.12

BADANIE METALJ METODAMI KAPJLARNVMI (PRóBV

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie wania wad w metalu.

96

się 'Z

SZCZELNOśCl)

metodami kapilarnymi wykry-

2.

Wyposażenie:

posażenie

3.

nafta, woda mydlana, woda czysta i kreda; wydo próby wodnej.

Wiadomości uzupełniające

W metodach kapilarnych . są wykorzystywane zjawiska włosko­ watości. Nafta np. wnika do bardzo wąskich szczelin materiale, nawet nie\vidocznych gołym okiem. Metody kapilarne są bardzo proste, nie wymagają specjalnych urządzeń i dają dobre wyniki. Można je zaliczyć do metod warsztatowych (w przeciwień­ stwie do metod z następnych ćwiczeń, które można nazwać metodami laboratoryjnymi). Do metod kapilarnych można zaliczyć: a) badanie naftą, b) badanie mydlaną wodą, c) badanie czystą wodą.

w

4. Pnebieg

ćwiczenia

Badanie kapilarne naftą Metodę tę stosuje się do wykrywania drobnych pęknięć na wylot w przedmiotach o średniej grubości ścianek. Przebieg czynności jest następujący: - Wybrać przedmiot do badania (na przedmiotach dużych okreś­ lić przypuszczalne miejsce pęknięcia) . - Okolicę pęknięcia posmarować z jednej strony wapnem (lub natrzeć kredą) i wysuszyć (przedmioty małe posmarować wapnem na całej powierzchni z jednej strony); odwrotną stronę natrzeć kilka razy naftą za pomoeą pędzla. Czekać do momentu przejścia nafty przez szczelinę na wylot. Obserwować zmianę koloru wapna wskutek nasiąkania naftą . - Pęknięte miejsca obrysować kolorową kredą. - Określić ·wymiary i charakter pęknięcia oraz jego wpływ na nieprzydatność przedmiotu do pracy. Metoda jest tania, szybka i prosta. Badanie kapilarne wodą mydlaną Metoda ta nadaje się do kontroli szczelności różnych połączeń i przewodów doprowadzających powietrze lub inne gazy. Można '1 -

Pracownia techniczna dla techn.

97

•

ją również stosować

zbiorników pracują­ cych przy niedµżych nadciśnieniach. Wykorzystuje się tu zjawisko napięcia powierzchniowego. Powietrze przechodzące przez wodę tworzy bańki, które szybko pękają; jeżeli natomiast przechodzi przez wodny roztwór mydła, to wytworzone bańki pękają wolniej. Umożliwia to uzyskanie dłuższego czasu obserwacji. Metoda ta jest szczególnie przydatna do wykrywania bardzo małych otworów lub szczelin w uszczelnieniach. do badania

szczelności

Badanie należy przeprowadzić następująco: - Wybrać połączenie do badania. - Przygotować wodny roztwór mydła lub posłużyć się szamponem do mycia włosów. - Nasmarować roztworem badane połączenie . - Wytworzyć wewnątrz przewodu lub zbiornika nieduże nadciśnienie.

Czekać

do momentu

przejścia

powietrza przez

szczelinę

w po-

łączeniu.

•

-

Obserwować tworzące się bańki

mydlane . liczby baniek i częstości ich pękania określić orientacy jnie rozmiary szczelin. Według rozmiarów szczeliny określić jej wpływ na przydatWedług

ność połączenia.

Metoda jest prosta w wykonaniu i bardzo tania. Umożliwia wykrycie bardzo małych otworków i szczelin. Można badać w ten sposób połączenia ·gazociągów podczas ich pracy, działanie urzą­ dzeń nowo zamontowanych oraz pracujących od dłuższego czasu. Przedtem jednak należy stwierdzić, jaki gaz przesyłany jest danym gazociągiem. W przypadku gazów trujących, np. CO, należy zachować odpowiednią ostrożność. Przy badaniu połączeń usytuowanych na pewnej wysokości nad ziemią należy pracować we dwójkę. Drugi pracownik powinien obserwować pracę, aby w razie zatrucia pracującego mógł mu przyjść z pomocą.

Badanie kapilarne czystą wodą Metoda ta jest również zwana próbą wodną. Stosuje się ją do ·zbiorników szczelnych; jest to typowa metoda stosowana przy

98

badaniu

kotłów

parowych. Przebieg badania powinien

być

na-

stępujący:

-

Wybrać

zbiornik do badania. szczelnie wszystkie otwory z wyjątkiem rury doprowadzającej wodę oraz zamontować manometr. Wypełnić zbiornik wodą w całej objętości, wypychaj ąc dokładnie powietrze, a następnie rurę połączyć z pompką hyZamknąć

drauliczną.

powoli wodę do zbiornika. Obserwować na manometrze wzrost ciśnienia . Po uzyskaniu ciśnienia próbnego zamknąć zawór n:rlędzy pompką a zbiornikiem. - Obserwować manometr, czy ciśnienie spada. - Jeżeli ciśnienie nie spada przez pewien czas, znaczy to że zbiornik jest szczelny. Dla upewnienia się należy sprawdzić wszystkie połączenia. Jeżeli ciśnienie spada, należy również sprawdzić wszystkie poł ączenia i zaznaczyć miejsca wypływu wody. - Określić rozmiary szczelin i ich wpływ na przydatność zbiornika do pracy. - Odłączyć pompkę od zbiornika. - Wypuścić wodę ze zbiornika. Metoda ta jest nieco kłopotliwa, ponieważ wymaga pompki hydraulicznej, manometru i więks~j ilości wody. Dla wstępnego rozeznania można próbę wodną poprzedzić próbą z mydlaną wodą, która jest szybsza. Przeprowadzenie próby wodnej zbiorników szczelnych jest jednak konieczne. -

Pompką dopompowywać

5. Uwagi do Opisać

sprawozd~:

wyniki przeprowadzonych Zestawić wyniki, podać wnioski.

badań.

Ćwiczenie

111.13

PROSA PRZEŁOMU NIEBIESKIEGO

1. Cel ćwiczenia: poznanie próby przełomu niebieskiego w celu oceny wewnętrznych wad makroskopowych stali, stwierdzonych na przełomie. 2. Wyposażenie: próbka ze stali konstrukcyjnej, piec hartowniczy, 2 podpory, stempel, prasa śrubowa, pilnik, tablice lub wzorce wtrąceń niemetalicznych stali, norma PN-60/H-04509. 3.

Wiadomości uzupełniające

Próbę przełomu

niebieskiego stosuje się do stali konstrukcyjnych i stopowych, w stanie przerobionym plastycznie. Próbki pobiera się z wyrobów i półwyrobów stalowych otrzymanych drogą przeróbki plastycznej. Grubość przedmiotu, z którego pobiera się próbki, powinna wynosić co najmniej 40 mm. Próbki odcina się na zimno lub na gorąco w ten sposób, aby obejmowały cały przekrój poprzeczny, a płaszczyzna przełomu była równoległa do kierunku przeróbki plastycznej, tj. do kierunku włó­ kien. węglowych

rzełomu

Rys. III-15. Próbka do niebieskiego

przełomu

Próbki w kształcie płytek o grubości H=20+40 mm odcina się z pręta stalowego. Na próbce nacina się ostry karb dla ułatwie­ nia złamania (rys. III-15). Karb należy wykonać w ten sposób, aby nie zmniejszyć zbytnio powierzchni przełomu przeznaczonego do obserwacji. Zaleca się, aby grubość h próbki w miejscu karbu wyniosła 18+25 mm. Karb powinien znajdować się w 100

płaszczyźnie przechodzącej

przez oś przedmiotu, z którego pobrano próbkę. Znakowanie powinno zapewnić identyfikację próbki z ma"teriałem, z którego została pobrana próbka. Ocenę stopnia zanieczyszczenia stali wtrąceniami niemetalicznymi przeprowadza się wg tablic zamieszczonych w normie PN-60/ /H-04509, na podstawie wzorców rysunkowych i danych liczbowych lub też przez porównanie z wzorcami naturalnymi dobranymi uprzednio wg tablic i odpowiednio oznakowanymi. 4. Przebieg

-

-

ćwiczenia

Nagrz.ać próbkq do temperatury o 100+150°C wyższej od temperatury, w której wystąpi niebieski nalot. Wyjąć próbkę z pieca i przetrzymać ją do chwili otrzymania niebieskiego nalotu. Złamać próbkę pod prasą (dla upewnienia się o barwie nalotu należy naciąć pilnikiem rysę, na której dokładnie można obserwować nalot). Złamaną próbkę pozostawić na powietrzu do zupełnego osty- · gnięcia, chroniąc przełom przed zabrudzeniem, a zwłaszcza przed zaoliwieniem. Po ostygnięciu próbki obserwować jej przełom nieuzbrojo~ nym okiem, oceniając liczbę, wymiary oraz r ozmieszczenie i kontrastowość występujących na nim wad. Obserwacje porównać z tabelami z norm lub wzorcami. ,

5. Uwagi do sprawoz dania:

-

Ustalić

wyniki przeprowadzonego ćwiczenia dla trzech róż­ nych próbek. Podać wnioski wynikające z porównania wyników obserwacji trzech próbek.

Ćwiczenie

111.14

WVTlACZANIE MISECZEK NA TŁOCZNIKU DOŚWIADCZALNYM

1. Cel

ćwiczenia:

zapoznanie

się

z warunkami

wytłaczania

mise-

czek. 2. Wyposażenie: prasa hydrauliczna o nacisku 50+ 100 kN z urzą­ dzeniem do pomiaru siły tłoczenia, tłocznik doświadczalny z trzema wymiennymi końcówkami o różnych promieniach zaokrągle­ nia, krążki blachy (próbki 3 sztuki), mikrometr zewnętrzny o zakresie pomiarowym 0+25 mm z kulistym kowadełkiem, instrukcja obsługi prasy hydraulicznej. 3.

Wiadomości uzupełniające

Tłoczenie

miseczek (miseczkowanie) polega na wciskaniu płaskie­ go materiału (blachy) w foremnik (rys. III-16). Zmianę kształtu otrzymuje się na skutek płynięcia materiału w płaszczyźnie równoległej do górnej powierzchni foremnika. Wytłaczanie można prowadzić z dociskaczem (cienkie blachy) lub bez dociskacza. Zależy to od stosunku S grubości g blachy do średnicy D lcrążka wyjściowego

s=

_H__ • 100% D

Dla S < 1,5 wytłaczanie prowadzi się z dociskaczem; dla S > 2 bez dociskacza. Stopniem ciqgnienia wstępnego m 1 nazywa się stosunek średnicy zewnętrznej d 1 otrzymanej miseczki (rys. III- 17) do pierwotnej średnicy D krążka di

m1,=D

Zwykle dla otrzymania gotowego przedmiotu stosuje się kolejne operacje przeciągania miseczki na coraz to mniejsze średnice. Występują wówczas dalsze współczynniki (stopnie) ciągnienia

102

Końrow a

Próbka .foremnik

Tłocznik

Rys. III-16. świa dc zalny

Rys. III-17. Miseczkowanie próbki [36)

do-

[36) ~

m2=d;, wartości współczynników

dano w

poniższej

I

g · 100% m 1 D

1,5 2,0

2,5 3,0 3,5

= Ddi Im 2 =

0,65 0,60 0,65 0,53 0,50

m przy

wytłaczaniu

bez dociskacza po-

tablicy.

0,80 0,75 0,75 0,75 0,70

I

ddiz- ms =

0,84 0,80 0,80 0,80 0,75

I

d4 2 m4 --= d 3

d3 d

0,87 0,84 0,84 0,84 0,78

I ms =

ds d,

0,90 „. oJ 87 ·ił ,.;,.. 0,87 0,87 0,82

I

d6 m c; = ds

•

0,90 0,90 0,90 0,86

Maksymalną siłę ciągnienia,

przy której występuje pękanie miseczki lub przy której naprężenia w materiale blisko dna naczynia osiągają wartości bliskie wytrzymałości na rozciąganie, wyznacza się wg wzoru

g - grubość blachy w mm, Rm - wytrzymałość na rozciąganie w MPa, d.~ średnia średnica miseczki; d s=dzewn-g mm, tłoczenia obliczamy z wzoru

w którym:

Siłę

103

w którym:

d g Q -

4. Przebieg

-

średnica

miseczki, mm, grubość blachy, mm, granica plastyczności, MPa,

D -

średnica zewnętrzna krążka wyjściowego,

C -

stała

równa 0,6+0,7 (uwzględniająca i gięcie przy wytłaczaniu).

mm, tarcie

ćwiczenia

Zamocować

na prasie wykrojnik

doś'Wiadczalny.

Obliczyć stopień ciągnienia wstępnego. Obliczyć siłę tłoczenia.

Kolejno wymieniając końcówki wytłoczyć trzy miseczki z przygotowanych krążków blachy, każdorazowo odczytując wartości siły tłoczenia.

-

·-

Powierzchnie wytłoczonych miseczek poddać oględzinom, czy nie powstały pofałdowania, zniekształcenia, pęknięcia, rysy, oderwania denka. Przeciąć jedną miseczkę i za pomocą mikrometru zmierzyć w i:óżnych punktach grubość ścianki.

5. Uwagi do sprawozdania:

-

Opisać

'

przebieg próby.

Porównać odczytaną wartość siły

Podać zależności

z wartością obliczoną. wyników od promienia zaokrąglenia

koń-

cówki. -

Podać własne

Ćwiczenie

wnioski i

spostrzeżenia.

111.15

BADANIE METALI FALAMI ULTRADżWIĘKOWVMI

Cel ćwiczenia: poznanie wykrywania wad w przedmiotach metodą ul tra dźwiękową. 1.

104

2. Wyposażenie: badany przedmiot z wadą wewnątrzną, olej lub woda do posmarowania powierzchni, papier ścierny do oczyszczenia pow ierzchni, defektoskop ultradźwiękowy z kompletnym wyposażeniem, sondy proste i ukośne (po 2 szt.), instrukcja obsługi defektoskopu, aparat fotograficzny ze statywem (w razie pot rzeby fotografowania wskazań oscyloskopu), tabela fal ultrad źwiękowych , wanienka, przewody do sond, wzorzec z wadą wewnętrzną do badań próbnych.

-

3.

Wia d omości uzupełniające

Badanie met ali falami ultradźwiękowymi zalicza się do ba dań nieniszczących. Metoda ta umożliwia przeprowadzenie badań bez uszkodzenia części badanych oraz bez pogorszenia ich włas­ ności użytkowych, mechanicznych itp. Fale ultradźwiękowe są wywołane drganiami ośrodków stałych i ciekłych o często tliwości wyższej od słyszalnej, tj. powyżej 16 OOO drgań na sekund ę , i mogą ro zchodzić się tylko w ośrodkach sprężystych . Prędkość rozchodzenia się fal zależy od ośrodka. Przykładowo prędkość fal w powietr zu wynosi 331 ,7 m/s, w stali 5000 mis, w oleju 1100 mis. Dłu gość i częstość fali są związane zależnością c=f·J.

w której: c -

prędkość

rozchodzenia

f -

częstość drgań,

J. ___,

długość

się

fali,

fali (rys. III-18).

Ucho ludzkie odbiera fale głosowe o częstości f od 16 Hz do 16 kHz, co odpowiada długości A. fali od 21,5 mm do 21,5 m przy prędkości c= 344 mis. Fale o częstości mniejszej od 16 Hz nazwano falami infradźwiękowymi, powyżej zaś 16 kHz - ultradźwię­ k owymi. Fale ultradźwiękowe rozchodzące się w ośrodku stałym napotykając przeszkodę ulegają ugięciu, odbiciu (kąt odbicia równa się kątowi podania), absorpcji i rozpraszaniu. Jeżeli przeszkoda na drodze fali jest dla niej przepuszczalna, fala w pewnym procencie przechodzi przez przeszkodę, a częściowo odbija s ię od niej (rys. III-19). Przy przechodzeniu przeszkody fala ulega załamaniu. Kąt załamania jest zależny od materiału przeszkody.

105

.i\.

I

Kierunek rozchodzenia sle fali - - - - - - •

Długość

Rys. III-18.

fali (32}

Ugięcie

fali zachodzi przy przechodzeniu fal dłu gich przez przeszkodę i polega na zmianie kierunku fali za przeszkodą. Działanie

generatów fal ultradźwiękowych jest najczęściej oparte na zasadzie zjawiska piezoelektryczności. Jeżeli płytkę kryształu kwarcu umieścimy w zmiennym polu elektrycznym, Ośrodek.

Fala odbita <

>

Ośrodek Il

I ...

„ Fala

płytka

padająca

Fala przemka1qca przez granicę ośrodków

Rys. III-19. Fala wnika do przeszkody odbita (32]

jąca

ta kurczy się i rozszerza zgodnie ze zmianami pola elektrycznego (rys. III-20), stając się źródłem fali ultradźwiękowej. To właśnie zjawisko wykorzystano w defektoskopii. Zachodzi również zjawisko odwrotne: gdy ściśniemy kryształ kwarcu (rys. III-21), na biegunach elektroskopu uzyskamy ładunki elektryczne. Schemat defektoskopu ultradźwiękowego jest przedstawiony na rys. III-22. Wiązka fal ultradźwiękowych wysłana w głąb materiału, natrafiając na wadę ulega częściowemu odbiciu od niej. Odbita część wiązki niesie ze sobą obraz wady w postaci sygnału falo~ego. Należy ją przetworzyć na obraz widzialny. Najpierw 106

X

Zmienne

y

~naplecie

elektryczne

y

Rys. III-20. Zmiany wymiarów płytki kwarcowej umieszczonej w polu elektrycznym [32]

sonda umieszczona na kierunku odbitej wiązki zamienia ją na impulsy elektryczne. Te z kolei zostają wzmocnione i posłane do lampy oscyloskopu. Na ekranie oscyloskopu będzie widoczny obraz wady i jej odległość od sondy. Część wiązki odbita od „dna" badanego przedmiotu wraca po nieco dłuższym czasie niż część odbita od wady. Plamka świetlna na oscyloskopie rysuje zarówno impuls wiązki odbitej od wady (echo wady), jak i impuls wiązki odbitej od dna przedmiotu (echo dna). Cały ten cykl powtarza się kilkaset razy na sekundę-. Bezwładność naszego oka daje wra-

flektroskop

Rys. III-21. Powstawanie ładunków elektrycznych w ściśniętej płytce kwarcowej [32]

107

6enerator impulsów elektrycznyc

6enPrator podstawy czasu 6enerator znaczników odległości

....___ _ Nadajnik

i-------1

Głowica z przetwornikiem

ultradtwiekowym Rys. III-2:l. S chemat defektoskopu

ultradźwiękowego

[32)

żenie

obrazu trwałego. Opisana metoda wykrywania i umiejscowienia wad w materiale nosi nazwę metody echa. Metoda ta daje tzw. strefę martwą o grubości ok. 2 mm, licząc od powierzchni w głąb materiału. Metodę przepuszczania stosuje się przy badaniach z użyciem dwu sond. Jedną z nich umieszcza się po jednej stronie materiału , a drugą po stronie przeciwnej. Jedna sonda wysyła impuls ultradźwiękowy w głąb materiału. Przechodzi on przez całą grubość przedmiotu. Gdy trafia na wadę, zostaje osłabiony. Ten osła­ biony impuls odbiera druga sonda i przekazuje do oscyloskopu. Na ekranie lampy otrzymuje się odpowiedni obraz wady.

Metoda powierzchniowa jest to metoda badań oparta na zjawisku fal powierzchniowych. Do materiału przystawia się sondę wytwarzającą fale, które nie wnikają w głąb materiału, lecz rozchodzą się po powierzchni. Z użyciem tej metody można wykrywać wady pod powierzchnią na głębokości 0,1 +0,8 mm. Metodę tę stosuje się do wykrywania pęknięć na powierzchni; z uwagi na duży zasięg nadaje się ona do badania blach. Podobnie jak w metodach poprzednich, na ekranie oscyloskopu otrzymamy odpowiedni obraz wady. Metoda zanurzeniowa polega na tym, że przedmiot razem z sondą umieszcza się w naczyniu z cieczą , najczęściej w wodzie. Na dnie naczynia ustawia się przedmiot, a nad nim, w dobranej od108

ległośc1

- sondę. Sonda musi być starannie ustawiona względem przedmiotu, w przeciwnym bowiem razie badanie się nie uda. Fale ultradźwiękowe zostają wprowadzone do przedmiotu przez słup wody. Przedmioty o masie do 50 kg przesuwa się wzglę­ dem nieruchomej sondy; jeżeli przedmiot jest cięższy, przesuwa się czujniki na odpowiednich prowadnicach. Na ekranie lampy obserwuje się kolejno odbicia wiązki fal od tylnej powierzchni materiału i od wad. Odległość, którą przebywają fale w wodzie, należy tak dobrać, a by czas przejścia fal przez wodę off sondy do materiału był dłuższy od czasu przebycia grubości materiału od powierzchni przedniej do tylnej i z powrotem. Należy przy tym uwzględnić prędkość rozchodze~ia się fal w wodzie i w danym materiale. Odmianą tej metody jest stosowanie sondy w odpowiedniej oprawie, z której stale wypływa woda.

Metoda przekroju poprzecznego tym różni się od poprzednich, że oscyloskop jest wyposażony w odpowiednią przystawkę, która zatrzymuje na ekranie obraz z poprzedniego badanego mie jsca na przedmiocie, czyli niejako „pamięta" poprzednio powstałe obrazy. Ruch plamki podstawy czasu, np. o kierunku poziomym, jest proporcjonalny do drogi przebytej przez fale w badanym przedmiocie. Natomiast ruch w kierunku pionowym jest proporcjonalny do przesunięcia sondy po badanym przedmiocie. Plamka podstawy czasu jest tak długo niewidoczna, dopóki nie nastąpi odbicie od wady. Gdy nastąpi odbcie od wady lub od powierzchni ograniczającej, na ekranie pojawi się świecąca plamka. We wszystkich pozostałych miejscach ekran będzie ciemny. W wyniku przesuwania sondy otrzymuje się obraz odpowiadający rozłożeniu wad w płaszczyźnie przechodzącej przez miejsca przesuwania sondy (stąd nazwa „metoda przekroju"). W metodzie widoku z góry oscyloskop jest wyposażony w inną przystawkę pracującą w układzie osi współrzędnych x-y. Ruch plamki jest proporcjonalny do ruchu sondy po przedmiocie. Jeżeli sonda wykonuje ruch wzdłuż osi x, to plamka na ekranie przesuwa się również wzdłuż osi x. Podobnie jest przy ruchu wzdłuż osi y. Dowolnemu położeniu sondy na przedmiocie odpowiada ściśle określone położenie plamki na ekranie. Plamka jest widoczna wtedy, gdy przedmiot zawiera wadę. Jej obraz jest wi-

109

doczny z góry. Łącznie otrzymuje się obr az rozłożenia wad rzucony na jedną płaszczyznę, nie wiadomo jednak, w których płasz­ czyznach w przedmiocie te wady leżą. Dwie ostatnie metody umożliwiają wykonanie dokumentacji badanych przedmiotów. N a ekranie lampy mamy bowiem obraz nie tylko jednej wady, ale obraz wszystkich wad na wyci.nku powierzchni przedmiotu. Dla utrwalenia można go fotografować. 4. Przebieg

ćwiczenia

Przygotowanie przedmiotu - \Vybrać przedmiot do badania. - Oczyścić przedmiot z kurzu, piasku, rdzy i innych zanieczyszczeń.

-

-

W miejscu badanym powierzchnię dokładnie oczyścić. Badane miejsce posmarować olejem lub wodą tak, aby pomiędzy przyłożoną później sondą a materiałem nie było powietrza. Ustawić odpowiednio przedmiot zależnie od wybranej metody.

Przygotowanie sondy - Wybrać odpowiedni typ sondy, np. nie od sposobu badania. - Ustalić odpowiedni rodzaj fal. - Zbadać stan techniczny sondy. - Przyłączyć sondę do defektoskopu. - Zależnie od wybranej metody sondę nic lub zapewnić jej stałe położenie.

prostą'

lub

ukośną, zależ-

przymocować

do prowad-

Wybór metody badania - Określić rodzaj badanego materiału. - Określić kształt badanego przedmiotu i 3ego rozmiary. - Określić miejsce spodziewanych wad (na powierzchni czy w głębi przedmiotu). · - Stosownie do poprzednich ustaleń wybrać odpowiednią metodę badania. - Skompletować urządzenie dodatkowe (np. wannę, prowadnice i inne). 110

Przygotowanie oscyloskopu - Ustawić na stole właściwy oscyloskop, dodatkowe przystawki i zasilacz. - Połączyć wszystkie elementy, stosownie do instrukcji obsługi. - Załączyć zasilacz i czekać kilka minut do nagrzania się lamp w aparaturze. - Nastawić oscyloskop tak, aby na jego ekranie otrzymać linie podstawy czasu i znaczników odległości lub inne (zależnie od metody badań i dołączonych przystawek). - Przeprowadzić badanie próbne na znanym przedmiocie, aby upewnić się, czy defektoskop działa sprawnie. - Sprawdzić, czy wiązka fal nie pada na badającego lub inny ch, obserwujących badania. - Wyłączyć aparat. Badanie właściwe - Ustawić wza jemnie przedmiot i sondę stosownie do wybranej metody. - Dokona~ kilku próbnych przesunięć sondą po przedmiocie, aby sprawdzić mechaniczną sprawność działania. - Załączyć ponownie przygotowaną poprzednio aparaturę . - Przesuwać sondę po przedmiocie, stosownie do obranej metody, dokonując właściwego badania. Równocześnie obserwować ci braz na ekranie lampy. - P o ukończeniu badania aparaturę rozmontować i umi eścić w szafie lub skrzynce. Ocena wad na podstawie obrazu - Ustalić, stosownie do metody, gdzie może leżeć wada w przedmiocie : na powierzchni czy na pewnej głębokości. Określić rozmiary wady (w tym celu badać wadę w różnych kierunkach). Określić położenie wady na podstawie obrazu na ekranie lampy. - Określić rodzaj wady. Ostatni punkt jest w badaniach defektoskopowych najtrudnie jszy do zrealizowania, ponieważ obraz na ekranie lampy nie daje na ogół rzeczywistego obrazu wady, lecz tylko informacj ę o jej '

111

istnienitJ,. Ten punkt badań rozwiązuje dobrze metoda przekroju poprzecznego i metodą widoku z góry. Do dobrego ok.re~lenia rodzaju wad trzeba mieć duże doświadczenie w badaniach oraz w ich przygotowywaniu i przeprowadzaniu. Małe usterki w przygotowaniu ćwiczenia mogą spowodować fałszywe wyniki. Rejestracja obrazu - W razie potrzeby sporządzenia dokumentacji badanego przedmiotu należy obraz jego wad utrwalić (przeważnie stosuje się fotograf owanie). - Należy ustawić odpowiednio aparat fotograficzny, nastawić odległość, przesłonę i migawkę. Wykonać zdjęcie i na arkuszu zapisać numer zdjęcia, numer przedmiotu i orientacyjne położenie wady. 5. Uwagi do sprawozdania: Opisać

-

Opisać

metody wykrywania wad falami ultradźwiękowymi. budowę i zasadę działania defektoskopu ultradźwięko-

wego. Opisać

-

zjawisko powstawania obrazu wady na oscyloskopie. Zestawić wyniki, podać wnioski.

Ćwiczenie

111.16

OKREśLENIE WAD TECHNOLOGICZNYCH W WYROBACH METALOWYCH

1. Cel liwości

ćwiczenia:

nabycie umiejętności określania rodzaju i szkodwady na podstawie zestawów wad ujętych w atlasie.

stanowiska do badań: próbki z wadami (próbka pochodząca z odlewu surowego, 2 próbki z materiałów obrobionych plastycznie, wytłoczka), mikroskop, atlas ,,Systematyka wad odlewów żeliwnych", atlas „Wady hutniczych wyrobów stalowych". 2.

Wyposażenie

112

3.

Wiadomości uzupełniające

Przez wady rozumie się wszelkie odchylenia od idealnego stanu, praktycznie nigdy nie osiągalnego. Znaczenie wad w wyrobie zależy od ich rodzaju i rozmiarów. Powstawanie braków jest ści­ śle związane z istnieniem wad, nie każda jednak usterka, która w ogólnym pojęciu jest wadą, powoduje zbrakowanie przedmiotu. Oceny szkodliwości wad dokonuje się przez: - określenie ich rodzaju, miejsc występowania, nasilenia, - stwierdzenie, w jakim stopniu wady wpływają na spełnienie przez wyrób wymagań określonych instrukcjami technologicznymi, warunkami technicznymi, umowami między wytwórcą a odbiorcą. zbyt duża chropowatość powierzchni materiału podlegającego dalszej obróbce plastycznej na gorąco nie dyskwalifikuje materiału, ale ta sama wada stwierdzona na blasze do głę­ bokiego tłoczenia może być przyczyną zbrakowania materiału. Na

przykład

Wśród istniejących

-

-

wad można rozróżnić następujące grupy: Wady pierwotne, do których zalicza się wady wlewków, odlewów surowych, wady obróbki plastycznej, obróbki cieplnej itp. Wady wtórne, powstałe na skutek wad istniejących w materiale już poprzednio, lecz nie rozpoznanych.

Określenie

przyczyn powstania wady pierwotnej jest niekiedy bardzo kłopotliwe lub wręcz niemożliwe. W takim wypadku poprzestaje się na określeniu bezpośredniej przyczyny powstania wady (wtórnej lub pierwotnej). Wady wyrobów stalowych ujęto w następującą systematykę: - wady wlewków i odlewów surowych, - wady materiałów obrobionych plastycznie, - wady materiałów obrobionych cieplnie, - wady materiałów obrobionych mechanicznie, - wady materiałów trawionych i czyszczonych, - wady materiałów ocynkowanych i ocynowanych, - wady materiałów spawanych, - wady materiałów zgrzewanych. I -

Pracownia techniczna dla techn.

113

zakwalifikowania wyrobu, oprócz badań na wymienionych wyżej wad, przeprowadza się badania dotyczące składu chemicznego, własności mechanicznych, fizycznych, chemicznych. Dla

prawidłowego

obecność

Systematyka wad odlewów żeliwnych stępujące grupy: - wady kształtu, - wady powierzchni surowej, - przerwy ciąglości, - wady wewnętrzne, - wady materiału.

(żeliwo

nowe} obejmuje na-

Przykładowe

omówienie niektórych wad Cholewa jest to odkryta jama w górnej części wlewka, w kształ­ cie futerału lub pochwy o cienkich ścianka_ch (lub też niezgrzanie się ścianek jamy z wypełniającym ją metalem - . rys. III-23). Przyczyną powstania cholewy jest opadnięcie metalu wskutek wydzielania si~ z niego gazów lub uciekania· metalu z wlewnicy. Po następnym podniesieniu się metalu może nastąpić brak ciągłości materiału w wyniku niezgrzania się warstwy uprzednio zakrzepłej z ciekłą stalą. Rozdarcia są to wady .spotykane przy walcowaniu lub ciągnieniu rur oraz przy walcowaniu, tłoczeniu i roztłaczaniu blach. Przykład rozdarcia blachy powstałego przy tłoczeniu na skutek wewnętrznej nieciągłości materiału przedstawiono na rys. III-24 a; rozdarcie blachy wg rys. III-24b jest spowodowane złym stanem narzędzia.

Naderwania są to krótkie, rozwarte nieciągłości materiału, najczę­ ściej poprzeczne do kierunku najsilniejszej obr~bki plastycznej. Niektóre z przyczyn występowania tej wady to: a} płytkie pęknięcfa wlewka przy stygnięciu, . b) nieodpowiednia temperatura obróbki plastycznej, c) nadmierne miejscowe wydłużenie, d) nieodpowiedni stan powierzchni walców, e} nieodpowiednie usytuowanie linii podziałowej foremnika, f) wtrącenia niemetaliczne, likwacje, pęcherze podskórne, g) skośne ucięcie krawędzi blach przed dalszym walcowaniem. 114

.

'

Rys. III-23. Jama odkryta, tzw. cholewa (16)

Rys. III-24. Rozdarcie bla chy: a) na skutek wady mc-teriału, b) na skutek złego stanu narzędzia [16]

Naderwanie blachy przy walcowaniu spowodowane skośnym obcięciem (rys. III-25) wykrywa się za pomocą badań makroskopowych lub innych nieniszczących (metody: akustyczna, rentgenograficzna).

Rys. III-25. Naderwanie blachy przy walcowani u na skutek skoś­ nego obcięcia (16] Niewypełnienie

Rys. III-26. Niedostateczne wypełnienie materiałem foremnika· lub bruzdy walców [16J

niedostateczne wypełnienie metale·m wykroju lub foremnika (rys. III-26) może być spowodowane między innymi: a) zbyt dużą prędkością walcowania, b) nieodpowiednią temperaturą walcowania, c) chropowatością powierzchni walców, d) nieodpowiednim nastawieniem walców, e) skręceniem w prowadnicy, f) nieodpowiednim usytuowaniem linii podziałowej foremnika, g) nieodpowiednią wielkością lub kształtem wsadu. -

115

Wadę tę

wykrywa się przez sprawdzanie kształtu sprawdzianami lub wzornikami bądż przez pomiar' np. suwmiarką.

Rys.

III-27. Wąsy wpłynięcie przy walcowaniu [16]

materiału

W qsy są to wypłynięcia metalu - obrobionego plastycznie z wykroju lub foremnika (rys. III-27). Przyczyną tej wady mogą być:

a) zbyt niska temperatura obróbki plastycznej, b) nieprawidłowe usta\vienie walców, c) nieciągłości materiałowe (pęknięcia, rzadzizny, pęcherze), d) zły dobór prędkości walcowania między ulotkami w walcowni ciągłej, powodujący tworzenie się pętli.

a) ____ „ •.- ..... b} _,...„„-.„ - -·-------

-

,,. -

„

„ -- •

~.,,,-

Rys. III-28.

- __ „

Wtrącenia

niemetaliczne [16]

W Lrącenia niemetaliczne (Tys. III-28a i b ). W wyrobach stalowych spotyka się wtrącenia niemetaliczne (np. siarczki, tlenki, krzemiany) powstałe podczas wytapiania, rozlewania i krzepnięcia stali. Oprócz nieodpowiedniego składu chemicznego przyczyną często

występowania wtrąceń mogą być:

a) nieprawidłowy proces świeżenia i odtleniania stali, b) nieodpowiedni czas odstania stali w kadzi. Wadę tę wykrywa się przez badania mikroskopowe. 116

4. Przebieg

-

-

ćwiczenia

z surowego odlewu oszlifować powierzchnię, która będzie obserwowana. Określić z użyciem mikroskopu - rodzaj wady, odszukać w atlasie obraz najbardziej do niej zbliżony i podać nazwę wady. Obejrzeć wytłoczki, podać rodzaj wady, odszukać podobny obraz w atlasie. Podać nazwę wady i przyczynę jej powstania. W przypadku próbek z materiałów obrobionych plastycznie jw. W próbce

pochodzącej

5. Uwagi do sprawozdania:

-

Podać

nazwy wad poszczególnych próbek oraz przyczyny ich powstania. Naszkicować probki wraz z ich wadami.

Ćwiczenie

111.17

ANALIZA CIEPLNA CZYSTEGO METALU

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się ze sposobem otrzymywania wykresów krzepnięcia czystego metalu oraz określania niektórych cech metalu na podstawie analizy sporządzonego wykresu. 2. Wyposażenie: piec elektryczny do topienia metalu, tygiel, urzą­ dzenie do pomiaru temperatury (termoelement Ni-NiCr), miliwoltomierz o zakresie do 60 mV, stoper sekundowy, metal, którego punkty topnienia i krzepnięcia mamy wyznaczyć, sproszkowany węgiel drzewny, statyw z uchwytem, papier milimetrowy, waga, szczypce. 3.

Wiadomości uzupełniające

Każda

zmiana struktury metalu zachodząca podczas chłodzenia lub podgrzewania jest związana ze zmianą własności fizycznych danego metalu. W celu wyznaczenia punktów krytycznych bada 117

się

zmiany parametrów fizycznych metalu, jak np. gęstości, pojemności cieplnej, przenikliwości magnetycznej i elektrycznej w zależności od temperatury. Jedną z metod badania zmian tych parametrów jest tzw. analiza cieplna. Polega ona na wyznaczaniu zmian pojemności cieplnej metali podczas grzania i chłodzenia. Mierząc

określonych odstępach

w

czasu, np. co 15 lub co 30 s, metalu, otrzymamy wartości temperatur potrzebne do wykreślenia krzywych grzania i chłodzenia. Przykładowo omówimy tu krzywą krzepnięcia przedstawioną na rys. III-29. Do punktu 1 temperatura cieczy opada w sposób ciągły. W punkcie 1 zaczyna się już proces krzepnięcia, polegający na wydzielaniu się maleńkich kryształów w metalu, tzw. zarodków kr ystalizacji. temperaturę

w czasie oziębiania towarzyszy oddawanie przez metal ciepła, wskutek czego część wykresu odpowiadająca czasowi krzepnięcia jest odcinkiem linii prostej 1-2 (rys. III-29), równoległej do osi czasu. Krzepnięciu

i..

1

2

Czas

„ Rys. III-29. Wykres

krzepni~cia

czystego metalu

W czasie krzepnięcia rosną powstałe kryształy oraz tworzą się zarodki nowych. Jednocześnie ubywa cieczy. W punkcie 2 metal jest całkowicie skrzepnięty. Dopiero teraz temperatura opada, ponieważ wewnątrz krzepnącego metalu nie wydziela się ciepło krystalizacji równe ciepłu oddawanemu na zewnątrz. Podczas dalszego chłodzenia nie zachodzą już żadne przemiany strukturalne i krzywa chłodzenia opada równomiernie. Przy topieniu metalu zachodzą odwrotne procesy. Temperatura ogrzewanego metalu rośnie z początku w miarę dostarczania ciepła . Po dojściu 118

•

do temperatury topnienia otrzymujemy również odcinek linii prostej poziomej, bowiem dostarczane do układu ciepło jest wykorzystywane do przejścia metalu w stan ciekły (ciepło tQpnienia). Ustala się zatem równowaga aż do przejścia ostatniego kryształu w stan ciekły. W czasie krzepnięcia metalu chłodzenie należy przeprowadzać wolno, w przeciwnym bowiem razie może nastąpić przechłodze­ nie cieczy powodujące, że krzepnięcie będzie przebiegać poniżej rzeczywistej temperatury krzepnięcia. Np. dla antymonu temperatura krzepnięcia w normalnych warunkach wynosi 631°C, a przy przechłodzeniu ok. 590°C. Przechłodzenie krzepnącej cieczy może nastąpić również wtedy, gdy powstawanie zarodków krystalizacji jest utrudnione lub nie zachodzi w ogóle. Tego niekorzystnego zjawiska można uniknąć przez wywołanie ruchu cieczy. Wykresy stygnięcia czystych metali znajdują zastosowanie przy określaniu temperatur krzepnięcia. W pracowni technicznej do topienia metali stosuje si~ piece elektryczne. Najprostszym elektrycznym piecem laboratoryjnym jest piec oporowy. Często piece te bywają przechylne, co ułatwia wstawienie do nich tygla z metalem. Tygle wraz z pokrywami wykonuj.e się z materiałów ogniotrwałych, takich jak: masa szaµiotowa, porcelana, grafit itp. Tygle powinny odznaczać się dużą wytrzymałością w temperaturze roboczej i dużą odpornością na nagłe zmiany temperatury. Do pomiaru temperatury metali najczęściej stosuje się termoelementy (rys. III-30). Pomiary z użyciem termoelementu wykonuje się następująco: druty spojone (zgrzane) P wprowadza się do tygielka z metalem podgrzanym do temperatury .T; drugie, ·o dizolowane od siebie, końce termoelementu Ei i E 2 powstają w temperaturze zewnętrz­ nej t. Między końcami P oraz E 1 i E 2 powstanie siła termoelektryczna proporcjonalna do wartości T-t. Na skutek siły termoelektrycznej wskazówka miliwoltomierza 2 wychyla się .i na podziałce wyskalowanej w stopniach Celsjusza wskazuje wartoś~ temperatury. Na termoelementy używa się przykładowo następu­ jących metali (w nawiasach podano zakres temperatur, do jakich powinno się stosować poszczególne termoelementy); miedź 119

konstańtan (do 400°C), żelazo -

konstantan (do 700° C), nikiel-nichrom (do 1000°C), platyna-platynorod (do 1500°C). W czasie pracy termoelementu druty ulegają utlenianiu, dlatego należy je co pewien czas sprawdzać. Wzorcowania termoelementów dokonuje się przez pomiar temperatury topnienia lub wrzenia niektórych metali i porówanie otrzymanych wartości z od-

Rys. III-30. Schemat ter moelementu [34)

powiednimi tablicami. Przy pomiarach należy pamiętać o ustaleniu temperatury tzw. „zimnych końców" E 1 i E 2 przez zastosowanie przewodów kompensacyjnych 1 i termostatów lub specjalnych puszek kompensacyjnych. 4. Przebieg -

-

-

Włożyć

ćwiczenia

do pieca tygielek z metalem. Do zatopionej rurki stalowej wprowadzić termoelement, włąC'Lyć piec oporowy, pokryć topiony metal warstwą sproszkowanego węgla drzewnego. Po stopieniu metalu wyjąć tygiel z zawartością, wyłączyć piec, tygiel ze stopionym metalem postawić na podstawce ceramicznej, umieścić termoelement w roztopionym metalu. Uwaga. Koniec termoelementu nie może dotykać dna tygielka; cały koniec rurki z termoelementem musi być zanurzony w ciekłym metalu. Co 10 s zapisywać temperaturę krzepnięcia. Po skrzepnięciu metalu stopić go powtórnie.

120

-

Na podstawie otrzymanych wyników spadków temperatury wykreślić krzywą chłodzenia w układzie współrzędnych temperatura-czas.

5. Uwagi do sprawozdania:

-

krótki opis przebiegu miarów.

-

Wykreślić krzywą chłodzenia

Podać

ćwiczenia

i

zestawić

wyniki po-

dla czystego metalu. \Vykreślić krzywą topnienia czystego metalu, Opisać schemat urządzenia do analizy cieplnej. \Vyjaś nić zjawisko przechłodzenia.

Ćwiczenie

111.18

ANALIZA CIEPLNA STOPU PODWOJNEGO Z ROZTWOREM STAŁYM CIĄGŁYM

zapoznanie się ze sposobem sporządzenia wykresów przemian w czasie topnienia i krzepnięcia metali i ich stopów i na tej podstawie wyciągnięcie wniosków co do poszczególnyćh struktur i ich własności. 1. Cel

ćwiczenia:

2. Wyposażenie: piecyk elektryczny oporowy, dwa tygielki ceramiczne zawierające odpowiednio wyważone zawartości procentowe miedzi i niklu, podstawa ceramiczna, termoelement Pt-Pt, Rh, miliwoltomierz wywzorcowany w stopniach Celsjusza, szczypce, stoper sekundowy, węgiel drzewny, statyw, papier milimetrowy, waga. 3.

Wiadomości uzupełniające

W iększość

stopów otrzymuje się przez stapianie ze sobą czystych składników, chociaż otrzymuje się je także bezpośrednio, np. prz.ez redukcję rud zawierających składniki stopowe. W celu otrzymania stopów przez stapianie czystych składników stosuje się różne metody stosownie do własności topionych metali, przede wszystkim zaś ich temperatury topnienia i skłonności do utleruania się 121

przy podgrzewaniu . .Jeżeli ·obydwa metale majq zbliżone temperatury topnienia, to na ogół stopy z nich utworzone mają temperaturę topnienia niższą niż każdy ze składników. Składniki o dużej różnicy temperatur topnienia tworzą stopy o pośredniej tem·peraturze topnienia. Jeżeli w stopie ilość jednego metalu o wyż1 szej temperaturze topnienia ma być znaczna,. to topi się zazwyczaj napierw metal o wyższej temperaturze topnienia i dopiero do niego dodaje się metal drugi, o temperaturze topnienia niższej. Dwa ;metale w stanie ciekłym mogą: - rozpuszczać się w sobie całkowicie; wtedy tworzą roztwór ciekły, niezależnie od wzajemnego stosunku składników (podobnie jak alkohol i woda); - rozpuszczać się w sobie częściowo; wtedy po zaprzestaniu mieszania tworzą dwie warstwy ciekłych roztworów nasyconych; - nie rozpuszczać się w sobie zupełnie; wtedy po zaprzestaniu mieszania tworzą dwie warstwy metali ciekłych. Przy badaniu stopów, jakie tworzą składniki, ważna jest znajomość wykresu cieplnego tych składników, zwanego ich układ em równowagi. W celu sporządzenia takiego wykresu opracowuje się najpierw krzywe stygnięcia. W ćwiczeniu będziemy się zajmować przebiegiem stygnięcia stopu dwuskładnikowego o składzie 3ff0/o Cu i 70'0/o Ni. Na rys. III-31a przedstawiono krzywe krzepnięcia stopów miedzi z niklem. Z krzywych tych wynika, że czyste metale: miedź (krzywa 1) i nikiel (krzywa 4) krzepną w stałych temperaturach: miedź w temperaturze 1083°C, nikiel w temperaturze 1453°C. Stopy 2 i 3 krzepną w różnych temperaturach (krzywa 3 odpowiada zawar·ości 30°/o Cu i 70°/o Ni). Przypuśćmy, że roztwór ciekły o zawartości 30"1/o Cu i 70°/o Ni, ogrzany do temperatury 1500°C, poddajemy studzeniu (rys. III-31b ). Temperatura roztworu ciekłego spada, aż wreszcie na linii likwidusu osiąga t 1 =1380°C (punktA). W tej chwili pojawiają się pierwsze kryształy skrzepłego stopu. Skład tych kryształów można określić, przeprowadzając z punktu A (przecięcie się prostej odpowiadającej składowi roztworu ciekłego z linią likwidusu) prostą równoległą do osi składów. Punkt przecięcia się tej prostej z linią solidusu (punkt B) wyznacza skład pierwszych kryształów

122

a)

3

4

2

1

15o0.-.----~--..~--..~~--~

oc 1400>---t--t

~

13001---+--

~ ~ 12001-----------+------ł ~

'"---+---+---+--~-1--1--1--+

~

~ 11001----\-----ł!----t-~ 10'fHir- - -

o

rJ 20

30 40 Zawartość

80 %100 miedzi

Rys. III-31. Wykresy równowagi stopu miedzi z niklem [32)

wydzielonych po osiągnięciu przez roztwór temperatury likwidusu. Wydzielone kryształy są bogate w nikiel. Gdy ciecz osiąga cie (temperatura kropla roztworu A 2,

dając

temperaturę

t 2 (punkt A1 ), kończy się krzepnię­ osiąga linię solid usu); krzepnie wtedy ostatnia ciekłego o składzie odpowiadającym punktowi kryształk1 o tym samym składzie.

Podczas krzepnięcia może zajść zjawisko tzw. likwacji. Wystę­ puje ono wtedy, gdy krzepnięcie przebiega szybko. Kryształy wówczas nie mają czasu wyrównać swego składu. Chcąc otrzymać budowę jednorodną, należy przeprowadzić wyżarzanie ujednorodniające. Podczas takiego wyżarzania następuje wędrówka atomów. Proces ten nazywa się dyfuzją . 4. Przebieg

-

ćwiczenia

Włożyć

do pieca oporowego tygielek zawierający miedź. Do rurki stalowej wprowadzić termoelement. \Vłączyć piec. Tygiel wraz ze stopioną zawartością wyjąć z pieca i postawić na podstawce ceramicznej.

123

Mierzyć

-

co 10 sekund temperaturę metalu za pomocą termoelementu z miliwoltomierzem wywzorcowanym w stopniach Celsjusza; odczyty temperatury zapisywać w tabelce. Powtórzyć te same czynności dla niklu Ni. Wykonać badania dla stopów miedzi z niklem o różnych składach procentowych. . Na podstawie wyników badań wykreślić krzywe chłodzenia w układzie współrzędnych czas-temperatura.

5. Uwagi do sprawozdania:

-

Podać

krótki opis przebiegu ćwiczenia . krzywe chłodzenia dla poszczegól nych stopów. Opisać schemat urządzenia.

Wykreślić

Ćwiczen i e

111.19

ANALIZA CIEPLNA STOPU PODWOJNEGO Z EUTEKTYKĄ

zapoznanie się ze sposobem otrzymywanfa wypodwójnych z eutektyką oraz opanowanie umiejętności p osł ugiwania się nimi. 2. Wyposażenie: piec· elektryczny do ogrzewania metali, dwa tygielki ceramiczne zawierające metale Bi i Cd, urządzenia do pomiaru temperatury (termoelement Ni - NiCr), miliwoltomierz o zakresie od 60 mV, stoper sekundowy, badane metale, sproszkowany węgiel drzewny, papier milimetrowy, waga laboratoryjna. 1. Cel

kresów

3.

ćwiczenia:

układów

Wiadomości uzupełniające

Jeżeli dwa metale po roztopieniu tworzą roztwór ciekły, po krystalizacji zaś stanowią mieszaninę czystych składników, to stop tych metali nie jest jednorodny w stanie stałym (jest dwufazowy). Mieszaniny takie dla pewnego określonego składu procentowego wykazują najniższą temperaturę krzepnięcia, która nazywa się temperaturą eutektyczną.

124

Podwójny układ równowagi faz metali tworzących eutektykę przedstawia rys. III-32. Likwidus stanowią linie ~rzywe tA - E - tB, solidus linia łamana tA - tE - E -tE - tB, przechodzą­ ca przez punkt E najniższej temperatury krzepnięcia. Stop I roz . ./ poczyna krzepnięcie w temperaturze t 1 • Zaczynają wtedy powstawać pierwsze kryształy składnika A. Ciecz wobec tego ubożeje w ten metal. W temperaturze t 2 stop jest mieszaniną cieczy o skła­ dzie A 1 i czystego metalu stałego A. W temperaturze eutektycznej t 8 skład cieczy jest określony punktem e; wtedy zaczyna krystalizować mieszanina obu metali; metalu A i metalu B. Mieszaninę tę, tworzącą się zawsze w stałej temperaturze eutektycznej tĘ, nazywamy mieszaniną eutektyczną lub w skrócie eutekI

li

tA

f1

f2 r---t---_,._,_,~

~i---;-~~~~~~

fe Rys. III-32. Wykres równowagi stopu podwójnego tworzącego eutektykę, ze zjawiskiem przechłodzenia [32]

A

I

A, e'e

Il 8

tyką„

Mieszaniny eutektyczne tworzą zawsze strukturę drobnoziarnistą. Podczas krystalizacji mieszaniny eutektycznej (A+ B) utrzymuje się stała temperatura tE. Wynika to z reguły faz. W czasie tej krystalizacji występują trzy fazy: a) ciecz o składzie eutektycznym, b) stały metal A, c) stały metal B. Jest spełniona równość S=n-f+l

w której: n -

liczba składników, f - liczba faz. W naszym przypadku S=2-3+1=0. Przebieg krzepnięcia stopu II jest p
125

W temperaturze eutektycznej krzepnie ta sama mieszanina o skła­ dzie e, złożona z drobnych ziaren obu metali A i B. Rozpatrując krzepnięcie stopu o składzie eutektycznym e widzimy, że w tej temperaturze linie likwidusu i solidusu mają punkt wspólny E, a więc stop pozostaje ciekły aż do temperatury tE . W tej stałej temperaturze krzepnie mieszanina eutektyczna A+ B. Stopy o składzie odpowiadającym punktom leżącym na osi składów na lewo od punktu e noszą nazwę stopów podeutektycznych; stopy odpowiadające punktom położonym na prawo od punktu eutektycznego noszą nazwę nadeutekty,c znych. Charakterystycznymi cechami stopów eutektycznych są: a) stała temperatura krzepnięcia, b) drobnoziarnistość po zakrzepnięciu. Cechy te, a zwłaszcza ostatnia, stanowią główną przyczynę dużego zastosowania stopów eutektycznych (eutektyk) w technice. Stopowi o składzie określonym punktem e odpowiada lQQ'O/o eutektyki. Zawartość procentowa zmie~ia się prostoliniowo w zależności od składu i stąd otrzymuje się trójkątne pole zawartości eutektyki w stopach. Pozostałą część stopu poza eutektyką stanowi metal A lub metal B. Posługując się wykresem można okreś­ lić dla danego stopu ilość eutektyki i pierwotnie wykrystalizowanego metalu. Przykładowo

metalami, które po roztopieniu dają roztwór ciekły, w stanie stałym tworzą stop będący mieszaniną dwóch metali czystych, jest bizmut i kadm. W drodze przeprowadzonych doświadczeń ustalono, że czysty bizmut, czysty kadm i stop o zawartości 6010/o bizmutu i 40°/o kadmu krzepną w stałych temperaturach: bizmut (1) w temperaturze 271°C, kadm (5) w temperaturze 321°C, a stop o zawartości 409 /o Cd i 600/o Bi (3) w temperaturze eutektycznej te= 144°C (rys. III-33a). zaś

Przypuśćmy, że mamy · roztwór ciekły o zawartości 30°/o kadmu

i 70°/o bizmutu, który podgrzaliśmy do temperatury 400°C, a następnie poddajemy chłodzeniu (punkt A, rys. III-33b). W miarę stygnięcia temperatura roztworu spada, 'aż wreszcie osiąga temperaturę

likwidusu. Z chwilą gdy roztwór likwidusu, nadmiar bizmutu wydziela się w a w roztworze ciekłym pojawiają się zarodki kry-

ta, czyli

temperaturę

osiąga temperaturę

stanie 126

stałym,

b} a

a) .fOO

e

d B

A

400

oc

c

b

li

300

271°C

~

.2!

~ 200 @:

200

~

100

100

o

Ciecz+krl)sztafy Cd.

o

144°C

li

Eutektyka+ kryształy Bi I

Czas

c

11

A

Eutektyka+ kryształy Cd 11

20 30 40

I

60 70 80 %100

Zawartosć Cd

Rys. III-33. Wykres równowagi stopu bizmut-kadm [32]

stalizacji w postaci skupień atomów. Atomy kadmu są w dalszym ciągu w roztwo1'ze ciekłym. W miarę obniżania się temperatury na zarodkach krystalizacji osadzają się nowe atomy. W temperaturze eutektycznej kryształki bizmutu będą w równowadze z roztworem ciekłym o składzie eutektyki. Z chwilą gdy roztwór ciekły osiąga temperaturę eutektyki, zmienia się charakter krzepnię­ cia: wraz z kryształkami bizmutu zaczynają się wydzielać kryształy kadmu. Na skutek tego temperatura ustala się aż do czasu zakrzepnięcia ostatniej kropli roztworu ciekłego. Wydzielające się kryształki bizmutu i kadmu tworzą po skrzepnięciu bardzo drobną mieszaninę składającą się z kryształów obu metali. Jest to mieszanina eutektyczna. Gdy w roztworze jest przewaga kadmu, np. 70°/o Cd i 30°/o Bi, krzepnięcie ma przebieg podobny, z tym że najpierw z roztworu wydzielą się kryształy kadmu, a po osiągnię­ ciu temperatury eutektyki zaczynają się wydzielać kryształy bizmutu. W czasie ćwiczenia chłodzenie stopu należy prowadzić powoli, aby utworzyła się struktura zgodna z układem równowagi fazowej. Zjawisko przechłodzenia ma duże znaczenie w stopach technicznych. Na skutek przechłodzenia podczas krzepnięcia stop może uzyskać strukturę inną niż wynika to z układu równowagi.

127

„ 4. Przebieg

ćwiczenia

Włożyć

do pieca oporowego tygielek zawierający metal. Do rurki stalowej zatopionej w metalu wprowadzić termoelement. Powierzchnię metalu posypać sproszkowanym węglem drzewnym dla ochrony przed utlenianiem. Włączyć piec. Za pomocą miliwoltomierza wywzorcowanego w stopniach Celsjusza i termoelementu mierzyć spadek temperatury co 10 s, a odczytane wartości temperatur zapisywać w tabelce. Powtórzyć powyższe czynności dla drugiego metalu i stopu o składzie 606/o Bi i 40°/o Cd. Na podstawie wyników badań wykreślić krzywe chłodzenia w układzie współrzędnych: czas - temperatura.

-

-

5. Uwagi do sprawozdania: · Podać

krótki opis przebiegu ćwiczenia. Wykreślić krzywe chłodzenia dla poszczególnych stopów. Wykreślić wykres równowagi stopu Bi - Cd. Opisać schemat urządzenia.

-

Pytania -

sprawdzające

Jakie własności metali można określić (w przybliżeniu) za pomocą próby iskrowej? Jakie odróżnia się odmiany iskier? Jak się przeprowadza próbę rozginania kątownika? Jakie na jej podstawie można wyciągnąć wnioski? Omówić przebieg próby tłoczności blachy. Jakie praktyczne zastosowanie ma taka próba? Jak się wykonuje próbę zawijania i zaginania blach cienkich? W jakich warunkach przeprowadza się próbę przeginania blach i taśm? Jakie próby stosuje się przy sprawdzaniu plastyczności rur? Jak się je przeprowadza? Jakim próbom poddaje się druty? Jakie wady mogą wystąpić w spoinach? Jakie znasz technologiczne metody badania złączy spawanych? Jakie wady można wykryć przez oględziny zewnętrzne wyrobu metalowego i jakie na podstawie dźwięku przy uderzeniu młotkiem?

128

Na czym pole ga ba da m e

metodą

kapilarną?

Jak

moż na

takie bada ni a

przeprowadzi ć ?

-

Jakie wady można wykryć próbą przełomu niebieskiego? Jak s it: taką próbG przeprowad.la ? Jak przebiega wytłaczanie miseczek na tłoczniku do:; wiad czalnym? Jakie wyniki daje taka próba'? Na czym polega badanie met alu Ialam1 ultradźwiękowymi ? Jakie wady można wykryć tą metodą?

-

Do jakich badań używa się defektos kopu ultradżwiGkowego ? Omówlć rodzaje wad odlewów i materiałów stalowyc h po obróbce plastycznej. Jak się kwalifikuje zaobse rwowane wady? Jak przebiega analiza cieplna czystego metalu? Jakie cechy stopu można odczytać z wykresu równowa g.i fazowe j ? Co to jest przechłodzenie? Jak otrzymuje się wykres krystalizacji s topu podwójnego'? Jakie przemiany można odczytać z wykresu krystalizacji s topu podwójnego? Czym się one charakteryzują n a takin! wykresie? Jakie fazy mogą wystąpić w stopach podwójnych?

•

9 -

Pracownia t echnicz na dla techn.

Rozdział

IV

BADANIA METALOGRAFICZNE

WIADOMOSCI

WSTĘPNE

Badania metalograficzne mają na celu ujawnienie budowy (struktury) wewnętrznej metali i stopów. Przeprowadza się je na odpowiednio przygotowanych próbkach (zgładach) do badań makro1 mikroskopowych oraz preparatach do badań za pomocq mikroskopu elektronowego. Zgłady do badaii makroskopowych powinna cechować gładka powierzchnia, uzyskiwana przez szlifowanie (np. na papierach ściernych), natomiast powierzchme próbek przeznaczonych do badań mikroskopowych powmny być polerowane. Badania makroskopowe przeprowadza się najczęściej na całych przekrojach - przez obserwację okiem nieuzbrojonym lub za pomocą lupy albo mikroskopu binokularowego przy niewielkich powięk­ szemach. Badania mikroskopowe wykonuje się za pomocą mikroskopu metalograficznego w zakresie powiększeń od 50 do 200X lub mikroskopu elektronowego przy powiększeniach od 1OOO do 150 OOOX i więcej. Pobieranie próbek metalograficznych. Próbki do badań metalograficznych powinny być tak pobrane, aby było możliwe zbadanie struktury całego przedmiotu. Jeżeli \l\.'ięc przedmiot ma strukturę niejednorodną, to należy wykonać odpowiednio większą liczbę próbek. Na przykład części walcowane czy ciągnior e mają budowę ukierunkowaną. Dla uzyskania całkowitego obrazu struktury należy więc wykonać zgłady (szlify) poprzeczny i podłuż130

ny, przy czym na ogół ten ostatni kturę niż poprzeczny.

wyraźniej

charakteryzuje stru-

Powierzchn_ia danego przedmiotu ma często strukturę inną niż jego wnętrze. Może to być spowodowane czynnikami przypadkowymi, np. odwęglaniem podczas obróbki· plastycznej, tzw. likwacją występującą w odlewach lub też procesami umyślnymi, jak np. nawęglaniem, hartowaniem powierzchniowym itp. We wszystkich tych przypadkach próbka powinna być tak dobrana, aby pod mikroskopem można było wyraźnie obserwować prz~cięcie prostopadłe do powierzchni. Jeżeli bada się część uszkodzoną podczas pracy, należy pobrać co najmniej dwie próbki i wykonać zgład w miejscu uszkodzenia oraz w dalszej czc;ści przedmiotu dla porównania i ewentualnego wykrycia miejscowych różnic w strukturze. Przy badaniu struktur przedmiotów obrabianych cieplnie należy obserwować powierzchnię j rdzeń. Ponieważ pole powierzchni zgładu nie powinno przekraczać 4 cm2 , w przypadku dużych przekrojów należy wykonać więcej zgładów. Próbki wycina się z przedmiotów dużych, których nie można umocować na stoliku mikroskopowym. Małych przedmiotów nie tnie się na próbki, a zgład wykonuje się bezpośrednio na badanym przedmiocie. Gdy badanie dotyczy dużego przedmiotu, którego nie można niszczyć, wykonuje się replikę (negatyw) powierzchni i tę dopiero obserwuje się pod mikroskopem. W celu wykonania repliki miejsce, którego strukturę należy zbadać, szlifuje się i poleruje ręcznie. Na tak przygotowaną powierzchnię wylewa siG warstwę parafiny lub tworzywa sztucznego. Po zakrzepnięciu wylanej masy otrzymuje się replikę, której obserwacja umożliwia dość dokładną ocenę struktury. Próbki wycina się za pomocą pił ręcznych lub mechanicznych (do pobierania próbek z twardych materiałów stosuje się szybko wirującą tarczę karborundową.o grubości l-7-2 mm, ze spoiwem plastycznym). Należy przy tym zwracać baczną uwagę, aby przecinana powierzchnia nie. nagrzewała się; dlatego należy ją intensywn'ie chłodz ić strumieniem wody. Podwyższenie temperatury, nawet nieznaczne, może spowodować zmiany strukturalne na powierzchni zgładu, co w konsekwencji prowadzi do fałszywych wniosków 131

wynikających

z obserwacji mikroskopowej . .Jeżeli zachodzi konieczność odcinania próbki palnikiem acetylenowym, część ogrzaną od płomienia należy całkowicie usunąć przez frezowanie i wyrównanie pilnikiem. Stopy bardzo twarde, np. żeliwo białe, są równocześnie kruche; oddzielenie próbki jest w tym przypadku łatwe. Przedmioty hartowane nie powinny w czasie przygotowywania zgładu nagrzewać się do temperatury powyżej 100°C, ponieważ przy wyższych temperaturach rozpoczynają się już przemiany strukturalne. Dla stwierdzenia stopnia porowatości w materiałach porowatych próbkę zanurza się w parafinie, po czym dopiero wykonuje szlif. W ten sposób pory zyskują wyraźne kontury; nie stosując tego zabiegu otrzymuje się brzegi naderwane i obserwowany obraz nie jest prawidłowy. Najdogodniejsza wartość pola powierzchni zgładu wynosi 1-:-2 cm2 • Wysokość próbki szlifowanej jest uwarunkowana wygodnym trzymaniem próbki w ręku, a więc powinna być nie mniejsza niż 1 cm. Na rys. IV-1 przedstawiono uchwyty do mocowania próbek. Małe próbki, np. odcinki drutu, blachy czy mne drobne części, których przygotowanie ze względu na wymiar nastręcza trudności , należy inkludować w masie szybko twardniejącej. Próbkę z cienkiego drutu, który podczas obcinania szczypcami uległby zniekształceniu, wykonuje się w ten sposób, że mały zwój tego drutu zatapia się w bakeliecie i następnie wyrównuje na szlifierce ~owierzchnię zgładu. Prócz bakelitu jako środki do zatapiania służą tworzywa sztuczne, np. metakrylan metylu lub żywica Epid1an 5 z utrwalaczem Z-1 oraz nisko topliwe stopy.

b)

c)

Ry -.;. IV- 1. Sposoby zamocowywa nia różnych próbek do ob~cr\.v acj 1 mikroskopowych: a) umieszczenie próbki w ry-

nience z [22]

132

plasteliną,

b), c) zamocowywanie w obejmach

Inkludowanie próbek w żywicach odbywa się w ten sposób, że próbkę umieszcza się w stalowym pierścieniu (po uprzednim odtłuszczeniu próbki i pierścienia) I układ a się na płytce szklanej. Wymiary pierścienia: d=20740 mm, grubość ścianki 2 mm, wysokość 107 15 mm. Do pierścienia z próbką wlewa się przygotowaną wcześniej żywicę z utrwalaczem o konsystencji rzadkiego miodu i zostawia na 376 g'Odzin do stwardnienia. Próbki zatopione w stopach metali trawi się trudno ze względu na powstające ogniwa galwaniczne między próbką a stopem do inkludowania. Po wyrównaniu powierzchni ściernicą lub pilni\ kiem szlifuje się ją ręcznie lub mechanicznie na papierach ściernych. Dla materiałów kruchych zaleca się ręczne wykonyw:anie zgładów.

Szlifierki mechaniczne powinny być wyposażone w ściernice (zamocowane pionowo lub p-0ziomo) lub tarcze z naklejonymi papierami ściernymi różnej ziarnistości. Przy szlifowaniu próbek stosuje si ę prędkość obrotową ok. 500 obr/min dla materiałów miękkich i 1500 obr/min dla twardych. Należy przy tym zwrócić uwagę , aby próbka się nie nagrzała, co jest szczególnie ważne przy szlifowaniu próbek hartowanych (ze względu na możliwość ich odpuszczenia). W celu uniknięcia nagrzania można próbki chłodzić wodą. W razie braku szlifierki mechanicznej płaszczyznę zgładu można wyrównać pilnikami, po czym szlifować na papierach ścier­ nych nałożonych na płyty szklane lub inne gła dkie powierzchnie. Szlifowanie na papierach ściernych rozpoczyna się od papieru o najgrubszym ziarnie. Próbek nie powinno się przyciskać zbyt mocno. Po ukończeniu szlifowania należy próbkę przemyć w wodzie w celu usuni ęcia opiłków metalu , a następnie wysuszyć. Szlifowanie na papierze o określonym wymiarze ziarna trwa tak dłu­ go, aż znikną rysy poz.ostałe po operacji poprzedniej . Po każdej zmianie ziarnistości papieru próbkę myje się w strumieniu wody i suszy. Szlifowanie powtarza się na kilku papierach o malejącej ziarnistości. Przy przejściu na kolejny papier próbkę ustawia się tak, aby powstające rysy były prostopadłe do r ys powstałych na poprzednim papierze. Przy szlifowaniu próbek nic inkludowanych i bez oprawek należy zwrócić baczną uwa gę, aby nie zaokrąglić nadmiernie krawędzi lub nawet całej próbki. co przy obserwacji

133

'

dużym powiększeniu uniemożliwia otrzymanie ostrego na powierzchni obrazu. Przy szlifowaniu metali i stopów miqkkich, np. aluminium, moż­ na papier o najdrobniejszym ziarnie posmarować parafiną, co pomaga w uzyskaniu gładszej powierzchni.

przy

całej

W nowoczesnych rozwi4zaniach urządzeń do szlifowania coraz częściej stosuje się szlifierki, w których papiery ścierne są zanurzone w bieżącej wodzie (:>zlifowanie na mokro). Zaletą pracy na papierach mokrych jest znaczne skrócenie czasu szlifowania oraz możliwość uzyskania lepszej powierzchni zgładu; bieżąca woda wymywa bowiem luźne cząstki metalu i zanieczyszczeń, które przy szlifowaniu na sucho są przyczyną powstawania rys. Głów­ nymi elementami szlifierki do pracy na mokro są korpus i rama, którą przyciska siG taśmy papieru ś<.:iHnego do płyty szklanej, umocowanej ukośnie w korp11sie. Do drugiej górnej płytki doprowadza się wodę, która stale spływa po papierze ściernym. Szlifowanie polega na ręcznym pocieraniu próbki o papier ścierny. Stosuje siq też innego rodzaju szlifierki do pracy na mokro. Poziomo wirujące tarcze zanurzone są tu w bieżącej wodzie. Papiery ścier­ ne układa się na powierzchni wody nad tarczami. Pod wpływem siły odśrodkowej woda wyplywa spod papierów, które przylegają do tarcz wskutek działania ciśnienia atmosferycznego. Przy szlifowaniu na mokrych papierach należy przestrzegać następujących zasad: - nacisk na próbkę powinien być możliwie duży, szlifowanie _na danym papierze nie powinno być przerywane z chwilą !Gniknięcia rys z poprzedniego papieru, lecz dopiero w jakiś czas po tym, dopływ wudy p owinien być dostateczny, - stosowany papier nie po\v1111cn być zupełnie nowy (ale też l nie zużyty) .

Polerowanie i tra\cvienie 1uóbek. Po wykończającym szlifowaniu na papierze o najdrobniejszym ziarnie próbkq zmywa się w bieżącej wodzie i przyslE,puje do polerowania ręcznego lub mechanicznego. Stosuje sic; też polerki elektrolityczne. Przy polerowaniu mechanicznym używa się jedno- lub wielotarczowej polerki o pionowej lub poziomej osi obrotu. Tarcze polerki są obciągnięte

134

miękkim

suknem. \V czasie polerowania sukno zwilża siq zawiesiną tlenku glinu w wodzie (najlepiej destylowanej). Można też · zwilżać wodną zaw1esiną tlenku chromu, tlenku żelaza lub manganu. Tarcze polerek powinny być stale zwilżane. Nie należy jednak tarczy zlewać zbyt obficie, gdyż nie przyspiesza to polerowania. Nie należy też zbyt mocno przyciskać próbki do obracającej się tarczy. Polerować należy

tak długo, aż rysy będą niewidoczne nawet przy obserwacji pod mikroskopem. Po wypolerowaniu zgład przemywa się w wodzie destylowan~j, opłukuje alkoholem i suszy w strumieniu ciepłego powietrza. Anoda +

-

t

I

~=-

Podgrzewante

.!

Rys. IV-2. Zasada polerowania elektrolitycznego [221

Rys. IV3. Schemat µolerki elektrolitycznej [22]

Pom ko

/

Zasadę

polerowania elektrolitycznego przedstawia rys. IV-2. W pojemniku 1 jest umieszczone naczynie 2 z elektrolitern 1 a w nim z kolei próbka 3 będąca anodą i katoda 4 wykonana z nierdzewnej stali. Po przyłączeniu urządzenia do obwodu prądu stałego ~astępuje ruch jonów w kierunku od anody do. katody; powierzchnia anody ulega rozpuszczar:iu, przy czym najbardziej narażone

135

kroskopowych można \'J:ykryć następujące wady i szczegóły budowy: - w przedmiotach odlewanych - pęcherze odlewnicze, jamy usadowe, powierzchniowe zazużlenia lub zapiaszczenia, „nieodlania", pęknięcia, w przedmiotach obrabianych plastycznie - zawalcowania, zakucia, pęknięcia, przebieg włókien na przekroju, rozmieszczenie skupisk wtrąceń niemetalicznych i wtrącenia niemetaliczne egzogeniczne, w elementach spawanych - nieprawidłowość kształtu spoiny, przetopienie, brak przetopu, podtopienie, zażużlenie, pęchene gazowe, pęknięcia, - po obróbce cieplnej - pęknięcia hartownicze, - po szlifowaniu - pęknięcia szlifierskie. Do obserwacji makroskopowych można używać lupy, mikroskopu stereoskopowego, mikroskopu metalograficznego wyposażonego w urządzenie do obserwacji makroskopowych (np. mikroskop Reicherta, który umożliw ia także fotografowanie obrazów makroskopowych). Ocena jakości materiału wg wyników obserwacji makroskopowej wymaga dużego doświadczenia. Niewłaściwa ocena może spowodować w warunkach warsztatowych dopuszczenie do produkcji materiał wadliwego albo zdyskwalifikowanie materiału dobrego. INSTRUKCJA BEZPIECZENSTWA I HIGIENY PRACY W PRACOWNI METALOZNAWSTWA I OBRÓBKI CIEPL~E.J

Uczniowie wykonujący ćwiczenia w pracowni m etaloznawstwa i obróbki cieplnej zobowiązani są przestrzegać nastqpujących zasad bezpieczeństwa i higieny pracy: 1. Każdy uczeń powinien być ubrany w dopasowane ubranie robocze oraz - w razie potrzeby - w rqkaw1ce robocze, obu wie ogniotrwałe lub gumowe, okulary ochron_ne. 2. Poszczególne stanowiska pracy powinny być wyposażone w szczegółowe instrukcJe bhp. 3. Przed przystąpieniem do pracy należy sprawdzić stan urzą­ dzeń.

138

4. Stanowiska pracy powinny być każdorazowo po wykonaniu ćwiczenia uprzątnięte i uporządkowane. 5. Przygotowywanie zgładów na szlifierkach i polerkach może odbywać się jedynie· pod nadzorem nauczyciela. 6. Przy szlifowaniu zgładów na szlifierce należy bezwzględnie stosować osłonę os::zu. 7. Podczas szlifowania zgładów na papierach ściernych należy mocno uchwycić próbkę w rqku i szlifować stosując odpowiedni nacisk. 8. Przygotowywaniem odczynników zawierających stężone kwasy lub zasady może się zajmować jedynie nauczyciel lub wy-, znaczone osoby pod jego osobistym nadzorem. 9. Należy bezwzględnie przestrzegać zasady, że przy sporządza­ niu odczynników dolewa się zawsze (ostrożnie, małymi dawkami) kwas do alkoholu lub wody, a nigdy odwrotnie. 10. W razie intensywnego rozgrzewania się odczynni~a podczas jego sporządzania należy stosować kąpiel chłodzącą. 11. Wszelkie manipulacje ze stężonymi kwasami lub innymi szkodliwymi substancjami mogą być przeprowadzane jedynie pod wyciągiem (dygestorium). Szyba dygestorium powinna być uniesiona w górę jedynie na tyle, aby było możliwe swobodne poruszanie rękamj. Powinna ona bezwzględnie osła­ niać twarz obsługującego. Uwaga. W czasie pracy pod dygestorium należy włączyć wentylator wyciągowy dygestorium oraz wentylator nawiewnY, dla całego pomieszczenia. · 12. Jakiekolwiek manipulacje przy instalacjach elektrycznych są surowo zabronione. O wszelkich ewentualnych awariach należy meldować nauczycielowi.

' Cwlczenie IV.1 PRZYGOTOWANIE PROBEK DO BADAŃ MAKROSKOPOWVCH

1. Cel ćwiczenia: celem tego ćwiczer : 1a jest zapoznanie praktyczne uczniów ze sposobami przygoto ...vyv1an:a próbek do badań makroskopowych.

139

2. Wyposażenie: szlifierka, polerka (np. typ M 1), piłka do metali, komplet papierów ściernych, płyty szklane o wymiarach 200X X300X5 mm, stożek z wat ą, prę cik szklany.

Lp. i

I

Odczvnniki

U wagi

1+5'1l/o roztwór wodny kwasu siarkowego

Baumanna

1

Skład

zanieczyszczeń si.arką

oraz fosforem

2 g siarczanu miedzi 8 g chloru amonowego 100 ml wody d estylowa-

Anczyca

2

. -

ujawnia rozmieszczenia

niej

3

ujawnia rozmieszczenia fosforu

100 ml wody destylowanej 10 g chlorku amonowo-miedziowego

Hey na

jw.

--1----- ---1------------ -4

O ber hofftYI"a

•

0,5 g chlorku cynoweg·o 1 g chlorku miedziowego 30 g chlorku żelazowego 500 ml alkoholu etylowego 500 ml wody destylowa-

- - _ _____,

ujawnia fosfor, a

także

strukturę pierwotną

nej

5

·

6

50'0/o roztwór wodny kwasu solnego

100 ml kwasu solnego stęronego

zanieczyszcoenia zostają a miejsca porowate i popękane silnie zaatakowane, stąd ujawnienie miejsc wadliwych wyżarte,

100 ml wody destylowanej

Mieszani~a 76 ml kwasu solnego stę­ kwasu solnego żonego i siarkowego 24 ml kwasu siarkowego (Jacewicza) 100 ml wody destylowa-

jw.

nej

7

-8

Roztwór 50 ml kwasu azotowego wodny kwasu 150 ml wody destylowanej azotowego Fry-makro

żonego

100 ml wody

140

- -- - - - -

ujawnia „Unie

90 g chlorku miedzi

120 g kwasu solnego

jw.

stę-

I destylowanęjl

poślizgów"

3. Wiad~mości uzupełniające -

patrz w iadomoś ci ogólne r ozdz. IV.

ćwiczenia

4. Przebieg

'

Pobraną próbkę

na jpierw wyrównuje SH~ na j ednej p owierzchni, po czym powierzchn ię t ę szlifuje s ię na szlifierce tarczowej w j ednym położeniu oraz po obrocie o kąt 90° dopóty , aż znikną poprzednie rysy. Następnie powierzchnię próbki przemywa się bieżącą wodą i szlifuje na papierach ściernych, rozpoczynając od pap ierów o ziarnie grubszym, zmieniając (podobnie jak poprzednio) kierunek szlifowania o 90° w stosunku do poprzedniego. Po każ­ dej zmianie papieru należy próbkę przemyć wodą , a~y po zostałe z grubszego papieru ziarna nie tworzyły rys.~ Po zakoń~zeniu szlifowania i opłukaniu należy powierzchnię wysuszyć w strumie niu c iepłego powietrza. Próbek przeznaczony ch do obse rwacji m akroskopowych nie należy polerować (wtrącenia niemetaliczne mo~ głyby ulec rozmazaniu). Do makroskopowych badań próbek, np. do próbek Baumanna, jest wskazane przed szlifowaniem przyspawanie uchwytu· do próbki. W tab}icy na str. 140 zestawiono powszechnie stosowan e odczynniki do badań makroskopowych. I

5. Uwagi do sprawozdania : Opisać

przebieg przy gotowania próbki do badania r ozmieszczenia siarczków, pobranej z nitu, śruby i kątownika .

Ćwiczenie

IV.2

.

.PRZYGOTOWANIE PRóBEK DO BADAŃ Mf.KROSKOPOWVCH

1. Cel ćwiczenia: praktyczne zaznajomienie uczniów ze sposobam i przygot owania próbek do obserwacji m ikroskopowych. 2. Wyposażenie: szlifierka, poletka do zgładów typ M 1, piłka do metali, komplet papierów ściernych, płyty szklane o wymiarach 200 X300X5 mm, stożek z watą, pręcik szklany dmuchawka ele141

•

ktryczna, korytko z plasteliną, słoiki z odczynnikami, normy od~ czynników PN-61/H-04503, PN-61/H-04511, PN-61/H-04512. 3. Wiadomości uzupełniające - patrz wiadomości ogólne do rozdziału IV.

•

4. Przebieg

ćwiczenia

Próbkę oszlifowaną

(jak w ćwiczeniu IV.1) polerować na polerce. Tarcza polerki powjnna byt: oklejona Iilcem i zroszona wodną zawiesiną tlenku żelazowego lub tlenku glinu.

jLp. \ Odczyn_!l_ik_i___,l'--_ _ __S_k_ł_a_d_ _ _ _-;-_ _ _ _U_w_a~g~i_ _ __ 1

I Alk•oholowy

11+5 ml stężonego kwaroztwór kwa- su azotowego su azotowego 100 ml alkoholu etylo-

Ujawnia granice ziarn, Zastosowanie uniwersalne do stali i żeliwa

we~

2

Pikrynian sodowy

25 g wodorotlenku sodowego ~ g k wasu p ikrynowego krystalicznego 75 ml wody destylowanej

Ferryt pozostaje jasny, cementyt ciemnieje; traw i się przy ok. 60°C

Nadsiarczan amonu

g nadsiarczanu amonu 100 ml wody destyl. lub b) 2 cz. 150/o roztworu wodnego nadsiarczanu amonu 2 cz. 50°/o roztworu wodnego kwasu solnego stężonego 1 cz. stęwnego r{'lztworu alkoholowego or toni trofenol u

Pr zy dłuższym trawieniu zabarwi.a różnie powierzehnię ziarn, a nawet pow oduje powstanie figur tr awienia .

450 ml wody destylowanej 450 ml kwasu solnego 450 ml kwasu azotowego

Tr a\\l~enie na gorąco przy 60 +70°C Dla trudno trawiących się stali stopowych

I .1

3

-

4

Woda królewska

6

W10da królewska z gliceryną

a) JO

--

• 142

-

3 cz. gliceryny

2 cz. kwasu solnego 4 cz. kwasu a7Jotowego

-

Stosowany do stali

mięk­

ki ch oustenitycznych i

do stopów miedzi

jw,

Polerowanie prowadzić aż do uzyskania lustrzanego zgładu. N astępnie tak przygotowaną powierzchnię spłukać bieżącą wodą i osuszyć w strumieniu ciepłego powietrza z dmuchawki elektrycznej, po czym przemyć alkoholem. Jeśli pracownia nie jest wy posażona w polerkę, polerowanie można prowadzić na papierach ściernych mulonych, układanych na płytach szklanych, oraz poduszkach filcowych zraszanych wodną zawiesiną tlenku żelazowe­ go lub tlenku glinu. Trawienie

wykonywać wprowadzając

odpowiedni odczynnik na wytrawienia poznaje się po stopniu zmatowienia. Jeśli mikroskop wykaże niedotrawienie, można jeszcze raz przeprowadzi ć wytrawianie; przy przetrawieniu próbkę należy na nowo polerować. wypolerowaną powierzchnię. Stopień

Na str. 142 zestawiono najczęściej stosowane odczynniki do trawienia próbek do badań mikroskopowych. „

--

5. Uwagi do sprawozdania:

-

Wymienić

Opisać

odczynniki stosowane do trawienia stopów żelaza. przebieg przygotowania próbki do badań mikroskopo-

wych.

Ćwiczenie

IV.3

WYKRYWANIE

ZANIECZYSZCZEflł

STALI

SIARKĄ

I FOSFOREM

A. P·róba Daumanna 1. Cel

ćwiczenia:

czyszczeń siarką

wykrywanie i określanie rozmieszczenia zaniei fosforem stopów Fe-C.

2. Wyposażenie: papier fotograficzny bromosrebrowy, wodny 2+5-procentowy roztwór kwasu siarkowego, utrwalacz, miseczki z porcelany, bibułka, próbki do badania. 143

3.

·wiadom ości uzupełniające

"l'Jawnieme rozmieszczenia zanieczyszczeń siarką metodą pośred­ nią polega na wykonaniu odbitek stykowych na papierze fotograficznym. Odcinki próbne pobiera się z całego przekroju przedmiotu albo z jego części, w kierunku równoległym lub prostopadłym do kierunku obr óbki plastycznej (sposób przygotowania powierzchn i probek opisano w wiadomościach ogólnych do niniejszego rozdziału). Należy podkreślić, że próba Baumanna nie umoż­ ]jwia ilościowego określenia zawartości siarki: uj awnia tylko rozjożenie siar czków w badanym przedmiocie. Zanieczyszczenia powinny być rozłożone na powierzchni przekroju badanej próbki równomiernie. Jeśli w1qc obserwowany przekrój wykazuje odstępstwu od tej zasady, to można na tej podstawie wnioskować o plastycznej obróbce materiału. Na rys. IV-5 przedstaw10no odbitkę Baumanna wykonaną na wycinku połą­ czenia nitowego.

Rys. IV-5. Odbitka Baumanna przekroju polqczenia nitowe-

go

Niekiedy wyst{ipuje wzrost zawartości siarki na powierzchniach przedmiotów. Jest to spowodowane długotrwałym wygr zewaniem stali w piecach opalanych gazem lub koksem (zawier a j ącym wię­ ksze ilości siarki) i w następstwie utrudnia obróbkę plastyczną na gorąco. Próba Baurnanna umożliwia również wykrycie pozostało­ ści jam usadowych, pęcherzy oraz fosforu w stali (fosfor reaguj e z emulsją papieru bromosrebrowego, powoduj ąc powstawanie jasnożółtych punktów odpowiadających skupieniom fosforków).

144

4. Przebieg

ćw i czenia

Na pow1erzchmę zgładu nałożyć pap1er fotograficzny bromosrebrowy (zanurzony uprzednio w 2-7--5-procentowym roztworze wodnym kwasu siarkowego) w taki sposób, aby powierzchnia zgładu szczelnie przylegała do powierzchni papieru. Po 2 minutach papier zdjąć, opłukać w wodzie, a następnie zanurzyć w utrwalaczu fotograficznym na 10 minut, po czym ponownie przemyć w wodzie w czasie ok. 30 minut i s uszyć na powietrzu lub w suszarce. Przebieg reakcji, jakie zachodzą między emulsj ą papieru fotograficznego , kwasem siarkowym i siarczkami, jest następujący FeS MnS H 2S

+ H2S04 ~ FcS04 + H2S + H S04 --+ MnS0 + H2S + 2AgBr ~ Ag S + 2HB r 2

4

2

Jak wynika z reakcji, wydzielający się siarkowodór r eaguje z emulsją na papierzP bromosrebrowym , pow odując powstawanie zaciem nie11 siarczkiem srebra, wielkością i kształtem odpowiadających skupieniom siarczków w stali. B . Próba Anczyca 1.

wykryw ani e rozmieszczenia Fe-C fosforem.

Ce ł ćwiczenin:

pÓ\V

zanieczyszczeń

sto-

2. W.) posażenic: odczynnik Anczy<:a (2 g siarczanu miedzi, 8 g chlorku amonowego, 100 ml wody destylowanej), ew. odczynnik Hcyna oraz Oberho.ffera, miseczki porcelanowe, w ata, 5-procentowy roztwór amoniaku , próbki do badań . 3.

.

Wia domości uzupełniające

Zanieczyszczenia fosforem grupują się na granicach kr y ształkó w jako segregacje dendrytyczne lub strefowe. Do wykrywania rozmieszcz-enia fosforu używa się odczynników miedziowych Anczyca· lub H eyna, jak również odczynnika Oberhoffera. Odczynniki Anczyca i Ileyna działają elektrolitycznie, przy czym żelazo ulega 10 -

Piacownh1 tcchruczn a dla tec hn.

145

rozpuszczeniu, a m1edż osadza się na powierzchni zgladu. Odczynnik Oberhoffera wytrawia mieJSCa uboższe w fosfor, nie naruszając bogatszych, uwidocznia również strukturę pierwotną (w tych przypadkach trzeba stosować dłuższy czas wytrawiania). 4. Przebieg

-

-

ćwiczenia

Powierzchnie próbek przygotować wg opisu w wiadomościach ogólnych niniejszego rozdziału. Próbkę z wygładzoną powierzchnią zanurzyć w odczynniku Anczyca i przetrzymać tak 1 +5 minut, tj. do momentu, gdy powierzchnia pokryje się warstwą miedzi. Po wyjęciu zgładu spłukać warstwę miedzi strumieniem wody, a próbkę przetrzeć watą (krawędzie próbek o dużych powierzchniach oblepia się nawoskowanym papierem, tworząc w ten sposób jakby naczynie, którego dnem jest powierzchnia próbki; po wlaniu· odczynnika powierzchnia ulega wytrawieniu) . Gdy warstwa miedzi wydzielona na powierzchni zgładu nie daje się zmyć wodą, należy ją przetrzeć watą nasyconą 5-procentowym roztworem amoniaku, który łatwo rozpuszcza miedź. Obserwować powierzchnię

próbki. W miejscach zanieczyszczonych związkami fosforu wskutek reakcji chemicznych wystę­ pują ciemniejsze plamy. Miedź wydzielona w pierwszej fazie reakcH z siarczanu miedzi reaguje w drugiej fazie z Fe 3P, dając ciemniejszy związek podwójnego fosforku. 5. Uwagi do sprawozdania: Zestawić wiadomości

o zanieczyszczeniu stali

siarką i

fosfo-

rem. -

Omówić

sposób przeprowadzenia próby Baumanna. Omówić sposób przeprowadzenia próby Anczyca. Narysować odręcznie rozmieszczenie zanieczyszczefi. fosforem w badanej próbce. Załączyć wykonane odbitki Baumanna.

146

Ćwiczenie IV.4 OKREślENIE STRUKTURY PIERWOTNEJ ORAZ OKREŚLEN I E S!ClONNOSCI ST Alt

DO STARZENIA PO PRZEKROCZENIU GRANICY PLASTVCZNOSCI

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie tury materiałów.

się

ze sposobem

badań

makrostruk-

2. Wyposażenie: próbki do badania, odczynniki, wanna piec komorowy elektryczny. 3.

ołowiowa,

Wiadomości uzupełniające

"Wykrywanie struktury pierwotnej Struktura pierwotna jest to struktura tworząca się podc2las krzep-. nięcia stopu. Struktu.ra odlewu, podobnie jak struktura wlewka. zawiera kilka stref. Każda strefa ma inną wielkość ziarn, inny kształt, inną ilość zanieczyszczeń (likwacja we wlewku). Podczas obróbki plastycznej wlewka poszczególne strefy wyciągają się, ziarna się rozdrabniają. Strefa środkowa pozostaje najbardziej zanieczyszczona, szczególnie w miejscach granicz_qcych ze sirefą transkrystaliczną. W odkuwkach ze stali występuje podobny rozkład. Ziarna układają się w pasma równoległe do sił rozciągających lub ściskających. Jako zanieczyszczenia występują tlenki, siar czki i krzemiany nie rozpuszczające się w stali w stanie stałym. Jeżeli ilość zanieczyszczeń

kucia

materiału,

otrzymuje

jest znaczna i silny jest

stopień

prze-

się strukturę makroskopową włókni­

stą. Niejednorodność powstała

podczas krzepnięcia stopów zostaje zniekształcona podczas obróbki plastycznej w kierunku płynięcia metalu. Tak powstają linie płynięcia metalu. Przy znacznym. zgniocie równoległym powstaje włóknistość pierwotna. Do ujawnienia struktury pierwotnej we wlewkach stalowych, odlewach staliwnych oraz wyrobach obrobionych plastycznie stosuje się sła­ biej działające odczynniki, np. Oberhoffcra; na próbce staliwnej ujawni się strukutra dendrytyczna lub globulityczna, a w materiale obrobionym plastycznie- struktura pasemkowa. 147.'

Okr eś lenie skłonnoś ci staH do starzenia Celem próby jest stwierdzenie skłonności stali niskowęglowej do starzenia. Niektóre gatunki stali niskowęglowej ulegają samorzutnemu starzeniu, tj. w miarę upływu czasu następuje wzrost ich kruchości i skłonności do powstawania pęknięć wewnętrznych. Przyczyną tych zjawisk jest utwardzanie dyspersyjne występują ­ ce na skutek w y dzielania się z f errytu cementytu trzeciorzędo­ w ego oraz azotków. Proces tego wydzielania moż e być znacznie przyspieszony przez zgniot, tj. przez obróbkę plastyczną na zimno - poniżej temperatury rekrystalizacji. Próbę przeprowadza się w następuJący sposób: próbkę odkształca się powyżej granicy plastyczności przez rozciąganie i ściskanie, a następnie poddaje s1ę zabiegowi starzenia w temperaturze ok. 300°C. Po wygrzaniu w tej temperaturze i ochłodzeniu wytrawia się próbkę odczynnikiem „Fry-makro;'.

do starzenia wykazują na wytrawionym zgładzie poślizgów" w postaci ciemnych pasemek klinowych, wnikających w głąb materiału i przęcinających się pod kątem ok. 45°; inne stale nie wykazują po takim zabiegu żadnych zmian. „Linie poślizgów" bardzo często można wykryć na próbkach pobranych z blach kotłowych po długotrwałej pracy kotła.

Stale „linie

skłonne

4. Przebieg

-

ćwiczenia

Przygotować

próbki do

badań

makroskopowych. Próbkę I pod~ać odkształceniu plastycznemu, a następn ie starzeniu w temperaturze ok. 300°C i wytrawić odczynnikiem „Fry-makro". Próbkę II trawić odczynnikiem Oberhoffcra. Obejrzeć próbki poddane wytrawieniu.

5. Uwagi do sprawozdania: Opisać

krótko treść makrostruktury.

ćwiczenia, naryso~ać odręcznie

oglqdane

Ćwicze nie

IV.5

OKREśLENIE

WIELKOSCI ZIARN NA

1. Cel

ćwiczenia:

ziarn na

zapoznanie

PRZElOMłE

się

ze sposobem

określania

przełomie .

Wyposażenie:

p1ec do nagrzewania próbek, prasa do próbek, skala wzorców Jernkontoreta.

2.

wielkosci

łamania

3. Wi a domości uzupełniaj
ziarna określa się przez porównanie prz~łomu ze skalą Jcrnkontoreta (rys. IV-6). Skala ta obejmuje dzi es1qć stopni ziarnisluśc.:L Rozmiary ziarn oznaczono od 1 (ziarno naJw1ększe) do 10 (ziarno najmniejsze). Odcinki próbne o wymiarach 27 X 27 lub 30X30 mm pobiera się z materiału obrobionego plastycznie i obrabia mechanicznie na ' wymiar 25X25X100 mm; na środku próbki nacina się ostry karb o głębokości około 3 mm. Przed wykonaniem właściwej próby próbki poddaje się wstępne] obróbce cieplnej, a następnie hartuje je w wodzie lub oleju w czterech różnych t~mperaturach (np. 760, 800, 840, 880°C). Wrażliwość na przegrzanie określa się ·przez wyznaczenie zakresu temperatur, w którym ziarno w warstwie zahartowanej przełon.1u wzrasta więcej niż o dwie jednostki skali Jernkontoreta. Dla stali niewrażliwych na przegrzanie zakres ten wynosi 120°C, dla wra zliwych 40°C. Po złamaniu próbek określa się: rozmiary ziarn na przełomie w skali .J ernkontoreta, głqbokość warstwy zahartowanej oraz liczbQ pęknięć na przełomie. Wyniki zapisuje się przykładowo w postaci: 7/4- 3P, gdzie licznik określa rozmiary ziarn w warstwie zahartowanej wg skali Jernkontoreia, a mianownikgłqbokość warstwy zahartowanej w mm. Symbol 3P oznacza, że na przełomie zaobsenvowano trzy pęknięc1a. wzorcową

4. Przebieg

/

ćwiczenia

Zahartować

próbki w czterech niowanych co 40°C.

różnych

temperaturach stop-

149

„

'

R ys. IV-6. S kaln Jernkontor eta [33]

-

Określić

rozmiary ziarn na przełomie warstwy zahartowanej . przez porównanie z wzorcami J ernkontoreta. Określić głqbokość warstwy zahartowanej.

5. Uwagi do sprawozdania:

-

Krótko opisać sposób określania rozmiarów ziarn przez porównanie zę skalą Jernkontoreta. Opisać prze bieg ćwiczenia.

Ćwiczenie

IV.6

PROSA GŁĘBOKIEGO WYTRAWIANIA

WYKRYWANIA NIECIĄGtOSCI

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się ze sposobem wykrywania wad i z wadami materiałów w postaci nieciągłości. 2.

Wyposażenie:

3.

Wiadomości uzupełniające

Próba

próbki do

badań,

odczynniki, wanna

ołowiowa.

głębokiego

wytrawiania Właściwe wyniki badania otrzymuje się tylko wówczas, gdy są przestrzegane właściwe parametry próby, jak o~powiednia jakość powierzchni, skład chemiczny odczynnika, temperatura i czas trawienia. Przygotowanie próbek opisano w wiadomościach ogólnych niniejszego rozdziału (powierzchni odkuwek, odlewów, kę­ sów i prętów przeznaczonych do badania wad zewnętrznych zazwyczaj nie obrabia się). Skład odczynnika powinien być tak dobrany, aby możliwe było uzyskanie pewnych i powtarzalnych wyników. Odczynnik powinien mieć konsystencję jednakową zarówno w temperaturze ok. 20°C, jak i w temperaturze podwyższonej. Temperatura odczynnika wydatnie wpływa na intensywność jego przenikania w głąb materiału, jak również na szybkość oddziały­ wania na poszczególne składniki strukturalne i wtrącenia. Najlepszą porównywalność wyników trawienia uzyskuje się stosując stałą temperaturę (np. dla 50-procentowego roztworu wodnego

151

HCl temperatura to powinna wynosić ok. 70° C). Należy równiez odpowiednio dobrać czas dzia ł ania odczynnika (zbyt krótki czas wytrawiania daje obraz wady jakby zmniejszony, zbyt długie natomiast wytrawianie powoduje wyolbrzymieni(' t ego obra zu. np. siarczek manganu pod wpływem zbyt długiego wytrawiania może dawać: pozorny obraz 200-krotnie zwiQkszony ). Celem próby głębokiego wytrav,iama jest uj;rwn!enie wad wev.-llę trznych i zewnętrznych na próbkach pooranych z całego przekroju poprzecznego lub podłużn ego oraz stwierdzenie, czy badany materiał pod lega ł obróbce plastycznc.J. Materiał kuty lub . walcowany wykazuje ch arakterystyczny „przebieg włókien" , natomiast odlewy poddane głębokiemu wytrawiamu ujaw niają mieJsc.:owe wyżarcia wtrąceń niemetalicznych, na ogół chaotycznie rozmieszczonych na całej powierzchni b adanego wyrobu. Do głę­ bokiego ·wytrawiania stosuje się najczęściej odczynniki, których skład podano w tablicy z ćwiczeni a IV.1. Odczynniki te atakują bardzo energicznie powierzchnie próbki, rozszerzają przerwy materiałowe, jak np. pęknjęcia, wyżerają wtrąceniu niemetaliczne oraz składniki 'rV przestrzeniach rpiqdzykrystalicznych.

Wykrywanie nieciągłości w materiale \Vady stanowiące nieciągłość w materiale, jak np. pory, jamy usudowe, rzadzizny w odlewach, pęknięcia na skutek naprężeń odlewniczych, pęknięcia podczas obróbki cieplnej, zawalcowania, wady spawania, widoczne są często na powierzchniach przedmiotów bez specjalnego ich przygotowama. Czasem jednak wady te dają obraz nikły lub są wręcz niewidoczne, a dopiero wskutek działania silnie trawiących odczynników uwidoczniają się wyraź­ nie. Do ujawniania tego rodzaju wad, a zwłaszcza nikłych pęk­ nj ęć, służą odczynniki do głębokiego trawienia. Jednym z takich odczynników jest odczynnik .Jacewicza (30 cm3 kwasu solnego HCl, 12 cm3 stężonego kwasu siarkowego H 2S04 , 50 cm3 wody H 2 0). Próbkę zanurza się do odczynnika ogrzanego do temperatury 95° C na 15-:-60 minut. W tym czasie m iejsca zanieczyszczone zo staj ą silnie wytrawione i rozpuszczone przez odczynnik, a pękni ęcia znacznie poszerzone tak, że po wyjęciu próbki z roztworu w ady są wyrażnie widocme. Struktura m akroskopowa dendrytyczna zostaje również w ten sposób ujawniona. bowiem mieJ152

sca czystsze, bogatsze w żelazo, stają się wypukłe, zanieczyszczone zas -. silnie wyżarte i wgłębione. Stosuj ąc więc zgład gł ęboko wytrawiony jako stempel, można otrzymać odbitkę makrostruktury, zwilżając powierzchnię tu~zem i odbijając wypukłość na papierze. 4. Przebieg

-

ćwiczenia

Wytrawie czGść próbek 50-procentowym roztwor em wodnym kwasu solnego. Pozostałe próbki wytrawić odczynnikiem Jacewicza. Obserwować wytraw10ne próbki.

5. Uwagi do sprawozdania: Narysować odręcznie oglądane

makrostruktury

i opisać

wady

materiału.

Ćwi c zenie IV.7 BUDOWA M IKROSKOPU METALOGRAFICZNEGO 1 SPOSÓB WYZNACZANIA POWIĘKSZEŃ

l Cel ćwiczenia : poznanie budowy mikroskopu metalograficznego 1 jego obsługi. · 2 Wyposażenie: mik roskop do światła prze chodzącego, mikroskop do świa tła odbilegu, komplet obiektywów i okularów, plansze I schematy budowy mikroskopow, wypolerowany i wytrawiony zgład metalogra ficzny 3.

Wiadomości uzupełniające

Budowa mi~roskopu i jego zdolność rozdzielcza Mikroskop złożony składa siG z dwu zbierających zespołów socze·w ek, umieszczonych na końcach rury zwanej tubusem. Zespół soczewek, zazwyczaj o krótkiej ogniskowej, zwrócony do przedrnio153

tu nazywa się obiektywem, drugi zaś, przez który dokonuje się obserwacji, nosi nazwę okularu. Obiektyw tworzy wewnątrz tubusu rzeczywisty, powiększony i odwrócony obraz A 1B1 (rys. IV.7c), który ogląda się za pomocą okularu. Wskutek istnienia obywdu zespołów obserwuje siG pozorny, powiększony i prosty obraz A 2 B 2 • Całkowite powiększenie mikroskopu jest iloczynem powiększenia obiektywu i okularu.

l

~

Rys. IV-7. Obserwacja przedmiotu AB: a) gołym okiem, b) za pomocą lupy, c) za porno- , cą mikroskopu ogniska, J od! E'ogniskowe, ó - odległość między ogn1skam4 obiektywu i okularu (dłU·· go~ć optycrna ubusu) F

-

g!ości

Do optycznego wyposażenia mikroskopu należy również urządze­ nie oświetlające, od którego zależy jasność, ostrość i kontrastowość obrazu. Na jakość obrazu wpływa także dokładnqść prostopadłego ustawienia stolika względem osi optycznej tubu~u mikroskopu. W tym celu zespoły te mocowane są na sztywnym sta tywie, który jest wyposażony w mechaniczne elementy regulacyjne oraz urządzenia służące do łatwej wymiany obiektywów i okularów oraz regulacji oświetlenia. Powiększenie mikroskopu jest, jak powiedziano, iloczynem powiększenia obiektywu oraz powiększama okularu. Na podstawie

154

tego stwierdzenja można by błędnie wnioskować, że przez odpowiedni dobór obiektywu i oku laru otrzyma się dowolnie duże powiększenie. W rzeczywistości jednak rozmiary szczegółu, które można obserwować za pomocą mikroskopu, są nie mniejsze od pewnych określonych wartości, ograniczonych falowym charakterem światła. Najmniejsza odległość d dwóch punktów, które można jeszcze rozróżniać z użyciem danego mikroskopu, nosi nazwę zdolności rozdzielczej. Zachodzi przy tym. związek n·sin o=)./cl współczynnik załamarno. światła (szkła

w którym: n -

optycz-

nego), ó kąt zmiany kierunku promienia (b = {J/2, !YSIV-8), A -długość fali świetlnej, d - zdolność rozdzielcza.

Rys. IV-8. .obield ywu

Kąt

fJ

rozwarcia

[22)

Dla zmniejszenia zdulności rozdzielczej mikroskopu pomiędzy zgład i obiektyw wprowadza się kroplę przezroczystej cieczy, tzw. cieczy immersyjnej, o bardzo dużym współczynniku załamania n światła (jest to zazwyczaj olej cedrowy). Zwięk'szenie wartości n powoduje zmniejszenie d, zgodnie z podanym uprzednio wzorem d -

_}._

n · sinó

,

155

JV-9), nachyloną pod kątem 4~ 0 , częściowo przez nią przechodzą, · częściowo siq od niej odbijają i przez obiektyw 2 docierają do powierzchni zgładu ·3. Po odbiciu się od tej powierzchni promienie ·ponownie przechodzą przez obiektyw, a następnie są kierowane przez pryzmat 4 do okularu, skąd docierają do oka obserwatora. Zastosowanie pryzmatu (rys. IV-10) daje obraz jaśniejszy i bardziej kontrastowy, lecz zdolność rozdzielcza obiektywu jest mniejsza, ponieważ pryzmat przysłania połowę jego otworu czynnego.

Rys. IV-10. Bieg promieni w z pryzmatem [22]

Opisane

układzie

układy umożliwiają obserwację

optycznym

przedmiotu w tzw. jasnym polu widzenia. Przy skośnym skierowaniu promieni na powierzchnię zgładu można obserwować w tzw. ciemnym polu widzenia. Otrzymany w ten sposób obraz jest jak gdyby negatywem obrazu w polu jasnym. Przy tym sposobie oświetlacz kieruje promienie ukośnie poza obiektywem; do obiektywu trafiają więc tylko promienie odbite, te, które na swej drodze spotkały szczegóły rozpraszające światło, jak granice ziarn, wydzielei1, wtrąceń, rysy itp. Inne płaszczyzny dają obraz ciemniejszy. Bieg 15S

Rys. IV-11. Bieg promieni w mikroskopie przy oś·.,,..;e­ tleniu ukośnym [22] ~ródło światła, 2 kondensor, 3 - przysłona l.:olowa, 4 - zwi~rcładlo paraboliczne, 6 - próbka, 7 - obiektyw

1 -

promieni przy oświetleniu ukośnym przedstawia rys. IV-11. Srodkowa część cylindrycznej wiązki promieni jest przysłoniGta koło­ wą przesłoną 3. Wiązka promieni po odbiciu od pierścieniowego zwierciadła 4 biegme poza obiektywem, załamuje siG w zwierciadle parabolicznym 5 i pada ukośnie na powierzchnię zgładu 6. Obserwację w ciemnym polu widzenia przeprowadza się dla wydobycia szczegółów niewidocznych w polu jasnym.

vVyznaczanie powiększenia na matówce mikroskopu W celu wyznaczenia wartości powiększenia uzyskiwanego na matówce mikroskopu w mi€JSCe badanej próbki wstawia się podział­ kG mikrometryczną (zwykle jest to 1 mm podzielony na 100 czę­ ści). Otrzymany na matówce obraz tej podziałki należy dokładnie zmierzyć, tj. wyznaczyć np. odległość między dwiema sąsiednimi kreskami. Uzyskaną wartość należy podzielić przez 0,01 mm; otrzymany wynik jest wartością powiększenia uzyskiwanego na matówce. I' V u;aga: zwykle w celu

zwiększenia

dokładności

pomiaru powiQkszenia mierzy się odległość między skrajnymi kreskami widocznymi na ekranie, otrzymany wynik dzieli się wówczas przez liczbę dziełek. Podobnie przy fotografowaniu otrzymywanych obraz-ów ro'.l.miary poszczególnych wad można określić przez porównanie fotografii wady z fotografią podziałki mikrometrycznej, wykonaną w tych samych warunkach.

159

4. Przebieg

ćwiczenia

Zapoznac się z mstrukcJą obsługi oraz budową mikroskopu metalograficznego. Zestawić wyposażenie optyczne mikroskopu, określić wielk ości charakterystyczne obiektywów i okularów oraz wyznaczyć wartości uzyskiwanych powiększeń. Wyznaczyć powiększenie fotograficzne na matówce mikroskopu za pomocą podziałki mikrometrycznej oraz wy~naczyć rozmiary dowolnego szczegółu wtrącenia lub ziarna na zgładzie metalograficznym. Wykonać zdjęcie fotograficzne obserwowanego szczegółu

-

5. Uwagi do sprawozdania : Narysować schemat mikroskopu i biegu promieni. Podać krótki opis mikroskopu i jego obsługi.

-

Narysować

6. Dodatkowe

struktury obserwowanych próbek. środ ki

nauczania

Prospekty i katalogi PZO, Zakładów Reicherta Plansze poglądowe i schematy mikroskopów.

-

Ćwiczenie

IV.8

WTRĄCENIA

NIEMETALICZNE W STALI

Zejssa

1. Cel ćwiczenia : zapoznanie się z rodzajami wtrąceń niemetalicznych w stali oraz ze sposobami ich oznaczania. 2. Wyposażenie: mikroskop metalograficzny, normy PN-60/H-04509, PN-64/H-04510, PN-60/H-04508. 3.

Wiadomoś ci uzupełniające

Wtrącenia

niemetaliczne dzielą się ogólnie na. 1. Wtrącenia pochodzenia obcego (egzogeniczne),

160

występuJące

stali sporadycznie i

maJącc skład

chemiczny zblizony do materiałqw ogniotrwałych. Dostają się one do stah na skutek uszkodzenia mechanicznego wyprawy pieca, rynien spustowych, kadzi odlewniczych lub kanałów przy odlewaniu syfonowym. 2. Wtrącenia pochodzące z procesów metalurgicznych (endogeniczne), powstające jako produkt reakcji fizykochemicznych w ciekłej stali. Są to przede wszystkim związki proste, jak siarczki, krzemiany, tlenki lub bardziej złożone ich połączenia Wtrącenia niemetaliczne wywierają prawie zawsze szkodliwy wpływ na własności stali. w

Metodami makroskopowymi i mikroskopowymi określa się ich wymiary, ilość, rodzaj i rozmieszczenie. Makroskopowe metody określenia wtrąceń niemetalicznych polegają na obserwacji okiem nieuzbrojonym lub za pomocą lupy - obrobionej mechanicznie powierzchni badanego materiału (próba foczenia schodkowego lub przełomu niebie::;kiego). Próba przełomu niPbieskiego polega na złama i1iu nakarbowanej płytki

w temperaturze niebieskiego nalotu (ok. 300°C). Płytkę uprzednio nagrzaną do temperatury ok. 400°C ustawia się na prasie i łamie po obniżeniu jej temperatury do 300°C. W wyniku utleniania powierzchnia przełomu materiału „zdrowego" jest pokryta niebieskim nalotem. Zanieczyszczenia i segregacje wykazują jaśniejsze barwy, natomiast reszta płytki zabarwb się na kolor ciemnobrązowy. Obrazy na przełomach nieb1eskich są kontrastowe i dobrze widoczne.

b) fh=fl,75d0 •

~i

d2=0,fJ5da 1

rft=0,95do

•

c-,,t le)

I

~ ~

Rys. IV-12. Ww.ce próbek

toczenia

schodkowego

do

sprawd~enia stref: a) wewnętrznej, b) powierzch-

niowej (22] 11 -

Pracownia techniczna dla techn.

161

Próba toczenia schodkowego polega na badaniu odcinka pręta lub kęsa, toczonego schodkowo (rys. IV-12). Badanie dotyczy całego przekroju lub warstw przypowierzchniowych. Skrawanie wykonuje się drobnym wiórem, dla zapewnienia lepszej widzialności wtrąceń (próbki nie należy szlifować). Otrzymane powierzchnie . bada się okiem nieuzbrojonym, notując liczbę i klasę wtrąceń na ' poszczególnych schodkach wg normy PN-60/H-04508. Mikroskopowe metody określania wtrąceń niemetalicznych stosuje się do zgładów przygotowanych jak do normalnych badań mikroskopowych (przy czym zanieczyszczenia określa się na zgła­ dach nie trawionych). Stosowane są różne metody oznaczania wtrąceń, jak MSD (Mechanicznej Stacji Doświadczalrn;?j Politechniki Lwowskiej), Jernkontoreta (Zjednoczone Hutnictwo Stali w Szwecji) i inne. Metoda MSD polega na określeniu ilości i rozmiarów wtrąceń niemetalicznych, nie daje natomiast możliwo­ ści określenia rodzaju wtrąceń. Oznaczenie wtrąceń przeprowadza się na powierzchni zgładu w polu widzenia o średnicy 2 mm, przy powiększeniu 50x. Rozmiary wtrąceń wyznacza się przez: - pomiar za pomocą okularu z podziałką, - porównanie z wzorcami, - pomiar podziałką milimetrową na matówce mikroskopu. W dwóch ostatnich przypadkach jako kryterium oceny przyjmu-

w,g tablicy (PN-64/H-04510) do określania zanieczyszczeń niemetalicznych w stali. Oceny dokonuje się przez porównywanie rysunków zawartych w tej tablicy z polem widzenia odpowiadającym kołu o średnicy 1,171,3 mm na powierzchni sprawdzanej, obserwowanej przy powiększeniu lOOx. Oznaczenie stopnia zanieczyszczenia stali wtrąceniami niemetalicznymi polega na ocenie postaci, ilości i długości oraz niekiedy grubości wtrąceń przez porównanie z wzorcami. Jako wynik oceny wpisuje się odpowiednie oznaczenia literowe i liczbowe. je

się podział wtrąceń

Oznaczenia literowe stosuje się tlenki ułożone łańcuszkowo tlenki ułożone punktowo krzemiany kruche krzemiany plastyczne 162

następujące:

TŁ,

-

TP, KK, KP,

krzemiany i tlenki nieodks:z.tałcone - KN, (globularne) - s, siarczki AT, azotki tytanu -AA. azotki aluminium Każda skala zawiera 5 wzorców. Każdy wzorzec ma 2 lub 3 odmiany (a, b, c) w zależności od rozmieszczenia wtrąceń niemetalicznych. Oznaczenie liczbowe może stanowić liczbę całkowitą (1, 2, 3, 4 lub 5), bądź wartość pośrednią między dwoma oznaczeniami (np. 0,5 2,5 itp). Przy zapisywaniu wyników podaje się wskaźniki największego zanieczyszczenia dla każdego rodzaju wtrąceń oddzielnie, a oprócz tego - wskaźnik największego zanieczyszczenia w postaci łańcuszkowej (TŁ, KP, KK). Przykład zapisywania wyników podano w poniższej tabelce. Rodzaj Najwyższy

Lp. szlifu

KK

TŁ

KP

wskaźnik spośród TŁ

KK i

1

1,5

2

1,5

s

1,0 2,0 • 1,5 3,0 2,0 1,0 1,0 3,0 1,5 1,0


5 6

7

-

8 9

10 11

12

o o

o

2,0

o

o Q

1,5

o o

o

o o o o o o

3,0

o o o

o

I

Przykład

1,7

I

o,5

i

o

I

TP

KN

s

AT

AA

o o o o o o o

1,0 2,0

o o

e o o o o o

o

o o

1.0 1,0 0,6 2,0 1,0 2,5 1,0 1,0 2,0 1,5 1,0 1,0

KP

1,5 1,5 2,0 2,0 1,5 3,0 2,0 3,0 1,0 3,0 1,5 1,0

o o

Sredni

-

wtrącenia

o 1,0 2,6 1,0 1,0

o o o

2,0 1.0 1,0

o

,

o o o o o o o o o o

o

o o

o o o

wskaźnik

1,9

I

powierzchni z widocznymi mi przedstawiono na rys. IV-13.

o

I

1,0

I

wtrąceniami

1,3 1

o

I

o

niemetaliczny-

163

Rys. IV-13. Wtrącenia niemetaliczne obserwowane: a) w jasnym, w ciemnym polu w idzenia [5)

u)

W celu zapobieżenia wykruszaniu się wtrąceń przy szlifowaniu i polerowaniu -faleca się hartować próbki, zaś w przypadku badania stali niskowęglowych - uprzednio je nawęglić. Przy odbiorze technicznym badaniom podlegają tylko miejsca na zgładzie najbardziej zanieczyszczone. 4. Przebieg

ćwiczenia

Sprawdz ić powiększenie

mikroskopu na matówce. Przeprowadzi ć obserwacje próbek pod mikroskopem. Dokonać na zgładzie oznaczenia wtrąceń ni cm~talicznych wg PN-64/H-04510. Dokonać oceny zanieczyszczeń na próbie przełomu niebieskiego. Dokonać oceny zanieczyszczeń na próbkach obtoczonych schodkowo (Ila przekrojach i na warstwach powierzchniowych). 5. Uwagi do sprawozdania: Opisać

sposób oznD('Zania

wtrąceń ni~metalicznych.

Narysować odręcznie

obraz badanej próbki z

·wykonać

wtrąceń

-0-151 o. 164

oznaczenia

wtrąceniami.

niemetalicznych wg PN-64/H-

Ćwiczenie

IV.9

OBSERWACJE MIKROSKOPOWE ZNISZCZEf.J KOROZYJNYCH

1. Cel ćwiczenia; zapoznanie się z typowymi zniszczeniami korozyjnymi występującym i w materiałach czqści ur ządzeń i aparatury przemysłowej . 2. Wyposażenie: mikroskop metalurgiczny, zgłady pr óbek pobranych z części zniszczonych korozją, zd j ęci a metalograficzne typowych zniSŻczeń korozyjnych, atlas. 3.

Wiadomości uzupełniające

W zależności od miejsca i charakteru zniszczenia korozyjnego. można wyszczególnić kilka najbardziej typowych zni szczeń : Korozja rów nomierna. Zachodzi ona w przypadku, gdy cala powierzchnia m etalu ulega zmianom korozyjnym z jednakową pręd­ kością. K orozja tego rodzaju występuje wówczas, gdy na powierzchni metalu nie tworzą się warstewki ochronne, a utworzone w przypadku korozji elektrochemicznej mikroogniwa są rozmieszczone r ównomiernie (rys. IV-14).

R ys. IV-14. F otografia' stru ktury stali wqglow ej z dużymi ślad ami korozji atmosferyc:t.nej [34]

R ys. 1IV-l 5. Fotografia k orozj! µ u n k towPj stopu lekkiego ( wże­

ry) [16]

165

Korozja punktowa. Charakteryzuje się ona ·r oznym nasileniem z.niszczeń korozyjnych w poszczególnych miejscach powierzchni. W określonych warunkach ma ona charakter korozji punktowej. Korozja punktowa nierównomierna (miejscowa) może być wynikiem znacznej niejednorodności strukturalnej materiału, gruboziarnistości wielofazowych stopów, miejscowego odpryśnięcia z powierzchni metalu warstewki ochronnej (rys. IV-15). Korozja międzykrystaliczna. Korozja ta rozprzestrzenia się na granicach z.iarn i najcZ'ęściej jest spowodowana procesami wydzieleniowymi w miejscach styków ziarn. Pewną odmianą tej korozji jest niszczenie korozyjne żeliwa szarego, przebiegające wzdłuż wydzieleń grafitu, odgrywającego w układzie ogniwa elektrokorozyjnego rolę katody. Ten rodzaj korozji jest popularnie nazywany rakiem żeliwa (rys. IV-16).

Rys. IV-16.

Fotografia korozji w t1asze sta-

międzykrystalicznej

lowej [16]

Korozja selektywna. Korozja ta jest wywołana niszczeniem jednego składnika strukturalnego (o niższym potencjale) z pozostawieniem drugiego składnika nienaruszonego. Korozja tego rodzaju występuje najczęściej w stopach dwu- lub wielofazowych. naprężeniowa.

Ten rodzaj niszczenia jest spowodowany współdział aniem czynników korozyjnych i naprężeń rozciągają­ cych statycznych, działających w czasie procesu korozyjnego na metal. Pęknięcia wywołane tego r odzaju korozją mogą mieć charakter zarówno międzykrystaliczny, jak i transkrystaliczny. Zależy to od rodzaju działającego czynnika korozyjnego oraz od budowy wewnętrznej metalu ulegającego korozji. Korozja

166

Korozja zmęczeniowa. Występuje ona w wyniku współdziałania procesów korozyjnych i naprężeń cyklicznie zmiennych. Spotykana jest między innymi w elementach pomp stosowanych do przetłaczania cieczy chemicznie aktywnych. I

ł.

Przebieg

-

Przeprowadzić badanie metalograficzne zgładów wypolerowanych, a następni e wytrawionych odpowfodnimi odczynnikami (np. w przypadku próbek stalowych 2-procentowym roztworem a lkoholowym kwasu azotowego) . Określić charakter i rodzaj zniszczenia korozyjnego, porównując obserwowane struktury ze zdjęciami metalograficznymi.

-

ćwiczenia

5. Uwagi do sprawozdania: -

przebieg ćwiczenia. Zamieścić rysunki struktur. Podać prawdopodobny przebieg i przyczyny zyjnych próbek oglądanych na ćwiczeniach. Krótko

opisać

zniszczeń

koro-

Cwiczenie IV.10 OBSERWACJE MIKROSKOPOWE STALIWA I STALI WĘGLOWYCH KONSTRUKCYJNYCH WYżARZONYCH

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się ze strukturami staliwa i stali konstrukcyjnych węglowych wyżarzonych - obserwacja próbek pod mikroskopem, zapoznanie się z metodami odróżniania staliwa od stali oraz określania procentowej zawartości węgla w stalach podeutektoidalnych. · Wyposażenie:

mikroskop metalograficzny z kompletnym wyposażeniem, odczynnik do wytrawiania (roztwór alkoholowy kwasu azotowego), próbki staliwne - węglowe i stopowe, próbki stali konstrukcyjnych wyżarzonych o zawartości 0,1°/o C; 0,3°/o C; 051/o C; O, 7°/o C, atlas zdjęć struktur metalograficznych. 2.

167

3.

Wiadomości uzupełniające

Staliwo jest plastycznie obrabialnym, lecz nie obrobionym (wystę­ puje w postaci lanej) stopem żelaza z węglem i innymi pierwiastkami. Zazwyczaj ilosć węgla w staliwie nie przekracza 0,6°/o, a suma innych domieszek i z~nieczyszczeń pochodzących z przerobu hutniczego, tj. manganu, krzemu, fosforu i siarki, również nie przekracza 1°/o. W zależności od tego czy znajdujące się w staliwie domieszki są pozostałością po przerobie hutniczym, czy też są wprowadzone umyślnie, rozróżnia się dwa rodzaje staliwa, a mianowicie węglowe i stopowe. ' Staliwa węglowe zawierają tylko pierwiastki pochodzące z przerobu hutniczego, przy czym najważniejszym składnikiem jest wę­ giel. Od jego zawartości zależą głównie własności mechaniczne staliwa.

Staliwa stopowe zawierają - oprócz pierwiastków z przerobu hutniczego - pierwiastki wprowadzone celowo, jak nikiel, chrom, wolfram, molibden, wanad l inne. Staliwa stopowe, szczególnie przy dość szybkim chłodzeniu po odlaniu, mają zazwycza.J strukturę dendrytyczną; jest to spowodowane faktem, że ujednorodnienie zachodzi tu znacznie trudniej niż w staliwach węglowych. Stal jest plastycznie obrobionym stopem żelaza z WGglem i mnymi pierwiastkami. Zależnie od tego czy występujące w stali pierwiastki pochodzą z przerobu hutniczego, czy też były wprowadzone umyślni e, rozróżnia się dwa , rodzaje stali, a mianowicie węglowe i stopow0. Stale węglowe zól.wicrają tylko pierwiastki pochodzące z przerobu hutniczego, jak węgiel, mangan, krzem, fosfor, siarka, tlen, azot i inne. W czystych stupach żelaza z \.\'Qglem granicz.na zawartość węgla w stali pokrywa się z jego maksyma] ną rozpuszczalnością w żelo.zie, wynosi więc 2°/o C. Rys. IV-17 i IV-18 przedstawiają struktury stali konstrukcyjnych po wyżarzeniu. Najważniejszym składnikiem w tych stalach jest węgiel, gdyż głównie od jego zawartości zależą włllilności mechaniczne stali. Stale stopowe, oprócz pierwiastków pochodzących z przerobu hutniczego, zawierają również pierwiastki wprowadzone umyślnie. 168

Rys. IV-17. Fotografia struktury stali St5 wyżarzonej - widoczne 50°/o perlitu i 500/o ferrytu

Rys. IV-18. Fotografia stali St7 wyża rzonej stała pasemkowość - perlit oraz ferryt (pow. lOOX)

(pow. 500X) [29)

[29)

jak nikiel, chrom, wolfram, molibden, wanad, mangan (powyżej 0,9°/o), krzem (powyżej 0,5°/o), kobalt, aluminium, miedź i inne. Pierwiastk-i stopowe polepszają własności wytrzymałościowe stali lub nadają jej cechy specjalne, jak np. odporność na korozję, odporność na wysokie temperatury itp. Zawartość węgla w niektórych stalach stopowych (szczególnie chromowych) może przekraczać 2-0/u. 4. Przebieg

-

-

ćwiczenia

Przygotować próbkę

do wytrawiania (sposób przygotowania próbek opisano na początku niniejszego rozdziału). Wytrawić próbkę 4-procentowym roztworem alkoholowym kwasu pikrynowego. P.owierzchnię próbki zwilżyć kroplą odczynnika aż do lekkiego zmatowienia, przemyć w strumieniu wody pod kranem, a następnie osuszyć w strumieniu powietrza. Obserwacji dokonywać najpierw przy niewielkim powiększeniu (ok. lOOx), a następnie przy większym (ok. 500x). Rozpoznać strukturę próbki przez porównanie otrzymanego obrazu z fotomikrografiami staliw lub stali konstrukcyjnych węglowych wyż.arzonych i odrysować zaobserwowane struktury.

169 I

I

-

Zmienić

okular zwykły na okular z kratką i określić zawartość węgla w próbce metodą pośrednią - prŻez wyznaczęnie procentowego udziału perlitu w polu widzenia. Ponieważ perlit .zawiera około 0,88/o C 1 zatem zawartość węgla w próbce moż­ na wyznaczyć wg wzoru /oC= 0 /o perlitu· 0,008

0

w którym 0/o perlitu oznacza procentowy udział perlitu w polu widzenia. I' 5. Uwagi do sprawozdania: Zestawić

-

przebieg

własnych badań

staliw i stali konstrukcyjnych wyżarzonych oraz zestawić rysunki otrzymanych struktur. Opracować opis badań i wnioski. - Określić za pomocą badań mikroskopowych przybliżone za' wartości węgla w podeutektoidalnych stalach węglowych wy~ żarzonych. \

Ćw i czeni e

'

IV.11

OBSERWACJE MIKROSKOPOWE STRUKTUR ZELIWA WĘGLOWEGO ZWYKŁEGO, MODYFIKOWANEGO i SFEROIDALNEGO

1. Cel ćwiczenia : zapoznanie się ze struktu :i;ami żeliwa oraz ich własnościami.

2.

Wyposażenie:

mikroskop metalograficzny, próbki do badań, zdjęcia metalograficzne próbek atlas, 4-procentowy roztwór alkoholowy kwasu pikrynowego, odczynniki, pręcik szklany, wata, korytko z plasteliną. 3.

Wiadomości uzupełniające żeliw węglowych

Do

żeliwo

zalicza

się: żeliwo białe, żeliwo połowiczne,

szare.

w temperaturze otoczenia cała ilość węgla wyw postaci związanej. Żeliwo białe jest tworzywem twardym i kruchym, praktycznie biorąc nie daje się obrabiać narzę-

W

żeliwie białym

stępuje

170

dziami skrawającymi i z tego względu jest stosowane dość rzadk0. W zależności od zawartości węgla żeliwo białe może być podeutektyczne, eutektyczne i nadeutektyczne. W żeliwie białym pe_deutektyc:znym - obok ledeburytu - występuje dodatkowo perlit oraz cementyt drugorzędowy, zaś w nadeutektycznym cementyt pierwotny w postaci igieł. W żeliwie białym eutektycznym występuje ledeburyt przemieniony. W stl'lllktur:ze żeliwa połowicznego obok ż.eliwa szarego (perlit+ girafit) występuje ledeburyt. Strukturę taką otrzymuje się w odlewie zabielonym (utwa rdzonym) między warstwą powierzchniową białą a szarą strukturą rdzenia.

+

Klasyfikację żeliwa szarego przeprowadza się w zale żności od struktury osnowy oraz od wielkości i kształtu grafitu. W zależ.: ności od osnowy rozróżnia się żeliwa szare: ferrytyczne, ferrytyczno-perlityczne, perlitJczne (rys. IV-19, IV-20). W zależności od wielkości i kształtu grafitu rozróżnia się żeliwa szare: zv;ykłe o graficie płatkowym, modyfikowane - o drobnym graficie płatkowy, sferoidalne - o graficie kulkowym.

Zeli wo f errytyczne zawiera w osnowie ferrytycznej grafit, przeważne gruby. Żeliwo to wykazuje niskie własności wytrzymało-

Rys. IV-19. Fotografia struktury żeliwa szarego o zawartości 3,5°/o C. Grafit w postaci nitek na szarym tle perlitu, duże jasne pola ferrytu (pow. 100 X) [32]

Rys. IV-20. Fotografia struktury żeliwa szarego o zawartości 3,5°/o C. Nieznaczn a ilość grafitu na szarym tle perlitu, duże ja sne· pola ferrytu (pow. 600 X)' [32]

l7"t

ściowe, stąd

obecnie jest raczej rzadko stosowane jako na odlewy cz ęśc i maszyn.

materiał

Żeliwo

ferryiyczno-perliczne charakteryzuje się średnimi włas­ nościami mechanicznymi. W jego strukturze występuj e · perlit oraz ferryt i grafit. Żeliwo perlityczne zawiera w osnowie perlitycznej płytki grafitu. Wykazuje ono - w porównaniu z innymi żeliwami zwykłymi bardzo dobre włas ności mechaniczne. W produkcji części maszyn stosuje się najczęściej żeliwo perlityczne o· graficie płatkowym ze względu na jego wysokie własności wytrzymałościowe oraz zdolność tłumi enia drga ń.

•

R ys. lV-21. F otografia żeliwa szarego m odyfikowan ego, nie traw ion ego (pow. 200 X) [32]

Żeliwo modyfikowane (rys. IV-21) rozm się od żeliwa zwykłego o graficie płatkowym tylko drobniejszym grafitem, co u zyskuje się przez dodanie w czasie spustu do rynny lub kadzi dodatkowego składnika, tzw. modyfikatora (bez działania tego m odyfikatora żeliwo zakrzepłoby jako zwykłe, połowiczne, a nawet białe ). Stosowane są różne modyfikatory, np. żelazo-mangan~ wapniokrzem, aluminium oraz - najczęściej - sproszkowany żelazokrzem. Uzyskana w wyniku modyfikowania str\iktura powoduje wy·raźne p olepszenie własności wytrzymałościowych żeliwa. Żeliwo modyfikowane stosuje się do wyrobą, odpowiedzialnych części maszyn, jak np. kół zębatych, gąsienic ciągników, a tak.że innych części maszyn, szczególnie części narażonych na obciążenia zmienne.

172

Rys. IV-22. Fotografia żeliwa sferoidalnego, ferrytyczno-perlitycznego (pow. 300X) [32]

Rys. IV-23. Fotografia żeliwa sferoidalnego perlitycznego (pow. 30X [32]

Żeliwo sferoidaine bierze swą nazwę od sferoidalnej (kulistej)

postaci grafitu. Strukturę żeliwa sferoidalnego stanowi perlit z równomiernie rozłożonym grafitem sferoidalnym, niekiedy otoczonym ferrytem, lub ferryt z grafitem sferoidalnym (rys. IV-22 i IV-23). W porównaniu z żeliwem szarym żeliwo sferoidalne wykazuje nie tylko większą wytrzymałość, zwłaszcza na rozciąganie, lecz także pewną plastyczność (wyrażaną wartością wydłużenia procentowego), np. żeliwo sferoidalne ferrytyczne, poddane obróbce cieplnej, wykazuje wydłużenie procentowe dochodzące nawet do 20'0 /o, a więc żeliwo to jest tworzywem plastycznym. Żeliwa sferoidalne stosuje się do wyrobu bardzo odpowiedzialnych czę­ ści maszyn, np. wałów korbowych. 4. Przebieg -

ćwiczenia

Przygotować

do ćwiczeń zgłady metalograficzne. Przygotowane próbki poddać obserwacji mikroskopowej i wykonać rysunki. Otrzymane obrazy porównać z posiadanymi zdjęciami struktur żeliwa z atlasu.

5. Uwagi
-

Krótko

opisać

Zamieścić

przebieg ćwiczenia. rysunki struktur. 173

Opisać wpływ składu

-

strukturę żeliwa

Podać własności

-

dzajów

chemicznego i szybkości chłodzenia na szarego. i możliwość zastosowań obserwowanych ro-

żeliw.

Cwic:zenie IV.12 OBSERWACJE MIKROSKOPOWE STRUKTUR ZELIWA STOPOWEGO

I

CIĄGLIWEGO

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie oraz żeliwa ciągliwego.

się

ze strukturami

żeliwa

stopowego

2. Wyposażenie: mikroskop metalograficzny, próbki do badań z żeliwa stopowego i ciągliwego, odczynniki (4-procentowy roztwór alkoholowy kwasu pikrynowego), pręcik szklany, wata, korytko z plasteliną, fotografie struktur - atlas. 3. Wiadomości uŻupełniające Żeliwa

stopowe stanowią oddzielną grupę żeliw. W skład tej grupy wchodzą żeliwa specjalne, od których wymaga się własności specjalnych, jak odporności na ścieranie i na korozję, odporności na działanie wysokich temperatur, dużej odporności elektrycznej. Dużą odpornością na ścieranie odznaczają się żeliwa o strukturze martenzytycznej i austenitycznej. I

Żeliwo zwykłe

jest stosunkowo mało odporne na działanie czynników chemicznych. Przez wprowadzenie do żeliwa dodatków stopowych, takich jak krzem, nikiel, chrom oraz nikiel z chromem, chrom z molibdenem, można odporność tę znacznie powiększyć. Najbardziej odpornymi na korozję żeliwami stopowymi stosowanymi w przemyśle chemicznym są żeliwa krzemowe, niklowe i chromowe. Żeliwa krzemowe są w zasadzie odporne na działa­ nie wszystkich kwasów, przede wszystkim azotowego i siarkowego. Nieco mniej są odporne na działanie kwasu solnego. Żeliwo zwykłe nie jest również odporne na działanie wysokiej temperatury: podczas nagrzewania następuje zwiększenie jego objętości

174

\ na skutek dalszej grafityzacji cementytu zawartego w perlicie, co łączy się z powstawaniem naprężeń własnych. Brugą przyczy1 111.ą powstawania naprężeń w żeliwie jest jego duża niejednorodn\>ść strukturaln~. Różna rozszerzalność poszczególnych składni­ k~w strukturalnych żeliwa wywołuje naprężenia, które mogą na~et doprowadzić do zniszczenia materiału. Niektóre żeliwa stopowe, dzięki zawartości pewnych składników, np. chromu lub mol~bdenu, są stosowane jako materiały żaroodporne. Największy wpływ

na przewodność elektryczną żeliwa wywiera zawartość krzemu i węgla. Przy zwiększeniu ilości tych składcl­ ków wzrasta oporność właściwa żeliwa. Przez wyżarzenie żeliwa białego otrzymuje się żeliwo ciągliwe, w którym na skutek rozpadu cementytu występuje węgiel żarze­ nia. W zależności od środowiska wyżarzania i sposobu jego przeprowadzania rozróżnia się trzy zasadnicze rodzaje żeliwa ciągli­ wego: -

żeliwo ciągliwe białe,

które otrzymuje

się

przez

wyżarzenie

żeliwa białego

-

~

-

w środowisku utleniającym, żeliwo ciągliwe czarne, otrzymywane przez wyżarzanie żeliwa białego w atmosferze obojętnej z doprowadzeniem procesu grafityzacji do końca. żeliwo ciągliwe perlityczne, które otrzymuje się przez wyżarz.anie żeliwa białego w atmosferze obojętnej, nie doprowadzając procesu grafityzacji do końca.

Struktura żeliwa ciągliwego białego zawiera ferryt z nieznaczną ilością perlitu; czarnego czaś - ferryt i węgiel żarzenia. Żeliwo ciągliwe perlityczne ma osnowę perlityczną, zawierającą niekiedy niewielkie ilości ferrytu oraz węgla żarzenia. Rys. IV-24 przedstawia fotografię struktury żeliwa ciągliwego czarnego po wytrawieniu. 4. Przebieg

-.

ćwiczenia

Przygotować

do ćwiczeń zgłady metalograficzne. Poddać obserwacji mikroskopowei przygotowane próbki. Wykonać rysunki zaobserwowanyc~ struktur.

175

,

Rys. IV-24. Fotografia żeliwa cią- / gliwcgo wytrawiongo. Węg iel ża ­ rzenia · 11a tle jasnego ferrytu [34)

I

! \J 5. Uwagi do sprawozdania: -

przebieg ćwiczenia. Z amieś cić: ry sunki struktur. Opisać sposoby· otrzymy wania żeliw ciągliwy ch. Podać własności i zastosowanie żeliw .stopowy ch.

Krótko

Ćwiczenie

opisać

IV.13

OBSERWACJE STRUKTURY STALI WYŻARZANIU

WĘGLOWYCH

PO OBROBCE CIEPLNEJ,

I ULEPSZANIU CIEPLNYM

zapoznanie się ze strukturami stali węglowych wyżarzonych , ze sposobami odróżniania stali pedeutektoidalnej od nadeutektoidalnej, z metodami wyznaczania procentowej zawartości węgla w stali podeutektoidalnej oraz ze sposobami określania struktury stali po uleszeniu cieplnym. 1. Cel

ćwiczenia :

2. Wyposażenie: mikroskop m etalograficzny szkolny z kompletnym wyposażeniem, próbki stali \\')'Żarzonych (stali podeutektoidalnej o zawartości 0,15°/o C; 0,35°/o C i 0,55°/o C; nadeutekoidalnej o zawartości 1,1°/o C - o strukturze perlitu pasemkowego; nadeutektoidalnej o zawartości 1,256/o C - o strukturze cementytu kulkowego na tle ferrytycznym; eutektoidalnej o zawartości 176

0,8°/o C; eutekt oidalnej ulepszonej cieplnie), odczy nniki, normy st'ąli węglowych konstrukcyjnych, norma PN-66/H-04507 „Oznacza.pie wi elkośc i ziarna met ali". 3.

W~adomości uzupełniające

Stal w ęglowa wyżarzona podeutektoidalna składa si ę z ferry tu i · p erlitu, eutekto.idalna z samego p erlitu, nadeutektoidalna z cementytu i perlitu. Poszczególne własnoś ci mechaniczne stali eutektoidalnej i nadeutektoidalnej zależą od struktury, ~truktura zaś od zawartości węgla i obróbki cieplhej. Odróżnienia stali podeutektoidalnej od nadeutektoidalnej dokonuje .się przez obserwację ich struktur pod mikroskopem metalograficznym. Po wytrawieniu stali kwasem pikrynowym, który działa na perlit, można , pod mikroskol\em obserwować ciemne pola perlitu i jasne ferrytu lub cementytu~ Przy większym powiększeniu widać, że pola perlitu złożone są z dwóch składni ków, a w takim razie perlit jest tu mieszaniną. Chcąc odróżnić ferryt od cementytu, czyli stal podeutektoidalną od nadeutektoidalnej, należy próbkę wypolerować i wytrawić we wrzącym pikrynianie sodowym. Pikrynian sodowy wytrawia tylko ferryt, który lekko zabarwia się na szaro; cementyt jest widoczny w postaci ciemnych. plam. Jeżeli po wytrawieniu wrzącym pikrynianem sodowym ujawniają się ciemne plamy (które przed wytrawieni~m były białe), to jest to dostateczny dowód 1 że w strukturze stali występuje cementyt, czyli że jest to stal nadeutektoidalna. Vv~ stalach podeutektoidalnych wę­ glowych, zależnie od ilości węgla, pod mikroskopem występuje mniej lub więcej pól perlitu. Jeżeli pole widzenia w połowie jest zajęte przez ferryt, a w połowie przez perlit, to stal zawiera ok. 0,45 6/o C. Strukturę przegrzaną

poznaje się przede wszystkim po gruboziarnistości, a~ następnie po wydłużonych, ostrych ziarnach ferrytu lub cementytu (rys. IV-25 i IV-26). Jeżeli przegrzanie jest znaczne, to ziarna te tworzą igły ułożone w postaci trójkątów i czworokątów. W stalach obrobionych plastycznie uwidocznia się budowa warstwowa w kierunku obróbki. Jest ona spowodowana najczęściej zawartością tlenków żelaza, które w wysokiej tern12 -

Pracownia techniczna dla techn.

177

Rys. IV-25. Fotografia stali o za wartości 065'/o C. Struktura Widmannstattena [34]

Rys. IV-26. Fotografia stali o zawartości 1,250/o C. Struktura Wid-

mannstattena [34]

peraturze odwęglają najbliższe otoczenie. Wytworzony tlenek wę­ gla (jeżeli nie może przedyfundować na zewnątrz) pozostaje w postaci pęcherza gazowego, który następnie, tak jak żużle, zostaje rozwalcowany. Zjawisko

warstwowości

nie jest dopuszczalne w stalach wysokowęglowych z tego powodu, że sprzyja wytwarianiu się dużych naprężeń wewnętrznych podczas hartowania na skutek różnic rozszerzalności poszczególnych składników. Procentową zawartość węgla w stali można wyznaczyć za pomocą badań mikroskopowych w następujący sposób: W miejsce okularu mikroskopu zakłada się okular z siatką o 100 kwadracikach, przy czym obiektyw (powiększenie) należy tak dobrać, aby średnie pole perlitu zajmowało mniej więcej powierzchnię jednego kwadracika. Następnie liczy się kwadraciki, w których pola per litu zajmują wię­ cej niż pół powierzchni tego kwaaracika. Jeżeli liczbę ri. takich kwadracików, np. 10, pomnożymy przez 0,008, to otrzymamy pro• centową zawartość węgla w stali wg wzoru 0/o

C=n · 0,008=10 · 0,008=0,08

Po przeprowadzeniu tych zabiegów należy następnie wyznaczyć wielkość ziarna pod mikroskopem, przy czym stosowane są metody: pośrednia i bezpośrednia.

178

Metoda pośrednia-· porównawcza

' Polega ona na porównywaniu ziarn obserwowanych pod mikroskopem (przy powiększeniu 1OO X z wzorcami rysunkowymi zawartymi w PN-66/H-04507. Wzorce są oznaczone numerami od 1 do 1O (w każdej z czterech skal). Są one wykonane przy powiększeniu lOOX i obejmują pole widzenia o średnicy 0,8 mm i powierzchni 0,5 mm2 • Liczba m ziarn przypadających na 1 mm2 powierzchni wzorca wynosi •

gdzie G - numer wzorca. Porównania dokonuje się przy podaje się numer ziarna. Metody

powiększeniu

lOOX . Jako wyruk

bezpośrednie

Wśród

metod tych wyróżnia się : metodę planimetryczną, metodę powierzchni kołowej, metodę średniej średnicy. Określenie wielkości ziarna metodą planimetryczną obejmuje następuj ące czynności:

-

...

obraz mikroskopowy rzuca się na matówkę, skąd przerysowuje się go na szkicówce lub fotografuje, obrysowuje się pewną liczbę ziarn i uzyskaną powierzchnię określa liczbowo za pomocą planimetru lub skali milimetrowej (rys. IV-27),

Rys. I V-:27. Pomia r wielkości ziarna sposob em planimetrycznym [22]

-

oblicza mając

si ę liczbę

ziarn objętych tą powierzchnią, te dane oblicza się wielkość ziarna wg wzoru W =

p . 10 6 c •

K2

µm

179-i

w którym: W P -

c -

K

~

przeciętna wielkość

ziarna, powierzchnia planimetrowana, mm2 , liczba ziarn na powiexzchni P, powiększenie liniowe na matówce mikroskopu (lOOX),

106

..___ współczynnik

liczbowy

wynikający

z przelicze-

nia mm na µm2. 2

C::30

i =18

Rys. IV-28. Pomiar wielkości ziarna metodą powierzchni kołowej [22] Metodę

powierzchni kołowej realizuje się następująco: w kole o znanej powierzchni P, wykreślonym na szkicówce (rys. IV-28) lub utrwalonym na fotografii, oblicza się liczbę ziarn całych c oraz ziarn przeciętych obwodem koła i, przeciętną wielkość ziarna oblicza się wg wzoru

-

·-

W=

w którym: P c i -

n K -

Metoda

p. 106

(c I-n · i) • K. 2

p.rn

pole powierzchni kołowej, liczba ziarn całych w kole, liczba ziarn przeciętych obwodem współczynnik równy 0,65, powiększenie liniowe mikroskopu.

średniej średnicy

polega na wykonaniu

1

koła,

następujących

czynności:

-

na obrazie mikroskopowym przeniesionym z matówki lub na fotografii rysuje się prostokąt o znanym boku dłuższym (rys. IV-29),

180

wielkości metodą średniej średnicy [221

Rys. IV-29. Pomiar

-

ziarna

w prostokącie tym kreśli się linie równoległe do boku dłuż­ szego, liczy się liczbę ·przecięć ziarn liniami równoległymi, średnią (przeciętną) średnicę ziarna (w µm) wyznacza się wg wzoru L · a · 10 ~

S = ---c ·K

w którym: L a c K 4. Przebieg

-

-

-

-

długość

boku prostokąta w mm, hczba linii równoległych, linia przecięć ziarn, liniowe powiększenie obrazu mikroskopu.

ćwiczenia

Posiadane próbki stali przygotować do badań mikroskopowych. Próbki wytrawić 4-procentowym roztworem alkoholowym kwasu pikrynowego przez zwilżenie powierzchni kroplą odczynnika i przetrzymanie aż do lekkiego zmatowienia. Po przemyciu i wysuszeniu w strumieniu powietrza poddać próbki obserwacji mikroskopowej. Obsex;wację prowadzić najpierw przy powiększeniu ok. 1OO X, a następnie przy powiększeniu ok. 500X. Rozpoznać strukturę próbek przez porównanie otrzymanego obrazu z fotomikrografiami stali i odrysować je z zaznaczeniem widzianych składników. W razie otrzymania struktury stali wyżarzonej o dużej liczbie pól perlitycznych, a małej ilości pól ferrytycznych lub cementytowych, dla dodatkowego stwierdzenia czy próbka jest

181

ze stali podeutektoidalnej, c~y nadeutektoidalnej, naieiy prób:... kę jeszcze raz wypolerować i wytrawić we wrzącym raz.tworze· wodnym pikrynianiu sodowego. W tym celu do tygielka niklowego włożyć próbkę powierzchnią wypolerowaną do góry„ zalać ją pikrynianem i gotować w ciągu 5 minut. Następnie z.a pomocą szczypiec wyjąć próbkę, przemyć ją w strumieniu bieżącej wody, wysuszyć w strumieniu powietrza i obserwo-· wać pod mniejszym powiększeniem. Jeżeli otrzymane uprzednio białe pola zabarwiły się obecnie na ciemno, oznacz.a to, że mamy do czynienia z cementytem i stal jest nadeutektoidalna. Jeżeli pola pozostały nadal jasne, to oznacza, że mamy do czynienia z ferrytem i stal jest podeutektoidalna. - Po stwierdzeniu, że próbka jest wykonana ze stali podeute.... ktoidalnej, określić zawartość w niej węgla na podstawie procentowej zawartości perlitu w polu widzenia (czysty perlit zawiera 0,8°/o C). - Po stwierdzeniu, że próbka jest wykonana ze stali nadeutektoidalnej, określić wielkość ziarna przez porównanie z wzorcami rysunkowymi wg PN-66/H-04507 lub ze skalą numerową i obliczyć liczbę ziarn z podanego wzoru, określić również. wielkość ziarna jedną z metod bezpośrednich. - Analogicznie określić strukturę próbki ze stali ulepszonei . cieplnie. 5. Uwagi .do sprawozdania:

-

-

Podać

przebieg obserwacji mikroskopowych stali węglowych. wraz z rysunkami otrzymanych obrazów oraz opisem i wnioskami. Opisać sposób określania zawartości węgla za pomocą badań mikroskopowych w podeutektoidalnych stalach węglowych wyżarzonych (przykład).

-

Opisać

sposób

nią.

-

(przykład)

182

Zestawić

powierzchni ziarna

metodą pośred-

„

Opisać jedną

-

określania

z metod

bezpośrednich określania wielkości

i załączyć rysunki struktur.

wyniki i

podać

ewentualne wnioski.

ziarn.

Cwiczenie IV.14 OBSERWACJE STRUKTURY STALI WĘGLOWYCH PO ZGNIOOE I REKRYSTALIZACJI

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się ze zjawiskiem zgniotu stali oraz .obserwacje struktury stali o zawartości 0,45°/o C przed zgniotem, po zgniocie (68°/o) i po wyżarzęniu rekrystalizuj ącym.

2. Wyposażenie: mikroskop metalograficzny z wyposażeniem, przygotowane próbki stali do obserwacji mikroskopowej (próbka .stali o zawartości 0,4511/o C, próbka stali o zawartości 0,45°/o C po zgniocie 68°/o, próbka stali o zawartości 0,45'°/o C po wyżarze­ ·n iu rekrystalizującym), zdjęcie mikrostruktury stali o zawarto-ści 0,45°/o C przed zgniotem i po zgniocie oraz po wyżarzeniu rekrystalizującym.

3.

Wiadomości uzupełniające

Wyżarzanie rekrystalizujące

stosuje się do stali obrobionej na zimno przez zgniot (kucie na zimno; walcowanie na zimno - np. taśm, b1ach; przeciąganie drutu na zimno itp.). Uprzednio zgniecioną stal nagrzewa się do temperatury wyższej od temperatury rekrystalizacji, lecz poniżej Act· Przyjmuje się T .,.= 0,4 T tp dla metali czystych oraz Tr=0,6 Tip dla stopów, które są roztworami stałymi. Symbol Tr oznacza tu bezwzględną temperaturę rekrystalizacji, zaś T tp - bezwzględną temperaturę topnienia. W tabelce na str. 184 zestawiono temperatury rekrystalizacji najważniejszych metali. Stal zgniecioną wygrzewa się w temperaturze powyżej punktu rekrystalizacji, a następnie chłodzi. Przeróbka plastyczna stali na zimno powoduje jej utwardzenie. Krystaliczna budowa stali ulega zniekształceniu, a poszczególne ziarna wydłużają się. Zgniot podnosi własności wytrzymałościowe, jak twardość, wytrzymałość na rozciąganie, a obniża plastyczne, jak wydłużenie. W stalach utwardzaniu podlega głównie ferryt, zaś cementyt i wtrącenia niemetaliczne pękają. Im większy zgniot, tym odkształcenia ziarn są większe. Zgniot jest miarą obróbki plastycznej na zimno; mie-

183

Nazwa metalu Srebro Aluminium Złoto

I

Temperatura topnienia itp (w°C)

960,5

I

1063 321 1490 1083 1535 650 2620 1452 327

Kobalt Miedź

Żelazo

Magnez Molibden Nikiel

I

Ołów

Platyna Cyna

Wolfram Cynk

.

Temp eratura rekrystalizacji tr (w°C)

175 150 200 temperatura otoczenia 550 200 450 150 900 530 poniżej temperatury otoczenia 450 poniżej temperatur y otoczenia 1200 temperatura otoczenia

659

Kadm

I

I

1773 232 3370 419,4

'

rzy się go stosunkiem zmnie jszenia przekroju po obróbce _do 1prie-: kroju początkowego Z= -

gdzie: So S -

s -S

0 -- •

SO

100°/o

początkowy

przekrój materiału, przekrój materiału po odkształceniu.

Obróbka plastyczna na zimno wywołuje w stali zmiany struktur alne, które tłumaczy się istnieniem dyslokacji oraz zjawiskami występuj ącymi przy bliźniakowaniu. Naprężenia powstające przy dalszym zgniocie powodują pęknięcia · w materiale. Aby nie dopuścić do pękania, przeprowadza się wyżarzanie rekrystalizujące. Podczas wy żarzania rekrystalizującego na granicach zgniecionych ziarn powstaj ą zarodki nowych Ziarn. W temperaturze wyższej od temper atu ry rekrystalizacji danego stopu zarodki rozrastają się kosztem ziarn uprzednio zgniecionych. N.owe ziarna rosną , równocześnie zmniejsza się utwardzenie stopu, a wzrastają jego cechy plastyczności. W ten sposób zostaj ą usunięte skutki zgniotu. W przypadku stali regeneracja siatki krystalograficznej po 184

zgniocie zaczyna występować już w temperaturze 2007300°C. \Vidoczne zmiany występują w tzw. temperaturze rekrystalizacji. Zjawiska występujące przy ogrzewaniu poniżej t emperatury rekrystalizacji nazywamy nawrotem. Rozróżniamy rekrystalizację pierwotną i wtórną. Rekrystalizacja pierwotna obejmuje okres powstawania i rozrastania się ziarn kosztem ziarn zgniecionych, aż do osiągnięcia wymiarów sprzed zgniotu. Rekrystalizacja wtórna występuje przy dalszym wzroście temperatury - nowe struktury odpowiadają stanom równowagi. Wyżarzanie w temperaturze rekrystalizacji metalu nie zgniecionego nie da3e wyników. Zmiany ziarn po zgniocie i rekrystalizacji przedstawiono na rysunkach IV-30 i IV-33.

Rys. IV-30. F ot ografia struktury drutu ciągnionego na zimno [29]

4. Przebieg

-

ćwiczenia

PróbkG stali o znwnrtości 0,45°/11 C obserwować pod mikroskopem przy povriększeniu 150 X. Odrysować strukturę stali. Próbkę stali o zawartości 0,45°/o C, uprzednio zgniecioną (68°/o), obserwować pod mikroskopem. Odrysować strukturę stah zgniecionej . Próbkę stali o zawartości 0,4511/o C po wyżarzeniu rekrystalizującym obserwować pod mikroskopem. Odrysować strukturę.

-

Zestawić

wyniki obserwacji. 185

Rys. IV-31. Fotografia struktury stali o zawartości 0,080/o C: a) po zgniocie45'0/o, b) po zgniocie 450/o i rekrystalizacji w temperaturze 650°C (pow. lOOX) [29]

Rys. IV-32. Fotografia wyżarza­ nia rekrystalizującego niezakoń­ czonego stnli 50 X. Ziarna ferrytu są różnej wielkości i jakby postrzępione. Ciemne punkty wtrąceń niemetalicznych (pow. lOOX [29]

Rys. IV-33. Fotografia niezupeł­ nej rekrystalizacji stali 08 X .. Nierównomierny zgniot (w którym mogą być zgnioty krytyczne) wywołuje duży rozrost ziarn (29]

5. Uwagi do sprawozdania: Opisać

przebieg

wyżarzania rekrystalizującego.

Opisać różnice pomiędzy

186

trzema obserwowanymi próbkami

-

stali o zawartości 0,45 6/o C z podaniem rysunków struktur mikroskopowych. Określić własności wytrzymałościowe materiału po zgniocie i rekrystalizacji.

Ćwiczenie IV.15

-OBSERWACJE STRUKTURY SPOIN PRZED WVZARZANIEM I PO

1. Cel ćwiczenia: struktury spoiny i w złączu . .2.

określenie

przez

obserwację

materiału łączonego

oraz wad

WYżARZANIU

mikroskopową

występujących

Wyposażenie:

mikroskop metalograficzny z kompletnym wyposażeniem, odczynnik do wytrawiania (alkoholowy roztwór kwa-su azotowego), próbki różnych złączy spawanych, atlas zdjęć struktur metalograficznych. 3.

Wiadomości uzupełniające

-Obserwacje mikroskopowe struktury złączy dają możliwość oceny pewnyr::h cech spoiny oraz materiału łączonego. Do cech tych należą: procentowa zawartość węgla, przybliżone własności me·chaniczne, orientacyjne warunki spawania i szybkość chłodzenia ·spoiny, rodzaj obróbki cieplnej po spawaniu, rodzaj materiałów ·dodatkowych. Przez obserwację tę można również określić wady :złącza spawanego, takie jak: wtrącenia niemetaliczne, pęknięcia, niewłaściwe przetopienie warstw, przepalenia, gruboziarnistość
4. Przebieg

ćwiczenia

• Przygotować

próbki do badań m1kr6skopo\.Vych (szlifowanie, polerowanie i wytrawianie). Obserwować próbki złączy spawanych ze stali niskowęglowych i ustalić strukturę oraz wielkości ziarn w metalu łączonym, w spoinie i w strefie pośredniej. Obserwować próbki złączy spawanych o większej zawartości węgla i ustalić struktury oraz wielkości ziarn w metalu łą­ czonym, w spoinie i w strefie przejściowej. Obserwować identyczne dwie próbki złączy spawanych po wy-

-

żarzeniu.

Obserwować

próbki

złączy części żeliwnych

spawanych elek-

trodą że liwną.

5. Uwagi do sprawozdania: -

Opisać

próbki z oznaczeniem materiału, naszkicować złącze spawane. Odrysować obserwowane struktury próbek złączy spawanych, opisać je i wyciągnąć wnioski odnośnie jakości złącza.

Ćwiczenie

IV.16

OBSERWACJE STRUKTURY STALI CIEPLNOCHEMICZNEJ

WĘGLOWEJ

PO OBROBCE

zapoznanie się ze strukturą stali węglowej po nawęgleniu (oraz zabiegach cieplnych towarzyszących nawęgla­ niu) przez obserwację mikroskopową przygotowanych próbek stali - przed nawęglaniem oraz po nawęglaniu, hartowaniu i odpuszczeniu. I. Cel

ćwiczenia:

mikroskop metalograficzny z wyposażeniem, twardościomierz Rockwella, próbki stali węglowej przygotowane do obserwacji mikroskopowych.

2.

Wyposażenie :

188

3.

Wiadomości uzupełniające

Nawęglanie

jest zabiegiem polegającym na wzbogacaniu warstwy wierzchniej w węgiel przez wygrzewanie przedmiotu dłuższy czas w temperaturze powyżej Ac3 w ośrodku wydzielającym węgiel. Po zahartowan~u warstwa powierzchniowa osiąga twardość ok. 66 HRC. Nawęglanie jest procesem dyfuzyjnym, zachodzącym w materiale znajdującym się w stanie stałym. Warunkiem niezbędnym do zachodzenia tego zjawiska jest podgrzewanie do temperatury 850+950°C. Proces przebiega wg reakcji

2CO W procesie tym można wyodrębnić dwa stadia: 1) absorpcja, tj. pochłanianie węgla w postaci atomowej przez powierzchnię metalu, 2) dyfuzja, tj. przenikanie węgla w głąb metalu. W warstwie nawęglonej można wyróżnić trzy strefy, różne pod względem strukturalnym: - strefa nadeutektoidalna, zawierająca perlit oraz węgliki żela­ za, które w czasie nawęglania przechodzą w siatkę cementytu na granicy ziarn, - strefa eutektoidalna, zawierająca tylko perlit (grubość tej warstwy zależy od szybkości dyfuzji: im większa szybkość dyfuzji, tyin większa grubość strefy eutektoidalnej), -•strefa podeutektoidali;ia, zawierająca perlit ora~ ferryt, przy czvm ilość ferrytu wzrasta w kierunku rdzen ia. Najbardziej pożądan a jest struktura eutcktoida lna. Towarzyszy jej wysoka twardość po zahartowaniu i duża odporność na łusz­ czenie się powierzchni w przypadku powstania siatki cementytu po nawęgleniu (łuszczenie takie występuje dla struktury nadeutektoidalnc3). Rysunek IV-34 przedstawia wpływ temperatury i czasu nawęgla­ nia na grubość war stwy nawęglanej i jej struktur ę: Im dłuższy czas nawęglania , tym większą uzyskuje się zawartość węgla w warstwic nawęglanej i tym łagodnie jsze jest przejście między warstwą nawęglaną a rdzeniem. Przy nawęglamu w temperaturze ok. 900°C do głębokości 0,8+ 1,5 mm średnia szybkość nawęgla189

b)

a) mm~~~~~~~~~~

900°C ~5 .-

2ft

-._, "V)

a

-Q

:::;,

'
~o

q5

o

2

4

4

6

8 godzifltj

R ys. IV-34. Wykres grubości warstw po nawęgleniu w zależności od czasu: a ) w temperaturze 900° C, b ) w temperaturze 1000°c [34]

nia wynosi 0,15+0,10 mm/h. Przy długim czasie nawęglania śred­ nia szybkość nawęglania maleje, i to dość znacznie. W warstwie zewnętrznej zawartość węgla może dochodzić do 1,1+1,3°/o, tworząc wyraźnie zaznaczoną siatkę cementytu (rys. IV-35). Jak już wspomniano, struktura taka jest niekorzystna z uwagi na wystę­ pujące przy hartowaniu pęknięcia warstwy nawęglone j i skłon­ ności do łuszczenia się powierzchni. Przejście między poszczególnymi warstwami powinno być stopniowe, zwłaszcza przejście od warstwy perlitycznej do miękkiego rdzenia.

Rys. IV- 35. Fotografia struktury stali 20 H - widoczna siatka ce mentytu na tle perlitu [34)

190

Charakter warstwy nawęglonej zależy rówmez od składu stali. W stalach stopowych zbyt szybko lub zbyt głęboko nawęglonych cementyt występuje w warstwie zewnętrznej nie pod postacią siatki, lecz w formie igieł i kulek. W warstwie nawęglonej spotyka się również strukturę anormalną. Polega ona na tym, że w warstwie nadeutektoidalnej oprócz wolnego cementytu i perlitu występuje wolny ferryt, który tworzy skupienia otaczające siatkę cen;.entytu. Do hartowania stali ze strukturą anormalną potrzebna jest wyższa temperatura albo dłuższy czas nagrzewania> a by uzyskać rozpuszczenie się wydzieleń ferrytu i cementytu. W przeciwnym razie po hartowaniu mogą wystąpić miękkie plamy w miejscach niedostatecznie nasyconych w węgiel. Nawęglanie stosuje się do stali węglowych lub stopowych o zawartości węgla 0,0870,25•/o. Przedmioty nawęglone studzi się zazwyczaj wraz ze skrzynką poza piecem, po czym wyjmuje się je ze skrzynki i nagrzewa ponownie w celu przeprowadzenia obróbki cieplnej. Warstwa otrzymana po nawęglaniu jest stosunkowo miękka i w stalach węglo­ wych ma twardość 2407280 HB, zaś w stalach niskostopowych 250+350 HB. Na skutek długotrwałego nagrzewania w wysokiej temperaturze nawęglania następuje wzrost wielkości ziarna zarów:qo w warstwie nawęglanej, jak i w rdzeniu. Dalsza obróbka cieplna ma .na celu rozdrobnienie struktury rdzenia i warstwy zewnętrznej, utwardzenie warstwy nawęglonej (ponad 60 HRC) i otrzymanie rdzenia ciągliwego. Obróbka cieplna przedmiotów nawęglonych polega na wyżarzaniu normalizującym, hartowaniu i następnie niskim odpuszczeniu. Wyżarzanie normalizujące stosuje się w celu rozdrobnienia ziarna (regeneracja struktury przegrzanej). Normalizowanie przeprowadza się w temperaturze tylko nieco niższej od temperatury nawęglania, po czym chłodzi się w powietrzu. Niekiedy normalizowanie jako osobny zabieg cieplny pomija się. Hartowanie warstwy nawęglonej przeprowadza się w temperaturze powyżej Ach tj. dla stali węglowych w temperaturze 750+770°C. Chłodzenie odbywa się w oleju lub w wodzie. Końcową strukturę stanowi martenzyt drobnoiglasty. Po zahartowaniu jako zabieg końcowy stosuje się zawsze odprężenie w temperaturze 150+180°C, mają-

191

ce na celu wyehminowame napręże11 hartowniczych w warstwie nawqglonej . Czas odprqżania powinien być nie mniejszy niz 1,5-:--2 godzin. Po iym czasie otrzymuje się polepszenie własności mechanicznych Korzystną cechą nawęglania

jest fakt, że utwardzenie sięga znacznie w głąb materiału. Strefa eutektoidalna i nadeutektoidalna obej mują 60770'0/o całej warstwy nawęglonej i przechodzą stopniowo w rdzeń o małej twardości. Umożliwia to stosowanie dość głębokiego szlifowania bez obawy dotarcia do bardziej miękkich warstw materiału i zabezpiecza przed „uginaniem się" utwardzonej war s twy w czasie pracy części, w przypadku jej obciążenia . 4. Przebieg

ćwiczenia

Obserwować zgład

-

próbki stali węglowych przed nawęglaniem przy powiększeniu 50 X i odrysować strukturę. Obserwować zgład próbki stali węglowej po nawęglaniu oraz odrysować strukturę z zaznaczeniem warstw: nadeutektoidalnej , podeutektoidalnej i eutektoidalnej. Obserwować strukturę stali po hartowaniu oraz odrysować strukturę.

-

Obserwować strukturę

strukturę.

odprężaniu

oraz

odrysować

.

Zmierzyć twardość

waniu i

stali po

Rockwella próbki po

nawęglaniu,

zaharto-

odprężeniu.

5. Uwagi do sprawozdania:

-

Opisać Opisać

zmiany struktur stali węglowej po nawęglaniu. wpływ hartowania i odprężania na własności stali

glowej

na węglonej.

Podać twardość

towaniu i -

próbki stali

odprężeniu.

Opracować

wnioski.

węglowej

po

nawęglaniu,

wę-

zahar-

Ćwiczenie IV.17 OBSERWACJE STRUKTURY STALI NARZĘDZIOWEJ W~GLOWEJ I STOPOWEJ

poznanie charakterystycznych struktur stali wę­ glowej narzędziowej w stanie wyżarzonym oraz po hartowaniu i odpuszczaniu, a także poznanie struktury stali szybkotnącej SW18. 1. Cel

ćwiczenia:

mikroskop metalograficzny z kompletem urzą­ do obserwacji, twardościomierz Brinella, twardościomierz Rockwella, trzy próbki ze stali N12 (I - po wyżaTZeniu zmięk­ czającym, II po hartowaniu, III - po odpuszczaniu) oraz trzy próbki ze stali SW18 (I - po wyżarzeniu zmiększającym, II po hartowaniu, III - po hartowaniu i odpuszczaniu); wszystkie próbki oszlifowane i wypolerowane oraz wytrawione (prób~i ze stali N12 - 2-procentowym alkoholowym roztworem kwasu azotowego, próbki ze stali SW18 hartowanej i odpuszczanej - 10-procentowym alkoholowym roztworem kwasu azotowego), atlas zdjęć struktur metalograficznych, normy PN-78/H-85020, PN-77/ /H-85022. 2.

Wyposażenie:

dzeń

3. Wiadomości uzupełniające

Stal węglowa narzędziowa N12 Jest stalą głęboko hartującą się, która w stanie równowagi ma strukturę perlityczno-cementytową, po zahartowaniu - martenzytyczno-cementytową, po niskim odpuszczeniu - martenzytyczno-trostytyczną. Stal szybkotnąca narzędziowa jest dostarczana w postaci go towych prętów obrobionych plastycznie i wyżarzonych zmiękczająco. Przez obróbkę plastyczną uzyskuje się rozdrobnienie węglików, co daje znaczną poprawę własności. Po obróbce plastycznej w strukturze uwidocznia się pewna smugowość:, zgodna z kierunkiem przekucia. Po zahartowaniu otrzymuje się strukturę martenzytycznq z austenitem szcząt­ kowym, po odpuszczeniu zaś lub wymrożeniu - rnartenzytyczną, przez co twardość wzrasta z 60+63 HRC do 63+65 HRC. Rys. IV-36 i 37 przedstawiaj4 struktury stah szybkotnącej SW18 w stanie wyżarzonym i po obróbce cieplnej. 13 -

Pracownia techniczna dla techn.

193

Rys. IV-36. Fotografia struktury stali szybkotnącej SW 18 w stanie wyżarzonym, węgliki na tle cutck toi du (34)

. '

Rys. IV-37. Fotografio. struktury stali szybkotnącej SW 18 w stanie obrobionym cieplnie: a) stal ~ahartowana - martenzyt, austenit szcząt­ kowy i węgliki, b) stal zahartowana i odpuzczona - martenzyt, węgliki i niewielka ilość austenitu szczątkowego (pow. 600X) [34)

4. Przebieg

ćwiczenia

Przygotować Obserwować

próbki do badań mikroskopowych. poszczególne próbki w celu ziqentyUkowania

struktur. Zmierzyć twardościomierzem Brinella twardość próbek wyża­ rzonych oraz - twardościomierzem Rockwella wg skali C twardości próbek hartowanych i odpuszczanych.

194

5. Uwagi do sprawozdania: -

przebieg ćwiczenia. Odrysować zaobserwowane struktury. Zestawić twardości odpowiadające poszczególnym strukturom. Opisać na podstaw ie obserwacji próbek wnioski dotyczące własności poszczególnych materiałów i ich zmian spowodowanych zmianami strukturalnymi po dokonanych zabiegach cieplnych. Krótko

opisać

Ćwiczenie IV.18 OBSERWACJE STRUKTURY STOPOW ALUMINIUM

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie si~ ze strukturą odlewniczych stopów lekkich przez obserwację pod mikroskopem uprzednio przygotowanych próbek, a także zapoznanie się z wpływem modyfikacji na wielkość ziarna i własności mechaniczne odlewu z siluminu. 2.

Wyposażenie:

3.

Wiadomości uzupełniające

mikroskop metalograficzny z kompletnym wyposażeniem, próbki odlewniczych stopów aluminium (stop lekki o zawartości 10°/o Cu, stop lekki o zawartości 10'0/o Mg, stop lekki o zawartości 11°/o Si nie modyfikowany, stop lekki ; zawartośCi 11°/o Si modyfikowany), modyfikator sód, odczynnik do wytrawienia, 1-procentowy roztwór wodny kwasu fluorowodorowego (odczynnik przechowywać w butelce parafinowanej), normy PN-68/H-81761, PN-68/H-88026, PN-76/H-88027, wykresy równowagi stopów podwójnych Al z Cu, Si i Mg, fotomikrografie stopów Al, atlasy.

Aluminium otrzymuje się z rudy zwanej boksytem, zawierającej 55760°/o Al20 3 . Rudę tę przetapia się na czysty tlenek glinu Ali?0 3, który następnie drogą elektrolizy rozkłada się i przerabia na metaliczne aluminium. Obróbka plastyczna Al może odbywać się w temperaturze do 500°C {w tym również w temperaturze poko-

195

jowej). Pod wpływem zgniotu Al podlega silnemu utwardzeniu i znacznie trudniej obrabia się plastycznie. Wyżarzanie aluminium zmniejsza jego twardość i przywraca obrabialność. Aluminium jest wytwarzane w dwóch postaciach: jako rafinowane oraz hutnicze. W normie PN-68/H-81761 zestawiono rodzaje, gatunki i oznaczenia Al oraz zastosowanie. Gatune k Rodzaj

znak

.

zastoso wani e

Aluminium rafinowane

Al 99,90 Al 99,85

Aluminium hutnicze

Al 99,70 Al 99,60

Kable, ta kż e do platerowania, do stopów specjalnych

Al 99,50 99,00

K able , przewody, folie. naczynia, stÓpy

Al 98,00 99,00

Stopy łożyskowe, aluminiowe, odtleniacze stali.

K ondensatory elektryczne i specjalna apa ratura chemiczna

- - - - - - - -- -- -- - - -

- - -- - - - - -- -- - --'-

---

Gatunek aluminium jest zwykle oznaczany procentową zawartoś­ cią czystego metalu; dopełnienie tej liczby do 100 stanowi zawartość procentową zanieczyszczeń. Największe zastosowanie ma aluminium hutnicze Al 99,5 oraz Al 99,0. Zanieczyszczeniami nieuniknionymi w aluminium są Fe i Si, które pochodzą z procesu otrzymywania aluminium. Wszystkie zanieczyszczenia obniżają przewodność elektryczną aluminium. \Vtrącenia nie rozpuszczające si~, takie jak tlenki i krzemiany, znacznie obniżają cechy plastyczne aluminium. Aluminium utwardza się przez zgniot na zimno. Aluminium można walcować z miedzią, jej stopami, stalą i stopami aluminiowymi. Walcowanie takie nosi nazwę platerowania. Stopy aluminium mają (po stalach i żeliwach) najczęstsze zastosowanie jako materiał konstrukcyjny. Wszystkie stopy aluminiowe odznaczają się lepszymi własnościami mechanicznymi niż czyste Al. Normy PN-76/ /H-88027 zawiera klasyfikację odlewniczych stopów aluminiowych, zaś norma PN-68/H-88026 - klasyfikację stopów alumi196

.

niowych przerabianych plastycznie. Odlewnicze stopy aluminiowe mają cechy AK, AG, AM. Stopy do przeróbki plastycznej mają cechę PA, co oznacza stop obrobiony plastycznie (P), aluminiowy (A). Aluminium tworzy stopy z następującymi składnikami: Cu, 'Si, Mn, Mg, Ti, Fe. Większość z tych metali tworzy z Al roztwory ograniczone. Mają one z reguły rozpuszczalność zmniejszającą się wraz ze spadkiem temperatury. Typowym układem fazowym jest układ Al - Cu o zawartości Cu do 57°/o (rys. IV-43). Rozpuszczalność Cu w Al w stanie stałym zmienia się od 5,7°/o przy temperaturze eutektycznej (548°C) do 0,5°/o w temperaturze pokojowej. Eutektyka o zawartości 33°/o Cu stanowi mieszaninę roztworu granicznego Cu i Al i fazy Al 2Cu. Znaczenie techniczne mają tylko stopy podeutektyczne, które są zbudowane z wykrystalizowanego pierwotnie roztworu oraz eutektyki. W stopach aluminiowych, w których oprócz aluminium znajduje się tylko miedź, występują po wytrawieniu odczynnikami fluorowodorowymi jasne kryształy roztworu stałego granicznego Cu w Al (a) na ciemnym tle podwójnej eutektyki rozmieszczonej na granicy ziarn. W miarę wzrostu procentowej zawartości Cu w stopach zauważa się (pod niewielkim powiększeniem) coraz większe ilości eutektyki złożonej z kryształów roztworu stałego Cu w Al (a) i roztworu stałego granicznego Al w związku Al2Cu. Odczynnik fluorowodorowy działa przede wszystkim na eutektykę, która pod dużym 'powiększeniem daje się łatwo odróżnić. Jest to typowy układ fazowy i typowa struktura wielu stopów podwójnych, np. Mg-Al, Al-Si. Aluminium tworzy z krzemem typowy układ fazowy z rozpuszczalnością ograniczoną w stanie stałym i eutektyką o zawartości 11,7!0/o Si, krzepnący w temperaturze 577°C (rys. IV-38). Zastosowanie znajdują zarówno stopy podeutektyczne i eutektyczne, jak i nadeutektyczne. Szerokie zastosowanie ma stop o składzie eutektycznym 9+13'0/o Si, t12:w. silumin. Jest to stop używany wyłącznie na odlewy. Jednakże stop ten odlany w zwykły sposób, tj. mając skład w przybliżeniu nadeutektyczny, nie krzepnie w postaci dostatecznie drobnoziarnistej. Dlatego przy odlewaniu dokonuje się specjalnego zabiegu, tj. modyfikowania go za pomocą sodu lub fluorku sodu (NaF).

197

ac

~"i '!':.....

'tJ)

[/

I I

I

I

. l JJ

"

~·. re;

5() fi)

% masy Si

I I

d.+f'

lJ 2f) JO 40

I

6fY

70 80 90

5;;,

..,

Rys . IV-38. Wykres równowagi A1-Si [32)

...:?-

""'\ "\ '

t:1Y

\

450

·--

3nr.

I

2JO 150

100

50

Rys. IV-39. Czqść wykresu i·6wnowagi Al-Mg [32]

o Al

~ I I V"C451, C•' l t 85 35.5

71,7

j

/Y

I

GS

25'-

\ ' s.q '' l+fi

\1 ·15,4.

A/V"

I

l+rJ:

a

3-::11 !lu

"".

I\.

--

w

40

~

6tJG

I

/

I :n

30

I

Sfit...

I

I/

I

Al

I I

V

fjj!j i'... o

l

V

800

(/;·

I

V

()fX)

20

I

/

1:-;.M

10

700

d.+/3

/3-

4.9 3,7 2,1

1,9

I 10

20

% masy Mg

, 41'() 30 31.'3

Mg

Silumin zawiera duże ilości Si i dlatego ten podwójny stop bez innych dodatków jest poddawany obróbce cieplnej. W stopach lekkich aluminium z krzemem, używanych przeważnie jako podeu tektyczne, występują po -wytrawieniu odczynnikiem fluorowodorowym jasne kryształy roztworu stałego granicznego krzemu 198

w aluminium na tle podwójnej eutektyki złożonej z kryształów roztworu stałego granicznego krzemu w aluminium i kryształów roztworu stałego granicznego aluminium w krzemie. Obserwowana próbka siluminu wytrawiona odczynnikiem fluorowodorowym wykazuje grube ziarna mieszaniny eutektycznej roztworów granicznych, które jednakże po modyfikacji wyraźnie maleją i w próbkach modyfikowanych widać tylko ciemne tło, na którym są ułożone jasne kryształy roztworu stałego granicznego krzemu w aluminium w postaci gałązek chorny. Stop aluminium z magnezem (rys. IV-39) po wytrawieniu odczynnikiem fluorowodorowJ:m wykazuje dendryty roztworu stałego, których środki są bogatsze w aluminium, a brzegi w magnez. Wszystkie te stopy po wytrawieniu wykazują pod mikroskopem obecność jasnych kryształów roztworu stałego bogatszego w aluminium. N a granicy tych kryształów znajdują się wydzielenia w postaci eutektyk. 4. Przebieg

-

-

ćwiczenia

Poszczególne próbki przygotować do badań mikroskopowych drogą szlifowania i polerowania. Wytrawić próbki przez pocieranie wypolerowanych powierzchni watą zwilżoną w odczynniku fluorowodorowym aż do uzyskania lekkiego zmatowienia. Próbki przemyte wodą i wysuszone w strumieniu powietrza obserwować pod powiększeniem ok. lOOX. Wg wykresu równowagi przewidzieć, jaką strukturę będzie miała obserwowana próbka i porównać ze zdjęciami z atlasu.

5. Uwagi do sprawozdania:

-

przebieg ćwiczenia. obserwowane struktury i opisać je. Opisać wnioski wynikające z ewentualnych różnic strukturalnych próbek obse.r wowanych pod mikroskopem oraz zdjęć z atlasu. Krótko

opisać

Odrysować

'

Ćwiczenie IV.19 OBSERWACJE STRUKTURY STOPOW MIEDZI

1. Cel ćwiczenia : zapoznanie się ze strukturą miedzi zanieczyszczonej tlenkami oraz struk~urami stopów miedzi przez obserwację próbek pod mikroskopem.

2.

Wyposażenie:

3.

Wiadomości uzupełniające

mikroskop metalograficzny szkolny z kompletem wyposażenia, próbki miedzi i jej stopów (miedź elektrolityczna po odlaniu, miedź elektrolityczna po odlaniu zanieczyszczona tlenkami, mosiądz o zawartości 30°/o Zn po odlaniu, mosiądz o zawartości 30°/o Zn po odlaniu i wyżarzeniu, mosiądz jednofazowy po zgniocie i rekrystalizacji, brąz cynowy o zawartości 10°/o Sn po odlaniu, brąz cynowy o zawartości lO'll/o Sn po odlaniu i wyżarzeniu, brąz aluminiowy o zawartości 10°/o Al po odlaniu, brąz aluminiqwy o zawartości 10°/o Al po odlaniu i wyżarzeniu), normy stopów miedzi: PN-77/H-82120, PN-77/H-01705, PN-77/ /H-87050, wykresy stopów miedzi Cu-Zn, Cu--Sn, fotomikrografie miedzi i najczęściej stosowanych stopów miedzi.

Miedź

jest

elektryczną

materiałem,

który ze

względu

na

swą przewodność

na korozję i plastyczność ma zastosowanie techniczne jako czysty metal. Miedź jako produkt handlowy występuje w trzech rodzajach jako: hutnicza (rafinowana), elektrolityczna i beztlenowa. Zestawienie gatunków czystej miedzi wraz z ich zastosowaniem zawiera norma PN-77/H-82120. Najczęstszymi zanieczyszczeniami miedzi są O, Pb, Sb, J?i, Fe, As·, Si P. i

cieplną, odporność

Tlen utlenia miedź na Cu 20. Związek ten tworzy w temperaturze 1065°C eutektykę o zawartośc~ 0,39°/o Cu20, składającą się z kryształów miedzi i kryształów tlenku miedziowego (rys. IV-40). Tlenek miedzi w miedzi odlanej uwidocznia się na zgładach nietrawionych w postaci niebieskich wtrące11. w czerwop.o zabarwionej miedzi. Gdy ilość Cu20 jest mniejsza od 0,39°/0 1 występuje przerywana siatka Cu - , Cu20, gdy jest większa - występuje den-

200

Rys. IV -40. Fotografia struktury miedzi po. odlaniu zanieczyszczonej Cu 2 0 w ilości 19/o. J asne kr y ształy miedzi na tle eutektyki złożonej z miedzi i tlenku m ie dziowego [ 34]

drytyczne wydzielenie Cu 20 na tle eutektyki. Niebieskie tlenki miedzi zmieniają swoje zabarwienie w świetle spolaryzowanym na rubinowe. Zawartość tlenu w miedzi określa się zazwyczaj metalograficznie, przez porównanie z odpowiednimi wzorcami. Miedź

elektrolityczna po odtlenieniu i wytrawieniu odczynnikiem chromowym wykazuje przeważnie budowę gruboziarnistą, komórkową , o różnym zabarwieniu komórek, spowodowanym różnicą w orientacji kryształów. Jeżeli jednak ta sama miedz podczas topnienia bez ochrony przed dostępem powietrza ulegnie częściowe­ mu utlenieniu, to po odlaniu uwidocznią się w niej tlenki pod postacią ciemnych plam. Przy pewnym stopniu utlenienia struktura _miedzi po wytrawieniu odczynnikiem chromowym może składać się z jasnych okrąg­ łych kryształów miedzi na tle drobnej eutektyki rozłożonej jak gdyby na granicy komórek i składającej się w rzeczywistości z jasnych kryształów miedzi i ciemnych kryształów tlenku miedziowego. Jest to tzw. stop podeutektyczny. Przy większym utlenieniu mied ź może mieć strukturę stopu eutektycznego - jasne kryształy m iedzi, na których tle znajdują się drobne, ciemne kryształy tlenku miedziowego; przy jeszcze wiqkszym utlenieniu występują ciemne duże kryształy tlenku miedziowego ułożone najczęściej pod postacią gałązek choiny na kropkowanym tle eutektyki złożonej z jasnych kryształów miedzi i ciemnych kryształów tlenku miedziowego. Jest to stop nadeutektyczny. Stopy mied zi (PN-69/H-87020) ków stopowych, podzielić na:

można ,

w

zależności

od

składni­

201

12001--~~-ł'-~~-+~~~+-~~-+-~~-..

~~~~:$;;;:::::~~-=+-----mil.~--i

1(){)0't-

NfJr-~~--t-~~-+~~----';=-~-=-łr-~~.=--;

6{J)t---~~-+-~~-t-~~~--~-+-+---~-' 4001--~~-ł'-~~-+~~~+-~~tt-~+--i 2fXJ1--~~-+--'-~-+~~~+-~~-+-~--+--; O'--~~-'-~~-'-~~~~~--'-'-~-'--'

Cu

10

Rys. IV-41.

20

30

%masyln

Cz ęścio wy

40

wykres r ównowagi Cu-Zn

( 32)

-

-

Mosiądze

(rys. IY-41), t j . stopy zawierające cynk jako podstawowy dodatek stopowy (oprócz stopów Cu-Zn są szeroko stosowane mosiądze wieloskładnikowe, zawierające oprócz cyn' ku również dodatki innych metali, jak cyna, żelazo, mangan, aluminium, nikiel, krzem). Brązy cynowe, tj. stopy zawierające cynę jako jedyny dodatek lub też cynę oraz cynk i olów (niekiedy także i nikiel). Fotografię struktury brązu o zawartości 10°/o Sn przedstawia rys. IV-42.

/

Rys. IV-42. Fotografia struktury brązu cynowego o zawartości io'0/o c~ po odlan iu i wytrawieniu a moniakiem. Widoczna budowa dendrytyczna (pow. lOOX) [32]

202

Rys. IV-43.

C zQś ciowy

w y kres równow agi Al-Cu [32]

bezcynowe. Do tej grupy należą brązy krzem owe, aluminiowe (w stosowan iu wypierają brązy cynowe) - rys. IV- 43. - Brązy manganowe o zawartości 5720{1/o Mn. - Brązy ołowiowe (stopy łożyskowe). - Stopy miedzi z niklem (miedzionikle). Wszystkie mosiądze po odlaniu mają budow ę de ndrytyczną, ale ze względu na mały zakres temperatury krzepn ięcia można je łat­ wo ujednorodnić przez wyżarzanie. Mosiądz o zawartości 30°/o Zn po zgniocie i wyżarzeniu ma budowę komórkową roztworu stałego. Mosiądz o za wartości 40°/o Zn ma strukturę złożoną z dwu roztworów stałych granicznych. Kryształy roztworu stałego a powstaj ą z kryształów. pp przejściu związku Cu-Zn przemiany alotropowej w temperaturze 455°C. Odczynnik chromowy działa na roztwór {J, który uwidocznia się; pod postacią czerwonych, zaokrąglonych pól na jasnym polu kry-· ształów roztworu. lvfosiądze są dobrze obrabialne plastycznie nal zimno. Najlepiej obrabia si ę plastycznie mosiądz CuZn32 (M68)'. Aby usunąć skutki zgniotu, mosiądze przerobione plastycznie na zimno należy wyżarzyć rekrystalizująca w temperaturze 5007 7650°C. Brązy cynowe (rys. IV-44) brązy techniczne mają po odlaniu budowę dendrytyczną, przy czym ze względu na duży zakres temperatury krzepnięcia (różnica między temperaturą likwidusu i solidusu wynosi 1007150°C) budowa ta jest trudna do zniszczenia przez samo wyżarzanie i w celu szybkiego ujednorodnienia -

Brązy

20-3

Rys. IV -44. Częściowy wykres równowagi Cu-Sn [32]


. a+!5

5

10

15

% masy Si

20

25

Si

stop poddaje się jednocześnie obróbce plastycznej i wyżarzaniu. Po ujednoliceniu brązy o zawartości 7-7-10'°/o Sn mają budowę jednorodną roztworu stałego. Brązy

aluminiowe o

zawartości .

dowę dendrytyczną, którą

5-7-10°/o Al po odlaniu mają bułatwo można usunąć przez wyżarzanie

.ujednorodniające . 4. Przebieg

-

-

ćwiczenia

Pró'bki przewidziane do obserwacji pod mikroskopem oszlifować oraz wypolerować wg wskazówek podanych uprzednio. Wytrawić próbki odczynnikiem chromowym przez zwilżenie powierzchni kroplą odczynnika aż do lekkiego zmatowienia, a następnie przemyć w strumieniu wody i wysuszyć w powietrzu. Obserwować pod mikroskopem przy powiększeniach: 100+ -7-200Xdla miedzi i mosiądzu oraz 400-7-600X dl.a brązów. Przewidzieć struktury na podstawie układów równowagi, obserwować próbki pod mikroskopem i porównać z fotografiami.

204

5. Uwagi d.o sprawozdania:

-

Opisać

krótko przebieg ćwiczenia. Odrysować obserwowane struktury i opisać je. Porównać rysunki struktur ze zdjęciami i opracować wnioski.

Ćwiczenie IV.20 OBSERWACJE STRUKTUR STOPOW ŁOżVSKOWVCH

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się ze strukturami stopów łożysko­

wych przez wych.

obserwację

wytrawionych

zgładów

stopów

łożysko­

2. Wyposażenie: mikroskop metalograficzny z kompletnym wyposażeniem, odczynniki do trawienia {chromowy chlorek żelaza, 2-procentowy roztwór alkoholowy HN0 3), próbki badań - I babbit - SnSbll Cu6 (Ł83), II - babbit - PbSn6 Sb12 Cu2 (Ł6) III - stop kolejowy - Pb Cal Na (ŁCa), IV - braz cynowa-ołowiowy Cu SnlO PblO (B1010), normy PN-71/H-87111, PN-77/H-87050, PN-70/H-87026. 3.

Wiadomości uzupełniające

Struktura stopu Ł83 składa się z miękkiej, plastycznej osnowy roztworu stałego antymonu w cynie. W osnowie tej występują twarde, odporne na ścieranie, wydzielenia faz międzymetalicz­ nych Sn Sb w postaci trójkątów oraz czworoboków (w zależności od przecięcia kryształów o kształcie sześcianów), a także fazy Cu Sn, występujące w postaci igieł. Struktura stopu Ł6 składa się z osnowy, która jest potrójną eutektyką Pb-Sn-Sb, oraz rozmieszczonych w tej osnowie regularnego kształtu wydzieleń fazy Sn-Sb i igieł Cu Sb. Stopy utwardzone, jak ŁCa, mhją strukturę, w której z miękkiej osnowy ołowiowej wydzielają się kryształy N a oraz międzykry-

205

Pb 3 Ca. Struktury łożyskowych br ązów cynowo-ołowiowych charakteryzują się tym, że w roztworze stałym Sn w Cu znajdują się wolne wtrącenia ołowiu. Rysunek IV-45 przedstawia strukturę stopu łożyskowęgo zawieraj ącego 80°/o Sn i 20<0/o Sb.

stalicznc

związki

Rys. IV- 45. Fotografia struktury stopu łożyskowego o zawartości 30'0/o Sn i 200/o Sb, wolno studzonego w tyglu. Jasne kryształy związku Sn-Sb na ciemnym tle roztworu stałego granicznego antymonu w cynie [34)

4. Przebieg

-

ćwiczenia

Przygotować

próbki do obserwacji mikroskopowej. Próbki I, II i III trawić odczynnikiem chromowym. Próbkę IV obserwować najpierw po wypolero waniu (można już dostrzec wtrącenia ołowiowe), a następnie i tę próbkę wytrawić i poddać obserwacji (wtrącenia ołowiowe po wytrawieniu 1

są wyraźniejsze). Porównać

ze

obrazy poszczególnych próbek z opisami z p . -3 oraz

zdjęciami.

5. Uwagi do sprawozdania:

-

Opisać

krótko przeb1eg ćwiczeni a . Narysować zaobserwowane struktury. Opisać własne wnioski.

Ćwiczeni~ IV.21 EKSPERTYZA METALOGRAFICZNA STALI I ŻELI A

OKRESLENIE WAD

WEWNĘTRZNYCH

enia: zapoznanie się z metodami określania wad wewnętrznycll stali i żeliwa oraz ich wpływem na zniszczenie łożyska. I I 1. Cel

ćwic

l

•

2. Wyposażenie: zniszczone łożysko baryłkowe, twardościomie rz Rockwella, komplet wyposażenia do przeprowadzenia badań makroskopowyG:h, mikroskop metalograficzny. · • 3.

Wiadomości uzupełniające

Uszkodzenia części maszyn i urządzeń wywołane są najczęscieJ wadami wewnętrznymi i powierzchniowymi części, powstałymi podczas procesów technologiczny.e h lub już w .czasie pracy wyroou. W celu wyjaśnienia przyczyny powstania uszkodzenia trzeba przeprowadzić szereg badań metalograficznych. Do takich bada11. zaliczamy: - badania chemiczne (określanie procentowej zawartości skład­ ników stopowych), - badania mechaniczne (określanie własności wytrzymałościowych, jak np. Rm i Re). - badanie metalograficzne (określenie struktury stopu), - badania defektoskopowe (wykrywanie wad wewnętrznych). Przyczyną nieodpowiednich własności wyrobów lub półwyrobów stalowych są niekiedy wady pochodzenia hutniczego (wynikające z nieprawidłowości procesu stalowniczego, obróbki plastycznej, walcowania, kucia). Do wad pochodzących z procesu stalowniczego należą wtrącenia obcego materiału oraz anormalność struktury stali. Podczas obróbki plastycznej najczęstszymi wadami są zawalcowania, zakucia, skupienia węglików w stalach ledeburyty cznych oraz pasmowość struktury. Wtrącenia obcych faz różnią się od metalu zasad:nicz ego składem chemicznym i własnościami. Wtrącenia te mogą pochodzić z nierozpuszczonych żelazostopów lub przedmiotów me207

dostały się

ciekłej

wtrą­

talowych, które do stali. Mikrostrukt4ra cenia obcego metalu różni się zasadniczo od metalu po1stawowego; ich odróżnienie nie stwarza większych trudności. Anormalność

strukutry stali obserwuje się w stalach adeutektoidalnych; polega ona na występowaniu wolnych sku ień ferrytu i cementytu zamiast właściwej dla stali nedeutektoid lnej struktury składającej się z perlitu i cementytu drugorzę owego. Zawalcowania i zakucia są spowodowane zawinięciem ub wtłocze­ niem metalu przy obróbce plastycznej na gorąco. W przypadku· zawalcowania na wytrawionym zgładzie uwidocznia się odwęgle­ nie otaczające po obu stronach zawalcowania warstwę tlenków. Przyczyną tego rodzaju wady mogą być pęcherze podskórne we wlewku, zadrapania, przekręcenia pręta w przekroju podczas walcowania itp. Pasmowość struktury uwidocznia się charakterystycznym ułożeniem składników strukturalnych stali. Przyczyną tej wady może być skupienie wtrąceń niemetalicznych, niska temperatura obróbki plastycznej itp. Do wykrywania poszczególnych składników stopowych, których obecność ujemnie wpływa na własności mechaniczne, stosuje się niżej opisane sposoby wykrywania zanieczyszczeń. 1Vykrywanie zanieczyszczeii

siarką

Odcinki próbne pobiera się z całego przekroju lub Jego ezęsc1 w kierunku równoległym lub prostopadłym do kierunku obróbki plastycznej. Po uprzednim przygotowaniu próbki przeprowadza się próbę Baumanna na papierze światłoczułym. Wydziel ający się siarkowodór reaguje z papierem bromosrebrowym, powodując powstanie na papierze zaciemnień siarczku srebra, wielkością i kształ- . tern odpowiadających skupieniom siarczków w st.ali. Tą próbą można tylko okreslić rozłożenie siarc'Zków w badanym material e. Ze sposobu rozmieszczenia zanieczyszczeń (powinny one być rozłożone na powierzchni równomiernie) można ·wnioskować o poprzedniej obróbce plastycznej materiału. Na przykład w stalach długotrwale wygrzewanych występuje wzrost zawartości siarki (jest to spowodowane procesem dyfuzyjnym czynnika nagrzewającego, np. koksu) . Próba Baumanna umożliwia również wykrywanie jam usadowych i pęcherzy fosforu w stalach (ujawniają

208

się

one występowaniem skupieniom fosforków) .

jasnożółtych

punktów

odpowiadających

Wykrywanie rozmieszczenia zanieczyszczeń fosforem Do wykrywania rozmieszczenia fosforu w stalach używa się odczynników 'miedziowych Anczyca i Heyna. Odczynniki Anczyca i Heyna działają elektrolitycznie, przy czym żelazo ulega rozpuszczeniu, a miedź osadzn się na powierzchni zgładu. Po wytrawieniu w miejscach bogatych w fosfor i węgiel tworzą się widoczne zaciemnienia. Próba Próba

przełomu

próbki (ulepszonej cieplnie) . przełomu umożliwia ujawnienie wad materiałowych, jak pozostałości jamy usadowej, pęknięcia wewnętrzne, pasma, segregacje składników, wtrącenia niemetaliczne i pęcherze. Próbę przełomu ulepszonego cieplnie &tosuje się do badań półwyrobów ze stali stopowej . W próbce wyciętej prostopadle do kierunku obróbki plastycznej nacina się karb, a następnie hartuje się ją. Wtrą­ cenia niemetaliczne występują pod postacią wtrąceń o srebrzystym połysku, podczas gdy powier zchnia przełomu ma zabarwienie matowo szare. Segregacje składników występują jako pasma róż­ nej szerokości o jaśniejszym zabarwieniu. Materiały przegrzane wykazują przełom krupkowaty (kaszkowaty) zamiast włókniste­ go. Ujawnienie struktury pierwoinej Aby wykryć, czy dana część wykonana była metodą obróbki plastycznej czy też jako lana ze staliwa, wytrawiamy zgład odczynnikiem Oberhoffera. Jeżeli pojawi się struktura dendrytyczna lub globulityczna, to dana część jest odlewem. W materiale przer obionym plastycznie ujawnia się struktura pasmowa. Określenie skłonności

stali do starzenia Stale niskowęglowe mają skłonność do star zenia, co powoduje ich kruchość i pęknięcia wewnętrzne. Może wówczas nastąpić wydzielanie się z ferrytu cementytu trzeciorzęd owego oraz ażot­ ków. Proces ten może być przyspieszony pr zez zgniot, tj. obróbkę plas14 - Pracownia techniczna dla techn.

209

na zimno w temperaturze poniżej zakresu temperatury rekrystali zacji. Stale mające skłonności do starzenia wykazują na wytrawionym zgładzie „linie poślizgów" , w postaci ciemnych pasemek klinowo wnikających w głąb materiału i przecinających się pod kątem ok. 45°. Stale, które nie mają skłonności do starzenia, nie wykazują po wytrawieniu „linii poślizgów". Linie poślizgów mog ą również wystąpić w częściach materiału, który pracował pod obciążen iem , np. w kotłach ciśnieniowych, częściach obciążo­ nych itp.

tyczną

W celu zbadania skłonności stali do starzenia pobraną próbkę odkształca się plastycznie powyżej granicy plastyczności - przez ściskanie lub rozciąganie, po czym poddaje się ją przyspieszonemu starzeniu w temperaturze ok. 300°C. Następnie próbkę wytrawia się odczynnikiem „Fry-makro'' i obserwuje, czy wystąpią na zgładzie linie poślizgów.

Badania złączy spawanych Badania złączy spawanych mają na celu ujawnienie wad w spoinie i strefie wpływu cieplnego. Najczęstszymi wadami złąćzy spawanych są: pęknięcia spawalnicze, zażużlenia spoiny, przegrzanie, brak przetopu, pęcherze wewnątrz spoin. Wady te można wykryć i zlokalizować przez głębokie wytrawianie złącza spawanego. Określenie wielkości

ziarna na przełomie wg skali Jernkontoreta Po odpowiednim przygotowaniu próbki określa się: wielkość ziarna na przełomie wg skali J ernkontoreta, głębokość warstwy zahartowanej oraz liczbę pęknięć na przełomie. Zapis obserwacji jest następujący: w liczniku podaje się wielkość ziarna w warstwie zahartowanej wyznaczonej wg skali Jernkontoreta, w mianowniku zaś - głębokość warstwy zahartowanej w mm; dalej wypisuje się liczbę pęknięć na przełomie. Np. zapis 6/ 3 5P oznacza: 6 -

3 SP -

210

wielkość

ziarna wg skali Jernkontoreta, warstwy zahartowanej w mm, pęknięć na przełomie.

głębokość pięć

chemicznego Do określania składu chemicznego metalu stosuje się: analizę chemiczną - jakościową i ilościową - i analizę spektralną. W praktyce warsztatowej można stosować próbę iskrową stali, umo żli­ wiającą przybliżoną ocenę składu chemicznego. W próbie tej zawartość węgla i innych składników stali określa się orientacyjnie na podstawie intensywności, kształtu i barwy iskier, które porównuje się z wynikami otrzymanymi przy próbie iskrowej wzorców. Określ enie składu

4. Przebieg

ćwiczenia

Zapoznać się

z eksponatami części łożyska baryłkowego. Opisać zniszczone łożysko z wyszczególnieniem wad, które wystę­ pują na pierścieniach i baryłkach. Podać średnic~ wewnętrzną łożyska. Podać dokładne rozmieszczenie występujących uszkodzeń.

-

Przeprowadzić

badania makroskopowe baryłek i pierścieni w miejscach uszkodzonych. Przeprowadzić badania makroskopowe struktur baryłek i pieTścieni oraz określić wtrącenia niemetaliczne i strukturę tych części.

Przeprowadzić próbę twardości

-

Rockwella, a wyniki porównać z danymi wg normy określającej twardość tego rodzaju łożys­ ka. Przeanalizować wyniki, określić materiał badanych części ło­ żyska, podać znak oraz oznaczenie wg PN-53/H-84041, określić powód zniszczenia łożyska, określić wady wewnętrzne materiału i inne uwagi.

5. Uwagi do sprawozdania: Opisać własne

badanie uszkodzonego Załączyć szkic wykrytych wad. Zestawić wyniki badań. Ustalić wnioski.

łożyska.

211

Ćwiczenie

IV.22

EKSPERTYZA METALOGRAFICZNA - OKRESLENIE WlASNOSCI STAU ZALEźNYCH OD BUDOWY WEWNĘTRZNEJ

1. Cel ności

2.

ćwiczenia:

zapoznanie mechaniczne stali.

się

z

wpływem

struktury na

włas­

Wyposażenie:

mikroskop metalograficzny wraz z kompletnym wyposażeniem, twardościomierz Brinella, próbki stali (próbka I o ustalonym składzie chemicznym i określonej strukturze oraz próbka II o tym samym składzie chemicznym i odmiennej strukturze), zdjęcia struktur, atlas, próbki żeliwa z żeliwa szarego zwykłego modyfikowanego oraz sferoidalnego. 3.

Wiadomości uzupełniające

Struktury i

własności

stali Odpowiednią, stosowną do przeznaczenia wyrobów strukturę stali osiąga się jako wynik odpowiedniego składu chemicznego, obróbki cieplnej, ewentualnie obróbki plastycznej na zimn.o. Wpływ na własności stali mają przede wszystkim dwa czynnik.i: rodzaj struktury i wielkość ziarna.

Wiadomo powszechnie, że głównie drobnoziarnistość struktury stali wpływa na polepszenie jej własności mechanicznych. Struktury dendrytyczne, globulityczne, występujące w stali lub staliwie w stanie surowym bądź po niewłaściwej obróbce cieplnej (przegrzanie), charakteryzują duże wymiary ziarn. Struktury te wykazują mniejszą wytrzymałość oraz gorsze własności mechaniczne w porównaniu ze strukturą drobnoziarnistą. Dopiero przez odpowiednią obróbkę cieplną: jedno- lub dwukrotne normalizowanie można otrzymać strukturę drobnoziarnistą lub siatkową o drobnym ziarnie i wymaganych własnościach mechanicznych. Własności

mechaniczne, a głównie wytrzymałość, zależą również od ilości perlitu w strukturze stali. Składniki stopowe powodują przesunięcie punktu eutektoidalnego w stronę niższych zawartości węgla, a co za tym idzie zwiększają ilość perlitu w strukturze. Ważny wpływ na zawartość perlitu ma też szybkość chłodzenia

212

po wyżarzaniu . Stal chłodzona szybko ma zwiększoną ilość perlitu i odpowiednio wyższą wytrzymałość w porównaniu ze stalą o identycznym składzie chemicznym, ale ostudzoną powoli. Podobne własności maj ą stale o strukturze ferrytycznej. Przy wolnym chłodzeniu stale• eutektoidalne wykazują duże ziarno o budowie grubopłytkowej. Zwiększenie szybkośei chłodzenia nadaje stali drobnoziarnistość, co powoduje poprawę własności mechanicznych. Podczas pobierania próbek do badania należy pamię­ tać o tym, że wytrzymałość i własności plastyczne zależne są również od kierunku pobrania próbek. Najlepsze własności wykazują próbki pobrane równolegle do kierunku walcowania. Kie- · runek ·w alcowania można stwierdzić obserwując przebieg pasemek w strukturze (teksturę) .

Struktura i włas ności żeliwa Podstawowym składnikiem decydującym o własności żeliwa jest węgiel, występujący w stanie wolnym lub jako cementyt. Cementyt jest bardzo twardym i kruchym składnikiem, zatem żeliwo, które zawiera dużo cementytu, jest również bardzo twarde i kruche. Ma ono przełom srebrzysty i dlatego nazwano je żeliwem białym. StTuktura żeliwa białego powstaje podczas chłodzenia szybkiego. Grafit występuje w żeliwie zwykle w postaci płatków, stanowiących nieciągłości metaliczne. Ze wzrostem ilości i wielkości płatków grafitu obniża się wytrzymałość żeliwa, a wzrasta jego kruchość. Żeliwo zawierające grafit ma przełom szary i nazwano je żeliwem szarym. Istotny wpływ na wystąpienie w żeli­ wie węgla w postaci grafitu ma krzem. Drugim takim czynnikiem jest szybkość chłodzenia. N a podstawie wykresu (tys. IV-46) moż­ na w przybliżeniu określić strukturę żeliwa, przyjmując zawartość procentową węgla i krzemu jako funkcję grubości ścianki odlewu. 4. Przebieg -

ćwiczenia

Zmierzyć twardość

próbki stalowej o określonej mikrostrukturze i składzie chemicznym. Zmierzyć twardość próbki stalowej o innej mikrostrukturze, lecz o tym samym składzie chemicznym.

213

2

4

Zawartotć Jruemu

%

Rys. IV-46. Wykres zależności struktury wa od zawartości 0 /o C i Si [28]

żeli­

Określić wie lkość

ziarna próbek I i II oraz porównać wyniki. Porównać struktury próbek z żeliwa szarego zwykłego modyfikowanego i sieroidalnego. Zbada ć twa rd ość wszystkich trzech próbek. Zestawić i porównać wyniki.

-

5. Uwagi do sprawozdania: Naszkicować

poszczególne mikrostruktury. mechaniczne badanych próbek stali węglo-.. wych i żeliw szarych na podstawie ich struktury oraz twarOpisać własności dości.

Wyniki Pytania -

-

zestawić

w tabelkach.

sprawdzające

Jak przebiega przygotowanie pr óbki d-0 badań makroskopowych?· Jak przebiega przygotowanie próbki do badań mikroskopowych? Jakie odczynniki stosuje się do trawienia próbek do badań mikrosko-. powych, a jakie do makroskopowych? Jak wykrywa się rozmieszcz€Ilia zanieczyszczeń siarką i fosforem w stopach żelaz.a z węglem? Jakie znaczenie ma określenie struktury pierwotnej? Jak określa się wielkość ziarn na przełomie? Jaki jest cel s tosowania głębokiego trawienia i jak ono przebiega? Z jakich zespołów składa się mikroskop metalograficzny i jakie jest : jego działanie?

214

-

-

-

Od czego zależy uzyskanie powic:kszcnia w mikroskopie? Jak obsługu je się mikroskop? Jakie stosuje siQ metody wykrywania wti ąceń niemetalicznych? Jakie są odmiany zniszczeń korozyjnych? Jak siQ je wykrywa? Jak na podstawie struktury ckreślić zawartość wc:gla w stali? Jakie możemy obserwować pod mikroskopem struktury wyżarzonych stali węglowych i staliwa? Jak odróżnia się pod mikroskopem struktury żeliwa: zwykłego, modyfikowanego, sferoidalnego? Jak określa siQ rozmiary ziarn struktury mikroskopowej? Jak na strukturze mikroskopowej objawia się zjawisko zgniotu i rekrystalizacji? Jak przedstawia siG struktura spoiny i strefy przejściowej'? Jakie strefy odróżnia się przy nawQglaniu stali i po jej obróbce cieplnej? Jakie struktury obserwuje się w stalach narzędziowych węglowych i stopowych? Jak przebiega badanie mikroskopowe stopów aluminium? Jak przebiega badani-e mikroskopowe stopów miedzi? Omówić struktury stop ów łożyskowych. Omówić sposoby określania wad wyrobów stalowych, staliwnych i żeliwnych. Omów.ić wpływ budowy wewnętrznej metalu na konkretne własności mechaniczne.

'

Rozdział

V

ĆWICZENIA

WIAOOMOSCI

Z OBROBKI CIEPLNEJ

.

WSTĘPNE

Własności użytkowe

przedmiotów zależą od rodzaju tworzyw, z których są wykonane, oraz od rodzaju obróbek, jakim są poddawane. Do najważniejszych rodzajów obróbki należy obróbka cieplna. Przez obróbkę cieplną rozumiemy poddawanie materiału procesom ogrzewania, wygrzewania oraz chłodzenia. Chłodzenie prowadzi się zazwyczaj do uzyskania przez materiał temperatury otoczenia. Czasem stosuje się, gdy rodzaj danej obróbki cieplnej tego wymaga, oziębianie do temperatury poniżej 0°C, w której materiał przetrzymuje się przez pewien okres czasu (wymraża­ nie). Wszystkie rodzaj e obróbek cieplnych można przedstawić na wykresie (rys. V-1), przy czym: 1 - ogrzewanie, 2 - wygrzewanie, 3 - studzenie, 4 - chłodzenie, 5 - wymrażanie (obróbka podzerowa). Ogrzewanie i chłodzenie może odbywać się w sposób ciągły lub z przystankami w temperaturach pośrednich. Bardzo ważna jest również szybkość ogrzewania oraz (szczególnie) szybkość chłodze­ nia po wygrzaniu. W obróbce cieplneJ do pomiarów temperatury stosuje się przeważnie termoelementy. Ponieważ wskazują one różnicę między tzw. gorącymi i zjmnymi końcamj, więc dla zapewnienia dokład­ ności pomiaru trzeba dobrze skompensować wpływ temperatury na zimne końce, stosując puszki kompensacyjne stanowiące wy216

Rys. V-1. Ogólny przebieg t emperatury w czasie obr óbki ciepl ne j

2

3

o

Czas

5 posażeni'e

termoelementu. Do wszystkich ówiczeó szkolnych wystnrcz".l dwa rodzaJe termoelementów: Pt-Pt/Rh oraz Ni-Ni/Cr. W czasie obróbki cieplnej duży wpływ na powierzchnię przedmiotu wywiera atmosfera urządzenia grzewczego, dlatego należy pamię tać o eliminowaniu jej niepożądanego wpływu. W pracowniach szkolnych nie zaleca się stosowania pieców kąpielowych ze względów bhp. Przy użytkowaniu pieców elektrycznych oporowych z grzejnikami silitowymi trzeba pami ętać o bardzo dużej kruchości silitów. \V czasie chłodzenia należy pamiętać, aby zanurzając przedmioty w kąpielach chłodzą~ych ustawiać ich oś prostopadle do powierzchni cieczy, przy czym w pierwszej kolejności zanurza się grubsze ich końce . Przedmioty z wyżłobieniam i lepiej jest polewać strumieniem cieczy chłodzącej, tak jednak, .aby ciecz nie rozpryskiwała się, lecz polewała przedmiot. Należy również zwracać uwagę, aby najlepiej były chłodzone powierzchnie robocze. Miejsce, które należy uchronić od wpływu chłodzenia, izoluje się materiałami zabezpieczającymi, jak azbestem, gliną lub specjalnymi pastami. Nieraz w celu zapobi e żenia odksz.tałceniom chłodzi się przedmioty zamocowane uprzednio w odpowiednich przyrządach . Po każde j obróbce cieplnej przedmiot powinien być poddany kontroli k5'Ztał­ tu, wymiarów, własności oraz badaniu defektoskopowemu w celu stwierdzenia, czy nie powstały w nim wady wewnętrzne. Podczas wygrzewania zbyt długotrwałego, a szczególnie w -zbyt wysokiej temperaturze, może nastąpić bardzo niekorzystny, nadmierny rozrost ziarn, któremu w stali często towarzyszy powsta;

217

wanie struktury Widmanstattana o bardzo złych własnościach mechanicznych; w atmosferze powietrza mogą powstać na granicach ziarn tlenki, czyli przepalenia. Po przegrzaniu strukturę można poprawić przez wyżarzanie normalizujące. Z zagadnieniem tym łączy się problem skłonności tworzywa (np. stali węglowej) do gruboziarnistości lub drobnoziarnistości. Skłonność

stali do drobnoziarnistości tłumaczy teoria przeszkód„ której przy wytopie niektóre dodane składniki, jak wanad, aluminium, tytan lub J.nne, rozpuszczają się w ciekłej stali) a następnie z tlenem i azotem tworzą tlenki i azotki. Związki te w czasie krzepnięcia tworzą na granicach ziarn fazy utrudniają­ ce rozrost kryształów· (napięcie powierzchniowe). Po przkroczeniu pewnej temperatury fazy te ulegają rozpuszczeniu. Przy dalszym grzaniu ziarna takiej stali zaczynają rosnąć i to jeszcze szybciej niż ziarna stali o skłonnościach do gruboziarnistości (krzywa 2 na rys. V-2). Stale o skłonnościach do gruboziarnistości są mniej wrażliwe na przegrzanie. Zmiany wielkości ziarn przy podgrzewaniu i chłodzeniu stali perlitycznej przedstawia rys. V-3. Wielkość ziarn perlitu jest po ochłodzeniu, jak widzimy, w przybliżeniu taka sarna jak wielkość ziarn austenitu. według

t

Rys. V-2. Rozrost ziarn temperatura, µ - wielkość ziarna„ krzywa dla stali o sktonności d t> gruboziarnistości, 2 krzywa dla stali o skłonności 40 drobnoziarnistości t -

1

-

Wielkość

ziarn określa się najczęściej przez porównanie z wzorcami (por. ćwiczenie IV.13).

Przed przystąpienitrn do ćwiczeń należy powtórzyć wiadomości o wszystkich strukturach stopów żeliwa i węgla i to zarównO' w stanie równowagi, a więc z wykresu Fe - Fe 3 C, jak i z wyk.re1

~

Chtodzenie

t

ml

Austenit

Chtodzenie

li

&_--f----------------

9

Perlit

Rys. V-3. Zmiana wielkości ziarn przy 'ogrzewaniu i chłodzeniu

.su ,,ctp" dla stali podeutektoidalnych (rys. V-4), eutektoidalnych oraz naqeutekioidalnych. Przy coraz niższej temperaturze przechłodzenia w wyniku rozkła­ du austenitu otrzymuje się mieszaninę ferrytu i cementytu drugorzędowego o coraz drobniejszym ziarnje, co na zewnątrz objawia się coraz większą twardością. Jest to zasadnicza różnica , między strukturami perlitu i perlitu drobnego. Bainit jest jakby strukturą pośrednią. Przemiana martenzytyczna występująca po .szybkim chłodzeniu austenitu jest wynikiem faktu, że rozpuszczony cementyt nie zdążył się wydzielić (mimo, że w czasie obniża­ -nia temperatury zachodzi przemiana alotropowa żęlaza r w żela­ .za a). W konsekwencji uzyskuje się prz.esycony róztwór stały węgla w żelazie, zwany martenzytem. Jest to charakterystyczna .struktura stali po hartowaniu. Wygrzewanie też może mieć wpływ na jakość struktury końco­ wej, a więc i na włas~ości stopu. Np. przy wyżarzaniu zmiękcza­ jącym, na skutek wygrzewania wahadłowego w okolicach temperatury A 1 , uzyskuje si.ę sferoidyzację cementytu (przemianę ce... mentytu płytkowego - pasemkowego w kulkowy) w osnowie ferrytycznej . W efekcie otrzymuje się perlit kulkowy; jest to 219

Struktura

OC

i

~

twardosć

HB

\

~

--.;::;

Perlit 180 Pertlt drobny 250

60

~

~

'i:.

400

500

~ ł:> '-

Bainit 500

""ft 40i

~

Martenzyt fi50

1

10

Czas

100

1000 10000 .sekund

Rys. V-4. Przemiany struktury stali węglowej (o zawartości 0,50/o C) w zależności od temperatury i czasu [34]

struktura, której towarzyszy gatunku stali.

najmniejs~a twardość

dla danego

Przy obróbce plastycznej na zimno występuje, jak wiadomo, zjawisko zgniotu, które jest połączone z deformacją ziarn. Powstała struktura daje w konsekwencji materiał wzmocniony, lecz o znacznie zwiększonej kruchości. Pod wpływem wyżarzania rekrystalizującego można uzyskać własności zbliżone do wyjściowych, przy czym w zależności od ~emperatury ogrzewania występują takie zjawiska, jak: zdrowienie, poligonizacja, rekrystalizacja i rozrost ziarna. Temperaturę rekrystalizacji można wyliczyć w przybliże­ niu z wzoru Boczwara Tr=0,4 Ttv dla metali czystych, . Tr= 0,6 Tt p - dla stopów, które są roztworami, przy czym: Tr - bezwzględna temperatura rekrystalizaćji, T tp bezwzględna temperatura topnienia metalu lub stopu.

220

Utwardzanie stopu może odbywać się drogq hartowania połączo­ nego z przemianą alotropową w czasie chłodzenia lub bez przemiany alotropowej, w oparciu tylko o zmiany fazowe. Ten ostatni sposób utwardzania nosi nazwę utwardzania dyspersyjnego i skła­ da się z dwóch zabiegów: przesycania i starzenia. Utwardzanie dyspersyjne stosuje się do niektórych stopów miedzi (np. brą­ zów berylowych), stopów Al, Mg. Przesycanie polega na ogrzewaniu stopu do temperatury, w której niektóre składniki przechodzą do roztworu, i następnym szybkim chłodzeniu. Wskutek szybkiego ochłodzenia roztworu składnik przesycający nie nadąża siG wydzielać, roztwór znajduje się więc w stanie niezgodnym ze stanem równowagi - w stanie nietrwałym. Po pewnym czasie z roztworu zaczyna się wydzielać faza składnika przesycającego w postaci drobnych kryształów, które zaklinowują się w płasz­ czyznach łatwego poślizgu. Wskutek tego materiał staje się bardziej zwarty; przy wciskaniu weń wgłębnika stawia zwiększony opór, ma więc podwyższoną twardość. Zjawisko samoistnego wydzielania się składnika przesycającego nosi nazwę starzenia naturalnego i trwa długo. Proces starzenia można przyspieszyć, stosując ogrzewanie do pewnej temperatury, przy której rozdrobnienie wydzielonych kryształów jest największe (objawia się to największą twardością i wytrzymałością rys. V-5). Cz~sto twardość uzyskana w wyniku hartowania jest niewystarczająca; w takich przypadkach stosuje się wymra żanie i kilkaI Dijspersja I IpqdkrljtIJCZ.ndI

Dl)spersja

na dkrytyczna

r

"~

I

.· I

I I

HB

I

starzenie

! Odpuszczanie I

I .t::l , t:J 5ii' c:: ~ ,~

~, ~

<')

Rys. V-5. Utwardzenie dyspersyjne [34]

~

~I~

Temperatura

221

.

krotne odpuszczanie. vV czasie tych zabiegów następuje rozłożenie austenitu szczątkowego. Austenit szczątkowy występuje np. w stali szybkotnące j, po jej krótkim ~vygrzaniu w temperaturze 1270-:--- 1:rno°C i następnym ochłodzeniu w sprężonym powietrzu lub oleju. Pozostaniu austenitu szczątkowego sprzyja duża szybkość chłodzenia oraz dodatki stopowe. Zwiększenie twardości uzyskane w wyniku rozłożenia austenitu szczątkowego jest dość znaczne. Jeśli np. osiągnjęta w wyniku hartowania twardość stali szybkotnącej wynosi 62-:---63 HRC, to po wymrożeniu lub kilkakrotnym odpuszczeniu w temperaturze 560°C twardość ta może wynosić do 65 HRC. Odpuszczanie zahartowanych stali szybkotną­ cych jest zabiegiem długotrwałym (przy każdym wygrzewaniu

a)

b) ~r--.-----,---.~-.-~-..-~

1200 1--~--=----l--I-

200

o

-100

o

o

2

4

ó

8

10

12 h

c)

- 100

d)

OC

OC

1200

1200

10

1000

o

2

4

10 12 h

800 /JOO

400

200

o o

-100

200

2

4

6

8

10 12 14 h

R ys. V-6. Obróbka cieplna stali

222

o o

-100

szybkotnącej

17

[33]

trwa ok. 1 godziny). Kilka przykładów przebiegów całkowitej • obróbki cieplnej stali SW18 przedstawiono na rys. V-6 a7 d. Jak widać, dobrze przeprowadzona obróbka cieplna składa się nieraz z kilku zabiegów, co występuje również przy obróbce cieplnochemicznej. Wzbogacanie powierzchni w czynnik odbywa się tu na drodze dyfuzji (pod wpływem ciepła) czynnika „in statu nascendi" - w postaci atomowej - w głąb obrabianej powierzchni. Wynikiem obróbki cieplnochemicznej może być też zubożenie materiału w określony składnik, co ma miejsce np. przy otrzymywaniu żeliwa ciągliwego bi ałego.

Ćwiczenie

V.1

WVźARZANIE NORMALIZUJĄCE, ZUPEŁNE

1. Cel

ćwiczenia:

udarność

I IZOTERMICZNE

zapoznanie się z wpływem stali obrabianych cieplnie.

wielkości

ziarna na

2. Wyposażenie: piec elektryczny oporowy z regulacją temperatury, pirometr termoelektryczny do pomiaru temperatury w piecu, sześć próbek udarnościowych ze stali o zawartości 0,8°/o C, słoik z rozdrobnionym węglem drzewnym, łopatka do posypywania węglem próbek znajdujących się w piecu, popiół w blaszanej skrzynce, młot Charpy'ego do badania udarności, PN-66/H-01200, wykres Fe - Fe 3 C, fotografie struktur stali, . atlas. 3.

Wiadomości uzupełniające

Wyżarzanie normalizujące

i zupełne polega na nagrzaniu materiału lub przedmiotu do odpowiedniej temperatury i następnym chłodzeniu. Temperatura nagrzewania powinna być dla stali podeutektoidalnej o 30+50°C wyższa od A 3 ; dla stali nadeutektoidalnej - o 50°C wyższa od Acm (rys. V-7). Czas wygrzewania przy tym wyżarzaniu wynosi 2+4 godzin, zależnie od wymiarów i kształtu przedmiotu.

223

-

Rys. V-7. Zakres temperatur wyi..arzania stali {34]

Odprcżonie przedmiotów

JXJ obr. plost no zimno

300 tt----+----+---+----+-~ 2001----t----+---+---+-~

'/CXJ1---+----!---+---+-~

o

04

Wyżarzanie

08

12

t6 'YoC

zupełne

jest odrruaną wyżarzarua normalizującego i różni się od mego przebiegiem chłodzenia. Chłodzenie przy wyżarzaniu zupełnym zazwyczaj odbywa się w piecu i trwa bardzo długo, aż do uzyskania temperatury 600+650°C. Następnie stal chłodzi się nieco ::;zybciej na wolnym powietrzu. Wyżarzanie normalizujące

osiągnięcie

drobnoziarnistej budowy stali (rys. V-8), usunięcie naprężeń, polepszenie włas­ ności wytrzymałościowych i poprawienie obrabialności mechanicznej (głównie skrawalności).

224

ma na celu

Rys. V-8. Fotografia struktury stali na osie wagonowe: a) przed nor m alizowaniem, f>) po normaliz0waniu (pow. lOOX) [34] 'Wyżarzanie zupełne

o

dużej ciągliwości

wnętrznych, Wyżarzanie

stosuje i

się

w celu otrzymania struktury we-

małej twardości, usunięcia naprężeń

a czasem polepszenia obrabialności. izotermiczne ma na celu skrócenie długiego czasu v„-y-

żarzania zupełnego . Wyżarzanie normalizujące

stosuje się do stali, przeważnie w hutach do materiałów prętowych i odkuwek oraz do odlewów staliwnych. Wyżarzanie zupełne stosuje sę do wyrobów walcowa-

t

oc

R ys. V-9. Prztbiegi wyżarzania izote rmicz negr) stali w funkcji log.:trytmu dziesiętnego czasu (34] 15 -

Pra cownia techniczna ctla techn.

225

nych, do odkuwek (głównie ze stali stopowych) i do odlewów staliwnych. Wyżarzanie izotermiczne (rys. V-9) stosuje się do wysokowęglowego i stopowych stali narzędziowych zamiast wyżarza­ nia zupełnego . 4. Przebieg -

-

-

-

ćwiczenia

Przygotowane uprzednio wg PN-69/H-04370 próbki udarnoś­ ciowe w liczbie 6 sztuk włożyć do pieca elektrycznego oporowego, posypać rozdrobnionym węglem drzewnym i uszczelnić piec za pomocą korków azbestowych. Włączyć zasilanie elektryczne pieca i nagrzać próbki do temperatury ·ok. 50°C powyżej A 3; po upływie 20 minut wyjąć 2 próbki i ochłodzić na powietrzu. Wyłączyć zasilanie elektryczne pieca i poczekać, aż temperatura spadnie do ok. 650° C, następnie wyjąć 2 próbki z pieca i umieścić je w popiele, ostatnie zaś 2 próbki chłodzić razem z piecem. Wszystkie próbki poddać badaniu udarności, zapisać otrzymane dane i obliczyć udarność. Obejrzeć otPzymane przełomy.

5. Uwagi do sprawozdania: Opisać

wyżarzeii.

-

Porównać udarność wyżarzonych

-

nie obrobionych cieplnie. Ustalić wnioski.

Ćwiczenie

przebieg poszczególnych

V.2

próbek z

udarnością

próbek

I

HARTOWANIE NA WSKROS /

1. Cel ćwiczenia: ~apoznanie się ze skutkami hartowania zwykłe­ go, stopniowego i izotermicznego próbek wykonanych ze stali konstrukcyjnej oraz stali narzędziowej. 226

1. Wyposażenie: piec elektryczny oporowy z regulacją temperatury, pirometr termoelektryczny do pomiaru temperatury pieca, dwanaście próbek stalowych w formie wałków o średnicy . 20 mm i długości 60 mm (sześć próbek ze stali konstrukcyjnej o zawartości 0,55°/o C i sześć ze stali narzędziowej o zawartości O,so/o C), słoik z rozdrobnionym węglem drzewnym i łopatką na długim trzonku do posypywania węglem próbek znajdujących się w piecu, szlifierka z wąską tarczą do nacinania twardych próbek, imadło i młotek, twardościomierz Rockwella, wykres Fe - Fe8 C, fotografie struktur stali po obróbce cieplnej, atlas. 3.

Wiadomości uzupełniające

Rozróżnia się

hartowania na wskroś: zwykłe, stopniowe i z przemianą izotermiczną. Hartowanie zwykłe jest to hartowanie, w którym przebieg chłodzenia przedmiotu od temperatury , wygrzewania leżącej powyżej przemiany A 3 (rys. V-10) aż ffo temperatury otoczenia odbywa się w sposób ciągły, w oleju lub w wodzie. Hartowanie stopniowe jest to hartowanie, w którym przebieg chłodzenia przedmiotu do temperatury otoczenia odbywa się z przystankiem w pewnej temperaturze pośredniej, co jest

Rys. V-10. Zakres temperatur hartowania stali węglo ­ ...-; e j (34]

227

spowodowane stosowaniem kolejno dwóch środowisk ochładzają­ cych. Hartowanie z przemianą izotermiczną jest to hartowanie, w którym przebieg chłodzenia przedmiotu do temper atury otoczenia odbywa się z dłuższym przystankiem, co jest spowodowane chłodzeniem w kąpieli o temperaturze pośredniej - wyższej od temperatury przemiany martenzytycznej. Przebieg omówionych rodzajów hartowama stali przedstawiono na rys. V-11.

bJ

a}

C} Ausieni!

Aus/ef)I/

Austenit A~.1

'

l lr,3

e

~

i

~

lfs

ffs

p

Pr

p

lg czasu

lq czasu

r

Hs

tq czasu

Rys. V-11. Wykresy różnych przebiegów hartowania stali: a) hartowanie zwykłe, b) stopniowe, c) z przemianą izotermiczną [34]

Celem hartowania zwykłego jest uzyskanie odpowiedniej struktury stali, która jest potrzebna np. w narzędziach skrawających. Po hartowaniu tym otrzymuje się strukturę martenzytyczną lub martenzytyczno-troostytyczną (rys. V-12). Hartowaniu stopniowemu poddaje się przedmioty, które ze wzglę­ du na swój kształt mają skłonność do odkształceń i pęknięć powodowanych naprężeniami wewnętrznymi (cieplnymi), a wykonane są z kruchych stali wysokowęglm.vych lub stopowych stali narzędziowych. Hartowanie stopniowe znajduje szerokie zastosowanie w obróbce cieplnej materiałów przeznaczonych do produkcji narzędzi. Przedmioty hartowane stopniowo uzyskują strukturę martenzytyczną, a więc i związaną z tym wysoką twardość. Po h artowaniu stopniowym stal należy odpuścić. Wpływ hartowania izotermicznego sięga tylko na głębokość kilku milimetTów, wobec czego rdzeń przedmiotów grubszych pozostaje 228

Rys. V-12. F·otografia struktury stali zahar t owa nej: a) podeutektoidalnej (0,440/o C), b) n a deutektoida lnej {l,10/o C) - p ow. 200X [34] miękki (ułatwia

to ewentualne prostowanie). Hartowanie izotermiczne stosuje się do przedmiotów wykonanych ze' stali stopowych i węglowych, skłonnych do odkształce ń i pęknięć powodowanych naprężeniami wewnętrznymi. Przy hartowaniu izotermicznym uzyskuje się strukturę bainityczną (rys. V-13).

Rys. V-1 3. F otografia struktury stali o zawartości 0,60/o C, zahart owanej izotermicznie: a) ba init górny (pierzasty), b ) bninit dolny (iglasty) - pow. 800X [34]

229

4. Przebieg

ćwiczenia

Ćwiczenie to składa się z dwu części: zahartowania próbek oraz

wykonania przełomów i sprawdzenia wyników obróbki przez pomiar twardości Rockwella w skali C (HRC).

Hartowanie próbek: - Do elektrycznego pieca oporowego nagrzanego do temperatury powyżej A 3 włożyć dwie próbki tej samej stali, wykonane w postaci wałków o średnicy 20 mm i długości 60 mm. - W celu zabezpieczenia próbek przed odwęglaniem wsypać do pieca nieco rozdrobnionego węgla drzewnego i szczelnie zamknąć piec (za pomocą szamoty). - Po przetrzymaniu próbek w żądanej temperaturze w ciągu 15 minut wyjąć próbki z pieca i szybko ochłodzić je w wodzie. - Analogicznie postąpić z dwiema innymi próbkami tej samej stali, przy czym chłodzenie przeprowadzić z krótkim przystankiem w innym piecu-wannie o temperaturze ok. 650°C. Następnie chłodzić w zimnej wodzie. - Analogicznie postąpić z pozostałymi dwiema próbkami z t ej samej stali, przy czym chłodzenie przeprowadzić po wyjęciu z pieca w kąpieli o temperaturze ok. 300°C. - Powtórzyć te same czynności z innymi stalami. Wykonanie przełomów i badaii twardości: - Wyjąć próbki z wody, naciąć na nich ściernicą karb (w odległości około 20 mm do końca) do głębokości 5 mm, umocować krótszy koniec w imadle i przez uderzenie młotkiem odłamać część dłuższą.

-

-

Obserwować przełomy

i ewentualnie

odrysować

je.

Zeszlifować

nieco powierzchnię boczną próbek i wykonać na nich po trzy pomiary twardości HRC (twardościomierzem Rockwella wg skali C). Przeprowadzić obserwacje mikroskopowe. Powtórzyć te czynności z innymi stalami.

5. Uwagi do sprawozdania:

-

230

Opisać

przebieg hartowania zwykłego, stopniowego i izotermicznego przygotowanych próbek stalowych.

-

Podać

opis uzyskanych przełomów i struktur mikroskopowych. Podać wyniki twardości zahartowanych próbek po poszczególnych hartowaniach.

Ćwicze n ie

V.3

ODPUSZCZANI E I ODPRĘżAN IE

zapoznanie się ze skutkami wysokiego odpuszczania (ulepszania cieplnego) stali ko1n sirukcyjnych oraz niskiego odpuszczania stali narzędziowych. 1. Cel

ćwiczenia:

2. Wyposażenie: piec elektryczny oporowy z regulacją temperatury, pirometr termoelektryczny do pomiaru temperatury w piecu, cztery zahartowane próbki stali konstrukcyjnej o zawartości 0,551{)/o C i cztery zahartowane próbki stali narzędziowej o zawartości 0,8°/o C, dwie próbki udarnościowe ze spoiną, słoik z rozdrobnionym węglem drzewnym i łopatka na długim trzonku do p osypywania węglem próbek znajdujących się w piecu, twardościomierz Rockwella, wykres równowagi Fe-Fe3C, młot Charpy'ego. 3.

Wiadomości uzupełniające

O d p u s z cz a n ie jest. to obróbka cieplna, którą stosuje się do stali uprzednio zahartowanych. Polega ona na nagrzaniu zahartowanej stali do temperatury poniżej A 1 , przetrzymywaniu w niej przez pewien czas i następnym ochłodzeniu. N a podstawie badań stwierdzono, że podczas ogrzewania stali zahartowanej w granicach temperatury 200-:-270°C zawarty w niej austenit szczątkowy przemienia się w martenzyt, co jest połączone ze wzrostem twardości. Jednocześnie martenzyt przechodzi przynajmniej czę­ ściowo w troostyt, czemu znów towarzyszy nieznaczny spadek twardości. Spadek ten staje się bardziej wyraźny przy dalszym ogrzewaniu stali do 400°C, gdy na skutek wyraźnego rozpadu martenzytu pojawiają się dwie fazy: cementyt i ferryt, tworząc strukturę troostytyczną. W miarę dalszego podgrzewania w grani-

231

I

cach temperatury 400+A1 następuje dalsz.a koagulacja cząsteczek cementytu w osnowie ferrytycznej i tworzy siG nowa struktura, zwana sorbityczną. Ponieważ przy odpuszczaniu nie ma wyraź­ nego przejścia z jednej struktury w drugą, zatem możliwe są również wszystkie struktury pośrednie, jak martenzytyczno-troostytyczna, troostytyczno-sorbityczna i sorbityczno-perlityczna. W praktyce przyjęto następujący podział odpuszczania stali wę ­ glowej w zależności od temperatury wygrzewania (rys. V-14): - odpuszczanie w niskiej temperaturze (150+240°C)., - odpuszczanie w średniej temperaturze (240 + 400°C), - odpuszczanie w wysokiej temperaturze (400° C--7-A1).

~\ P, 700 j

~ Is h,

5:;_

.,););).,,,t I IJ~Jlł1A~

?kie

I f1TII Il

4

l

5IXJ 1Jd.ouszczanle

4fX)

lsre "n;e I•

~

Oo DUSZC ~I ll

2fXJ

Dl

li 11 11 ,, ti:Jbii. 01' anie

11 1111

100

o

111

I

11

0,4

ie

18

aa

7,2

1,6

%C

Rys. V-14. Zakres temperatur odpuszczania stt'li węglowej [34]

232

Odpuszczanie w niskiej temperaturze ma na celu pewne zmmeJszenie kruchości, z zachowaniem jednak dużej twardości i wytrzymałości. Podczas tego odpuszczania następuje zmniejszenie naprężeń wewnętrznych powstałych podczas hartowania. Odpuszczanie w średniej tempera.rurze ma na celu utrzymanie jeszcze bardzo dużej wytrzymałości przy równoczesnym osiągnięciu dużej sprężystości i dodatkowym zwiększeniu odporności na uderzenie. Odpuszczanie w wysokiej temperaturze ma na celu utrzymanie możliwie dobreJ wytrzymało ści oraz uzyskanie plastyczności i bardzo dużej udarności. Wpływ temperatury odpuszczania na otrzymywaną twardość stali węglowej przedstawiono na rys. V-15.

Odp r

ę ż

anie

polega na ·

usunięciu

następujących

rodzajów

naprężeń wewnętrznych: naprężeń hartowniczych, które powstają wskutek zmian fazowych w materiale obrabianym cieplnie,

o

700

2f){)

300

4fX)

oc

Temperatura odpuszczama

Rys. V-15. Wykres zależności twa rdości stali od temperatury odpuszczania [34)

2.33

· -

naprężeń

w odlewach, powstałych na skutek skurczu materiapodczas jego krzepnięcia po odlaniu oraz naprężeń wynikłych z nierównomiernego chłodzenia, naprężeń w spoinach, powstałych wskutek skurczu materiału spoiny podczas jego krzepnięcia i następnego stygnięcia spoiny oraz najbliższego jej otoczenia, naprężeń w materiałach zgniecionych, powstałych na skutek obróbki plastycznej na zimno.

łu

-

-

Odprężanie

ma na celu usunięcie lub przynajmniej zmniejszenie naprężeń, co zabezpiecza materiał przed zniszczeniem. Stosuje się wyżarzanie odprężające, polegające na ogrzaniu przedmiotu ·do odpowiedniej temperatury (takiej, aby w materiale nie zaszły jeszcze zmiany struktury), wygrzaniu w niej przez pewien czas i następnym pewolnym chłodzeniu. Zależnie od rodzaju i stanu przedmiotu oraz od przyczyn wywołujących naprężenia stosuje się różne temperatury wygrzewania podczas odprężania, przy czym im wyższa jest temperatura obróbki, tym krótszy jest czas jej trwania i odwrotnie. Za zasadę należy przyjąć, że wyżarzanie odprężające nie powinno zmienić struktury materiału obrabianego. W temperaturze otoczenia może nastąpić odprężenie natw·alne, lecz proces ten trwa długo. 4. Przebieg

-

-

234

ćwiczenia

Przygotować

próbki ze spoiną ze stali St4S, grubości 10 mm . Pośrodku każdej próbki z jednej strony wykonać wcięcie na głębo kość 4 mm, z drugiej zaś karb głębokości 2 mm. W cięcie zespawać. Obie próbki muszą mieć dokładnie te same wymiary. Do elektrycznego pieca oporowego nagrzanego do temperatury 200°C włożyć dwie próbki zahartowanej stali, tj. jedną próbkę ze stali konstrukcyjnej i jedną ze stali narzędziowej, przetrzymać je w tej temperaturze 15 minut, wyjąć z pieca i ostudzić w powietrzu. Nagrzać piec do temperatury 400°C, włożyć dwie nowe próbki zahartowanej stali, tj. jedną próbkę ze stali konstrukcyjnej i jedną ze stali narzędziowej, przetrzymać je w tej temperaturze 15 minut, wyjąć z pieca i ostudzić na powietrzu.

-

-

Nagrzać piec do temperatury 600°C, włożyć dwie nowe próbki

zahartowanej stali, tj. jedną ze stali konstrukcyjnej i jedną ze stali narzędziowej oraz jedną próbkę udarnościową ze spoiną, przetrzymać je w tej temperaturze 15 minut, wyjąć z pieca i ostudzić na powietrzu. N a próbkach odpuszczanych (6 sztuk) jedną powierzchnię oczyścić papierem ściernym. Zbadać twardość dwu pozostałych próbek zahartowanych oraz wszystkich odpuszczonych, a wyniki zanotować. Zbadać udarność obu próbek ze spoiną, stosując uderzenie od strony lica. Wyniki zanotować.

5. Uwagi do sprawozdania:

-

Podać

przebieg odpuszczania zahartowanych próbek ze stali węglowych - konstrukcyjnej i narzędziowej. Podać przebieg odprężania próbki ze spoiną. Zestawić wyniki pomiarów twardości. Zestawić wyniki pomiarów udarności. Podać wnioski i własne spostrzeżenia .

Ćwiczenie

V.4

UTWARDZANIE DYSPERSYJNE, CZYLI PRZESYCANIE, · I STARZENIE STOPóW METALI NIEŻELAZNYCH

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się ze skutkami przesycania i starzenia stopów metali nieżelaznych. l

piec elektryczny oporowy z regulacją temperatury, pirometr termoelektryczny do pomiaru temP,eratury w piecu, twardościomierz Rockwella, trzy próbki wyżarzonego stopu lekkiego w formie wałków o średnicy 15 mm i wysokości 15 mm (najlepiej o zawartości 4°/o Cu, 2°/o Ni, reszta Al), trzy próbki wyżarzonego stopu miedzi w formie wałków o średnicy 15 mm i wysokości 15 mm (najlepiej o zawartości 2,5°/o Be, reszta Cu - brąz berylowy), suszarka elektryczna lub gazowa umożliwiająca suszenie w temperaturze do 200°C. 2.

Wyposażenie:

235

3.

Wiadomośd uzupełniające

Przesycanie jest to obróbka cieplna, którą stosuje się głównie do stopów aluminium, stopów magnezu i niektórych stopów miedzi, np. brązów berylowych. Przesycanie polega na nagrzaniu stopu do temperatury, w której jeden lub więcej składników przechodzi do roztworu stałego na skutek zwiększenia ich rozpuszczalności , na wygrzaniu go w tej temperaturze i następnym szybkim chło­ dzeniu (zwykle w wodzie). Chłodzenie takie ma na celu zatrzymanie rozpuszczonego składnika (lub składników) w roztworze, który staje się przez to przesycony. Wyżarzanie starzące jest to obróbka cieplna, którą stosuje się tylko do stopów uprzednio przesyconych. Wyżarzanie starzące (starzenie przyspieszone) polega na ogrzaniu przesyconego roztworu stałego do odpowiedniej temperatury, w której wydziela się z niego składnik przesycający w postaci nowej fazy, bardzo rozdrobnionej, a więc znajdującej się w stanie dyspersji. Od stopnia dyspersji zależy, czy otrzymana na skutek starzenia mieszanina ma lepsze czy gorsze własności wytrzymałościowe. Obróbka cieplna składająca się kolejno z przesycania i starzenia (samorzutnego lub przyspieszonego) nosi nazwę utwardzania dys persyjnego.

Celem przesycania jest otrzymanie przesyconego (przechłodzo­ nego) roztworu stałego w stopach, które bez obróbki cieplne j w temperaturze normalnej mają budowę dwufazową. Przesycanie powoduje na ogół nieznaczne pogorszenie własności plastycznych. Przesycanie wprowadzono ostatnio również do obróbki cieplnej wysokostopowych ferrytycznych i austenitycznych stali specjalnych. Typowe zastosowanie znajduje przesycanie również w obróbce cieplnej austenitycznych kwasoodpornych stali chromowo-niklowych i ćhromowo-niklowo-manganowych oraz ferrytycznych stali nierdzewnych chromowych. Celem starzenia jest osiągnięcie struktury wielofazowej, zapewna ogól wzrost twardości i wytrzymałości, co jednak powoduje pogorszenie własności plastycznych. Zabiegom starzenia poddaje się przeważnie stopy metali kolorowych. niającej

236

4. Przebieg

ćwiczenia

Ćwiczenie składa się z dwu czQsc1: przesycania i starzenia stopu lekkiego A1Cu4Ni2 oraz przesycania i starzenia brązu berylov.; ego CuBe2.

Przesycanie i starzenie stopu lekkiego AlCu4Ni2

-

-

-

Do elektrycznego pieca oporowego, nagrzanego do temperatury 520°C, włożyć dwie próbki stopu z umocowanymi do końców drutami. Po przetrzymaniu próbek w tej temperaturze w czasie 30 minut wyjąć z pieca obie próbki i natychmiast zanurzyć je w wodzie w celu utrzymania w nich budowy przesyconej. Zmierzyć twardość Rockwella obydwu próbek przesyconych. Jedną z przesyconych próbek włożyć do suszarki nagrzanej do temperatury 180°C, przetrzymać ją tam przez 1 godzinę, następnie wyjąć z suszarki i po ostudzeniu do temperatury pokojowej zmierzyć jej twardość. Zmierzyć dla porównania twardość próbki trzeciej, nie poddanej obróbce cieplnej, lecz wyżarzonej przed ćwiczeniami w temperaturze 400°C w czasie 1 godziny i studzonej razem z piecem.

P rzesycanie i starzenie

-

brązu

berylowego CuBe2

Wykonać

wszystkie czynnosc1 jak w przypadku stopu A1Cu4Ni2, mając na względzie, że temperatura przesycania brązu berylowego wynosi 800°C, a temperatura starzenia 350°C (w związku z tym do starzenia należy użyć tego samego elektrycznego pieca oporowego, który był użyty do prz.esycania).

5. Uwagi do sprawozdania: Opisać

-

przebieg przesycania i starzenia stopu lekkiego A1Cu4Ni2 i brązu berylowego CuBe2. Określić wyniki przeprowadzonego przesycania i starzenia, dokonując pomiarów twardości metodą Rockwella. Wyniki zestawić w tabelce. Opracować wnioski.

237

Pytania -

sprawdzające

W jakim celu stosuje się wyżarzania: normalizujące, zupełne, izotermiczne? Jakie przemiany zachodzą w stali podczas wyżarzania normalizującego, zupełnego i izotermicznego? Jakie odróżnia się sposoby hartowania stali na wskroś? Jakie kolejne przemiany zachodzą w stali w cz.asie procesu hartowania? Jakie własności otrzymuje siQ przy kolejnych stopniach ()dpuszczania stali? Jakie kolejne przemiany zachodzą w staii podczas odpuszczani.a? W jakim celu stosuje się wyżarzanie odprężające? Na czym polega pr:ziesycanie i starzenie stopów metali i jaki jest cel przeprowadzania tych zabiegów?

•

Rozdział ,

VI

POMIARY WARSZTATOWE

WIADOMOSCI

WSTĘPNE

Pomieszczenie, w którym jest urządzona pracownia pomiarów warsztatowych, powinno być wolne od wstrząsów, wilgoci i kunru, temperatura powinna tam wynosić 20°C, a jej wahania nie mogą przekraczać ± 4°C. Szczególną u wagę należy zwrócić na oświetlenie. Okna o dużej powierzchni powinny być zwrócone w kierunku północnym, aby światło słoneczne nie raziło oczu, nie dawało ostrych cieni i nie wpływało na zmiany temperatury pomieszczenia. Dopuszcza się oświetlenie sztuczne (światłem bezcieniowym) o natężeniu ok. 500 luk.sów. Narzędzia pomiarowe przed ćwiczeniem powinny być oczyszczone z warstwy tłuszczu konserwującego. W czasie ćwiczeń należy zachować czystość: miejsce ćwiczeń trzebą chronić przed pyłem, rdzą itp. W bezpośrednim sąsiedztwie przyrządów pomiarowych nie wolno spożywać posiłków. Po jedzeniu (szczególnie owoców) należy umyć ręce, aby kwasów organicznych nie przenieść na narzędzia pomiarowe. Przy stosowaniu płytek wzorcowych z kasety wyjmuje się tylko te płytki, które są potrzebne w danym ćwiczeniu. Należy stosować zasadę, że dotknięta czy wyjęta z kasety płytk~ może być z powrotem umieszczona w kasecie dopiero po oczyszczeniu i zakonserwowaniu. Płaszczyzny pomiarowe pły­ tek przemywa się czystą benzyną i przeciera irchową ściereczką . Należy unikać dotykania palcami płaszczyzn pomiarowych. Ze względu na higienę pracy oraz bezpieczeństwo przeciwpożarowe

239

otwartych butelek z benzyną, a czysc1wo natychmiast wrzucać qo zamykanych pojemników na odpadki.

nie wolno

pozostawiać

zwilżone benzyną należy ,

Bezpośrednio

po ukończeniu ćwiczeń części robocze przyrządów pomiarowych powinny być czyszczone ze śladów palców przez przetarcie szmatką lekko natłuszczoną wazeliną techniczną lub żółtą wazeliną apteczną, a następnie (szmatką obficie natłuszczo­ ną) pokrywane cienką warstwą wazeliny (nie należy nakładać zbyt grubych warstw wazeliny). Wynik pomiaru stanowi zawsze stwierdzenie, w jakim przed z i a I e jest zawarta wartość mierzonej wielkości. Istnienie tego przedziału jest spowodowane błędami towarzyszącymi pomiarowi. B ł ą d p o mi a r u jesi różnicą .pomiędzy otrzymanym wynikiem a wartością rzeczywistą ·wymiaru. Błąd pomiaru może być dodatni lub ujemny. Może być wyrażany w postaci błędu bezwzględne­ go - w jednostkach mierzonej wielkości, lub błędu względnego, który jest stosunkiem błędu bezwzglqdnego do wartości wielkości mierzonej. Bardzo często błąd względny wyraża się w procentach. Błąd pomiaru jest wartością wynikową, zależną od wielu czynników. \i\Tszystkie błędy składowe można zakwalifikować do jednej z czterech grup. Są to: błędy metody pomiarowej, błędy post
od cech pracownika

wykonującego

pomiar, od jego kwalifikacji i doświadczenia . Błędy te wynikają ze sposobu nastawienia narzędzia pomiarowego, prawidłowości ustawienia przedmio'tu mierzonego, wartości stosowanych ną.­ cisków pomiarowych, jakości oświetlenia (m.in. jego kierunku i jaskrawości) oraz czystości powierzchni pomiarowych narzędzia i przedmiotu mierzonego. Błędy

wskazania są spowodowane błędami narzędzia pomiar.o wego i przedmiotu mierzonego, jak luzy, odkształcenia sprężyste, 240

opory ruchów, zniekształcenia powierzchni, wady optyczne szkieł. Dochodzą tu również błędy spowodowane warunkami otoczenia (np. gdy temperatura narzędzia różni się od wartości przepisanej lub od temperatury przedmiotu :inierzonego). Błędy odczytania dzieli się na błędy osobowe i błędy związane z wykonaniem narzędzia pomiarowego (na przykład zbyt szerokie wskazy, czyli kreski podziałki, i jej zbyt małe działki elementarne, mała ostrość obrazu optycznego itp.). Błędy osobowe są spowodowane przez dokonującego pomiar. Do błędów osobowych należy m.in. błąd paralaksy (ukośne patrzenie na powierzchńię podziałki). Wskutek pomyłki w odczycie mogą wystąpić błędy grube (na przykład łatwo jest o pomyłkę o 0,5 mm przy pomiarze mikrometrem). Na błąd odczytu ma wpływ również niedoskonałość wzroku, a głównie jego zdolność rozdzielcza; wyraźnie widzimy np. podziałki, w których sąsiednie wskazy są .odległe od siebie co najmniej o 0,7 mm (dlatego unika się stosowania pół­ milimetrowych działek elementarnych). Przy odczytywaniu wska. zań na podziałce o małych działkach elementarnych należy stosować lupę.

Pomiary wykonuje się z reguły siedząc przy stole, z rGkami opartymi o krawędź stołu. Podczas odczytu należy tak sytuować się względem podziałki, aby prosta łącząca oko ze wskazówką urzą­ dzenia odczytowego była prostopadła do podzielni. Przy czynnościach pomiarowych nie·wolno używać siły powodującej odkształ­ cenia sprężyste, zakleszczenia się współpracujących powierzchni i nadmierne ich zużycie.

'

Rys. VI-1. Wymiary: wewnętrzny i mieszany

zewnętrzny,

W pomiarach warsztatowych występują trzy rodzaje wymiarów (rys. VI-1): zewnętrzny a - ograniczony powierzchniami zewnętrznymi, wewnętrzny b - ·ograniczony powierzchniami we16 -

Praco~-nia

techniczna dla t e chn.

241

wnętrznymi,

oraz mieszany c - ograniczony jedną powierzchnią zewnętrzną, a drugą wewnętrzną. Niektóre narzę~....;a pomiarowe przystosowane są do pomiaru dwu lub wszystkich trzech rodzajów wymiarów, jak na przykład suwmiarka uniwersalna. Inne narzędzia, jak na przykład narzędzia mikrometryczne, budowane są odrębnie dla każdego rodzaju wymiaru. W czynnościach pomiarowych odróżnia się pomiar i sprawdzanie. Wynikiem sprawdzenia jest określenie, czy dana wielkość odpowiada wymaganiom, czy też jest za mała lub za duża w porównaniu z wartością wzorcową. Przy sprawdzaniu na ogół nie interesują nas wartości odchyłek. Pomiar długości i kątów może być bezpośredni, gdy w wyniku mierzenia otrzymuje się bezpośrednio szukaną wartość wielkości, oraz pośredni, gdy mierzy się wielkość współzależną, a wartość szukaną otrzymuje z wyliczenia wg odpowiedniego wzoru. W pomiarze bezpośrednim odróżnia się metody bezwzględne, dające pełną wartość mierzonej wielkości, oraz metody porównawcze względne (odczytuje się tu tylko wartości odchyłek dodatnich lub ujemnych względem odpowiednio nastawionej wartości wzorcowej, np. przy pomiarze czujnikiem). Przy ćwiczeniach z pomiarów warsztatowych najczęściej będą stosowane takie narzędzia pomiarowe, jak: suwmiarki, mikrometry, płytki wzorcowe, _czujniki zegarowe, kątomierze uniwersalne. Stosowane obecnie suw miarki mają noniusze o różnych modułach i różnych dokładnościach odczytu. Odmiany noniuszy zostały u ję­ te w poniższej tablicy.

I

Noniusz-.dokłndności

odczytu wymiaru mm

0,1 0,1

(moduł

2)

0,05

0,05

242

(moduł

2)

Długość

Liczba

Podziałki

działek

noniusza mm

podziałki

9 19

10 10

19

20

39

20

noniusza

Długość działki

I

elementarnej noniusza mm

0,9 1,9 0,95 1,96

I

Zakres pomiarowy suwmiarek uniwersalnych MAUa-7-f (rys. VI-2) do mierzenia wymiarów zewnętrznych, wewnętrznych i mieszanych wynosi do 140 mm (do większych zakresów stosuje się suwmiarki jednostronne lub dwustronne). Przy użytkowaniu suwmiarek należy pamiętać, aby nie dopuścić do całkowitego zsunięcia szczęki przesuwnej z prowadnicy, gdyż zwykle w takich razach wypadają i gubią się wkładki doszczelniające (nie dotyczy to suwmiarek krótkich uniwersalnych).

/

I I

I

I

I

I

.§) Rys. VI-2. Suwmiarka uniwersalna MAUb

prowadnica, 2 - szczc:;ka stała , 3 - szczęka przesuwna, 4 - s uwak, 5 - języ­ czek zacisku, 6 i 7 - szczęki do pomi11rów wymiarów wewnętrznych, 8 - wysuwka głębolcościomierza [15]

1 -

Płytki

wzorcowe stosowane są w różnych zestawach. Do ćwiczeń najlepiej stosować zestaw MLAa 1 klasy dokładności, zawierający 47 płytek, lub MLAa I klasy dokładności 49 sztuk (dodatkowo 2 płytki ochronne). Dla zestawiania wzorców z dokład­ nością 0,001 mm konieczny jest komplet uzupełniający MLAd klasy dokładności O, obejmujący 18 płytek. Zestaw wzorcowy stosowany bezpośrednio do pomiaru powinien być obłożony z obu stron płytkami ochronnymi. Płytka ochronna zawsże tą samą stroną (nie cechowaną) powinna być zwrócona do pozostałych płytek, aby ewentualne rysy na jej powierzchni nie uszkodziły płaszczyzny sąsiedniej płytki (wskazane jest zaopatrzenie pracowni w dodatkowe komplety płytek ochronnych). Mikrometr zewnętr;;ny jest przedstawiony na rys. VI-3. Przy pomiarze wrzeciono 3 dosuwa się do styku z przedmiotem, obraca243

2

4

5

6

Rys. VI-3. Mikrometr zcwnc:trzny: a) rysunek przyrządu, b) sposób odczytywania [15] kowade łk o, 3 wrzeciono, 4 - zacisk ustatuleja zewn<;trzna z podziałką wzdłutną, 6 - bę­ ben pomiarowy, z podziałką obwodową, 7 - pokrętka sprzę­

1 -

kabłąk, 2 -

lPjący, 5 gła

jąc

powoli pokrętką 7 sprzęgła aż do momentu, kiedy obrót po·nie powoduje dalszego ruchu wrzeciona („grzechotanie"). W ten sposób jest zapewniona określona i stała wartość nacisku pomiarowego.

krętki

Rys. VJ-4. Czujnik zegarowy trzpień pomiarowy, 2 koń­ cówka pomiarowa, 3 - tarcza z

1 -

podziałką

główną, 4 -

podziałka

pomocnicza (do wyznaczania nych obrotów wskazówki 5), pierścień

peł­

6 -

do nastawiania tarczy, chwyt do podnoszenia i opuszczania trzpienia pomiarowego [15) \ 7

244

-

Czujnik zegarowy (rys. VI-4) może być stosowany do pomiarów porównawczych, przy czym do pomiaru mocuje się go w odpowiednim przyrządzie czujnikowym. Dla ustawienia położenia zerowego obraca się tarczą 3 tak, aby jej kreska zerowa pokryła się ze wskazówką 5. Trzpień pomiarowy czujnika powinien być­ ustawiony prostopadle do mierzonej powierzchni. Działka elementarna czujnika odpowiada przesunięciu trzpienia pomiarowego. o odcinek 0,01 mm. Kątomierz

uniwersalny jest przedstawiony na rys. VI-5. Ma on podziałkę obejmującą 360°. Na obu półkolach jest wykonana podziałka od O do 90°, a następnie z powrotem do zera. Na języczku.

I

Rys. VI-5.

Kątomierz

uniwer-

salny [15] poctzielnin z podziałltą głów­ ramię pomiarowe ruchome, 3 - r amię pomiarowe nieruchome, 4 - zacisk ustalajitCY wy_ sunic;cie ramien ia 2, 5 - zacisk ustala~cy położenie kątowe r amienia 2, 6 - noniusz kątowy, 7 - poprzeczka ramienia nieruchomego 1 -

ną , 2

obracającym się

wraz z ruchomym ramieniem znajduje się podwójna podziałka noniusza z kreską zerową pośrodku. Oba odcinki noniusza obejmują po 23°, podzielone na 12 części. Jeżeli wartości podziałki głównej wzrastają w prawo, to minuty odczytuje. się na prawym odcinku noniusza, i odwrotnie. Dokładność odczytu wynosi 5'. Kątomie rz

optyczny produkcji krajowej ma na przezroczyste} obrotowej tarczy cztery podziałki kątowe po 90°, wykonane przeciwległymi parami na dwóch różnych promieniach; na przeciwległych parach wartości podziałki wzrastają w prawo i lewo. 245.

W okularze znajduje się nieruchoma długa kreska zerowa. Do kreski zerowej na dwóch różnych poziomach przylegają dwie podziałki, obejmujące po jednym stopniu, podzielone na 12 części. Dokładność odczytu wynosi 5'. Kątomierze

tarną

optyczne produkcji radzieckiej o wartości 10'.

mają działkę

elemen-

Przy ćwiczeniach z pomiarów warsztatowych należy opierać się na wiadomościach z zakresu pasowań i pomiarów. Przed każ­ dym ćwiczeniem należy przypomnieć sobie budowę i działanie przyrządów pomiarowych stosowanych w danym ćwiczeniu.

Ćwiczenie POMIAR

Vl.1

WAŁKA

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się ze sposobami pomiaru średnic oraz ze sprawdzaniem błędów kształtu wałka, a także przyswojenie umiejętności posługiwania. się stosowanymi narzędziami pomiarowymi. 2.

Wyposażenie:

przedmioty mierzone (wałek toczony) o chropowatości 2,5 µm, wałek szlifowany (z zachowaniem określonej tolerancji), suwmiarka uniwersalna z noniuszem 0,1, suwmiarka uniwersalna z noniuszem 0,05, suwmiarka jednostronna z noniuszem 0,05, mikrometr o zakresie pomiarowym O : 25 mm, transametr (passametr) 0+25, przyrząd kłowy, czujnik zegarowy, podstawka do czujnika, płytki wzorcowe, optimetr, mikrokato~, limimetr, ortotest lub czujnik indukcyjny. 3.

Wiadomości uzupełniające

Pomiar

średnicy wałka

Średnice wałków mierzy się najpierw za pomocą suwmiarki uni-

wersalnej z noniuszem 0,1 mm. Pomiarów dokonuje się przy obu końcach wałka oraz pośrodku. Następnie w tych samych miejscach mierzy się średnice za pomocą suwmiarki z noniuszem 246

0,05 mm oraz mikrometru. Jeśli mikrometr jest cięższy od wałka „ należy go zamocować w specjalnym uchwycie ; wałek przy pomiarze podtrzymuje się lewą ręką, a prawą wolno obraca pokrętkę sprzęgła. Jeśli wałek jest cięższy od mikrometru, należy przedmiot położyć na stole; lewą ręką trzyma się wówczas kabłąk mikrometru (należy pamiętać o stosowaniu nakładek izolauyjnych chroniących mikrometr przed nagrzaniem), a prawą: obraca pokrętkę sprzęgła.

Rys. VI-6. Tran samctr [31]

Średnicę wałka można również mierzyć dokładniej szymi przyrzą­

dami pomiarowymi, np. transametrem (rys. VI- 6). Znając średnicę nominalną wałka u stawia się zest aw płytek wzorcowych na ten wymiar. Następnie według zestawu ustawia się przesuwne wrzeciono transametru, po czym wsuwa mierzony wałek pomiędzy k owadełko i wrzeciono. Wychylająca się wskazówka wyznacza na podziałce wartość odchyłki wykonania wałka . P odobnie przeprowadza się pomiar średnicy za pomocą ka żdego. dowolnego przyrządu czujnikowego, np. za pomo cą mikrokatora lub ortotestu, tj. czujnika mechanicznego o przekładni dźwignio­ wo-zębatej. Korzysta się tu również z zestawu płytek ustawionego na wymiar nominalny. Stos ustawia się na stoliku przyrządu. Po zetknięciu trzpienia pomiarowego z zestawem wzorcowym ustawia się urządzenie odczytowe na zero. Następnie płytki zastę247"

puje się mierzonym wałkiem i na podstawie odchylenia wskazówki wyznacza odchyłkę średnicy wałka od wartości nominalnej. błędów kształtu wałka

Wyznaczanie Najczęściej

wystqpujące

błędy

kształtu

pówierzchni walcowej wałka przedstawia rys. VI-7. Są to: a) baryłkowość, b) siodłowość (zwężkowość), c) wygięcie, d) stożkowość. Wygięcie wyznacza się

a)

b)

~

-~

c)

d)

~ za

-[:3

Rys. VI-7.

Błędy

walcowości

pomocą

czujnika (rys. VI-8) zamocowanego w podstawie. Wałek należy obrócić o 360°, odczytując największe i najmniejsze wychylenie wskazówki czujnika. Różnica tak uzyskanych wskazań jest miarą wygięcia przedmiotu. Stożkowość wałka (rys. VI-9) . wg wzoru s -= dl - d2 . w t-ym c~1u . na1ezy . zmie. wyznacza sH~ l

rzyć

dwie

średnice wałka położone

w

odległości

l od siebie oraz

tę odległość. Wałek

w swoim przekroju poprzecznym obarczony jest błędami do nich graniastość (wielołukowość) i owal-

okrągłości. Należy

I

- - --i~ ~ L..1--~-------r-i Rys. VI-8. Pomiar

248

wygięcia

_I

Rys. VI-9. P omiar stoikowości [23]

Rys. VI-10. Pomiar

graniastości

[23)

nosc. Do pomiaru graniasiości można stosować pryzmę (rys. VI-lOa) oraz czujnik. Wałek obraca się dookoła jego osi o kąt 360°. Różnica L1d między największym i najmniejszym wskazaniem czujnika (rys. VI-lOb) określa graniastość. Rysunek VI-lOb wyjaśnia również, że pomiar średnic nie wystarcza do wykrycia graniastości.

r

Rys. VI-11. Sprawdzanie wym [23J 1 -

wałek

rowy, 4 -

1

owalności

sprawdzany, 2 - przyrząd podstawka czujnika

w

kłowy,

przyrządzie

3 -

kło­

czujnik zega-

najwygodniej jest umieścić wałek w przyrządzie kłowym (rys. VI-11}. Obracając powoli wałek odczytuje się wskazania czujnika. Na podstawie tych wskazań można w odpowiednio dużym powiększeniu na papierze milimetrowym wykreślić kształt przekroju poprzecznego wałka. Owalnością wałka Do pomiaru

owalności

249

jest

różnica dmux-dmtn,

-4. P1·zebieg

i

gdzie dmax i

dmin oznaczają

odpowiednio w danym przekroju. Do kontroli błędów kształtu wałka można - oprócz czujników .stosować również (w sposób podany uprzednio) transametry, ortotesty i mikrokatory. największą

najmniejszą średnicę wałka

ćwiczenia

Przygotowanie pomiaru: - Sprawdzić stan techniczny narzędzi i przyborów, oczysc1c z powłoki ochronnej części robocze przyrządów. O ewentualnych usterkach powiadomić nauczyciela. - Sprawdzić wskazania zerowe suwmiarek i mikrometrów. - Przygotować stanowisko pomiarowe i pomoce do pomiaru. Pomiar wałków: - Zmierzyć średnice wałków za pomocą suwmiarki. Pomiaru dokonywać suwmiarkami o różnych dokładnościach w dwu prostopadłych do siebie płaszczyznach i trzech rómych przekrojach. Wyniki pomiaru wpisać do karty pomiarowej. - Zmierzyć wałki mikrometrem - również w dwu płaszczy­ znach i trzech różnych przekrojach - na końcach wałka i pośrodku, zwracając uwagę, aby powierzchnie pomiarowe przylegały do wałka dokładnie na średnicy. Wyniki pomiaru wpisać do karty pomiarowej. - Zmierzyć wałki (podobnie jak poprzednio) za pomocą transametru. Wyniki wpisać do kaTty pomiarowej. · - Zmierzyć średnice szlifowanego wałka za pomocą przyrządu czujnikowego - np. ortotestu - i zestawu płytek wzorcowych. - Wyznaczyć wygięcie wałka za pomocą czujnika zegarowego zamocowanego w podstawie. Określić stożkowość wałka przez pomiary za pomocą transametru. Określić graniastość przekroju wałka z użyciem pryzmy i czujnika. Wyznaczyć owalność przekroju wałka za pomocą przyrządu kłowego i czujnika. 1

250

Czynności

po zakończeniu ćwiczenia: Po starannym oczyszczeniu narzqdzi pomiarowych i przyborów zakonserwować je dokładnie i ułożyć w przeznaczonym na nie miejscu. 5. Uwagi do sprawozdania:

-

Zestawić Podać

wyniki pomiarów. charakterystyki stosowanych metod pomiaru.

Podać własne spostrzeżenia dotyczące przeprowad~onych

miarów oraz

opracować

po-

wnioski.

Ćwiczenie Vl.2

POMIAR OTWORU

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie z metodami pomiarów otworów oraz stosowaniem przyrz ądów służących do tych pomiarów.

2. Wyposażenie: przedmioty mierzone (3 tulejki), przyrządy pomiarowe: suwmiarka uniwersalna, mikrometr wewnętrzny szczę­ kowy, średnicówka mikrometr~czna, średnicówka czujnikowa, kliny pomiarowe, kulki łożyskowe o różnych średnicach, głębo­ kościomierz mikrometryczny, 2 mikrometry zewnętrzne: o zakresie pomiarowym 0+25 i 25+ 50, komplet płytek wzorcowych klasy 1, 2 uchwyty do płytek, para wkładek płasko-równoległych, para wkładek płaskowalcowych, podstawka do uchwytu płytek. 3.

Wiadomości uzupełniające

Średnice otworów mierzy się szczękami do pomiarów wewnętrz­

nych 6 i 7 suwmiarki uniwersalnej (rys. VI-2) lub zaokrąglonymi końcówkami szczęk głównych suwmiarki jedno- lub dwustronnej (w tym przypadku do odczytanego wymiaru dodaje się wartość 10 mm, tj. szerokość końcówek) . Przy pomiarach z dokładnością I

251

Rys. VI-12. Pomiar otworu

.; :·ednicówką mikrometryczną

[15]

do 0,01 mm stosuje się średnicówkę mikrometryczną. Pomiar taki wymaga pewnej wprawy, należy bowiem ustawić średnicówkę w dwu płaszczyznach (rys. VI-12): na wymiar największy w płaszczyźnie poprzecznej oraz najmniejszy w płaszczyźnie podłużnej. Otwory o niewielkich średnicach mierzy się mikrometrem szczękowym do wymiarów wewnętrznych (rys. VI-13).

d Rys. VI-13. Pomiar otworu mikrometrem kowym [23]

Średnicówka

szczę­

czujnikowa (rys. VI-14) ma dwa ramiona centrują­ ce 8, które wspierają się na cięciwie kołowego otworu, zapewniając położenie osi pomiaru w płaszczyźnie osiowej otworu. Zakres pomiarowy średnicówki ustala się zakładając odpowiednią 252

końcówkę wymienną

7. Czujnik zegaro-

wy stosowany w średnicówkach może mi eć dokładność 0,01 mm lub 0,001 mm. Punkt zerowy podziałki czujnika ustawia się według zestawu płytek wzorcowych. Ser y jne sprawdzanie średnic otworów wykonuje się dwugranicznymi sprawdzianami tłoczkowymi. Sprawdzian taki można również zestawić z płytek wzorcowych, okładając je wkładkami płas­ k owalcowymi (grubość zestawu musi być , oczywiście, mniejsza od średnicy nominalnej otworu o grubości końcó­ wek wkładek). P omiar średnicy za pomocą kulek przeds tawiono na rys. VI-15. Dobiera się dwie kulki o różnych średnicach, takich aby tworzyły układ przedst awiony na rysunku. Całość ustawia się na stoliku pomiar owym. Głębokościomierzem mikrometrycznym mierzy się wysokość A i B. Wymiar M jest ich rozmcą (M = A - B). średnic ę otworu oblicza się wg wzoru

I

[_ 10

~

Pomiar średnicy otworu klinami pomiarowymi przedstawiono na r ys unku VI-16.

Rys. VI- 11. S rednic6wka czuj nikow a [31] czujnik zegarowy, 2 - za cisk czu jnik a, 3 4 t rzonek , 5 - gfówka p omiarowa , 6 koncówka p omiarowa, 7 - wy mien na koń ­ ców ka przedłużająca . R - ramiona centr uj~ce, 9 l -

rE:ko j eść,

i

12 -

sp rężyny,

JO

-

dźwig ni a

ką towa ,

11 -

trzpień pośre dniczący

253

d

Rys. VI-15 Pomiary

otworu za

pomocą

4. Przebieg·

średnicy

kulek [23]

Rys. VI-16. Pomiar otworu za pomocą klinów (31)

ćwiczenia

Przygotowanie ćwiczenia - Sprawdzić stan przyrządów pomiarowych, oczyścić powierzchnie pomiarowe narzędzi oraz powierzchnie przedmiotów przeznaczonych do mierzenia. Sprawdzić punkty zerowe mikrometrów. Pomiar średnic otworów w trzech tulejkach: - Zmierzyć średnice otworów suwmiarką uniwersalną, - jw. średnicówką mikrometryczną, - jw. mikrometrem wewnętrznym szczękowym. - Zmierzyć średnice z użyciem klinów pomiarowych; zsunąć kliny do przylegania w otworze, zewnętrzne zaokrąglone powierzchnie klinów zmierzyć mikrometrem. - Zmierzyć średnice płytkami wzorcowymi długości. Zestawić w uchwycie płytki wraz z wkładkami płasko-walcowymi na wymiar otworu (zmierzony uprzednio mikrometrem szczęko­ wym) i sprawdzić, jak wchodzi w dany otwór. - Wykonać pomiar średnicy jednego otworu za pośrednictwem kulek; zmierzyć średnice wybranych kulek, zmierzyć wysokość zestawu głębokościomierzem mikrometrycznym. 254

-

Wykonać

pomiar i sprawdzenie otworu średnicówką czujnikową. Wymiar zmierzyć mikrometrem szczękowym, nastawić średnicówkę na ten wymiar, a następnie wykonując ruchy wahadłowe w otworze (rys. VI-17) wyznaczyć odchyłkę (wartość odchyłki odczytywać przy najmniejszym wskazaniu czujnika). Zmieniając oś pomiaru w płaszczyźnie poprzecznej otworu - sprawdzić owalność. Przesuwając miejsce pomiaru wzdłuż osi otworu sprawdzić błędy walcowości otworu (stoż­ kowość, baryłkowość, siodłowość}. Podać wyniki sprawdzenia yrymiaru oraz wartości owalności i błędów walcowości. Wszystkie wyniki wpisać do karty pomiarowej.

6 Rys.

VI-17. Pomia r

otworu [31]

ś rednicówką czujnikową

Czynności

po zakończeniu. ćwiczenia: pomiarowe i przedmioty pomiaru oczyścić i zakonsera następnie ułożyć w przeznaczonych na nie miejscach.

Przyrządy

wować,

5. Uwagi do sprawozdania: -

Zestawić

wyniki wszystkich pomiarów oraz rozmce wynikami otrzymanymi w poszczególnych pomiarach. Podać własne wnioski i spostrzeżenia.

między

255

....

Ćwiczenie Vl.3 SPRAWDZANIE PROSTOLINIOWOSCI, PŁASKOSCI I POtOżENIA PtASZCZVZNY

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się ze sposobami sprawdzania prostoliniowości, płaskości i położenia płaszczyzn, przyswojenie umiejętności posługiwania się

stosowanymi

przyrządami

pomia-

ro\.vymi. 2.

Wyposażenie:

3.

Wiadomości uzupełniające

przedmioty kontrolowane (skrzynka 'traserska, płytka . żeliwna I o wymiarach ok. 80X150 z jedną płasz'c zy7.ną szlifowaną, drugą skrobaną, płytka żeliwna 11 o podobnych wymiarach z jedną płaszczyzną gładko struganą, drugą frezowaną, płyta stalowa o wymiarach ok. 40 X 40 mm z jedną płaszczyzną polerowaną lub gładko szlifowaną) przyrządy pomiarowe płyta do tuszowania MLFa 500X500, 3 podstawki traserskie, poziomnica liniowa o działce elementarnej 0,1/1000, poziomnica liniowa o działce elementarnej 0,02/1000, poziomnica ramowa o działce elementarnej 0,1/1000, kątownik krawędziowy, liniał krawędziowy MLWa-160, szczelinomierz, czujnik zegarowy z podstawką, płasko-równoległa płytka interferencyjna, farba drukarska lub inny tłusty barwnik (np. zawiesina drobnoziarnista błę­ kitu pruskiego w oleju maszynowym).

Sprawdzenie prost:::>liniowości można wykonać wieloma metodami. Wybór metody zależy od długości sprawdzanej płaszczyzny. Przy dużych długościach stosuje siq np. strunę stalową i lunetę z okularem mikrometrycznym. Przy małych długościach stosuje si ę sprawdzanie „na szczelinę" między liniałem a płaszczyzną sprawdumą. Sprawdzanie takie wykonuje się za pomocą szczelinomierza lub z użyciem tzw. szczeliny wzorcowej. Liniał ustawia się wówczas na dwu zestawach płytek wzorco\vych o takiej samej wysokości. Pod liniał, między te podpory, wsuwa się zestaw pły­ tek niższy od poprzednich o określoną wartość. Równoczesna obserwacja szczelin na powierzchni sprawdzanej i szczelin „wzorcowych" umożliwia określenie nieliniowości. Mierząc prostolinio256 \

wość płaszczyzn \~' co najmniej trzech kierunkach. mdz na określić jej pł as kość. Równoległość dwu płaszczyzn spra\.\.·dza si ę czu3mkiem zamocowanym w podsia wce. Położenie

poziome lub pionowe płaszczyzny sprawdza się poziomnicą liniową lub ramową. \Vartosć działki elementarnej poziomnicy jest wyrażona w jej oznaczeniu, np. 0,1/1000 oznacza, że jeśli poziomnica zostanie ustawiona na liniale o długości 1000 mm, którego jeden koniec znajduje się o 0,1 mm niżej od drugiego, to wykaże przesunięcie pęcherzyka gazowego o 1 działkę elementarną. Ponieważ długość pęcherzyka powietrznego jest zmienna, przesunięcie odczytuje się na obu końcach pęcherzyka, a z obu odczytów oblicza średnią. Przy stosowaniu poziomnicy z działką elementarną 0,02/ 1000 pomiar jest mozliwy tylko przy: zastoso\vaniu dostaiecznie sztywnego układu. Pomiary wykonuje się na betonowym cokole lub co najmnieJ na sztywnym c lężk im stole ustawionym na posadzce (nigdy na drewnianeJ podłodze) . Przy odczycie nie wolno opierać się na m ierzonym układzie ani ~o dotykać .

farbowania wykonuje s ię nastę­ powleka się bardzo cienką warstewką farby (może to być farba drukarska, farba do powielaczy lub inny tłusty barwnik). Farbę nakłada się szmatką (nie zostawiającą włókien) i rozprowadza płytką metalową. Tq samą płytką zbiera się nastq~nie nadmiar farby. Po zafarbowaniu płyty wzorcowej układa się na niej płaszczyznę sprawdzaną, którą następnie przesuwa się po płycie w różnych kierunkach. W ten sposób zafarbowaną płaszczyznę sprawdzaną obserwuje s ię za pomocą tzw. kwadratu kontrolnego o wymiarach 25 X 25 mm. Liczba miejsc zafarbowanych mieszczących s1q \V tym kwadracie określa błąd płaskości badanej powierzchni.

Sprawdzanie

płaskości metodą

pująco. Płaszczyznę

wzorcową

Płaszczyzny o duzcj dokładności, a o małych wymiarach sprawdza się metodą interferencji św iatła. Na sprawdzaną płaszczyznę przedmiotu 2 nakłada się szklaną płytkG płasko-równoległą 1 (rys. VI-18) tak, aby między przyległym i płaszczyznami powstał klin powietrzny. Na ::>prawdzanej powierzchni pojawiają się prąż­ ki interferencyjne. Ciemne prążki są wynikiem zanikania fali 17 -

Pracownia techm c zna dla techn.

257

Rys. VI-18. Powstawanie ciemnych prążków pr7y inteferencji ~wiatła [31]

au

Aq

C"

2 II I I

1'I l I I

,, I I

•r

świetlnej, się

które występuje, gdy odbity pronlleń świetlny spotyka i interferuje z promieniem padającym o fazie przeciwnej (to

znaczy

przesuniętej

o

pół długości

fali

świetlnej

:

)·W khnie po-

wietrznym ciemne prążki interferencyjne powstają tam, gdzie obu płaszczyznami klina jest równa nieparzy-

odległość między

stej przy

wielokrotności ćwiartek długości fali świetlnej

: , 3 ~, 5 ~, 7 ~

prostopadłym

między

kierunku padania światła. Oznacza to, że jednym a drugim prążkiem grubość klina powietrzne-

go' zmienia pomiarze

się

o ;

, gdzie I. -

długość

fali zastosowanego przy

światła.

Wystąpienie klina powietrznego można wywołać przez mimośro­ dowe naciskanie palcem na płytkę szklaną leżącą na badanej powierzchni. Jeśli powierzchnia ta jest idealnie płaska, prążki są prostoliniowe i równoległe; jeśli powierzchnia nie jest płaska, prążki stanowią linie krzywe (rys. VI-19). Pomiar najlepiej przeprowadzać w miejscu zaciemnionym, przy świetle jednobarwnym (monochromatycznym), np. przy lampie z ciemni fotograficznej.

258

Rys. VI-19. Obra 7.y prążków in terfe rencyjnych: a) b), c) powierzchnie wypowierzchnia plaska z zaokrąglonymi krawędziami, e), f), g) powierzchnie z wklG sloś cią ·wzdłuż linii :c-y [71

pukłe, d)

lin.ie st) ku ty styku (r y s. h.)

AB -

4. Przebieg -

ze

sprawdzan'ł powierzchnią,

A, B -

punk-

ćwiczenia

Sprawdzić

z

płytki łnter(erencyjneJ

stan techniczny

wyposażenia, oczyścić przyrządy

tłuszczu konserwującego.

Wyregulować ustawienie płyty traserskiej za pomocą poziomnicy. Na płycie ustawić poziomnicę 0,1/1000, równolegle do dwóch punktów podparcia na śrubowych podstawkach 1 i 2 (rys. VI-20). Przez pokręcanie śrub dwu podstawek na linii ustawienia poziomnicy doprowadzić powierzchnię do poziomu (poziomnicę należy obracać o 180° dla wyeliminowania jej błę-

Rys. VI-20. Ustawianie do poziomu

•

płyty

259

du systematycznego). Następnie ustawić poziomnicę prostopadle do poprzedniego kierunku. Nic zmiemając ustawienia podstawek 1 i 2, podstawkę 3 pokręcać aż do osiągniqcia zerowego wskazania poziomnicy. Sprawdzić

poziome ustawieme płyty traserskieJ za pomocą poz10mmcy o dokładności 0,02/ 1000. Poziomnicę ustawiać kolejno pośrodku i przy końcach płyty, a wyniki wpisać do karty ćwiczeń.

Na płycie postawić skrzynkę traserską . Do pionowej płaszczy­ zny przykładać po:i:10mnic~ ramową (w kilku jej miejscach odpowiednio Vv)'branych). Zm i erzyć odchylenie obu płaszczyzn od prostopadłości. Dokonać

-

sprawdzenia

prostopadłości płaszczyz.n kątownikiem

krawędziowym, obserwuj ąc szczelinę

obserwacji Sprawdzić

wpisać

do karty

prostoliniowość

pod

światło,

a wyniki

ćwiczeń.

płytki

Liniał krawędziowy przykładac

liniałem

kr awędziowym. płytki

i obserwować pod światło szczelinę między krawędzią liniału a powierzchnią płytki. Powtórzyć pomiar na powierzchniach obrabianych róznym1 rodzajami obróbki. Przy większych szczelinach spróbować wsunąć w szczelinę jedną z płytek szczelinomierza . Wyniki obserwacji wpisać do karty ćwiczeń. Płaskoś ć płytki o powierzchni struganej i frezowanej sprawdzić, przykładając liniał krawędziowy w kilku miejscach równolegle do jednego boku, naslępnie do drugiego boku oraz do obu prze-

do sprawdzanej

kątnych. Sprawdzić

pr ostoliniowość

płaskość

płytki

czujnikiem. Na płycie traserskiej połozyć sprawdzaną płytkę, obok ustawić podstawkę z zamocowanym czujnikiem, końcówkę pomiarową oprzeć na sprawdzanej powierzchni. Podstawkę czujnika przesuwać równolegle do dłuższego boku płytki. W równych odległościach odczytywać odchyłki na podziałce czujnika. Czujnik prowadzi~ wzdłuż paru równoległych linii przy krawę­ dziach płytki i pośrociku. (Pr zy przesuwaniu czujnika jego końcówka pomiarowa me powinna zsuwać się poza krawęd ź • mierzonej płytk i) . P omiary wykonać dla powierzchni struga-

260

craz

nej, frezowanej i skrobanej. Wyniki nanieść na odpowiednie punkty rzutu powierzchni płytek. Z pomiaru wyciągnąć wnioski co do płaskości sprawdzanych powierzchni. Sprawdzić płaskość

odcinek płyty pokryć farbą. Sprawdzaną powierzchnię krótkim okrężnym ruchem przesunąć po zafarbowanej płaszczyźnie. Nie stosować docisku i wielokrotnego tarcia. Farbowanie wykonać dla płaszczyzn o różnych rodzajach obróbki. Narysować rozkład i kształt powstałych plam na sprawdzanych płaszczyznach . Określić liczbę plam w kwadracie o boku 25 mm.

„na

farbę". Mały

Określić niepłaskość

powierzchni i:p.etodą interferencyjną. Do stalowej (polerowanej) , przyłożyć płytkę interferencyjną, nacisnąć ją lekko palcem i obserwować kształt powstających prążków oraz kierunek ich przesuwania się. Narysować kształt powstałych prążków, określić miejsca wklęsłe płaszczyzny płytki

i

-

wypukłe.

Oczyścić przyrządy

pomiarowe oraz przedmioty mierzone. Powierzchnie robocze i uchwyty natłuścić wazeliną techniczną. Narzędzia ułożyć w przeznaczonych na nie miejscach.

5. Uwagi do sprawozdania: Zestawić

sunki i -

P odać

wyniki wszystkich pomiarów, wykonać potrzebne ryna nie wyniki pomiarów. własne spostrzeżenia i u wagi o ćwiczeniu. nanieść

/

Cwiczenre Vl.4 POMIARY

KĄTOW

I STO:tKOW

1. Cel ćwiczenia : opanowanie um1ejętnosci posługiwania się ką­ tomierzem i odczytywania jego wskazań, opanowanie zastosowa-

nia liniału sinusowego, zapoznanie się z metodą pomiaru ków za pośr ednictwem wałeczków i k ulek.

stoż­

Z. Wyposażenie: przedmioty mierzone (wałek zakończony stożko­

wo lub sprawdzian

stożkowy, stożkowa

tulejka redukcyjna PTPk 261

lub tulejka z otworem stożkowym, płytka stalowa skośnie ścię­ ta - rys. VI-21), przyrząciy pomiarowe - suwmiarka, płyta pomiarowa MLFa, płyta z kolumną i zaciskiem (rys. VI-22), liniał sinusov.ry, kątomierz uniwersalny, kątomierz optyczny, 2 mikrometry zewnętrzne o zakresach pomiarowych 0725 i 25-7-7-50, głęboko$ciomierz mikrorni;tryczny, komplet płytek wzorcowych klasy 1, komplet pły.tck wzorcowych uzupełniający

4

Rys. VI-21.

Płytka skośnie

I

2

ścięta

- - - - - - - - -->

Rys. VI-22. Płyta pomiarowa z kolumną i zaciskiem l

płyta,

-

2 -

powierzclm ~a

pomiarowa, 3 - kolumna, 4 ramię, 5 zacisk, 6 - śruba do.ciskowa. 7 - korkówka ku-

a

li&ta

MLAd, czujnik zegarowy z podstawką, dnicach od 4 do 8 mm - 2 szt„ kulki dnicach, lupa. 3.

wałeczki łożyskowe łożyskowe

o

o

śre­

różnych śre­

Wiadomości uzupełniające

Przy pomiarach l<ątów kątomierzem zwrocie uwagę na dobre przyleganie ramion kątomierza do krawędzi przedmiotu (spraw' dzić pod światło). Gdy trudno jest objąć przedmiot ramionam~ kątomierzu, przedmiot należy połozyć na płycie pomiarowej. Stałe ramię kątomierza opiera się na płycie, a ruchome na przedmiocie lrys. VI-23). Łatwiejszy odczyt kąta uzyskuje się przy pomiarze kątomierzem optycznym. 262

I

f (-

L____ _

,

//t

I//' . I

I

1

Rys. VI-23. Pomiar 1 4 -

ramię

główka

stałe,

I

/I

2 -

kątomierzem

/!I/Ili

I

, // 'I

/,/,

uniwersalnym na plycie

ruchome przesuwne, 3 noniusz, 6 i 7 - zaciski

ramię

obrotowa, 5 -

I

tarcza z

podziałką

kątow;;i,

Do seryjnego sprawdzania kątów mniejszych od 45° stosuje się liniał sinusowy. Liniał ustawia się na kąt a, zmierzony uprzednio kątomierzem. Liniał kładzie się na płycie pomiarowej, .ood jeden wałek liniału wstawia się stos płytek'· wzorcowych (rys. VI-24) o wysokości obliczonej z dokładnością do 0,001 mm z wzoru h= = 100 ·sin We wzorze tym 100 jest wartością długości L liniału. Wartość sin a należy wyznaczyć z tablic trygonometrycznych co najmniej pięciocyfrowych. Po ustawieniu liniału sinusm.vego należy na n.im umieścić przedmiot spraw©.zany, a następnie sprawdz1ć równoległość górnej krawędzi przedmiotu do płaszczyzny ~

a.

Rys. VI-24. Ustawienie

liniału

sinusowego [31]

l - liniał, 2 i 2a - wałeczki liniału, 3 wzorcowych, 4 - płyta pomiarowa

stos

płytek

263

płyty. Równoległość tę

wyznacza się za pomocą czujnika (rys. VI-25) umocowanego na podstawce. Każdorazowo należy zmierzyć suwmiarką, na Jakiej długości górnej płaszczyzny przedmiotu odczytano odchyłkę, i zwrócić uwagę, w którym kierunku odchyłka wzrasta (uwaga : nie należy przesuwać końcówki pomiaro-

Rys. VI-25. Spra wdzanie

kąt a

na liniale sinusowym

wej czu jnika poza krawędzie przedmiotu) .. Różnicę ba między kątem ustawienia liniału a rzeczywistym kątem a przedmiotu oblicza się wg wzor u cS

a

w którym:

Ón -

l 3438 -

<5n = -l . 3438

odchyłka

czujnika w mm, skrajnymi położeniami czujnika w mm, współczynnik wynikający z pq:eliczenia radiana na minuty (ba jest wyrażone w minutach odległość między

kątowych).

Pomiar ten w naszym ćwiczeniu stanowi zarazem sprawdzenie dokładności pomiaru kątomierzem. Pomiar stożka zewnętrznego wykonuje się następująco: stożek ustawia się pionowo na podstawce z zacisk.iem (rys. VI-26); po obu stronach jego pobocznicy układa się wałeczki o równycc. 264

Rys. VI-26. P omiar stoż ka za pomocą

A

zewnętrznego

wnłeczków

[7]

I

..l

średnicach dw, a następnie taką samą parę wałeczków opieta na dwóch stosach płytek wwrcowych 9 równych wysokościach h. Po zmierzeniu mikrometrem wymiarów A i B oraz wysokości stoż­ ka L można obliczyć: zbieżność stożka, kąt pochylenia tworzącej stożka stożka

oraz średnicę wynosi

stożka

na dowolnej

D-d

A-B

L

h

gdzie D i d - odpowiednio duża i mała pochylenia tworzącej speh1ia zależność a

tg2= Zbi-eżność stożka wyraża się

wysokości

x.

Zbjeżność

średnica stożka . Zaś kąt

A-B 2h

zawsze stosunkiem l :Z, gdzie L

Z = D-d Największą średnicę stożka mniejszą zaś obliczyć

D wg wzoru

można

zmierzyć

bezpośrednio ,

!+siny-) cos -

2

265

lub

2dw

d=B---a 1-tg2

Srednica stożka na jego dowolnej wysokości x wynosi I

D -d L

Pomiaru sto~ka wewnętrznego dokonuje• się za pośrednictwem dwu kulek o różnych średnicach (rys. VI-27) z zachowaniem nastGpującej kolejności czynności: de otworu stożkowego włozyć mniejszą kulkę, zmierzyć wymiar B, nastGpnie wyjąć tę kulkę (nie dopuszczając do zakleszozenia się kulki), a do otworu włożyć kulkG wi~kszą o takie] średnicy, aby jej wierzchołek nie wystawał . ponad kra\vędź otworu; za pomocą głębokościomierza mi-

Rys. VI-27. Pomiar stożka wewnętrznego za pomocą kulek [7] · zmierzyć

wymiar A. Z otrzymanych wyników można obliczyć: kąt pochylenia tworzącej stożka, zbieżność stoż­ ka oraz średnicę stożka na dowolnej wysokości. Kąt pochylenia tworzącej stożka oblicza się wg wzoru krometrycznego

średnice stożka w płaszczyźnie przechodzącej przez środki kulek wyrażone są

266

wzorami

DA

=

d1 a cos2

oraz

d2 D=cos-B

a 2

Zbieżność stożka

D-d L

B-A- d1-d2 2

Dla

wyrażenia zbieżności

stosunkiem 1 :Z oblicza

się

Z wg wzoru

B-A- d 1-d2 2 Z =------DA-DB Największa średnica

otworu

D = DA

stożkowego

wynosi

+(A+~t) . D-zd lub

D--- DA+ (A ' d~) 2 •2 I

4. Przebieg -

a t~2

ćwiczenia

Sprawdzić i oczyścić przyrządy

pomiarowe i przedmioty

mie~~

rzone. -

-

-

Zmierzyć

wszystkie kąty skośnie ściętej płytki stalowej kąto­ mierzem uniwersalnym oraz kątomierzem optycznym, zmierz":fĆ również kąt pochylenia dwu przeciwległych krawędzi płytki. Wskazania na noniuszu kątowym odczytać przez lupę. Wyniki wpisać do karty pomiaru. Według zmierzonego kąta przeciwległych krawędzi płytki ustawić na płycie liniał sinusowy. Na liniale ustawić mierzoną płytkę tak, aby jej górna krawędź była równoległa do płyty. Czujnikiem z podstawką sprawdzjć tę równoległość, wyniki wpisać do karty ćwiczeń. Na podstawie odczytanej odchyłki obliczyć odchyłkę kątową i określić jej znak. Zmierzyć stożek zewnętrzny,. W pierwszym rzędzie zmierzyć 267

mikrometrem średnice wałeczków, a stożek zamocować na pły­ cie z zaciskiem. Złożyć dwa stosy płytek o odpov.riednio dobranej wysokości i zmierzyć mikrometrem (przez wałeczki) oba wymiary A i B (rys. VI-26). Wyniki wpisać do karty ćwiczeń. ~ Obliczyć zbieżność stożka, kąl pochylenia tworzącej, najmniejszą średnicę stożka. Dokonać pomiaru stożka wewnętrznego. Wybrać i zmierzyć dwie kulki i wkładając je kolejno do otworu stożkowego zmierzyć głębokościomierzem mikrometrycznym ich odległości od krawędzi otworu. Wyniki wpisać do karty ćwiczeń. Obliczyć kąt pochylenia tworzącej stożka, zbieżność stożka, największą średnicę gniazda stożkowego. Po zakończeniu ćwiczenia przyrządy pomiarowe oraz przedmioty mierzone oczyścić, zakonserwować i ułożyć je w prl.Qwidzianym dla nich miejscu.

-

-

5. Uwagi do sprawozdania: Zestawić

wyniki pomiarów. Wykonać wymagane obliczenia i podać wyniki. Podać krótką charakterystykę stosowanych metod pomiarów oraz własne spostrzeżenia dotyczące tych metod.

-

Ćwiczenie

Vl.5

POMIARY GWINTOV/

1. Cel

ćwiczenia:

zapoznanie

się

ze sposobami mierzenia gwintów

i posługiwaniem się stosowanymi w tych mi pomiarowymi.

przedmiot mierzony (śruba lub wałek z końców­ ką gy.rintowaną), przyrządy pomiarowe suwmiarka uniwersalna, komplet wzorców gwintu MWGa, mikrometr do gwintów MMGe, podstawka do mikrometru, projektor pomiarowy z obrotowym ekranem, instrukcja obsługi projektora pomiarowego (za2.

Wyposażenie:

czynnościach narzędzia­

268

\

miast projektora

może być użyty

stawką projekcyjną);

3.

mikroskop warsztatowy z przyPN-70/M-02013, PN-70/M-02113.

\;viadomości uzupełniające

•

W gwincie zewnętrznym mierzy się najczęściej (rys. VI-28): średnicę gwintu d, średnicę rdzenia d. 1, średnicę podziałową d 2 , skok gwintu P, kąt zarysu gwintu a (oraz symetrię kąta zarysu). Dla określenia gwmtu metrycznego wystarczy na ogół znajomość średnicy d gwintu i jego skoku P. Średnicę d mierzy się np. za pomocą suwmiarki, skok wyznacza się dobierając odpowiedni szablon ze wzornika i obserwując go pod światło, czy dobrze przylega do sprawdzanego zarysu.

sruba (gwillt zewnęt.rzny) Rys. VI-28. Zarys gwintu metrycznego z wymiarami

Do pomiaru średnicy podziałowej stosuje się specjalny mikrometr do gwintów z wymienionymi końcówkami (rys. VI-29). Parę końcówek oznaczonych odpowiednim nwnerem dobiera się w zależności od skoku gwintu. Końcówkę pryzmatyczną (widełkową) wkłada się w otwór kowadełka, a końcówkę stożkową w otwór we wrzecionie pomiarowym. Uwaga: po każdej wymianie koń­ cówek mikrometr musi być nastawiony na punkt zerowy. W tym celu bęben mikrometru ustawia się na zero (lub na wymiar oznaczony na wzorcu) i zaciska zacisk pierścieniowy. Następnie ko-

269

a)

Chwyt

Chwyt

--~ ,

rj

~ d)

J2

t:~~-

--·-
I

Rys. VI-29. Mikrometr do gwintów MMGe: a) widok mikrometru, b) końcówki wymienne, c) gniazdo we wrzecionie, d) wzornik nastawczy [23]

wadełko

przesuwa się wraz z końcówką aż do styku z końcówką stożkową (przy mikrometrach o zakresach pomiarowych powyżej 25 mm - do styku z wstawionym odpowiednim wzorcem nastawczym). Wszystkie wielkości charakteryzujące gwint można mierzyć za pomocą mikroskopu warsztatowego lub projektora pomiarowego (rys. VI-30). Stolik projektora 12 jest"przesuwany śrubami mikrometrycznymi w dwóch prostopadłych do siebie kierunkach. ekranie 7 są wykonane cztery linie krzyekranµ. Noniusz 9 umożli~ia odczyt kątów z dokładnością do 1 minuty. Przedmiot mierzony 13 mocuje się w kłach lub na pryzmie. Projektor umożliwia również sprawdzanie tolerancji gwintu. \V tym przypadku zarys gwintu wraz z polami tolerancji, narysowany w odpowiednim powiększeniu na kalce technicznej, nakłada się na ekran i porównuje z rzeczywistym obrazem gwintu. Do seryjnego sprawdzania gwintów stosuje się sprawdziany. Na

półprzezroczystym

żujące się

270

w

środku

\

Rys. VI-30. Schemat projektora [31]

'

l 6 ·.:_

źródło światła,

ślimak,

Il -

4. Przebieg

-

-

z-

kondensor, 3 - przesłona , 4 - pryzmat, 5 - obiektyw, ekr11m, 8 - pierścień z podZiałką klłtową, s - noniusz, io przegub slimaka, IZ - stolik pomiarowy, 13 - przedmiot mierzony

zwierciadło, 7 -

ćwiczenia

Sprawdzić

stan techniczny sprzętu pomiarowego. Oczyścić przyrządy z tłuszczu konserwującego. Mikrometr zamocować w podstawce, sprawdzić działanie oświetlacza w projektorze. Zmierzyć suwmiarką średnicę d gwintu, dobrać wzornik przylegający do gwintu, z wzornika odczytać wartość skoku gwintu. Wyniki zanotować w karcie ćwiczeń. Zmierzyć gwint za pomocą mikrometru. Na podstawie wartości skoku dobrać odpowiedni numer końcówek wymiennych i umieścić je w mikrometrze. Nastawić mikrometr na punkt zerowy. Zmierzyć mikrometrem średnicę podziałową d 2 gwintu. Wynik zanotować w karcie ćwiczeń. Wyniki z obu powyższych pomiarów porównać z normą PN-70/M-02013. Dokonać pomiaru skoku gwmtu za pomocą projektora. Zamo271

•

cować przedmiot z gwintem w kłach stolika. Ustawić podziałk~ kątową

ekranu na położenie zerowe. Ustawić obraz gwintu ni.l ekranie tak, aby wierzchołki gwintu stykały się z poziomą limą ekranu. Ruchem wzdłużnym stolika sprawdzić równoległość osi gwintu do kierunku ruchu stolika. Ruchem wzdłuż­ nym i poprzecznym stolika ustawić obraz na ekranie tak, aby krawędź gwintu znalazła się w punkcie środkowym ekranu (na przecięciu linii). Odczytać wskazanie na bębnie śruby ruchu wzdłużnego. Ruchem wzdłużnym stolika przesunąć obraz tak, aby pod punktem środkowym znalazła się następna równolegla do poprzedniej krawędź. gwintu. Dokonać drugiego odczytu. Różnica odczytów jest wartością skoku gwintu. -- Dokonać pomiaru kątów gwintu z pomocą projektora pomiarowego. Ustawić na ekranie kTaw~dź gwintu na punkt środ­ kowy ekranu. Obracając ekran przechylić linię pionową do styczności z krawędzią i odczytać kąt za pomocą noniusza. Przesunąć obraz tak, aby sąsiednia krawędź gwintu znalazła się w punkcie przecięcia siG linii ekranu; obrącaJąc ekran w kierunku przeciwnym doprowadzić do styczności drugą krawędź . Różnica obydwu odczytów 3est wartością kqta a zarysu gwintu. Sprawdzić toleranc3ę wykonania gwintu. Na ekran projektora nałożyć kalkę techniczną i odrysować profil gwintu. Na podstawie normy PN-70/M-02113 narysować na kalce technicznej w odpowiednim powiększeniu zarys teoretyr:zny mierzonego profilu gwintu wraz z tolerancjami (rys. VI-31). Nałożyć na siebie kalki i sprawdzić, jak rzeczywisty profil gwintu mieści się w zaznaczonych tolerancjach. - Przyrządy pomiarowe oczyścić, zakonserwować i ułożyć w przewidzianym dla nich miejscu. Na aparat projekcyjny nałożyć osłonę.

5. Uwagi do sprawozdania: Zestawić

272

wyniki pomiarów w ujęciu tabelarycznym. rysunki sprawdzenia tolerancji. . Podać własne wnioski, uwagi i spostrzeżenia.

Dołączyć

)

\

Rys. VI - 31. Toler a n cja gwintów : a)

wewnętrznych, b) zewnętrznych

Ćwiczenie Vl.6

POMIAR SPRAWDZIANU DO GWINTU

1. Cel ćwiczenia : poznanie konstrukcji sprawdzianu do gwintu, zaznajomienie się z pomiarami gwintu na mikroskopie warsztat owym i me todą trójwałeczkową. Wyposażenie:

przedmiot mierzony (dwugran iczny sprawdzian tłoczkowy do gwintu metrycznego MSBf o średnicy do 20 mm), przyrządy pomiarowe mikroskop warsztatowy z przystawką kłową, mikrometr zewnętrzny MMZc 0-7-25, podstawka do mikrometru MMZm, wieszak do wałeczków MLDm, komplet wałeczków pomiarowych MLDa, PN-70/M-021 30, instrukcja obsługi mikroskopu. 2.

18 -

P ra cownia te chnic zna dla tech n.

273

Wiadomości

I

uzupc-lni.1jc-1ce

Wszystkie charakterystyczne wielkości gwintu moż.na mierzyć za pomocą mikroskopu warsztatowego. Długości w dwu prostopadłych do siebie kierunkach odczytuje się tu na bębnach śrub przesuwających stolik mikroskopu, natomiast wartości mierzonych kątów na obrotowe· tarczy okularu. Na blolik mikroskopu zakłada S1ę urząaz~nie kłowe. :Między kły wstawia się wakk kontrolny. Należy zwrócić uwagę, aby oś kłow wypadła \V połowie poprzee:znego ruchu stolika (zakres przesuwu stolika 25 mm). Po nastawieniu ostrości obrazu pionowym ruchem tubusu mikroskopu nastawia się równoległość osi kłów do ruchu wzdłużnego stolika. Stolik należy ustawić tak, aby punkt środkowy okularu, czyli punkt przecięcia się linii ciągłych (rys. VI-32), ślizgał się po krawędzi wałka kontrolnego przy przyspieszonym posuwie wzdłużnym stolika. p

Rys. VI-32. Linie w okularze mikroskopu warsztatowego [23]

Rys. VI-33. Pomiar skoku gwintu, średnicy podziałowej i kąta profilu

na mikroskopie warsztatowym

.Przy pomiarze skoku gwintu i $rednicy

punkt środkowy okularu nastawia się na krawędź gwintu (rys. VI-33). Pozostałe średnice mierzy się z użyciem poziomej linii okularu, ką­ ty sprawdza się dostawiając stycznie do profilu gwintu linie okularu krzyżujące się pod kątem 60°; ewentualne odchyłki odczytuje się na podziałce kątowej, obracając tar~zę okularu. Przy pomiarze kąta za pomocą mikroskopu Jedną z linii bkularu (najczę­ ściej pionową) należy obracając tarczę okularu doprowadzić 274

podziałowej

do styczności z jednym ramieniem kąta i w boc,z nym okularze mikroskopu odczytać wartość kąta z dokładnością do 1 minuty, następnie tę· samą linię doprowadzić do styczności z drugim ramieniem kąta i dokonać drugiego odczytu. Różnica obu odczytów jest wartością mierzonego kąta. Pomiaru

średnicy podziałowej metodą tr ój wałeczkową

dokonuje się następująco. Średnice wałeczków - w zależności od kąta profilu gwintu i jego skoku - dobiera się wg poniższej tablicy. Skok gwintu P mm

0,6 0,75 0,8

I

Ir

1

1,25

Średnica

2

1,75

2,5

0,455

0,620

0,725

3 3,5

I

-·

wałeczka

po miarow ego dw mm

1,5

0,895

1,100

1,350

1,650

2,050

I I

Wałeczki

wiesza się na wieszaku nad mikrometrem zamocowanym w p9dstawce (wysokość zawieszenia musi być taka, aby środkowa pomiarowa część wałeczka znalazła się na wysokości osi pomiaru mikrometrem). Sposób ułożenia wałeczków do pomiaru przedstawia rys. VI-34. Następnie mierzy się wartość M za pomocą mi-· kromeiru. Średnicę podziałową oblicza się wg wzoru d2 = M-dw ·

1 (1+ -.s1na -)+ ~ 2 1

·

ctga

Dla gwintu metrycznego, gdzie 2a 1 =a=60°

We wzorze tym A1 - poprawka ze względu na eliptyczny osiowy przekrój wałeczka, A 2 - poprawka na odkształcenie spowodowane naciskiem pomiarowym. Dalszych poprawek (A3 , A 4 , A 5 ) nie uwzględnia się w ty m ćwi­ czeniu. Są to poprawki ze względu na błędy skoku, kąta profilu i średnicy wałeczka. Wartości poprawek A1 i A 2 wynoszą

r1

E Rys. VI-3!. P omiar gwintu

A 2 = 0,008 ·

gdzie FP 4. Przebieg

V

[7]

Fa

dP mm

nacisk pomiarowy w N . ćwiczenia

Sprawdzić

-

metodą trójwałeczkową

stan przyrządów pomiarowych, oczyścić przyrządy. Przygotować do pomiaru mikroskop z przystawką kłową. Ustawić mikroskop według uwag zuwartyc~ w wiadomościach uzupełniających. Sprawdzić punkt zerowy mikroskopu. Sprawdzić temperaturę otoczenia. Dokonać pomiaru gwintu mikroskopem. Zamocować sprawdzian w kłach. Posuwem wzdłużnym i poprzecznym ustawić obraz profilu gwintu w okularze. Wykonać pomiar skoku gwintu, średnicy podziałowej, średnicy gwintu, średnicy rdzenia. Sprawdzić kąt profilu gwintu i zmierzyć jego ewentualne odchyłki. Wyniki wpisać do karty ćwiczeń. Zmierzyć średnicę podziałową metodą trójwałeczkową. Zamocować mikrometr w podstawce, na mikrometrze zamocować wieszak. Dobrać wałeczki w zależności od skoku mierzonego

276

-

gwintu. Zmi erzyć wartość M (rys. VI-34). \Vyniki wpisać do karty ćwiczeń. Obliczyć średnicę podziałową gwintu z uwzględ­ nieniem poprawek, przyjmując nacisk pomiarowy 5 N. Porównać wyniki pomiaru za pomocą mikroskopu i metodą trójwałeczkową. Porównać również wyniki z wartościami zawartymi w normach. Rozbroić mikroskop, nakryć go osłoną. Przyrządy do pomiaru oczyścić, zakonserwowa ć i umieścić w przeznaczonym na nie miejscu.

5. Uwagi
wyniki pomiaru w tabelach. Narysować schemat pomiaru gwintu metodą trójwałeczkową (wg rys. VI-34) i nanieść nań zmierzone wartości. Podać własne wnioski i spostrzeżenia.

Ćwiczenie

Vl.7

POMIARY PROMIENI, tUKOW

KOŁOWYCH

I OWALI

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z pomiarem łuków i promieni za pomocą promieniom1erzy 1 mikroskopu i projektora.

2. Wyposażenie: przedmioty mierzone (2 płytki o grubości 1 mrn - jedna kołowa o średnicy 20-7-30 mm, druga owalna o długości maks. 30 mm), narzędzia pomiarowe - mikroskop warsztatowy, projektor, wzorce promieni. 3.

Wiadomości uzupełniające

Mikroskop warsztatowy jest wyposażony w okular rewolwerowy z zarysami łuków (rys. VI-35). Promienie można również mierzyć za pomocą okularu goniometrycznego w ten sposób, że przesuwając stolik nastawia się środkowy punkt okularu kolejno na trzy punkty krzywizny (rys. VI-36a) i odczytuje odpowiadające im

277

Rys. VT-35. Pomiar promienia łu­ ku z użyciem głowicy profilowej do łuków [4] l - pole widzenia, 2 sprawdzany

-

-

'>

Rys. VI-36. Trójpunktowy pomiar promiema luku na mikroskopie [4]

współrzGdne .

B

p r 7,edmiot

Na podstawie tych wartości oblicza ciwy łuku c oraz długość strzałki S (rys. VI-36b). cza się wg wzoru

o się długość cię­

Promień

r obli-

(pomjar ten można rówmez wykonać suwmiarką modułową). Sprawdzanie za pomocą projektora polega na obser wacji pokrywania się zarysu przedmiotu z zarysem wykonanym na rysunku (rys. VI-37). Dokładność sprawdzenia jest zależna głównie od dokładności wykonania rysunku. 4. P rzebieg

ćwiczenia

Sprawdzić

stan techniczny sprzętu pomiarowego (o ewentualnych usterkach powiadomić nauczyciela). Dokonać pomiaru łuku za pomocą rewolwerowego okularu mi278

~

B~ i>?'A \8 'A $'i I Rys. Vl-37. Pomiar promienia łuku na projektorze: a) rysunek z zarysami luków, lJ) obraz przedmiotu na ekranie porównywany z rysunkiem (4) obraz przedmiotu, 2 przyciski

1 -

rysunek, 3 -

ekran, 4 -

' kroskopu. Założyć okular rewolwerowy z wzorcami łuków, na stoliku pomiarowym ustawić sprawdzany przedmiot tak, aby najwyższy punkt łuku znajdował się w środku pola widzenia i przyl!locować przedmiot do stolika. Następnie łuk wzorcowy doprowadzić do pokrycia się z łukiem badanego przedmiotu. Odczytać i zanotować wartość promienia. - Dokonać pomiaru łuku metodą współrzędnych. Przesunięciami stolika zmierzyć długość cięciwy (posuwem wzdłuznym) oraz wysokość strzałki (posuwem poprzecznym). Obliczyć promień łuku. Dokonać

-

-

sprawdzenia łu~u na projektorze. Umocować na projektorze rysunek w odpowiednim powiększeniu (z ew. oznaczeniem pola tolerancji), ustawić sprawdzany przedmiot na stoliku projektora i doprowadzić zarys sprawdzanego przedmiotu do pokrycia się z zarysem ~ rysunku sprawdzając, czy dany przedmiot Jest wykonany w określonej tolerancji. Określić wartość promienia za pomocą promieniomierza. Wzorzec promienia dobrać tak, aby między zarysami nie wystę­ powąła szczelina świetlna. Pomiar wykonać dla wszystkich pronueni. Wyniki pomiarów wpisać do karty ćwiczeń. Narzędzia pomiarowe i modele starannie oczyścić, zakonserwować i ułożyć w przewidzianym dla nich mieJscu. 279

5. Uwagi do sprawozdania:

Wyniki pomiarow ująć w tabelach. uwagi, wnioski i spostrzeżenia na temat metod pomiarowych.

Podać własne

tĆwiczenie

Vl.8

POMIARY KOt

1. Cel

ZĘBATYCH

ćwiczenia:

koła zębatego

zapoznanie z metodami wyznaczania p arametrów w celu wykonania takiego samego nowego koła.

I

,

2. Wyposażenie: przedmioty mierzone (dwa koła zębate walcowe o zębach prostych - jedno z zębami normalnymi zerowymi, drugie z zębami korygowanymi), przyrządy pomiarowe: suwmiarka unwiersalna, suwmiarka modułowa, mikrometr do kół zębatych 0+25 lub 25-:-50, przyrząd czujnikowy do pomiaru podziałki przyporu - Maaga lub Zeissa, wzorce do nastawiania przyrządu czujnikowego, lupa, instrukcja obsłu gi przyrządu czujnikowego. 3.

Wiadomości uzupełniające

Nalezy

przypomnieć

zębatych,

a w

sobie z

części

maszyn

wiadomości

o

kołach

szczególności pojęcia : podziałka, moduł, koło

zakorekcja P-0,

sadnicze, ewolwenta, kąt przyporu, wysokość zęba, oraz P, średnica podziałowa, wierzchołków zębów, den (rys. VI-38). W kolach zębatych walcowych o zębach prostych obwód ' działowego wynosi

wrębów koła

po-

n·d=z· t 0 gdzie: d z to -

280

średnica koła podziałowego,

liczba

zębów,

podziałka

obwodowa;

podziałka

obwodowa wynosi

Rys. Vl-38.

Zęby

ł~l zębatego

(17]

ko-

Podziałka

moduł .

t 0 =m·n, gdziem -

Stosuje

się n astępujące moduły

nomina(na

znormalizowane:

l; 1,25; 1,5; 1,75: 2; 2.25: 2,5; 2,75 ; 3 :

(~~.25);

3,5 ; (3,75); 4 , (4,25);

4,5; 5; 5,5; 6; (6,5): 7; 8. Liczby wygrubione dotyczą modułów uprzyw1le jowanych; w nawiasach podano wartości wyjątkowo dopuszczalne. Wysokość zęba

h=ha +hf

gdzie: h 0 - wysckość głowy zęba, h 1 - wyso kość stopy zęba Pod względ em wysokości zęby mogą być normalne (y= 1), msk1e (y < 1) lub wysok1e (y > 1), gdzie y j est współczy nmkiem wysokości zęba. Wzór na wysokość zęba przyjmuje więc postać

h=2·y·m -l- c w której c Odróżniamy

luz wierzchołkowy; zwykle wynosi on c=0,2 · m. zęby zerowe (ht- ha=c), zęby korygowane (h 1 -ha=I=

-=/=c) oraz zęby dzikie

Dla Dla Dla

zębów

zerowych ha=-y·m; h;= y·m +c, zębów korygowanych hak= (y-f-x) ·m ; hfrc= (y-x)·m+ c. zębów dzikich had=(y+x -k)·m; h ra.= hil•· gdzie x - współczynnik "korekcji (przesunięcia zarysu) Srednice w kole zębatym : - podziałowa d =z· m - wierzchołkowa da= d + 2 ha - dna wrębów di=d-2 h 1 - koła zasadniczego dz=d ·cos a0

281

gdzie a 0 - kąt przyporu (kąt zarysu zęba); znormalizowany nominalny kąt zar ysu wynosi a 0 =20° (w starszych konstrukcjach spotyka się aó= 15°; można również spotkać a0 = 14°30'; 17°30' 20°30'; 25°; 30°). zasadnicza tz jest odmierzana na obwodzie koła zasadniczego, podziałka przyporu tp - na stycznej do koła zasadniczego (rys. VI-39). Podziałka

Rys.

VI-39.

Podziałka

przyporu tptl 7) Ws tępne

sprawdzanie koła zębatego polega na oględzinach stanu powierzchni zębów. Stwierdza się, czy są uszkodzenia; można również na podstawie oględzin określić sposób wykonczenia powierzchni zębów, a na podstawie kształtu zębów - stwierdzić, czy są to zęby zerowe czy korygowane, normalne czy wysokie lubniskie. Dla wyznaczenia modułu wystarczy znać liczbę zębów oraz wartości średnic dna wrębów i wierzchołkową. Gdy liczba zębów jest nieparzysta, średnice te wyznacza się pośrednio, tj. zmierzony wymiar od wierzchołka zęba (lub od dna wrębu do powierzchni otworu) mnoży się przez 2 i dodaje średnicę otworu. Zakładaj4c, że zęby są normalne i zerowe, moduł oblicza się wg wzoru

Wynik powimen być bliski war tości Wysokość zęba oblicza się wg wzoru

sprawdzając równocześnie zależność

282

modułu

h=2,2 m.

znormalizowanego-.

Gdy wartość wyliczon0.go modułu odbiega od wartości znormalizowanej, świadczy to o tym, że zęby są korygowane lub nienormalne. Gdy h zmierzone różni się od h "vyliczonego, świadczy to o tym, że zęby są nienormalne. nieno;r-rnalnych przypuszczalną średnicę podziałową można określić na połowie wysokości zębów; moduł oblicza się wówczas wg wzoru

Przy

zębach

d11 I dt rn = - 2 · (z-0,2)

dla c - 0,2 · m

·(wzór nieistotny dla zębów korygowanych). Przy zębach korygowanych m oblicza się wg wzoru da m = z+ 2

Przy korekcji dodatniej przy korekcji ujemnej -

wyliczoną wartość zaokrągla się

w

\"..'

dół,

górę.

Dla wyznaczenia kąta przyporu dokonuje si~ pomiaru podział ki przyporu tp. Pomiar przeprowadza się mikrometrem talerzykowym MMSw przez n zębów. Liczbę n wyznacza się z tablic VI-1 i VI-2. Dokonuje się dwóch pomiarów (rys. VI-40), przez n zę-

Rys. VI-40. Pomiar podział­ ki przyporu mikrometrem talerzykowym [17]

bów W n, przez n+ 1 zębów W n+ 1 • nicą tych dwóch pomiarów

Kąt

Podziałka

przyporu jest

róż­

przyporu cosa

283

T a b 1i c a Długość

pomiarowa W przy pomiarze grubości metod<\ przez kilka zębów dla m=l i a=l5°

z

n

12

2

13 14 15

16 1'T 18

19 20 21 22

23 24

I

w 4,6231 4,6290 4,6350 4,6409 4,6499 4,6528 4,6587 4,6647 4,6709 4,6766 4,6825 4,6884 4,6944

w

I

49 50 51 52 53 54

25 26'

3

27 28 29 30 31

32 33 34 35 36

37 38 39 40 41

4

7,7349 7,7408 7,7467 7,7527 7,7586 7,7646 7,7705 7,7764 7,7824 7,7883 7,7943 7,8002 10,8407 10,8466 10,8526 10,8585 10,8645

4

42 43 44 45 46 47 48

55

5

I

56 57 58 69 60

I

I

61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71

72

6

VI-1

zęba

10,8704 10,8763 ] 0,8823 10,8882 10,8942 10,9001 10,9060 13,9!65 13,9525 13,9584 13,9643 13.9703 13,9762 13,9822 13,9881 13,9940 14,0000 14,0059 14,0119 17,0523 17,0583 17,0642 17,0702 17,0761 17,0820 17,0880 17,0939 17,0999 17,1058 17,1117 17,1177

Jl

I

z 73 74 75 76 77 78

n

I 7

20,1582 20,1641 20,1701 20,1760 20,1819 20,1879 20,1938 20,1998 20,2057 20,2116 20,2176 20,2235

8

23,2640 23,2699 23,2769 23,2818 23,2878 23,2937 23,2996 23,3056 23,3115 23,3175 23,3234 23,3292

9

26,3698 26,3758 26,3817 26,3876

79

80 81 82 83 84 85 86

87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100

w

Do sprawdzenia równomierności podziałki przyporu można użyc specjalnego przyrządu czujnikowego Ma agą (rys. VI-41) lub C. Zeissa (rys. VI-42). Szczęki przyrządu n ależy nastawić na wartość teoretyczną (wzorcem lub płytkam i wzorcovvymi) 284

T a b 1 i c a VI-2 Długość

pomiarowa W przy pomiarze grubości zęba metodą przez kilka zębów dla. m=l i a=20°

z 9 10

I

n

I

4,5542 f,6683 4,6623 4,5963 4,6103 4,6243 4,6383 4,6623 4,6663 4,6803

2

11 12 13 14 16 16 17 18 19 20 21 23 24 26

26 27

10,7246 10,7386 10,7528 10,7666 10,7806 10,7916 10,8086 10,8226 10,8367

4

SO 31

32

I I I I

I

33 34 35 36 37

38 39

5

li I

I I I

I

13,8028 13,3168 13,8308

z

In I

w

40 41 42 43 , 44 45

5

13,8117 13,8588 13,8728 13,8866 13,90C8 13,9148

46 47

6

16,8810 16,8960 16,9090 16,9230 16,9370 16,9510 16,9650 16,9790 16,9930

48 49 50 51 52 53 54

7,6464 7,6604 7,6744 7,6884 7,7025 7,7165 7,7305 7,7445 7,7585

3

22

28 29

w

56

7

19,9591 19,9732 19,9872 20,001 2 20,0152 20,0292 20,0432 20,0572 20,0712

56 57 58 59 60 61 62 63

I

I

I I

I

64 65 66 67 68 69 70

23,0373 23,0513 23,0653 23,0793 23,0933 23,1074 23,1214

8

tp= t 0

•

li

z

I

In 8

71

72 73 74 75 76 77 78

9

79 80 81

I

I

w 23,1364 23,1494 26,1155 26,1295 26,1435 26,1575 ·, 6,1715 26,1855 26,1995 26,2136 26,2275

I

I

82

10

29,1937 29,2071 29,2217 29,2357 29,2497 29,2637 29,2777 ' 29,2917 29,3057

11

32,2719 32,2859 32,2999 32,3149 32,32'79 32,3419 32,3559 32,369!) 32,3839 35,3500

83 84

I I

85 86 87

I

88 89 90

!

91 92 93 94 95 96

97 98 99 100

I 12

I

I I

I

COS
P?działkę tę

sprawdza się co kilka zębów. Przy pomiarze suwmiarką modułową (rys. VI-43) należy określić

285

Rys. VJ-41. Przyrząd czujnikowy Mdaga do pomia ru ki przyporu [17] 1 -

szczęka stała,

2 -

szczęka

pomiarowa, 3 -

szczęka

podział­

nastawna

pomocnicza

Rys. VI-42. Pomiar podziałki przyporu za pomocą urządzenia pomiarowego wchodzącego w :ikład uniwersalnego przyrządu do pomiaru kół z<;batych [17] l

-

s-icz~ka

:szczęka

stała,

2

-

pomiarowa,

~

-

czujnik, 4 -

wysokość

koło

zębate

hp, na jakiej dokonywać się będzie pomiaru grubości s. hp jest większa od ha, gdyż ząb mierzony jest na cię­ ciwie wspierającej się na kole podziałowym. Przy pomiarze zębów normalnych zerowych korzysta się z tab. Vl-3. Wartości z tej tablicy (hp i s) należy pomnożyć przez moduł m. Dla zębów zerowych nienormalnych wartość s nie zmienia się, zmienia się natomiast hp. Dla zębów wysokich hpw=[h t-(y-l)]·m, dla zę­ bów niskich hpn=[h-(l-y)]·m. Wysokość

286

Hys. VI-43. Pomiar grubości zęba suwmiarką modułov.·ą [17] wysuwka, :? - suwai. wysuwki, 3 - szczc;ka stała, 4 szczęka przes:.i\i:na, 5 urządzenie do dokładnego ustawienia szczęki przesuwnej

1 -

korygowanych nienormulnych grubość zęba w kole podziałowym (mierzoną po łuku) obhcza się wg \\·zoru

Dla

zębów

i,,-= (; t 2x · tgrL 0) · m Vlysokość głowy

ZGba korygowanego (rys. Vl-44) wynosi hak.

Rys. VI-44.

0

Grubo:.'.>ć zęba

(y+x)·m

[17)

287

T a b li c a VI -3 Grubość zęb1'1w

z

i w~ sokości pomiarowe dla. m =l

s

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 2S 24 25

1,5643 1,5664 1,5663 1,5669 1,5674 1,5679 1,5682 1,5685 1,5688 1,5690 1,5692 l,!J693 1,5694. 1,5695 1,5696 1,5697 1,5697 1,5698 1,5699 1,5700

26 27 28 29

hp

1,0615 1,0559 1,0513 1,04'73 1,0441 1,0411 1,0385 1,0363 1,0342 1,0324 1,0308 1,0293 1,0281 1,0269 1,0257 1,0248 1,0237 1,0228 1,0221 1,0212

z

Il

s

-I

30 32

1,5700 1,6701 1,5702 1,5702 1,5703 1,5703 1,5704 1,15704 1,5704 1,5704 1,5705 1,5706 1,5707 1,5707 1,6708 1,5708 1,5708 1,5708 1,5708 1,5708 l,5708

34

35 36 38

40 42 44 45

46

I

48 50 56 60 70 80 97 127 135

hp

1,0206 1,0192 1,0182 1,0176 1,0171 1,0162 1,0154 1,0146 1,0141 1,0137 1,0134 1,0128 1,0123 1,0112 I,0103 1,0088 1,0077 1,0064 1,0063 1,0045 1,0000

2

d Wysokość pomiarowa hpk =hak +4 Grubość

p omtarowa (wzór uproszczony)

4. Przebieg

-

-

·

( 2 sk )

ćwiczenia

Sprawdzić

stan techniczny sprzętu pomiarowego (o usterkach zameldowac prowadzącemu ćwiczenia) . Oczyścić przyrządy i przedmioty mierzone. Przeprowadzić wstępne oględziny kół zQbatych (zaobserwować ewentualne uszkodzenia, określic kształt zębów). Określić wysokość ze bo'ł. (normalne, nienormalne). Stwierd~ić, czy zęby

288

są

-

zerowe czy korygowane, z korekcją dodalmą (wąskie zaostrzone wierzchołki) czy ujemną (wąskie stopy zębów) . Wyznaczyć wymiary zębów. Policzyć liczbę zębów sprawdzanych kół zębatych, zmierzyć średnice wierzchołków i średnice den

wrębów, obliczyć wysokość zębów

znaczyć moduły

(d=z·m),

kół zębatych,

obliczyć wysokości głów zębów

obliczyć współczynnik

korygowanych

obwodową

korekcji

da.~dt

obliczyć średnice

. wspo.ł czynm.k wysok osc1 . . . o bl iczyc

zębów

(h =

zę

d0 ~d

)'

(y =

(przesunięcia

(x= ha 2~· m),

podziałowe

(ha=

ba

). wy-

h-0,2m ) m 2 zarysu zęba) dla

obliczyć podziałkę

(t 0 =m·n).

Pomiary i wyniki wpisać do karty ćwiczeń Wymaczyć kąt przyporu. Określić liczbę zębów do pomiaru mikrometrem talerzykowym (tabl. VI-1 lub VI-2), dokonać pomiaru mikrometrem wartości W n i W n+t, obliczyć podziałkę

przyporu t 0 = W n+i - W n oraz okrąglić

-

do

kąt

przyporu (cosa

:: )· Za-

wartości

znormalizowanej. Zmierzyć równomierność podziałki przyporu. Nastawić szczękl pomiarowe przyrządu czujnikowego (rys. VI-41, VI-42) na wartość teoretyGzną podziałki przyporu obliczoną z wzoru

(dla a 0 = 15? dla a 0 =20°

·cos a 0 =3,034 545. n·cos a 0 =2,952 131). n

-

pomiaru w kilku miejscach na obwodzie koła tego, a odczytane odchyłki wpisać do karty ćwiczeń .

-

Dokonać

19 -

Dokonać

zęba­

pomiaru grubości zęba . Obliczyć wysokość pomiarową hp na podstawie tablicy VI-3 lub wzorów, na obliczoną wysokość nastawić wysuwkę suwmiarki modułowej, zmierzyć grubość zęba, zmierzoną wartość porównać z wartością teoretyczną, obliczoną z wzorów lub zaczerpniętą z tablicy. Pomiary Pracownia techniczna dla techn.

289

wykonać

karty

w kilku miejscach

koła

zGbatego, a wyniki

wpisać

do

ćwiczeń.

Sprzęt

pomiarowy oczyścić, . znaczonym dlań miejscu.

zakonserwować

i

ułożyć

w prze-

5. Uwagi do sprawozdania: Zestawić

wyniki pomiarów oraz wszystkie obliczenia z podaniem stosowanych wzorów. Wykonać rysunek przekroju osiowego mierzonych kół zęba­ tych z naniesieniem zmierzonych i obliczonych parametróJI. Podać własne wnioski i spostrzeżenia.

-

Cwiczenie Vl.9 POMIARY DOKŁADNOSCI KOl ZĘBATYCH

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie nania koła zębatego.

się

z pomiarami

dokładności

wyko-

2. Wyposażenie: przedmioty mierzone (koło zębate walcowe o zę­ bach prostych szlifowanych), przyrządy pomiarowe - suwmiarka uniwersalna, mikrometr do kół zębatych MMSw o zakresie pomiarowym 0+25 mm lub 25+50 mm albo mikrometr czujnikowy Zeissa z końcówkami talerzykowymi, przyrząd kłowy MRSb, czujnik zegarowy z podstawką, wałeczki pomiarowe (łożyskowe), trzpień tokarski, przyrządy czujnikowe Mahra lub Maaga do pomiaru podziałki obwodowej, przyrząd do sprawdzania obustronnej współpracy zębów, ewolwentomierz uniwersalny, koło wzorcowe dostosowane do sprawdzanego, instrukcje obsługi przyrzą­ dów. 3.

Wiadomości uzupełniające

Przy stosowaniu coraz to wyższych prędkości obwodowych kół zębatych wzrastają wymagania dotyczące ich dokładności. Błędy wykonania powodują bowiem drgania kół zębatych w czasie pracy.

290

Koła

zGbatc wykonywane są w 12 klasach dokładności. Stosowanie odpowiedniej klasy dokładności jest zależne od prędkości obwodowej koła w pracy (rys. VI-45 ). Przy sprawdzaniu dokład­ ności kół zębatych mierzy się zmiany w grubościach zębów, bicie promieniowe uzębienia względem osi obrotu, nierównomierność podziałki obwodowej, dokładność kształtu ewolwentowego zarysu zębów, równomierność współpracy z kołem wzorcowym.

~

<5

lfS

20

-...,

·~

30

m/s

~

&'."

o~

m/s

I

Rys. VI-45. Klasy dokładności kół w zależności od prędkości obwodowej koła (23]

Rys. VI-46. Pomiar przez k

zębatych

zębów

mikrometrem talerzy-

kowym

I

Przed przystąpieniem do ćwiczenia należy przypomnieć sobie z części maszyn podstawowe wiadomości o kołach zębatych oraz zaznajomić się z u wagami do ćwiczenia VI.8. Pomiar przez k zę­ bów mikrometrem talerzykowym (rys. VI-46) jest pospolicie stosowany przy sprawdzaniu kół zębatych. Łączy bowiem pomiar grubośc i zębów oraz równomierności podziałki obwodowej. Liczbę zębów obj ętych pomiarem można wyznaczyć wg tablic VI-1 VI-2 (dla zębów zerowych) lub wyliczyć wg wzoru

k=z ·

ao

1so + o,s

z -

liczba zębów koła sprawdzanego, ao kąt zarysu podziałowy. ('Wynik zaokrągla się do całości). Dla zębów korygowanych i dowolnego kąta przyporu wyznacza się wg wzoru

w którym:

liczbę tę

291

1· [ k =n

V(

z+ 2x )2 cosa o

. z 2 -z · mva-2x · tga o

o

] +o5

korekcji zaTysu zęba, funkcja, której wartość wyznacza tabl. VI-4.

t

współczynnik

w którym: x inv ao -

się

wg

Ta b lic a VI-4 Wartość

inv a

ao

inv a = tg a- a

14°30 15° 1'7°30 20° 22°30 25°

0,005 545 0,006150 0,009 866 0,014 904 0,021 514 0,029 975 0,053 751

30 °

Wi elkość mierzoną

wyznacza

się

wg wzoru

W=m 0 ·cos a0 • [(k- 0,5)n+z•inv a 0 ]+ 2x·rnó·sin a 0 Dla zębów zerowych (x= O) odpada ostatni człon wzoru. Współ­ czynnik wysokości zęba y nie wpływa na zmianę k i W. Pomiaru bicia uzębienia dokonuje się czujnikiem zegarowym na przyrządzie kłowym (rys. VI-4 7). Ważną rzeczą jest dobór odpowiedniej średnicy wałeczka dk, wkładanego w poszczególne wr ę­ by. Średn ica największa

m · n · cosa 2

0

średnica na jm nie jsza

· cosao - 2x · m o · sinao 292

. .

Rys. Vl-47. Pomiar bicia promieniowego uzębienia [17] podStawa, 2 - urządzenie klowe, 3 - trzpień tokarski. f. - koło sprawdZane, 5 - wałeczek pomiarowy, 6 czujnik ze1arowy, 7 - tarcza czuj1 -

nika

Przyrządy

rzujnjkowe do pomiaru podziałki obwodowej są wyposażone w dwie pomocnicze końcówki wspornikowe, które opiera się albo na dnach wrębów (przyrząd czujnikowy C. Mahra rys. VI-48a), albo na wierzchołkach zębów (przyrząd czujniko~ Maaga - rys. VI-48b). Jeżeli pomiar dotyczy tylko odchyłek podziałki obwodowej, a nie jej wartości, nie jest konieczne nastawianie przyrządu ściśle na wymiar podziałki. w większości przyrządów do sprawdzania ewolwenty - oprócz koła zębatego mierwnego trzeba również założyć na przyrząd

Rys. VI-48. Pomiar równomiernoś ci podziałki obwodowej: a) czujnikowym Mahra, bJ przyrządem czujnikowym Maaga [17) 1 -

końcówka stała , 2 -

końcówki

końcówka

poml.arowa, 3 -

końcówka

przyrządem

pomocnlcza, 4 -

wspornikowe

293

krążek

o średnicy równej średnicy koła zasadniczego mierzonego koła . W ewolwentomierzach uniwersalnych (rys. VI-49) nie ma takiej konieczności. Przez poprzeczne przesunięcie sanek promieniowych n można nasta wić dowolny promień koła zasadniczego

10

14

7

8

Rys. VI-49. Ewolwentomierz uniwersalny [7] listwa przesuwna z zamocowanymi taśmami stalowymi, 2 - prowadnice SJJpor tu stycznego 9, osadzone na saniach promieniowych 13, 3 - segment obracany napiętymi taśmami stalowymi, 4, s oś obrotu prowadnicy 8, w której ptteauwa się cliwignia 7, 6 oś obrotu dźwigni 7, 9 suport styczny z aparatem pomtaroWJIJł, przesuwany dźwignią 7, 10 końcówka p omiarowa, Il kółko ręane przesuwaj~ce listwę 1, l2 korba przesuwu sań promieniowych, 13 - sanie f)romienlowe, 14 - prowadnice sań promieniowych, 15 - przymiar z podziałk1 do nastawiania aali promieniowych 13, c - środek obrotu sprawd:zanego kola i segmentu 3, rg prełD.leń lł'oła :z.a.sadniczego w kole sprawdzanym, Rn promień secmentu 3, S lkok suportu stycznego 9, Sn - skok listv;y l J -

294

4

z dokładnością 0,001 mm. W ewolwentomierzach uniwersalnych na czujniku można bezpośrednio odczytywać odchyłki ewolwenty; przyrząd umożliwia też otrzymanie wykresu mierzonych odchyłek w powiększeniu 500:1. Przez przesuwanie listwy 1 w kierunku wzdłużnym napięte taśmy stalowe powodują obrót sprawdzanego koła, a dźwignia 7 przesuwa trzpień czujnika wzdłuż odtaczanej stycznej koła zasadniczego. Wypadkową tych ruchów jest ślizganie się końcówki czujnika wzdłuż powierzchni roboczej zęba.

Dokładność

koła ząbatego można sprawdzić przez badanie odpowiedniego przyrządu - współpracy z kołem zęba­ tym wzorcowym. Na wspólnym wałku zamocowane są: wzorcowe koło zębate i krqżek o średnicy równej średnicy podziałowej koła wzorcowego. N a drugim wałku są osadzone współśrodkowo: koło zębate sprawdzane i drugi krążek o średnicy równej średnicy podziałowej koła sprawdzanego, dociśnięty obwodem do pierwszego krążka. Obracając pierwszy wał,~k, porównuje się płynność ruchu obrotowego drugiego krążka i sprawdzanego koła. Przy sprawdzaniu otrzymuje się wykres kołowy, na podstawie którego doświadczony pracownik może określić przyczyny i rodzaje błędów.

z

użyciem

4. Przebieg ćwiczenia Sprawdzić

pomiarowego. Przyrządy pomiarowe oczyścić. Sprawdzić temperaturę otoczenia. Ustalić zasadnicze parametry mierzonego koła zębatego: z, m, ao, x, y. Dokonać pomiaru koła zębatego mikrometrem talerzykowym. Sprawdzić punkt zerowy mikrometru. Wyznaczyć liczbę k zę­ bów, które należy objąć pomiarem. Odpowiednio rozsunąć talerzyki pomiarowe mikrometru, mikrometr nałożyć na zęby mierzonego koła, wykonać pomiar (przy pomiarze poruszać mikrometr lekkim ruchem wahadłowym, aby talerzyki ślizga­ ły się po powierzchniach roboczych skrajnych zębów). Pomiar wykonać w kilku miejscach na całym obwodzie mierzonego koła. Mierzone wartości porównać z wartością teoretyczną z tabl. VI-1 lub VI-2 albo wyliczoną wg wzoru stan techniczny

sprzętu

W =m 0 ·cos a 0 • [(k-0,5) n+z·inv a 0 ] +2x·m 0 ·sin ao

295

do karty ćwiczeń. Dokonać pomiaru bicia uzębienia. Dobrać odpowiednią śred­ nicę dk wałeczka pomiarowego. Koło mierzone osadzić na trzpieniu tokarskim i wraz z trzpieniem umieścić w kłach przyrządu kłowego. Ustawić czujnik z podstawką tak, aby trzpień pomiarowy czujnika leżał w płaszczyźnie pionowe j przechodzącej przez oś kół. Wałeczk t pomiarowe wkładać w kolejne Wyniki

wpisać

wręby koła zębatego

czujni.ka. Na każdym wrębie odczytywać największe wychylenie wskazówki czujnika. Biciem promieniowym jest różnica między największym a najmniejszym odczytem czujnika. Wynik.i pomiaru wpisać do karty ćwiczeń. Dokonać pomiaru nierównomierności podziałki obwodowej. N astawić końcówki wspornikowe oraz końcówki pomiarowe przyrządu czujnikowego w trzech miejscach na obwodzie koła. Przestawiając przyrząd co jeden ząb odczytywać kolejne 8dchyłki. Wyniki wpisać do karty ćwiczeń. Wykonać wykres wg rys. VI-50. pod

-

obracając koło podprowadzać wałeczek

i

końcówkę pomiarową

-

-

/

/

-~

~

.r

-

,._

,/

-

-

-

- ~- -! I ..... _ "" ,__ !?-.......: -

D

1

1

s

~

1

1

7

8

g

~

NuTTSy kol.ejne

Rys. Vl-50. Wykres

-

n u u w

,__. ,__ I

~

a

"

podliałl!k

nierównomierności podziałki

i-== ±== -

-

-

~

~

M

~

--~ ~ ~

:!':;

~

tl r-

v a a

~

obwodowej [7]

Sprawdzić koło

za pomocą ewolwentom.ierza. Na trzpień ewolwentomierza nałożyć sprawdzane koło zębate. Przesunięciem poprzecznym sanek nastawić promie ń koła zasadniczego.

Doprowadzić trz pień

czujnika do styku z powierzchnją roboczą zęba. Przesuwając sanki w kierunku wzdłużnym odczytać największe odchyłki oraz sporządzić wykres odchyłek . Pomiar powtórzyć w kilku miejscach obwodu sprawdzanego koła . 'Nyniki wpisać do karty ćwiczeń. Z wykresów wyciągnąć wnioski

296

,

..

..: „· •. i

-

-

Sprawdzić współpracę

wzorcowym. Na przyrząd nałożyć koło wzorcowe i koło sprawdzane. Nałożone koła wprowadzić w zazębienie bez luzu międzyzębnego. Obracając koła wykonać wykres współpracy . Opisać wykres i wyciągnąć wnioski. Rozbroić przyrządy pomiarowe, oczyścić je, zakonserwować i umieścić w przeznaczonych na nie miejscach. z

kołem

5. Uwagi do sprawozda?ia:

-

Zestawić

wyniki pomiarów. Wykonać wykres na podstawie pomiaru

nierównomierności

podziałki.

-

Do sprawozdania dołączyć wykres z pomiarów ewolwentomierzem oraz wykres współpracy kół zębatych. Podać własne wnioski i spostrzeżenia.

Ćwiczenie Vl.10

SPRAWDZANIE

1. Cel

NARZĘDZI

POMIAROWYCH

ćwiczenia:

ności narzędzi

zapoznanie pomiarowych.

się

z metodami sprawdzania

dokład­

'

2. Wyposażenie: przyrządy pomiarowe do sprawdzania - suwmiarka uniwersalna, mikrometr zewnętrzny 0725 mrn, czujnik zegarowy, kątownik MKSs 3 szt.; przyrządy pomiarowe kontrolne płytki wzorcowe, wkładki płasko-równoległe MLUd , uchwyt do płytek MLUb-100, liniał krawędziowy MLWa-160, komplet pły­ tek interferencyjnych, podstawka do czujnika łv1DZe, płyta pomiarowa MLFa, kątownik krawędziowy MKSh, szczelinomierz MW Sb. S.

Wiadomości uzupełniające

Narzędzia

pomiarowe podlegają okresowemu sprawdzaniu. Przede wszystkim należy przeprowadzać oględziny zewnętrzne w celu 297

1.

stwierdzenia, czy na powierzchniach nic ma korozji, skaleczeń, pęknięć, kaleczących zadziorów, śladów uderzeń i nadmiernego zużycia. Narzędzia pomiarowe nie powinny również być namagnesowane. W narzędziach nastawnych trzeba sprawdzać swobodę duchu elementów ruchowym wzdłuż całego zakresu oraz działanie zacisków. Sprawdza się również stan podziałek ich czytelność. Powierzchnie pomiarowe powinny być płaskie; do sprawdzania płaskości można się posłużyć liniałem krawędziowym lub płytkami interferencyjnymi. Przyleganie do siebie płaszczyzn pomiarowych sprawdza się pod światło - większe szczeliny można mierzyć szczelinomierzem. Dokładność wskazań sprawdza się przez mierzenie znanych długości w różnych punktach zakresu pomiarowego narzędzia. Równoległość płaszczyzn pomiarowych (np. w mikrometrze) można sprawdzić przeciągając między nimi lekko natłuszczoną płytkę wzorcową i obserwując ślad starcia tłuszczu. \V mikrometrze sprawdza się zazwyczaj również działa­ nie sprzęgła oraz sztywność kabłąka. 4. Przebieg

-

-

ćwiczenia

Sprawdzić

stan techniczny sprzętu pomiarowego. Wszystkie przyrządy pomiarowe dokładnie oczyścić. Powierzchnie sprawdzanych narzędzi pomiarowych przemyć benzyną. Dokonać sprawdzenia suwmiarki. Przeprowadzić oględziny zewnętrzne. Liniałem krawędziowym sprawdzić prostoliniowość

powierzchni pomiarowych na szczękach suwmiarki. Odchylenia od płaskości nie powinny przekraczać: przy noniuszu 0,1 mm dla klasy I - 0,006 mm, dla klasy II 0,012 mm; przy noniuszu 0,05 mm dla klasy I - 0,003 mm, dla klasy II - 0,006 mm. Równoległość powierzchni pomiarowych sprawdza się pod światło przy całkowitym dosunięciu szczęk do siebie oraz płyt­ ką wzorcową (na czucie) przy szczękach rozsuniętych. Szczęki do wymiarów wewnętrznych nie powinny wykazywać nadmiernego prześwitu. Dopuszczalny prześwit na szczękach: przy noniuszu 0,1 mm dla klasy I - 0,12 mm, Jta klasy II 0,030 mm; przy noniuszu 0,05 mm dla klasy I - 0,008 mm, dla klasy II - 0,020 mm.

i

298

płaskość

Sprawdzić

wskazanie zerowe. Przy zsuniętych szczękach kreski zerowe podziałki głównej i noniusza powinny pokrywać się. Również ostatnia kreska noniusza powinna pokrywać się z odpowiednią kreską podziałki głównej. Sprawdzenia dokładności wskazań suwmiarki dokonuje się płytkami wzorcowymi o kilku długościach objętych zakresem pomiarowym suwmiarki. Równocześnie sprawdza się sztywność szczęk, obliczając różnicę odczytów przy mierzeniu płyt­ ki wzorcowej r az przy nasadzie szczęk, drugi raz końcami szczęk . .__ Dokonać sprawdzenia mikrometru. Przeprowadzić oględziny zewnętrzne. Płaskość powierzchni pomiarowej sprawdzić płyt­ ką interferencyjną. Utworzyć klin powietrzny między powierzchnią pojawiające

płytki się

i

powierzchnią

prążki.

sprawdzaną.

Obserwować

Jeśli

powierzchnia sprawdzana jest płaska, wystąpią na niej prążki prostoliniowe, które przy równoległym ustawieniu obu powierzchni znikną. Gdy powierzchnia nie jest płaska, prążki nie znikają; mają kształt linii krzywych i świadczą o tym, że powierzchnia jest wklęsła lub wyA. gdzie m - liczba prążpukła. Różnica płaskości 11p=m · 2 ków, l - długosć fali światła (dla światła dziennego - białego przyjmuje się 2= 0,0006 mm). Dokładność wskazań mikrometru sprawdzić mierząc kolejne· płytki interferencyjne z kompletu (grubości płytek wynoszą 12,000; 12,120; 12,250 i 12,370 mm). -

Dokonać

sprawdzenia czujnika zegarowego na dokładność· wskazań. Czujnik umocować na podstawce. Trzpień czujnika. ustawić dokładnie pionowo nad górną płaszczyzną podstawki. Mocowanie powinno być sztywne, możliwie na krótkich ramionach. Pod trzpieniem czujnika ustawiać płytki wzorcowe o różnych wysokościach i odczytywać odpowiadające im wskazania czujnika.

- · Dokonać sprawdzenia kątownika. Przeprowadzić oględziny zewnętrzne. Prostoliniowość ramion sprawdzić liniałem krawę­ dziowym. Sprawdzanie kąta prostego przeprowadzić na trzech kątownikach, zestawiając je kolejno parami na płycie pom1a299

rowej i obserwuiąc pod światło przyleganie ramion pionowych Porównanie przeprowadzić również z kątownikiem wzorcowym (rys. VI-51). Dopuszczalne błędy kątowników zestawić w poniższej tablicy. Odchyłki

Dłuość

ramienia

lOOmm 160mm 250mm 400mm

I

kl. I

I

+ o,003 mm +o,004mm +o,005mm + o,005 mm

Odchyłki mierzy ć płytkami

+o.00'7 mm +o,oosmm -fo,OlOmm + o,Ol3mm

kl. III

+ o,ornmm +o,01smm +o,022mm + o,030mro

wzorcowymi. Wyniki pomiaru wpi-

sać

-

do karty ćwiczeń. Sprzęt pomiarowy oczyścić, widzianym dlań miejscu.

I

kL II

zakonserwować

Rys.

i umieścić w prze-

Vl-51.

kątownika

l -

kątownik ~cowy,

kątownik

płytki

5. Uwagi do sprawozdania: -

Podać

wyniki sprawdzania. Zestawić własne wnioski i spostrzeżenia.

Sprawdzanie

[Sl]

2sprawdzany, 3, 4 -

wzoroowe

Ćwiczenie

Vl.11

POMIAR SPRAWDZIANOW OPTIMETREM

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z obsługą optimetru oraz pomia-

rem sprawdzianów. 2. Wyposażenie: przedmiot mierzony (sprawdzian tłoczkowy dwugraniczny MSBa o średnicy 16-+25 mm), przyrządy pomiarowe optimetr pionowy, komplety płytek wwrcowych MLAa i MLAd, instrukcja obsługi optimetru. · 3.

Wiadomości uzupełniające

Optimetr jest czujnikiem dźwigniowo-optycznym {rys. V!-52). Na krótszym ramieniu znajduje się zwierciadło; dłuższe ramię stanowi promień świetlny. Zewnętrzne światło oświetla okienko z podziałką. Obraz podziałki na płytce 6 (rys. b) przez układ pryzmatów 5 jest rzucany na zwierciadło 2, odbija się od niego i trafia do okularu 9, w którym znajduje się kreska zerowa. Wychylenie zwierciadła 2 powoduje przesunięcie obrazu podziałki w okularze. Działka elementarna podziałki ma wartość 0,001 mm. Zakres pomiarowy wynosi 0,2 mrn, nacisk pomiarowy 2 N. Głowica

_9ptimetru (rys. a) jest umieszczona w ramieniu przesu;•:anym wzdłuż pionowej kolumny. Po zgrubnym nastawieniu optimetru należy głowicę i ramię unieruchomić, dokręcając odpowiednie śruby zaciskowe. Dokładnego ustawienia na wymiar nominalny dokonuje się z użyciem zestawu płytek wzorcowych. Ustawia się je na stoliku i opiera o nie końcówkę pomiarową przyrządu, a następnie, za pomocą drobnozwojnej śruby, na podziałce optimetru ustawia się wskazanie zerowe. Sprawdziany tłoczkowe sprawdza się pod względem wymiarów (średnica i jej tolerancja) oraz błędów kształtu. 4. Przebieg -

ćwiczenia

Sprawdzić zewnętrzny

stan optimetru i płytek wzorcowych (o ewentualnych usterkach powiadomić nauczyciela).

301

b)

c) 4

Przeciw-

wska'żnik ~;c

30

70 Rys. VI-52. Optimetr pionowy: a) widok działka widziana w okularze I - trzpień pomiarowy. 2 obiektyw, 5 - pryzmat, 6 8 -

zwierciadło oświetlaj01ce,

Nastawić

przyrządu,

b) schemat,

c) po-

odchylne, 3 - podpórka zwierciadła, 4 szklaina z podziałką, 7 - pryzmat oświeUa-jólCY, okular, 10 - wymienna końcówka

zwierciadło płytka

9 -

optimetr na zero przy nominalnym wymiarze średni­ cy sprawdzianu. W tym celu w trzpieniu pomiarowym zamocować końcówkę pryzmatyczną. Ułożyć stos . płytek wzorcowych na wymagany wymiar. W edług tego wymiaru ustawić podziałkę optimetru na wskazanie zerowe i sprawdzić je przez trzykrotne dociśnięcie końcówki pomiarowej do płytek. Odłożyć zestaw płytek. Dokonać pomiaru średnic sprawdzianu. Wskazane jest wyję­ cie tłoczków sprawdzianu z rękojeści (osadzone na stożek); zapewnia to równowagę tłoczka na stoliku optimetru. Unieść końcówkę pomiarową i pod nią ustawió tłoczek przechodni 302

-

-

sprawdzianu. Zmierzyć w kilku miejscach średnicę, a wynik pomiaru zanotować. Zmierzyć średnicę na obu końcach sprawdzianu, określając w ten sposób jego stożkowość. Wymiary zanotować. Zmierzyć śrcdnicq w jednym przekroju poprzecznym w czterech kierunkach, określając owalność przekroju koło­ wego. Wyniki zanotować. Dokonać pomiaru graniastości sprawdzianu. Unieść głowicę optimetru do góry, na stoliku optimetru ustawić pryzmę, a na pryzmie sprawdzany tłoczek sprawdzianu. Obracając tłoczek odczytać wychylenia urządzenia odczytowego i zanotować je. Podobne pomiary wykonać dla tłoczka strony nieprzechodniej sprawdzianu. Narzędzia pomiarowe starannie oczyścić, zakonserwować i uło­ żyć w przewidzianym dla nich miejscu.

5. Uwagi do sprawozdania:

-

-

W sprawozdaniu z ćwiczenia podać wyniki pomiarów ujęte w tabelach oraz rysunki pomiarów. Zmierzone średnice porównać z polem tolerancji przewidzianym dla sprawdzianu. Podać własne uwagi i spostrzeżenia oraz wnioski.

Ćwiczenie Vł.12 POMIAR

V

CHROPOWATOŚCI

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z metodami badania chropowatości

powierzchni za pomocą wzorców użytkowych, mikroskopu podwójnego i mikroskopu interferencyjnego oraz komparatora optycznego.

2. Wyposażenie: przedmioty mierzone (płytki stalowe lub żeliw­ ne - strugane, frezowane, szlifowane, odcinki wałków toczonych), przyrządy pomiarowe wzorce chropowatości typ WG-3, komparator optyczny Baruna lub komparator dwugraniczny, mikros303

kop podwójny Schmaltza-Linnika, mikrointerferometr typ GŁ-2, lupa, normy PN-73/ M-04250, PN-73/ M- 04251 , PN-78/M-04254, instrukcje obsługi aparatów. 3.

Wiadomości uzupełniające

Uzytkowe wzorce chropowatości służą do porównywania powierzchni badanej z powierzchnią wzorcową. Wzorce chropowatosci mają kształt płaski, wypukły lub wklęsły . Posługując się wzorcami można porównać chropowatość wzrokowo lub dotyk owo, przesuwając palcem lub blaszką kolejno po obu powierzch niach. Tego rodzaju ocena chropowatości jest oceną subiektywną, a więc mało dokładną.

Z użyciem wzorów można określić chropowatość w zakresie R 0 od 0,32 do 80 µm. Dokładniejsze wyniki uzyskuje się stosując do sprawdzania chropowatości komparatory optycz.ne, umożliwiające jednoczesną obserwację powierzchni wzorca i powierzchni sprawdzanej (rys. VI-53). Komparator dwugraniczny umożliwia równoczesne porównanie powierzchni sprawdzanej z dwoma wzorcami: o mniejszej i o większej chropowatości.

Mozna również stosować metodę porównawczą za pomocą komparatora pneumatycznego. Metoda ta polega na pomiarze czasu przepływu jednakowej ilości powietrza po powierzchni wzorca i po badanej powierzchni. Opisane przyrządy służą do porównawczej oceny chropowatośc1. Do bezpośredniego wyznaczania ~artości parametrów Ra lub R: służą mikroskopy. Pomiar na mikroskopie Schmaltza (rys. Vl-54) polega na tym, że wiązka promieni świetlnych przechodzi przez obiektyw i pada na badaną powierzchnię pod kątem 45° . Odbijając się od tej powierzchni przechodzi do okularu, gdzie jest widoczny cień odwwrowywanej powierzchni. W okularze (rys. VI-55) obserwuje się chropawa tość R', powiększoną w stosunku do rzeczywistej

wysokości

R

chropowatości

nie rrukroskopu. 304

;

2

. a razy, gdzie

a -

powiększe­

Stąd

R = R' ·

J2 V 2a

Interferometr (rys. VI-56) służy do pomiaru mikronierówności o wartościach 0,03+1,5 µm . Największe uzyskiwane powiększenie wynosi 400x. Pomiar jest oparty na zasadzie interferencji światła i może być wykonywany przy świetle dziennym lub jednob arwnym (monochromatycznym). Wysokość mikronierówności określa

4

Rys. Vl-53. Schemat optycznego komparatora Baruna [23)

Rys. VI-54. Schemat podwójnego mikroskopu Schmaltza [23)

źl'ódło światła, 2 pryzmaty, 3 - przesłony, 4 - sprawd.7.any przedmiot, s - okular, 6 - ww1·zec chropowatości

1 -

a)

1 -

źródło światła,

2 -

sprawdzana wierzchnia, 4 - okular słona,

3

-

przepo-

b)

Rys. VI-55. Zasada pomiaru chropowatości na mikroskopie podwójnym: a) bieg promieni świetlnych, b) przekrój powierzchni wiązką światła [23) 20 -

Pracownia techniczna dla techn.

305

~

a)

.._;,,1)_ _ _ _- - r

---------~-'-~~ł

R=O

2)

____,V -<1~1 V-<1~

..... !<"">

3)

R=; ·~

__

,.-__...

-.. ~

4)

Rys. VI-56. Pomiar chropowatości za pomocą interferometru: a) ugięcie prążków na rysach powierzchni, b) ocena wysokości nie;, równości, wyrażona iloczynem k 2 [23) się

na podstawie

wartości ugięcia

do

odległości między

się

wg wzoru

nimi.

ciemnych

Wysokość

;\

R -= k · -

2

w którym:

A

2

w stosunku mikronierówności R oblicza

P·m

odstęp pomiędzy prążkami,

k -

prążków

µm,

największe ugięcie prążka wyrażone ułamkiem odległości między prążkami .

.t jest długością fali światła użytego do pomiaru. dla światła dziennego J.=0,6 µm. 'J

4. Przebieg

-

Przykładowo

ćwiczenia

Sprawdzić

stan techniczny sprzętu pomiarowego i o ewentualnych usterkach powiadomić nauczyciela.

\/-

-

-

I~ -

Przygotować

wzorce chropowatości. Przy.ftotować do pomiaru podwójny mikroskop) oraz komparator. ~ałożyć odpowiednie obiektywy do tubusa oświetlacza i tubusa obserwacyjnego. Ustawić na stoliku badany przedmiot (wałek - w pryzmie). Dosunąć głowicę mikroskopu do badanego przedmiotu i nastawić ostrość widzeni~ Przygotować mikroskop interferencyjny do pomiaru. Ustawić mikroskop na statywie. Wyregulować oświetlenie pola widzenia. Sprawdzić chropowatość badanej powierzchni z użyciem wzorców chropowatości. Dobrać wzorzec i wzrokowo ocenić chropowatość gołym okiem i za pomocą lupy, porównując wzorzec z badan ą powierzchnią. Badaną powierzchnię sprawdzi& dotykowo, przesuwając po niej paznokieć lub cienką blaszkę , to samo powtórzyć dla wzorca. Porównanie wykonać dla powierzchni toczonych, frezowanych, struganych i szlifowanych,. a wyniki zanotować. Sprawdzić chropowatość komparatorem optycznym. Zanotować wyniki wedłu g dobranego wzorca. Zmierzyć chropowatość podwójnym mikroskopem. Linię przerywaną okularu nastawić na wierzchołki mikronierówności; odczytać i zanotować. Wykonać kilka pomiarów mikronierówności, obliczając wysokość mikronierówności jako śirednią otrzymanych wyników. Obliczyć wysokość mikronicrówności wg wzoru

R=R'·Er µm w którym: R' Er -

średnia

arytmetyczna z pomiarów,

wartość

=-=

2

;-) li 2

działki

elementa~nej

bębna

dobrana z tablic w

(Er=

zależności

od

powiększenia

-

obiektywu. · Zmierzyć mikronierówności za pomocą mikroskopu interferencyjnego. Wyregulować mikroskop tak, aby uzyskać ostry obraz prążków na tle badanej powierzchni. Zmienić kierunek i raz.stawienie prążków przez pochylenie i obrót mikroskopu. Na podstawie najwiąkszego ugiącia prążków ·określić wysokość nierówności powierzchni. \iVyniki zanotować. 307

-

Przyrządy wować

pomiarowe rozbroić, starannie oczyścić, zakonseri ułożyć w przewidzianych dla nich miejscach.

5. Uwagi do sprawozdania

-

W sprawozdaniu opisać sprzGt pomiarowy, dokonać charakterystyk badanych powierzchni. Wyniki pomiarów ująć w tabelach oraz podać własne wnioski Badaną chropowatość próbki określić znakiem wg PN-73/M-04251.

Ćwiczenie Vl.13 SPRAWDZANIE NOŻY TOKARSKICH

1. Cel

ćwiczenia:

zapoznanie

się

ze sprawdzaniem

noży

tokarskich.

przedmioty mierzone (2 noże tokarskie NNZa i NNBb lub inne zgrzewane z końcówką roboczą ze stali szybkotnącej i o przekroju trzonka co najmniej 20X20), przyrządy pomiarowe - suwmiarka jednostronna MAJc - 315, kątomierz stolikowy, promieniomierz MWKc 1-7, twardościomierz Rockwella, wzorce chropowatości, lupa, normy noży tokarskich, instrukcja

- 2.

Wyposażenie:

obsługi twardościomierza .

3.

Wiadomości uzupełniające

Nóż

„

tokarski charakteryzują następujące parametry: wymiary trzonka, materiał ostrza, rodzaj noża ze względu na zastosowanie i ukształtowanie części roboczej, ustawienie ostrza względem osi trzonka, wartości kątów części roboczej. Dla scharakteryzowania geometrycznego kształtu noża leżącego na płaszczyźnie poziomej wykonuje się rzuty i przekroje ostrza. Na rys. VI-57 oznaczono literami P z indeksarm - charakterystyczne płaszczyzny, a literami greckimi - charakterystyczne , kąty. Określenia niektórych płaszczyzn (w układzie narzędzia),

308

Rys. VI-57.

Płaszczyzny

i

kąty noża

tok arskiego w

układ zie

na rzę d z i a

przechodzących

przez r ozpatrywany punkt krawędzi skrawającej (PN-76/M-01021): Pr - płaszczyzna podstawowa, równoległa do bazowego elementu narzędzia, prostopadła do k1erunku ruchu głównego, Ps - płaszczyzna krawędzi skrawającej, prostopadła do Pr, Po - płaszczyzna przekroju głównego, prostopadła do Pr i do krawędzi skrawającej, Pp - płaszczyzna tylna, prostopadła do PT i Pt, P1 płaszczyzna boczna, prostopadła do P.,. i prostopadła do powierzchni bocznej narzędzia, Pp płaszczyzna tylna, prostopadła do Pr i P1. Kąty (w układzie narzędzia) :

309

Xr -

'Pr ls -

kąt

przystawienia między Ps a P f • kąt odchylenia między Ps a Pp, I kąt pochylenia krawędzi skrawającej, dodatni lub ujemny (między krawędzią skrawającą

Er -

'J'o,

;'n, /lt, ';'p, ')'g -

{Jo, {Jn, f11, {Jp ao, an, a1, ap, ab -

a Pr),

kąt naroża,

kąty

natarcia

(główny,

normalny, boczny,

tylny, największy), kąty ostrza (główny, normalny, boczny, tylny), kąty przyłożenia (główny, normalny, boczny, tylny, najmniejszy).

h)

Rys. VI-58. 1 -

s-

310

Kątomierz

~

stolikowy: a)+h) kolejne fazy pomiaru [23]

podstawa, 2 - plaszczyzna pomiarowa, 3 - kolumna, 4 kątomierz pomocniczy, 6 kątomierz rzutuj1cy •

kątomierz

obrotowl"',

Geometrę

ostTza charakteryzują głównie kąty. Pomiary wartości tych kątów wykonuje się za pomocą wzorców kątowych lub ką­ tomierzy o krótkich ramionach pomiarowych (np. uniwersalny ką­ tomierz stolikowy, kątomierz uchylny MkTe). Pomiary za pomocą kątomierza stolikowego przedstawia rys. VI-58. Dolna płasz­ czyzna noża powinna być szlifowana, a co najmniej gładko strugana. Sprawdzanie noży tokarskich w czasie eksploatacji ma wykazać, czy na skutek ostrzenia nie została zmieniona geometria ostrzy. Również

zagrzanie przy ostrzeniu może spowodować zmniejszenie twardości ostrza. Próbę twardości należy ·wykonać blisko krawędzi ostrza,,jednak punkt pomiaru l'lależy tak dobrać, aby nacisk wgłębnika (stożek diamentowy) nie powodował przechylenia się noża (można stosować specjalne imadła). Chropowatość powierzchni obrabianej nożem zależy od chropowatości ostrza, głównie zaś powierzchni przyłożenia, powierzchni natarcia oraz pomocniczej powierzchni przyłożenia. Chropowatości te sprawdzamy w wąskim pasie tuż przy krawędzi ostrza. 4:. Przebieg

-

ćwiczenia

Sprawdzić przyrządy

stan techniczny sprzętu pomiarowego. Oczyścić pomiarowe. Sprawdzić obciążniki na twardościo­

mierzu. -

-

Sporządzić

szkic sprawdzanych noży. W tym celu należy: - zmierzyć wyrmary zewnętrzne noży, - zmierzyć odpowiednie kąty noża (stosownie do poleceń nauczyciela), - zmierzyć promieniomierzem promień zaokrąglenia wierz• chałka ostrza. Zmierzyć twardość HRC noża w trzech punktach wzdłuż ostrza, jako wynik przyjąć średnią arytmetyczną. Określić z użyciem lupy chropowatość powierzchni przy ostrzu przez dobranie odpowiedniego wzorca chropowatości. Wyniki pomiaru wpisać do karty ćwiczeń. Wyniki porównać z normami. Oczyścić i zakonserwować przyrządy pomiarowe. Nałożyć osło-

311

nę

na twardościomierz. czonym na to miejscu.

Sprzęt

ponuarowy

złożyć w

przezna-

5. Bwagi do sprawozdania: Zestawić

-

wyniki pomiaru. Wykonać rysunki sprawdzanych noży rzone wielkości. Podać własne wnioski i spostrze żema.

-

i

n anieśc

na me zmie-

Ćwiczenie Vl.14 SPRAWDZANIE

1. Cel

N~DZI

ćwiczenia:

DO

OBRćBKI

zapoznanie

2.

Wyposażenie:

3.

Wiadomości uzupełniające

się

OTWOROW

z metodami sprawdzania

wierteł.

przedmiot mierzony (wiertło NWKc z chwytem stożkowym Nr 2 o średnicy 15-7- 22 mm), przyrządy pomiarowe suwmiarka uniwersalna, mikrometr zewnętrzny 0-7- 25, podstawka do mikrometru, przymiar kreskowy giętk i MLPd 250, wałeczki łożyskowe, urządzenie podziałowe, czujnik zegarowy z podstawk~, lupa z pryzmą do wierteł {Zeissa), kątomierz uniwersalny MK1v1b, pryzmy 2 szt. PPSb, wielowymiarowy wzorzec kątowy do wierteł, sprawdzian tulejowy do stożków MSWa, wzorce chropowatości, lupa, twardościomierz Rockwella, instrukcja obsługi twardości omier za.

Wielkościami charakteryzującymi wiertło ,

poza jego średnicą, są oznaczone na rys. VI-59 (PN-76/M-01021) oraz kąt PQchylenia rowka wiórowego względem osi. wiertła, zależny od średni­ cy wiertła i jego przeznaczenia (dla żeliwa i staliwa kąt ten wynosi 20+30°). Kąt przystawienia "r może być określony przez pomiar kąta wierzchołkowego stożkowego zakończenia wiertła (2xr wynosi dla stali i żeliwa 118°). Kąt przyłożenia a zmienia się, rośnie wzdłuż ostrza w kierunku do osi od 8+14° przy nakąty

312

.

. „,„ :~

Rys. VI-59.

Płaszczyzny

i

kąty

wiertła

w

układzie

narzędz ia

r oz u ostrza do 20-7-25° przy semie. Dla zmmeJszenia tarcia w wierconym otworze wiertła mają średnice zmniejszające ~ię w kierunku chwytu. Grubość rdzenia wiertła przyjmuje się 0,13+ -7-0,25 średnicy w iertła. Dla uzyskania centrycznego prowadzenia w wierconym otworze wiertło ma śrubową pomocniczą powierzchnię przyłożenia. Chropowatość powierzchni przyłożenia głównej (na wierzchołku) oraz pomocniczej (łysinki) powinna wynosić Ra=0,63 µm , zaś powierzchni natarcia (wewnętrznej powierzchni rowka) - R 11 =1,25 µm. Wartość kąta przyłożenia a stanowi o łatwości wchodzenia wiertła

313

Rys. VI-60. Pomiar podziałowym [23] 1 -

kąta przyłożenia

na

urządzeniu

obrotowe wrzeciono z podziałką klltową, 2 3 - suport pomiarowy, 4 - czujnik

bęben

podziałowy,

w

materiał

przy wierceniu. Kąt przyłożenia ostrza wiertła mierzy się z użyciem podzielnicy (rys. VI-60). Chwyt wiertła mocuje się we wrzecionie podzielnicy. Do powierzchni przyłożenia ostrza wiertła, równolegle do osi, przystawia się trzpień pomiarowy czujnika. Przesuwając poprzeczn~e czujnik zmienia się równocześnie wartość średnicy d, na której dokonuje się pomiaru. Obracając wrzeciono podzielnicy o określony kąt v odczytuje się wychylenie H czujnika. Kąt ax w przekroju równoległym do osi oblicza się wg wzoru tgax= zaś kąt

w

360H n ·d · v

płaszczyźnie prostopadłej

do osi -

wg wzoru

tg a=tg ax·sin x Mierząc kąt

różnych średnicach d wzdłuż krawędzi ostrza wykres zmienności tego kąta. Mając wiertło zamocowane we wrzecionie podzielnicy można również zmierzyć czujnikiem bicie promieniowe części roboczej wzglę­ dem części chwytowej. Pomiar wykonuje się na łysinkach w kilku miejscach wzdłuż długości. Kąt pochylenia rowka wiórowego mierzy się kątomierzem uniwersalnym. Kąty ostrza oraz kąt ścin u • (55 ° ) można sprawdzić wzorcem kąto\vym do wierteł (rys. VI-61).

a na

można wykonać

314

Rys. VI-61. Wielomiarowy przymiar do sprawdzania tła krętego: a) przymiar, b) jego wykorzystanie [23]

4. Przebieg

kątów

ostrza wier-

ćwiczenia

Sprawdzić

stan techniczny sprzętu pomiarowego. Oczyścić przyrządy pomiarowe, sprawdzić obciążniki twardościomierza. Zmierzyć na wiertle długość części roboczej (od ścina), długość szyjki, części chwytowej, szerokość łysinki. Grubość rdzenia zmierzyć (przez wałeczki) przy ostrzu i przy chwycie oraz określić jego zbieżność.

Rys. VI-62. Lupa z pryzmą
[7]

315

Zmierzyć

mikrometrem średnice na łysinkach przy ostrzu, pośrodku oraz przy chwycie. Określić zbieżność wiertła . Sprawdzić osiowość położenia ścina specjalną lupą do wierteł (rys. VI-62), kładąc wiertło na pryzmie lupy, a następnie ustawiając ścin raz poziomo, drugi raz pionowo. Obserwować poło­ żenia ścina względem zbieżnych linii w okularze lupy. Wyniki pomiarów wpisać do karty ćwiczeń. Wykonać szkic, na szkicu umieścić zmierzone wartości. Sprawdzić kąty wiertła. Sprawdzić kąty a, -r, 'i' wzorcem kąto­ wym. Zmierzyć kąt nachylenia rowka wiórowego kątomierzem uniwersalnym (po ułożeniu wiertła na pryzmie jedno ram ię kątomierza przyłożyć do krawędzi pryzmy, drugie stycznie do krawędzi rowka). Sprawdzić chwyt stożkowy sprawdzianem tulejowym (na czucie), czy sprawdzian przylega do powierzchni chwytu na ca łej długości. Sprawdzić , czy płetwa pokrywa się ze ścięciem sprawdzianu. Dokonać pomiaru kąta przyłożenia za pomocą urządzenia podziałowego i czujnika. Określić chropowatość powierzchni przyłożenia przez porównanie (za pośrednictwem lupy) z odpowiednio dobranym wzorcem chropowatości. Zmierzyć twardość HRC części roboczej wiertła (wiertło poło­ żyć na pryzmie). Zmierzyć twardość HRB części chwytowej. Przyrządy pomiarowe oczyścić i zakonserwować. Nałożyć osło­ nę na twardościomierz.

\

5. Uwagi do sprawozdan ia:

-

Zestawić

wyniki pomiarów. Wykonać rysunek wiertła i nanieść nań zmierzone Podać wnioski i własne spostrzeżenia .

wielkości.

Ćwiczenie

Vl.15

SPRAWDZANIE FREZOW

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z metodami sprawdzania fre-

zów. 2. Wyposażenie: przedmiot mierzony (frez tarczowy trzystronny NFTa lub NFTb, albo frez walcowo-czołowy NFCa), przyrządy pomiarowe - suwmiarka uniwersalna, sprawdzian tłoczkowy MSBa, kątomierz uniwersalny, przyrząd kłowy MRSb, czujnik zegarowy z podstawką, trzpień tokarski PTTa, płyta pomiarowa MLFa, kątomierz specjalny Babczynicera lub Nieprina, twardościomierz Rockwella, wzorce chropowatości, lupa, instrukcje obsługi kątomierzy specjalnych i twardościomierza, normy frezów. 3.

Wiadomości uzupełniające

Oględziny zewnętrzne

freza nie powinny

wykazać

na szlifowanych powierzchniach zębów pęknięć , wykruszeń, korozji, przypalenia szlifierskiego. Dopuszcza się niewielkie wyszczerbienia ostrzy, ale nie może ich być więcej niż jedno na każdym ostrzu, przy czym nie mogą one występowa ć na jednym obwodzie w kolejno następujących po sobie ostrzach. Wszystkie krawędzie (poza skrawa jącymi) powinny być przytępione zaokrągleniem lub ści~­ ciem. Należy zmierzyć wymiary zewnętrzne freza. Przy nieparzystej liczbie zębów średnicę freza wyznacza się pośrednio: zmierzoną długość od wierzchołka ostrza do tworzącej otworu mnoży się przez 2 i do wyniku dodaje średnicę otworu.

Średnicę

otworu .freza sprawdza się dwugranicznym sprawdzianem tłoczkowym . Wysuwką suwmiarki mierzy się głębokość rowków wiórowych. Kąty natarcia i przyłożenia ostrzy obwodowych mierzy się w płaszczyźnie czołowej frE:za wzornikami lub kąto­ mierzami specjalnymi. Przy posługiwaniu się wzornikami wzornik kąta przykłada się w płaszczyźnie czołowej freza, opierając go na wierzchołkach ostrza mierzonego i sąsiadującego z nim drugiego ostrza. Kontrolę kąta przeprowadza się na prześwit. Posłu­ gując s i ę kątomierzem Babczynicera (rys. VI-63) ustawia się go

317

\

Rys. VI-63. Pomiar

kątów

ostrza freza

kątomierzem

Babczynicera [23)

w płaszczyźnie prostopadłej do osi freza, opierając krawędź przesuwnej listwy 1 na ostrzu sąsiadującym z ostrzem mierzonym, a wierzchołek wycięcia płytki pomiarowej 2 i liniał 3 na ostrzu mierzonym. Skręcając przesuwny segment 4 kątomierza tak, aby powierzchnia pomiarowa wysuwnego liniału 3 zetknęła się z płasz­ czyzną natarcia, odczytuje się kąt natarcia Yc· Odczytu dokonuje się w ten sposób, że jako przeciwwskaźnika używa się działki oznaczonej liczbą równą liczbie ostrzy mierzonego freza. Skrę­ cając nastqpnic segment kątomierza tak, aby krawędź płytki pomiarowej 2 zetknęła się z płaszczyzną przyłożenia, odczytuje się wg położenia tego samego przeciwwskaźnika kąt przyłożenia ao. Kątomierzem systemu ~ieprina (rys. VI-64) mierzy się równocześnie pod dwiema wskazówkami kąty natarcia i przyłożenia, odczytując je na podziałce głównej wartości kątów. Dla frezów o zębach śrubowych wartości normalnych kątów natarcia i przyłożenia odczytuje siG na jednej z trzech pomocniczych podziałek 12, umieszczonych poniżej podziałki głównej. Przed pomiarem kątomierzem Nieprina ustawia się pałąk tak, aby wskaźnik na jego skali, oznaczony liczbą równą liczbie ostrzy mierzonego freza, pokrył się z przeci wwskaźnikiem o tym oznaczeniu. 318

b) 4

Rys. VI-64. Pomiar rzem Nieprina [23]

kątów

ostrza freza podwójnym

5

kątomie­

l - korp us kątomierza, 2 i 3 - końcówki pomiarowe, 4 i 5 · wskazówki, 6 - ruchomy ·lt!abłąk, 7 - liniał przesuwny, 8 - zacisk, 9 tarcza z dwustronną podziałką kątową, 10 - nakładka z po-działką wyrażającą liczbę zębów freza, l1 podziałka kątowa korpusu

Do pomiaru czołowych kątów natarcia i przyłożenia oraz kąta przystawienia stosuje się kątomierz uniwersalny lub kątomierz uchylny MKTe (rys. VI-65). Wskazówka kątomierza uchylnego zawsze ustawia się pionowo, a zatem sprawdzany frez należy zamocować w ~rzyrządzie kołowym lub na poziomej płycie pomiarowej. Kąt pochylenia spirali ostrzy mierzy się kątomierzem uniwersalnym, ustawiając jedno ramię kątomierza na płycie, a drugie stycznie do ostrza.. Sprawdzanie bicia promieniowego i poosiowego frezów przeprowadza się zazwyczaj czujnikiem zegarowym o działce elemen319

\

Rys . VI-65. P omiar

kątomierzem

uchylnym

MKTe (23]

tarnej 0,01 mm. Frez osadzony na trzpieniu mocuje się w kłach pomiarowy czujnika zamocowanego na uniwersalnym statywie dosuwa się do krawędzi skrawającej freza w celu sprawdzenia bicia promieniowego, a następnie us tawia się go na wi erzchołkach ostrzy czołowych w celu sprawdzenia bicia poosiowego. Bicie określa się jako różnicę między największym i najmniejszym wskazaniem czujnika przy jednym obrocie freza. P omiar przeprowadza się kolejno na wszystkich ostrzach. przyrządu kłowego. Trzpień

4. Przebieg

ćwiczenia

Oczyścić sprzęt

-

pomiarowy i

sprawdzić

jego stan techniczny,

sprawdzić obciążniki twardościomierza .

-

Wykonać

-

320

szkic mierzonego freza, zmierzyć wymiary zewnętrz­ ne freza, sprawdzić sprawdzianem otwór freza , wymiary nanieść na wykonany szkic. Zmierzyć kąty przyłożenia i natarcia ostrzy obwodowych oraz ostrzy czołovvych, zmierzyć kąty przystawienia i ewentualnie kąt pochylenia ostrzy względem osi freza.

Sprawdzić

na pr zyrz ądzie kłowym bicie promtemowe 1 bicie osiowe ostrzy freza . Sprawdzić chropowatość powierzchni przyłożenia 1 powierzchni natarcia zębów przez porównanie (za pośrednictwem lupy) z odpowiednio dobranym wzorcem chropowatości. Dokonać pomiaru twardości HRC na powierzchni przyłożenia . Frez ustawić na pryzmie tak, aby ruch wgłębnika miał kierunek prostopadły do mierzonej powierzchni. Wyniki pomiarów wpisać do karty ćwiczeń. Przyrządy pomiarowe oczyścić i zakonserwowac. Nałożyć 'osło­ nę na twardościomierz. Sprzęt pomiarowy ułożyć w przewidzianym dlan miejscu.

-

5. Uwagi do sprawozdania: Zestawić Wykonać

wyniki pomiarów 1 porównac Je z normą . rysunek freza i nanieść na rysunek zmierzone wy-

miary. Podać własne

Pytania

-

wnioski i

spostrzeżenia .

sprawdzające

W~rnień możliwe rodzaje błędów wykonania walka. Dlaczego pomiar otworu jest trudniejszy od pomiaru walka? Przeprowadź analizG poznanych metod mierzenia ohvorów pod względem ich użyteczności. Jaka jest różnica między płaskością a prostoliniowością? Na czym polega powstawanie prążków interferencyjnych? Dlaczego do pomiaru stożka stosuje siG metodę pośrednią? Jakie wielkości pomiarowe decydują o dobrej współpracy s tożka zewnętrznego z gniazdem stożkowym? Wymień wielkości pomiarowe gwintu. Które z nich charakteryzują w .> miary gwintu, a które decydują o współpracy śruby z nakrętką ' Jakie parametry należy wyznaczyć w nieznanym kole zębatym? Które wielkości decydują o dokładności koła zębatego? Które narzędzia pomiarowe (i dlaczego) poddaje się okresowemu sprawdzeniu oraz czego to sprawdzanie dotyczy"? Jakie metody i w jakich zakresach ,stosuje się przy sprawdzaniu c hro powatości powierzchni? Jakie znaczenie ma chropowatość powierzchni w budowie maszyn? Jakie kąty występują na ostrzach noży, wierteł i frezów? Które z nich mogą zmienić się w czasie ostrzenia? Jak się te kąty sprawdza?

21 -

Pracownia techniczna dla techn.

321

Rozdział

VII

ĆWICZENIA Z OBRABIAREK I SKRAWANIA METALI

\

WIADOMO~CI WSTĘPNE

Ćwiczenia z tego zakresu mają za zadanje wyrobić pogląd na zja-

wiska zachodzące przy tworzeniu wióra, na wzajemne zależności parametrów skrawania, na aspekty ekonomiczne procesu skrawania. W ocenie ekonomiczności procesu skrawania ważnym czynnikiem jest wydajność obrabiarki oraz wzajęmna zależność szybkości skrawarua i trwałości ostrza narzędzia. Dla określenia warunków P.rocesu skrawania należy wyznaczyć następujące parametry skrawania: liczbę przejść i, głębokość skrawania g, posuw p, szybkość skrawania v oraz prędkość obrotową n. Wydajność jest bardzD ważną cechą obrabiarki. Niekiedy jednak, np. przy robotach wykończeniowych lub precyzyjnych, najistotniejsza jest dokładność wykonywania na niej części. W konstrukcji obrabiarek duży nacisk jest kładziony na sztywność układu obrabiarka-narzędzie-przedmiot obrabiany. W tym celu kadłu­ by o~rabiarek buduje się ciężkie, o dużych masach żeliwa - materiału tłumiącego drgania. Mechanizmy obrabiarek tworzą konstrukcje zwarte, o krótkich wałkach i małych ich odległościach. Koła zębate mechanizmów napędowych wykonuje się z materiałów o dużej wytrzymałości (nie dotyczy to mechanizmów posuwowych). Wymiarowo koła te odznaczają się stosunkowo dużymi wartościami modułów; ich szerokości są zwykle niewielkie (b=4710 modułów). I

322

Wszystkie mechanizmy umieszcza się w zamkniętych skrzynkach, gdzie są smarowane. W ten sposób mechanizmy zostają zabezpieczone przed zewnętrznymi wpływami, a równocześnie same przestają stanowić zagrożenie dla obsługującego je człowieka.

Ćwiczen i e

VI 1.1

POMTAR MOCY SKRAWANIA

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z pomiarem mocy użytecznej obrabiarki oraz zmianami wartości tej mocy w różnych warunkach skrawania.

2. Wyposażenie: przedmioty ćwiczenia - nóż tokarski NNZa lub NNBa 20X20 lub 20 X32, wałek stalowy St 5 o średnicy ok. 50 mm i długości ok. 400 mm, , nakiełkowany, tokarka produkcyjna lub uniwersalna z silnikiem o mocy ok. 5 k\V; przyrządy do wykonania ćwiczenia - zestaw ·walizkowy do pomiaru mocy w ukła­ dzie Arona lub dwa watomierze laboratoryjne z oporami dodatkowymi, pr~ewody laboratoryjne prądowe o przekroju 2,5-7-4 mm2 , przewody laboratoryjne napięciowe o przekroju 1-:-1,5 mm2, suwmiarka uniwersalna, PN-64/M-01020. 3.

Wiadomości uzupełniające

Wartość

mocy skrawania można wyznaczać mierząc siłę skrawania i prędkość skrawania. Moc Pei pobieraną przez s~lnik napę­ dzający obrabiarkę można zmierzyć za pomocą dwóch watomierzy (rys. VII-1). Moc całkowita jest sumą wskaŻań obu watomierzy. Przy pomiarze mocy w układzie Arona należy pamiętać, że przy małym obciążeniu jeden z watomierzy wychyli się w przeciwnym kierunku {przy małej wartości współczynnika mocy - cos cp). Należy wówczas w tym watomierzu przełączyć przewody napięcio­ we, a po przełączeniu wskazania watomierza przełączonego należy odejmować od wskazań drugiego watomierza. Moc Ps na wałku silnika wyznacza się wg wzoru Ps=Pci : f}s

kW 323

Silnik

Watomieizl

Watomierz El

watomierzami w

Rys. VII-1. Pomiar m ocy dwoma uk1adzie Arona

w którym:

moc zmierzona watomierzami, sprawność silnika. (efektywna) P e, czyli łączna moc skrawani a i po-

P ei f}s

Moc uży:teczna suwu, wynosi

P e= P!.i • 'Y)obr gdzie

sprawność

'Y}obr -

obrabiarki.

Sprawność

silnika można odczytać na jego tabliczce znamionowej. Jest to jednak tylko sprawność w warunkach pełnego obcią­ żenia. Wykres zmia n sprawności silnika w funkcji pobieranej mocy (rys. VII-2) można sporzą dzić, stosując różne obciążenia silnika, np. hamulcem Prony'ego. Trudniej jest

określić sprawność

obrabiarki. W

przybliżeniu

tość tę można wyznaczyć, posługując się następującymi

warustale-

niami: sprawność sprawność

sprawność sprawność

jednego łożyska ślizgowego jednego łożyska tocznego jednej pary kół zębatych jednej przekładni pasowej 'ł'l

"I obr

gdzie a, b, c, d -

324

=

.,,a • .,,b • ·11

·12

91 c •13

ri1 = 0,98, 172=0,995, t73=0,985, '74= 0,95-7-0,97. •

91 d ·1~

liczby poszczególnych elementów biorących udzi ał w przenoszeniu napędu (nie wliczać elementów nie obciążonych w danym przypadku).

f(o

-

~

80

V

/

60

~

i

40

I

I

I

0,8

1,6

20

40

2,4 P- ~2 60 80

4,0 kW

Ą,8

100

12D%

Rys. VII-2. Wykres sprawności silnika asynchronicznego w funkcji mocy Sprawność

obrabiarki wynosi przeciętnie 0,75. Przyjmuje się, że moc tracona w mechanizmach obrabiarki w czasie skrawania niewiele różni się od mocy pobierane~ w biegu luzem. Wykonuje się więc za pomocą watomierzy pomiar mocy obrabiarki przy biegu luzem i prędkości obrotowej wrzeciona takiej, jak przy skrawaniu oraz przy włączonych mechanizmach posuwowych. Stąd moc efektywna

gdzie: Pei 1/s Pbi ·-

moc zmierzona watomierzami, jak poprzednio - sprawność silmka, moc przy biegu luzem.

Dokładniej sprawność obrabiarki mozna wyzn aczyć stosując ha-

mulec Prony'ego (rys. VII-3) lub hydrauliczny (rys. VII-4). Przy pomiarze mocy watomierzami w miejsce obrabianego wałka zakłada się hamulec. Średnicę bębna hamulca Prony'ego wyznacza się wg wzoru doświadczalnego D =-(40-7-60) Pe

mm

w którym Pe wyraża się w kW. P omiar wykonuje się pTzy zachowaniu takiej samej prędkości obrotowej wrzeciona Jak przy skrawaniu. Po u ruchomieniu wrze-

325

RyL VII-3. Hamulec Prony'ego [23] obrotowy, 2 - taśma hamulca, 3 - na krętka do na ciąga nia 4 - ramię hamulca, 5 - wkładka cierna, s - ciężar r ównoważący, 7 dynamometr, 8 - przewody w ody ch ł od zącej 1 -

b ~ben

taśmy,

Rys. VII--i:. H .;;.mulea hydrnuliczny [23] 1 -

wirnil;, 2 -

osłona

(stojan)

ciona zwiększa się siłę hamowania przez dokręcenie śruby na hamulcu Prony'ego (lub zwiększenie ilości wody w hamulcu hydraulicznym) tak, aby uzyskać te same wskazania watomierzy co przy skrawaniu. Moment obrotowy otrzymany na hamulcu wyniesie M=Q ·i N· m gdzie l - w metrach. Wobec tego moc użyteczną

(efektywną)

wylicza

się

wg wzoru

Q · l ·n

Pe =

9554

kW

obciążenie

w którym: Q -

odczytane na dynamometrze, N, ramienia ham.ulca, m, prędlrnść obrotowa wrzeciona (bębna), obr/min. długość

l -

n A zatem

'Ylobr

Nie

uwzględniając

określić

siły

= p

el

. TJ

s

posuwowej Px, moc

użyteczną

można

z wzoru _ F z ·~kW Pe - 60000

w którym: v =

n · d·n

Fz v d -

1 OOO

m/min

styczna

siła

szybkość średnica

skrawania, N, skrawania, m/min, . toczonego wałka (przed toczeniem),

mm. Z powy~zych 'wzorów' można wyliczyć wartość składowych sił skrawania w przestrzennym układzie sił a 1_„ • Sua SIU'a W8Illa

· styczna

F

z

=

60000 · P

e

V

siła siła

posuwo\va Fx=(0,15+0,3) Fz odporowa I' y=(0,3+0,5) Fz I

327

Dokładmejsze określenia składowych sił

skrawania

są następu­

jące

(PN-64/M-01020): F x - posuwowa siła skrawania działająca w kierunku ruchu p-0suwowego, Fz - styczna siła skrawania działająca w kierunku ruchu głów­ nego ·(czyli kierunku zgodnego z wektorem szybkości skrawania), F y - odporowa siał skrawania działająca w kierunku prostopadłym do sił F x i F z, F - wypadkowa siła skrawania równa geometrycznej sumie składowych sił skrawania

F=

VF~+F~+F;

Siła odporowa jest tym większa,- im mrne jszy jest kąt przysta-

wienia (najmniejsza dla wynosi 90°).

noży

bocznych, gdzie

kąt

przystawienia

Pomiar momentu skrawa.nia. momentomierzem wykonuje

się

stępująco: Jeden koniec toczonego wałka zamocowuje mentomierzu, drugi podpiera kłem konika (rys. VII-5 ).

w mo-

się

na-

Końcówka

2

. -+-Rys. VII-5. Momcntomicrz 1 -

obudowa

Z2 i

z3

przekładni, 2 -

watelt toczony, 3 -

oś kół zębatych

momentomierza jest zamocowa'ha we wrzecionie tokarki. Moment obrotowy od wrzeciona jest przenoszony przez dwie pary kół zębatych, z1· z2 i z3-z4, ułożyskowanych w ciężkiej obudowie żeliwnej. Liczby zębów kół wynoszą z1 =z3 =44, z 2 =z4 =46. Pręd ­ kość obrotowa ns wałka toczonego jego mniejsza od prędkości obrotowej nw wrzeciona 328

'Vobtc tego moment obrotowy Mw na ·.vrzec10nie momentu skrawa.oia M .c;kr

Dla rownowag1 momentów wystąpi moment momentomierza, wychylonej od pionu o kąt a

z, . M
Z5

Z2 • Zt

"

-G zred

zredukowany do osi 0 2 tomierza, odległość kół zębatych

a -

m -

J C~t

mniejszy od

c1ęzaru

obudowy

· a · sin a - O ciężar

(a-

Z1

obudowy momen-

+z2

•

2

m)' ,

moduł kół zębatych.

Mierząc kąt

wychylenia a 0 obudowy przy biegu luzem można określić opory wewnętrzne momentomierza. A zatem moment skrawania wynosi

Wyrażenie ułamkowe

mierza

wartością stałą

1Vl11kr= C ·

w tym wzorze jest dla danego momentoC. Jest więc Gzred •

(sin a - srn ao)

N·m

Pomiar wykonuje się mierząc kąt wychylenia a 0 przy biegu luzem oraz kąt a w czasie skrawania. Kąty naJlepiej mierzyć poziomnicą z kątomierzem. Gzred można wyznaczyć wykonując takie same pomiary przy zasto<:owaniu ciodatkowego obciążenia q na ramieniu a. Dodatkowe obciążenie przykłada się do obudowy. Moment skrawania wyznaczony w tych warunkach ma tę samą co poprzednio wurtość, lecz jest wyrażony wzorem

329

Porównując

obydwa

wyrażenia

=

G Siła

._ sina 1 -sina 0 1 sina-sinao-(sina1-sinaoi)

q

zred

otrzymuje siq

styczna skrawania Fz wyniesie F -= z

gdzie d -

średnica

4. Przebieg

toczonego

MSkT

N

0,5d wałka, w

m.

ćwiczenia

Sprawdzić

stan techniczny urz ądzeń stosowanych do ćwicze­ nia; o zauważonych usterkach zawiadomić nauczyciela. Zaznajomić się z wartościami prędkości obrotowej wrzeciona i posuwów wzdłużnych, jakimi dysponuje dana obrabiarka. W imaku suportu zamocować wybrany nóż. Przygotowany wałek zamocować w kłach tokarki. Toczeniem cienkiej warstwy z~krawać naskórek z wałka. Według schematu dołączyć układ pomiarowy watomierzy do tokarki. Dobrać warunki skrawania, tj. przekrój warstwy skrawanej S, głębokość skrawania g, posuw p, szybkość skrawania v, pręd­ kość obrotową wrzeciona n. Przekrój warstwy powinien wy-

-

nosić

S dopgdzie: P8 -

60 OOO p s • flour -1 - - - - mmz

"s . V

w kW,

W m/min, opór właściwy skrawania, w MPa (równy stosunkowi stycznej siły skrawania do przekroju poprzecznego warstwy skrawanej). Dla stali przyjmuje się k 5 =3,5 Rm. Szybkość skrawania v dla stali St 5 przy obróbce zgrubnej nie powinna przekraczać 30 m/min. Prędkość obrotową wrzeciona oblicza się wg wzoru V

-

ks -

n= 318 ~ obr/min

do którego wstawia I

330

się

v w m/min, d -

w mm.

\-\ -

-

Zmierzyć

tocząc

przy niezmiennej szybkości skrawania (wybierając szybkość np. 25 m/min) i stosując ten sam przekrój warstwy skrawanej f, przy zmiennym stosunku p do g (zaczynać od większych głębokości a mniejszych posuwów). Wykonać kilka pomiarów. Po wyrównaniu stopniowań średnic na wałku zmierzyć moc przy stałym st0sunku p do g, lecz przy zn1ieniających się prędkościach skrawama tnp. od 18 m/min do 30 m/min). Dla każdego przypadku podać średnicę wałka przed toczeniem i po toczeniu. Sprawdzić ~prawność i wyznaczyć ją według Jednej z podanych metod (według zaleceń nauczyciela). Obliczyć siły skrawania dla poszczególnych przypadków. Dla jednego przypadku obliczyć :;Tednie stosunki. sił F z : F v : F :r· I Po zakończeniu ćwiczenia odłączyć układ pomiarowy mocy, moc,

rozbroić

i oczyścić obrabiarkę. Uporządkować sprzęt według

wskazań

nauczyciela.

5. Uwagi do sprawozdania:

-

Zestawić

w tabelce wyniki pomiarów.

Wykonać

zalecone obli-

czenia. -

Podać

wnioski i

własne spostrzeżenia.

Ćwiczenie Vłl.2 POMIAR SKŁADOWEJ OBWODOWEJ SIŁY SKRAWANIA Fz

l. Cel

ć~·iezenia:

skim oraz

zapoznanie się z rozkładem sił na nożu tokar-

budową i charakterystyką siłomierzy.

2. Wyposażenie: tokarka produkcyjna lub uniwersalna, siłomierz dowolnego typu wycechowany z dobranym odpowiednio nożem ze stali szybkotnącej, wałek stalowy St 5~ oskórowany i nakiełko­ wany, o średnicy ok. 50 mm i długości 400 mm, suwmiarka uniwersalna MAUb, instrukcja ob.sługi siłomierza, PN-64/M-01020

331

3.

I

Wiadomości uzupełniające

Podczas toczenia przy posuwie wzdłużnym na nóż tokarski dzia wypadkowa siła skrawania F. Siłę F rozkłada się na trzy siły skła­ dowe F :r, F y, F z w prostokątnym przestrzennym układzie współ­ rzędhych x, y z (rys. VII-6). Obwodowa siła skrawania F z ma największą wartość, decyduje więc o zapotrzebowaniu mocy przy określonej szybkości skrawania.

. Rys. VII-6.

Rozkład s ił

na ostrzu

no ża

[3]

Do pomiaru sił skrawania służą siłomierze. Są to specjalne imaki nożowe wyposażone w urządzenie pomiarowe, które reaguje na sprężyste ugięcia noża lub oprawki nożowej pod wpływem przyłożonej siły i wskazuje wartość tego ugięcia. Często stosowane są siłomierze mechaniczne (rys. VII-7), w których sprężyste odksz tał­ cenia są mierzone czujnik.iem zegarowym. Siłomierze

hydrauliczne drobne przesunięcia imaka przetwarzają na zmianę ciśnienia w układach hydraulicznych. Rys. VII-8 przedstawia schemat siłomierza hydraulicznego do pomiaru trzech składowych F :r, F y, E'z. Siłomierz elektryczny Bierna wskiego WB6 (rys. VII-9) działa na zasadzie zmiany oporu indukcyjnego w uzwojeniach dwóch elektromagnesów, między którymi znajduje się ruchoma kotwica 2, osadzona na mosiężnym sworzniu 3. Dolny koniec sworznia opiera .się na górnej płaszczyźnie trzonka noża 1, który mocuje się sztywno w imaku nożowym siłomierza. 332

\

I

VII-7. Dynamometr mechaniczny do , pomiaru siły skrawania [23] Rys.

\

(siłomierz)

korpus, 2 - imak nożowy, poprzeczka sprężysta, 4 ignia, 5 czujnik

\

Sprężyna 4 zapewnia stałość docisku końcówki sworznia do trzonka noża. W położeniu środkowym szczeliny między kotwicą a elektromagnesami z obydwu stron wynoszą 0,1 +0,2 mm. Elektromagnesy zasilane są z transformatora 5 prądem przemiennym o napięciu 8+12 V. W celu wyeliminowania wahań napięcia wtórnego prąd zasilający uzwojenie pierwotne transformatora jest

r

Rys. VII-8. Schemat pomiaru potrójnym siłomierzem hydraulicznym [3]

stabilizowany. Między środek uzwojenia wtórnego transformatora a cewki elektromagnesów jest yvłączony miliwoltomierz 7. Gdy kotwiczka 2 znajduje się w położeniu środkowym, tj. gdy wymiary obu szczelin powietrznych są równe, spadki nap ięć w uzwojeniach elektromagnesów są takie same i miliwoltomierz nie wykazuje żadnej różnicy napięć. Gdy pod wpływem ugięcia noża 333

5

R,ys. VJI-9. Siłomierz indukcyjny Biernawskiego [ll

I

kotw ica przesunie się ku dołowi, wówczas szczelina górna zwię­ kszy się, a dolna zmaleje. Spowoduje to wzrost oporu indukcyjnego dławika górnego i spadek oporu dławika dolnego. Między punktami podłączenia miliwoltomierza powstanie różnica potencjałów proporcjonalna do ugięcia noża, a więc do siły działającej na nóż. Śrubą 6 nastawia się wskazówkę miernika na zero. Wzorcowanie siłomierza Wykonuje się obciążając go siłami statycznymi o znanych wartościach i dokonując odczytów na miliwoltomierzu. Ponieważ ugięcie noża jest zależne od długości jegó wysunięcia i od przekroju jego trzonka, po wyskalowaniu siłomierza nie wolno już .zmieniać noża. Dla uzyskania poprawnych wyników pomiaru wykazywać:

334

siłomierze

powinny

\

małe odkształcenia sprężyste

\

chowanie miaru),

\

stałości kątów

nożowej

noża

oprawki lub (zaroboczych narzędzia w czasie po-

duże przełożenie wskazań (małym odkształceniom żowej

lub noża powinny zówki miernika),

odpowiadać duże

· równomierne w czasie,

-

podążanie wskamiernika za zmianami siły dużą powtarzalność wyników, charakteryzującą się małym rozrzu tern wskazań, pewność pomiaru (niezmienność krzywej cechowania w czasie wykonywania pomiarów), małe wymiary, odporność na wstrząsy oraz zmiany temperatury i wilgotności powietrza, wystarczający zakres pomiarowy,

-

łatwą obsługę.

-

'Wysoką czułość zapewniającą

oprawki nowychylenia wska-

zań

-

4. Przebieg

-

ćwiczenia

Sprawdzić

stan techniczny urządzeń (o zauważonych usterkach zawiadomić nauczyciela). Zdjąć z suportu tokarki imak nożowy, na jego miejsce zamocować siłomierz z zamocowanym nożem.

-

tokarki zamocować przygotowany wałek. Dokonać pomiaru co najmniej czterech wartości siły F z przy stałej szybkości skrawania i stałym posuwie p, zmieniając głębokość skrawania g, poczynając od największej głębo­

W

kłach

kości. Dokonać

-

pomiaru co najmniej czterech wartości siły F z, nie zmieniając szybkości skrawania i głębokości skrawania, a zmieniając wartości posuwów. Na podstawie pomiarów ustalić (wykreślnie) wartość stałego współczynnika Cz oraz wykładników potęgowych ez i Uz we wzorze doświadczalnym F~ = c~ . ~

„

gez .

pUz

335

Współczynnik Cz jest iloczynem kilku współczynmków charakte-/ ryzujących

wplyw na wartość sił skrawama rodzaju i materiału obrabianego oraz geometrii noża Cz= C1 · Kmz · K"z · K„ 2

•

K 12 •

Khz •

L

własności

K„z

Wartości tych współczynników można dla danych · warunków znaleźć

powiednich t ablicach w dzia". Logarytmując

otrzymuje

podręczniku

W. Brodowicza „Skrawanie i

w dnarzę­

wzór

się

lg F 2 =lg C2 +e 2 lg g+u2 lg p Najp1erw dla stałego p wykonuje się wykres lg F::.= f (lg g) rys. VII-lOa. Wykresem tej funkcji jest linia prosta nachylona do osi odciętych pod kątem a. Tangens tego kąta jest wa rtością wykładnika U.z, a przesunięcie a wykresu w stosunku do początO)

b)

R ys.

VII-10.

Wykresy

do w yznaczania i ez [21]

336

Cz, 'U.z

\

ku ukladu łych, czyli

współrzc;dnych

Jest

sumą

logarytmów

wartości

sta-

ez=tg a

\

a=lg Cz+Uz. lg p

Pbdobny wykres otrzymuje się z fu nkcji lg F;; = VII-1 Ob Analogiczne wartości wyniosą

f (lg p) -

rys.

Uz=tg {J o=lg c,-e-.;. lg g

W a.rtość

współczynnika

lgCz=0,5 ·

C2 oblicza siq wg wzoru

(a+b - tg~

· lgp-tga · lgg)

są przyjętymi wartościami stałymi.

gdzie g i p

Rozbroić tokarkę, oczyścić urządzenia. łożyć

uniwersalny imak

nożowy.

Na supor t tokarki naUporządkować stanowisko

ćwiczenia.

5. Uwagi do sprawozdania: Zestawić w

tabelkach wymk1 ć wicz~nia. Wykonać we współrzędnych logar y tmicznych następujące wykresy: JgFz= f (lgg) przy p=const; lgFz=f (lgp) przy g=const. · Podać wykreślny sposób wyznaczama współczynmka Cz i wykładników

-

ez i

Podać własne

Ćwiczenie

BADANIE

Uz.

wnioski

i

spcstrzezenia.

Vll.3

WPŁYWU

WARUNKOW SKRAWANIA

NA CHROPOWATOSC POWIERZCHNI

l. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z wpływem poszczególnych czynników na chropowatość obrabiane] powierzchni ornz z metodami pomiaru chropowatości powierzchni. 2. lVyposażenie: tokarka produkcyJna lub uniwersalna, noz z ostrzem ze stali szybkotnącej NNZa, nóż przecinak jak wyżej 22 -

Pracownia techniczna dla techn.

337

NNPa, wałek stalowy St4S lub St5 'o średnicy 30 mm i długości 500 mm, suwmiarka uniwersalna, podwójny mikroskop do pomiaru chropowatości, komplet wzorców chropowatości, lupa pro- f mieniomierz 1\1WKc 1 +7, cyfry do wybijania, młotek, instrukcja obsługi

3.

mikroskopu podwójnego.

Wiadomości uzupełniające

Na

chropowatość

powierzchni otrzymanej w wyniku toczenia mają wpływ następujące czynniki: rodzaj skrawanego materiału, warunki skrawania (v, g, p), geometria ostrza narzędzia i jego stępienie, ciecze chłodząco-smarujące, sztywność układu obrabiarka-przedmiot-narzędzie. Rozważając wpływ materiału obrabianego i szybkości skrawania stwierdzono, że zależność wysokości nierówności powierzchni od szybkości skrawania łączy się ściśle z plastycznością i spręży­ stością obrabianego materiału. Na rys. VII-11 przedstawiono zależność między wysokością chropowatości a szybkością skrawa-

Rys. VII-11.

Wpływ szybkości chropowatość przy różnych po-

skrawania v na mjmin

V

powierzchni suwach p [10]

'

nia. Z wykresu widać, że wysokość nierówności R z początkowo rosme, a następnie, po osiągnięciu maksimum. chropowatości, zaczyna maleć. Taki przebieg zależności Rz=f (v) dla stali obserwuje się w zakresie tych szybkości skrawania, przy których na ostrzu powstaje narost (a więc główną rolę odgrywa tutaj plastyczność materiaht skrawanego). Na skutek zgniotu warstwy powierzchniowej przedmiotu oraz ciągłej zmiany narostu wysokość nierówności jest znacznie większa od wartości teoretycznej, przy czym maksimum krzywej przypada w strefie najbardziej 338

I

\

p

Rys. VII-12. Wpływ posuwu p na chropowatość powierzchni przy szybkościach v 1 i v 2

Rys. VII-13.

Wpływ zaokrąglenia

wierzchołka tość [3]

ostrza na chropowa -

[10]

intensywnego tworzenia się narostu. Rozważając wpływ parametrów skrawania dochodzi się do wniosku, że głębokość skrawania praktycznie nie wpływa na chropowatość obrabianej powierzch- · ni. Wpływ posuwu przedstawiono na rys. VII-12. Wśród

czynników geometrycznych ostrza dominujący wpływ n a chropowatość powierzchni ma promień zaokrąglenra wierzchoł­ ka noża r . Im promień ten jest większy, tym mniejsze nierównośc~ (rys. VII-!3). Rzeczywista wysokość nierówności powierzchni otrzymywana w wyniku skrawania jest jednak większa od wyznaczonej · wg powyższych ustaleń, i to tym większa, im mniejsza jest szybkość skrawa nia. Wynika z tego, że oprócz parametrów geometrycznych maj ą tu wpływ odkształcenia plastyczne wióra i materiału obrobionego. Pewien wpływ wykazuj ą równie ż kąty przystawienia. Ciecze chłodząco-smarujące zmniejszaj ą tarcie i od- kształcenia plastyczne, zatem ułatwiają skrawanie i powodują zmniejszenie chropowatości powierzcł1ni. Zwiększona sztywność układu obrabiarka-przedmiot-narzędzie również sprzyja uzyskaniu lepszej gładkości powierzchni (drgania o mniejszej amplitudzie i energii). W praktyce posługuj emy się nomogramami lub tablicami 'u łożo- ' nymi na podstawie wykresów zale żności Rz od poszczególnych 339 ,

załoiemu, decyduiący wpływ

czynników. Przy ze na chropowatość powierzchni ma posuw p, szybkość skrawania v i promień zaokrąglenia r, sporządzenie wykresów określających ten wpływ nie nastręcza trudności. Ćwiczenie będzie polegało na wykonaniu próbek toczonych zmiennymi szybkościami skrawania przy stałym posuwie oraz stałą szybkością przy zmiennym posuwie. Próbki będą kolejno odcinane z wałka zamocowanego w uchwycie. Po odcięciu na czole każdej próbki należy wybić kolejny numer. Długość jednej próbkf nie powinna być większa niż 25+ +30 mm. Przed toczeniem powierzchni następnej próbki na wałku należy wykonać nacięcie na odpowiedniej długości. Dla określonego posuwu p i promienia zaokrąglenia r wierzchoł­ ka ostrza teoretyczną wysokość chropowatości można obliczyć wg wzoru

Rzeczywistą wartość chropowatosc1 toczonych próbek określa się przez porównanie z wzorcam1 chropowatości oraz przez pomiar na podwójnym mikroskopie Schmaltza lub Linnika (por. rozdz. VI). Po ustawieniu przedmiotu w pryzmie na stoliku i zgrubnym wyregulowaniu ostrości obrazu należy obserwowaną powierzchnię umiejscowić możliwie w środku pola widzenia i dokładnie ustawić jej ostrość, a więc zawężyć pas obserwowanej powierzchni. Teraz można przystąpić do pomiaru. W tym celu nasadką mikrometryczną należy tak ustawić linie krzyża okularu, aby jedna z nich zajęła· położenie równoległe do obserwowanego obrazu. Następnie - obracając przedmiot cylindryczny na pryzmie dobiera się pole pomiarowe, na którym nierówności są typowe dla całej mierzonej powierzchni. Pomiar odbywa się przez nastawienie poziomej linii krzyża włosowego raz na wierzchołki, raz na najniższe punkty dolin nierówności obserwowanych w polu widzenia okularu. Po każdym ustawieniu kreski dokonuje się odczytu na skali bębna nasadki. Różnica odczytów pomnożo­ na przez wartość działki elementarnej określa wysokość zmierzonej nierówności powierzchni. Wartość działki elementarnej jest inna dla każdej pary wymiennych obiektywów.

340

I

4. Przebieg

ćwiczenia

Sprawdzić

stan techniczny sprzętu i urządzeń. Przygotować tokarkę do pracy. Zamocować w imaku wybrany nóż oraz nóż przecinak. Zamocować wałek w uchwycie samocentrują­ cym. Przygotować przyrządy do pomiaru. Dobrać odpowiednie parametry skrawania. Powierzchnię każ­ dej próbki przetoczyć dwoma przejściami, po przetoczeniu odciąć od wałka i oznaczyć numerem. Pierwsze cztery próbki wykonać przy stałym posuwie, a zmiennej prędkości. Aby różnice były wyraźne, stosować zmiany prędkości co dwa stopnie. N astęprne cztery próbki toczyć przy stałej prędkości, a zmiennym posuwie. Dla każdej próbki zanotować stosowane parametry skrawa„ nia. Wpisać wszystkie kąty określające stan geometryczny ostrza oraz promień zaokrąglenia wierzchołka. Określić . chropowatość próbek przez porównanie z wzorcami chropowatości za pośrednictwem lupy. Zmierzyć chropowatość mikroskopem podwójnym. Rozbroić tokarkę, oczyścić używane przyrządy 1 urządzenia. Up orządkować

stanowisko

ćwiczenia.

5. Uwagi do sprawozdania:

-

-

Zestawić

wyniki pomiarów.

Obliczyć teoretyczną chropowatość

na podstawie wartości posuwu i promienia zaokrąglenia wierzchołka ostrza. N a podstawie wyników ćwiczenia sporządzić wykresy zmiany chropowatości: pierwszy w funkcji prędkości skrawania, drugi w funkcji posuwów. Podać wnioski i własne spostrzeżenia.

ćwiczenie

Vll.4

OBLICZANIE SZVBKOSCI

WVDAJNOSCI SKRAWANIA PRZV TOCZENIU

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z metodami i zasadami obliczania szybkości skrawania i wydajności skrawania przy odpowiednio założonych parametrach skrawania. 341

2. Wyposażenie: rysunek operacyjny dla wyznaczonego przez nauczyciela przykładu wraz z założeni ami wyjściowymi , podręc.:znik W. Brodowi<'za „Skrawanie i narzędzia". 3.

Wiadomości uzupełniające

Dobór posuwu, głębokości skrawania i trwałości ostrza. Ogólne zasady wyznaczania racjonalnych warunków skrawania. polegają na tym, że na podstawie danych wyjściowych zakłada się możliwie dużą głębokość skrawania, następnie dobiera się możliwie naj w iększy posuw (zależnie od wymaganej dokładno­ ści obróbki i chropowatości powierzchni oraz zgodnie z danyrrri karty maszynowej obrabiarki), tak jednak, aby siły nie przekrac:zały wartości dopuszczalnych ze wzglQdu na mechanizm posuwovv y obrabiarki. Dopuszczalny przekrój warstwy skrawanej Sdop oblicza się wg wzoru S

doµ

60 OOO Ps ·

-

ks .

V

rJobr

mm2

moc silnika napędzającego, kW, opór właściwy skrawania danego materiału, MPa„ równy stosunkowi Fz do przekroju warstwy skrawanej, v - szybkość skrawania, m/min, 'Y}obr sprawnosć obrabiar ki (średnio 17obr=0,75). Przyjmując dla stali k~ ~ 3,5 Rm, zaś żeliwa kż ~ 6 Rm, otrzymamy (wynik w mm 2)

którym: Ps ks -

sdops

= 12 900 . R

Ps m

.

V

oraz sdopż = 7 500 .

R

Ps m ·V

Ponieważ

przekrój warstwy sk rawanej wyraża się wzorem S=g • p, zatem wartości głębokości skrawania i posuwu dobiera się wg zależności g • p < Saop· Następnie

dobiera siq okres trwałości ostrza narzędzia wg tablic z podręcznika vV. Brodowicza „Skrawanie i narzędzia". W specjc;i.lnych przypadkach trwałości ostrza oblicza się. Do dobranych wartości głębokości skrawania, posuwu i okresu trwałości ostrza 342

szybkość

skrawania dobiera się z tablic, wyznacza z nomogramów lub wykresów albo oblicza na podstawie wzorów. Dane wyjściowe, wraz z odpowiednim rysunkiem operacyjnym, wyznacza nauczyciel (przykłady należy dobierać z prac aktualnie wykonywanych w warsztatach szkQlnych). Po wykonaniu ćwiczenia obliczeniowego wyniki należy porównać z rzeczywistymi warunkami (przykładowo okres trwałości ostrza noża ze stali szybkotnącej przy toczeniu powierzchni zewnqtrznej wałka ze stali węglowej o wytrzymałości Rm = 750 :MPa, ze średnicy 100 mm na 96 mm, wynosi 60 minut w warunkach skrawania określonych przez g= 1 mm, p=0,1 mm/obr) .

Obiiczenie okresowej szybkości skrawania Przy obliczaniu szybkości skrawania muszą być uwzględnione czynniki wywierające na nią wpływ. Niewielkie zmniejszenie lub zwiększenie szybkości skrawania powoduje bardzo duże zmiany okresu trwałości ostrza narzędzia, co z kolei wpływa na wydajność obróbki oraz na jej koszt. Dlatego szybkość skrawania oblicza się w zależności od założonego okresu trwałości narzę­ dzi.a. Jest to tzw. okresowa szybkość skrawania vT w m/min, tj. szyb~ość odpowiadająca przyjętemu okresowi T minut trwałości ostrza w danych warunkach skrawania V

T

CV

=

---

g

cv .

pu v

·K1n

gdzie: okresowej szybkości skrawania stała wyznaczana doświadczalnie, zależna od warunków obróbki, e„ i Uv - wykładniki potęg - liczby określaj ące wpływ głębokości skrawania i posuwów na okresową szybkość skrawania, wyznaczane doświadczalnie i zależne od warunków obróbki i materiału obrabianego, K - współczynnik poprawkowy. Wartości Cv, ev, Uv i Km dobiera się wg tablic zawartych w podręczniku \V. Brodowicza „Skrawanie i narzędzia''. Przykładowo wartości te dla toczenia stali węglowej o Rm = 750 MPa, z chłoCv -

współczynnik

343

dzeniem l przy posuwie p > 0,25 mm/obr, wynoszą: Cv=31,6, ev= =0,25, Uv=0,66, Km=l. Po obliczeniu szybkości skrawania należy sprawdzić, czy można uzyskać wyliczoną szybkość z uwzględniernem istniejącego na obr-abiarce stopniowania prędkości obrotowej. Pręd kość obrotową wrzeciona obr /m in oblicza się wg wzoru V

n = 318·D w którym D w m/min.

średnica wałka

przed skrawaniem, w mm. v -

Obliczenie .czasu maszynowego Czas maszynowy p·n

gdzie:

Z-

długość

ld -

długość

powierzchni toczonej, mm, dobiegu noża, mm, długość wybiegu noża, mm, posuw, mm/obr, prędkość obrotowa, obr/mm, liczba przejść noża przy tym samym posuwie i kości obrotowej,

lw p -

n i -

Obliczenie

pręd ­

wydajności

skrawania Objętościową wydajnością skrawania nazywa się objętość warstwy materiału usuniętego przez skrawarue z przedmiotu obrabianego w jednostce czasu i wyraża wzorem. Qv=v • p • g

cm3/m1n

w którym: v p g -

4. Przebieg

-

Według

ki

344

szybkość

skrawania, m/min, posuw, mm/obr, głębokość skrawania, mm.

ćwiuenia

wyznaczonego rysunku operacyJncgo oraz \\·artośc p i g.

dobrać narzędzie

1

dane j obrabiar-

Dobrać

tnvałość

-

Obliczyć okresow~ szybkość

-

wrzeciona. Obliczyć czas maszyno"Wy. Obliczyć wydajność skrawania.

5. Uwagi

-

cło

ostrza

skrawania

1 prędkość

obrotową

sprawozdania:

Podać

ogólne zasady wyznaczania warun ków skrawania. Obliczyć na podstawie warunków ski;_awania szybkość skrawania, czas maszynowy oraz wydajność skrawania.

Ćwiczenie

Vll.5

BADANIE WPŁYWU PARAMETROW SKRAWANIA NA TEMPERATURĘ SKRAWANIA

I

1. Cel ćwiczenia : zapoznanie się z pomiarem temperatury skrawania metodą dwunożową. 2.

Wyposażenie :

3.

Wiadomości uzupełniające

tokarka produkcyjna lub uniwersalna, specjalny imak z dwoma nożami - jeden z ostrzem ze stali szybkotnącej, drugi z węglików spiekanych - o tej sa mej geometrii ostrza i tych samych wymiarach , miliwoltomierz z przey10dami, charakterystylca układu pomiarO\.vego, suwmiarka uniwersalna, wałek stalowy przygotowany według rys. VII-1 4.

Pomiaru iemiJeratury skrawania można do:~rnnać roznymi metodami. Najszersze zastosowanie znajduje metoda termoelementu. Polega ona n a pomiarze siły termoelektrycznej' powstającej w czasie skrawania w termoogniwie, które tworzy w tym ukł adzie narzędzie i materiał skrawany. Wartość tej siły zależy od włas­ noś ci materiału noża i materiału skrawanego oraz różnicy tempertury międz y tzw. gorącymi końcami termoelementu (styk narzędzia i materiału w czasie skrawania) a jego zimnymi końcami (punkty narzę dzia najd~lej odległe od ostrza skrawającego). 345

Rys. VII-14. Termoelektrycz-

ny

układ dwunożowy

1 -

wałek

4 -

millwol~omierz

[3]

toczony, 2 i 3 - noże o ostrzach z różnych materiałów, .

Zostały

opracowane dwie metody pomiaru temperatury skrawa-· i dwunarzędziowa. W ćwiczeniu będziemy dokonywać pon1iaru metodą dwunarzędziową, która polega na pomiarze siły termoelektrycznej występującej w czasie skrawania materiału dwoma nożami równocześnie. Dwa noże o jednakowej geometrii, wykonane z różnych materiałów (jeden ze stali szybkotnącej, drugi z węglików spiekanych), mocuje się w imaku nożo­ wym i izoluje względem siebie. Skrawania materiału dokonuj e się równocześnie dwoma nożami z jednako~Ną szybkością, posuwem i głębokoścłą {rys. VII-14). Obwód termoelektryczny zamknięty stanowi tu: nóż 2 - materiał skrawany 1 - nóż 3 - miliwoltomierz. Miliwoltomierz jest włączony 2omiędzy trzonki A i B obu noży, stanowiące zimne końce termoelementu. Warunkiem pracy urządzenia na zasadzie termoelementu 3est zachowanie równosci temperatury na obu ostrzach. Wówczas potencjał materiału obrabianego nie wchodzi w rachubę. Mierzone nania:

oc

jednonarzędziowa

/

GfY.

,/

5J!1

·__

,J

... '1N

t/

r. 40

o

346

/

V

2f'

120

I/

/ /"

' I•

/ 2 4 6 8 7012 74 Ws/<.azania :mliwoitomierza mV

Rys. VlI-15. Krzywa wzor cowania układu termoelektrycznego [ 4]

·pięcie

jest

zależne wyłącznie

od rozmcy temperatury

gorących

i zimnych końców termoelementu oraz składu chemicznego ma·teriałów noży.

Dla ustalenia liczbowej zależności wartości siły termoelektryc:zmej od temperatury noży 2 i 3 wykonuje się wzorcowanie termoelementu (rys. VII-15). Otrzymany wykres może być stosowany do odczytywania temperatury 1 przy skrawaniu róż­ ·nych materiałów, pod warunkiem jednak, że zostanie utrzymana identyczna temperatura na obu ostrzach noży. Dla zmniejszenia błędów wywołanych różnym ciepłem właściwym i różnym przewodnictwem cieplnym materiałów noży zaleca się przy pomiarach temperatury skrawania tą metodą przeprowadzenie prób krótk'otrwałych . · 4. Pf"zebieg

-

-

-

ćwiczenia

Nastawić tokarkę

na wybrane parametry sk{awania. Na suporcie tokarki zamocować specjalnie przygotowany imak nożowy z nożami. W uchwycie zamocować specjalnie przygotowany wałek (wg rys. VII-14). Przed rozpoczęciem ćwicze­ nia zaleca się przetoczyć jedną warstwę tak, aby następna miała tę samą grubość dla obu noży. Dołączyć miliwoltomierz. Toczyć równocześnie dwoma nożami przy stałym posuwie i stałej głębokości, a zmiem1ej prędkości skrawania. Zanotować wskazania miliwoltomierza. Toczyć ·przy stałej prędkości skrawania i stał.ej głębokqści, a zmiennym posuwie. Zanotować wskazania miliwoltomierza. Toczyć przy stałej pręd~ości skrawania i stałym posuwie a zmiennych głębokościach, zaczynając od największej głębo­ kości. Zanotować wskazania miliwoltomierza. Poszczególne próby toczenia wykonywać możliwie krótko. Do zanotowanych wskazań miliwoltomierza dopisać odpowiadające im wartośd temperatury wg krzywej wzorcowania (rys. VII-15).

5. Uwagi do sprawozd~nia: Zestawić

wyniki pomiarów. Na :siatce podwójnie logarytmicznej sporządzić na podstawie wyników wykresy temperatury: 347

pierwszy w fun kcji szybkości (rys. VIJ-16), drugi w funkcJi posuwów (rys. VlI-17\ trzeci w :funkcJ1 gł~bokości skrawania (rvs. VII-18). Na podstawie wykresów wyznaczyc zależnosc1 : t= f(v), t== I(p), t=f(g). Poda ć własne wnioski i spostrzeżerna.

~ ~~ lll I ! 1 -r-1~ ~l-+-ł-t-+-+++-++-+~--=·····;~+~-+-~,1--~,---.1 ~

~

_,_ -

/~......

1

,,..,.,,

•

I

l

;---'I

T(l()mm

1

1

1

I

I

l

1

1

1

I

1

__,1-+-+--t--t-+-'-r-""~--.-!--•~--r--;-+-1~,-,--11

~.

Rys. VII-16. Wykres

1_ _ 1_

'

lg

ści

1

~r1

,

ł-_~1"-+-+-+-+-----+ / 1 -- 1 ---i

1 ____

1__ 1 ~-

V I ;r/mmj

zalezności

temperatury od szybko-

skrawania [21]

Z;-

.:..,1~-bf'"-+'7ł'-+-+-~'------+--...<--~

.......

~t--:;o,,._t-r:-/-~-t---,~-H-----4·~--ł--~

lgp mm/obr

Rys. Vll-17. Wykres wartości posuwu

348

1

zależności

temperatury od

'11

+ -t ~

±-

+.

J

lgg[mm]

.

Rys. VII-18. Wykres z.alezn ości temperatury od gł~bokości skrawania [21] '

Ćwiczenie

Vll.6

BADANIE ZALEżNOSCI POMIĘDZY OKRESEM TRWAlOSCI OSTRZA A SZVBKOSCIĄ SKRAWANIA

l . Cel ćwiczenia: zapoznanie siq z wplywem szy bko:ki skrawania n a trwałość ostrza. 2. Wyposażenie: tokarka o dużeJ prędkości obrotowej, np. TUC 40 lub TPC 40, cztery no7e 2 ostrz ~, mi ze stali szybkotnącej - NNBa lub ~NZa 25 X 25 z pr
Wiadomości uzupełniają ce

Wzajc:nna zal eżnrn:,c'.: trwałości o~ trza

i

sz\ bko::;u ~kr;rwania jest

w~' ral.on a \V po~tnc i

w kt órej: T Cr -

trwalo ść

ostrza, m m,

wartoś~ stała , zależna od m atena1u, kształtu 1

wymi aru "''arst wy skrawaneJ or az warunków

chłodze nia,

349

szybkość

v s -

Zależność

gdzie

skrawania, m/min, wykładnik pot~gi ustalony doświadczalnie (2+ 12), zależny od materi..iłów ostrza i przedmiotu obrabianego oraz od warunków skrawania. odwrotna ma postać

1

m= -s ,

Wymienione funkcje w układzie współrzędnych logarytmicznych przedstawiają się jako linie proste (rys. VII-19, VII-20). Na wykresie lg Cv odpowiada wartości rzędnej dla T= 1 (trwałość ostr7..a - 1 min), zaś wykładnik potęgowym równa się tangensowi kąta pochylenia prostej. Wyznaczanie wartości Cv na drodze doświadczalnej polega na przepr owadzeniu szeregu prób narzę­ dzi skrawających w warunkach odpowiadających normalnej pracy narzędzia . Metoda ta jest żmudna i długotrwała . tm

'

\ \

\

I

'

~

\

\

\

100

BO

,-

'\

1

60 SO 20

\ „"()

10

50 60 70 8D

igv [m/min]

350 .

Rys. VII-19. Wykres zależności okresu trwałości ostrza T od prędkoś ci skrawa nia v [10]

V

40

m/1rnil

30

21

------

materiał noża : staf Sk 5

r--.

-

materia! skm:rany : sial Cr Ni Rm-850:.[){}0 HPa warunki skrawania: skrawanie na sucha rflf'.m/ohr, q=5mm nći zdzierak prawy; a=6°: o-4~· .A 4°; )l=45u; r-= 2mm

----+

---

fQ

r-- r-

i--

,_ ...... _

r--_

I

t

2

3

4

5 9789 10 Trwałość

Rys. VII-20. Wykres żonej trwałości

zależności

20

JO JO

so bO 10eor,o100

ostrza stosowanej

200

Tmin szybkości

skrawania od

zało­

ostrza [3]

Metoda promieniowa toczenia jest skróconym sposobem badania zależności T=f (v). l\'Ia ona zastosowanie tylko do procesu toczenia narzędziami ze st ali szybkotnącej do obróbki płaskich powierzchni czołowych. Do prób używa się tarczy o średnicy zewnętrznej D (rys. VII-21). Tarczę zamocowaną w uchwycie tokarskim toczy się przy założonych parametrach skrawania od średnicy D 0 aż do chwili stępienia ostrza, któremu odpowiada pewna średnica stępienia Dst· W czasie próby szybkość skrawania zmienia się od v 0 (na średnicy Do) do Vst (na średnicyDstJ.

Rys. VII-21. Próba toczenia promieniowego [1] Przeprowadzając

dwie

kró~kotrwałe

próby przy n 1 i n 2 obr/min, otrzymamy stępienia narzędzia na dwu średnicach Dsu i Dst2 • Jeśli otrzymane wyniki zostaną naniesione na wykres w skali podwójnie logarytmicznej lg n i lg Dst (rys. VII-22), powstanie 351

wykr es Dst= f (n), na podstawie k tórego mozna określić tangens kąta pochylenia a: tg a = q . Wówczas Cv oblicza się wg wzor u n · D ·n I C st • I .t t' = 1 000 J1 2p ·n · ls + l ) przy czym

S=

l

1

q

.1-q

Obliczenia war tości s oraz Cv opar to na badaniu dwu próbek . Dla uzyska nia dokła dniejszych danych można -w-ykonać większą liczbę prób. Dane te będą si ę oczywiście odnosiły t ylko do materiał u

' mm

-' ....

1

.....

200

I'

~

150

...

-

100 80

"' „

' i:Jo

~

oo50

700

150

'

R ys VII-22. Wykres

do wyznaczenia za -

"'

~ "' 200 300 n obr/miri

leżn ości

[l]

I+q

s= -

1-q

na którym przeprowadzono próbę promieniową . Wartość posuwu poprzecznego p przy jmu je się np. 0,6 mm na 1 obr, głębo kość skrawania g - np. 4 mm. Prędkości obrotowe dobier a się z szeregu, jakim dysponuje tokarka. Przy małej liczbie prób prędkość obrotową należy zmieniać co dwa lub nawet co tr zy stopnie (stosować duże prędkości ). Stępienie noża doprowadza się aż do spalenia ostrza. Noże powinny być jednakowe, np . NNBa, 25X25 SW18, .o jednakowej geom etrii ostrza. Noże wysuwa się z imaka na odległość 1,5 h (h - wysokość noża) . Po każdej próbie czoło tarczy wyrównuje się nożem nie biorącym udziału w pr óbach, stosując małe szybkoś ci skrawania. 4. Przebieg

-

ćwiczenia

Sprawdzić

352

stan t echniczny

urządzeń.

W imaku

nożowym

to-

-

-

karki zamocować 4 noże. W uchwycie zamocować tarczę. Toczeniem poprzecznym wyrównać powierzchnię czołową tarczy. Toczyć trzykrotnie powierzchnię czołową, za każdym razem zmieniając prędkość obrotową wrzeciona. Toczenie przerywać w chwili zatarcia się wierzchołka ostrza. Zmierzyć średnicę Dst, na jakiej nastąpiło stępienie ostrza. Dla każdej próby notować stosowane parametry skrawania. Rozbroić tokarkę, oczyścić urządzenie . Uporządkować stanowisko ćw iczenia .

5. Uwagi do

-

sprR\yozda~ia:

Zestawić wyniki ćwicz~nia . Na podstawie wyników sporządzić na siatce podwójnie loga-

rytmicznej

wykres

zależności v

=

c

Tv

o współrzędnych

m

-

-

lg v - lg T . Wyznaczyć wartość wykładnika m. Na podstawie próby promieniowej wyznaczyć kilka wartości D s t dla różnych warto.ścin. Wykonać wykres w skali podwójnie logarytmicznej, wyznaczyć q, obliczyć Cu. Podać wnioski i własne spostrzeżenia.

Ćwiczenie Vll.7 SPRAWDZANIE

DOKŁADNOSCI

OBRABtARKI

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z metodami odbioru technicznego

obrabiarek. I

2. Wyposażenie: przedmioty ćwiczenia tokarka uniwersalna o średnicy toczenia' nad łożem powyżej 315 mm, tarcza stalowa lub żeliwna o śred~icy zbliżonej do wysokości kłów nad łożem, wałek stalowy St3S lub St4S nakiełkowany, o ~rednicy (/) 50 mm i długości 400-7-500 mm, bez naskórka; przyrządy ·- czujnik zegarowy, podstawka do czujnika, suwmiarka uniwersalna, przymiar kreskowy MLPd - 630, mikrometr zewnętrzny 25+50 lub 23 -

Pracownia techniczna dla tec hn.

353

50+75, liniał kraw~ziowy MLWa, trzpień kontrolny ze stożkiem Morse'a Nr 3, trzpief1 kontrolny z nakiełkami (bez stożka) o dłu­ gości pomiarowej 500+600 mm, norma PN-61/M-55652.

3.

Wiadomości uzupeJniające

.

.

Sprawdzeni e dokładnośc i obrabiarki jest najwa~meJst.ą czynnością jej odbioru techni~znego. Sprawdzeniu poddaje się te elementy, od których zależy dokładność obrabianych przedmiotów. Przy sprawdzaniu mi erzy się odchyłki od kształtu geom etrycznego i porównuje je z dopuszczalnymi odchyłkami podanymi w normach. Sprawdzeniu podlegają : prostolin iowość, równoległość, współosiowość, prostopadłość poszczególnych elementów. Dla elementów obrotowych wykonuje się pomiary bicia promieniowego i bicia osiowego (rys. VII-23). Dla śrub pociągowych wykonuje się p omiar dokła~ności skoku gwintu (specjalnym przyrządem czujnikowym obejmującym długość skoku 300 mm).

Rys. VJI-23. Pomiar czujnikiem hicia osi owego [23]

P omiar prostoliniowości dotyczy głównie prowadnic obrabiarek. Wybór m etody pomiaru zależy od położenia prowadnicy (w płasz­ czyźnie poziomej czy też pionowe j) oraz jej długości. Prowadnice dłu gie, leżące w płaszczy źnie poziomej, sprawdza się poziomnicą o działce elementarnej 0,02/1000 mm, przestawiając poziomnicę A

Rys. VII-24. Sprawdzanie struny [23]

354

prostoliniowości

za

pomocą

o równe odcinki wzdłuż całej długości (PN-61/M-55652, lp. 1); jest to pomiar prostoliniowości w płaszczyźnie pionowej. Prostoliniowość w płaszczyźnie poziomej sprawdza się, stosując strunę napiętą równolegle do prowadnic (rys. VJI-24). ~a elemencie przesuwnym mocuje się mikroskop. Prrzesuwając mikroskop wzdłuż struny obserwuje się jej poprzeczne przesuwanie w okularze mikroskopu. Metodę tq stosuje się przy dużych długościach prowadnic strugarek wzdłużnych. Prostoliniowość prowadnic, tak w płaszczyźnie poziomej, jak i pionowej, można sprawdzić czujnikiem zegarowym względem odpowiednio ustawionego użebrowa­ nego liniału (rys. V 11-25). Dla tokarek o krótkim łożu (toczenie w kłach do 1OOO mm) można zadowolić się pomiarem prostoliniowości trzpienia kontrolnego osadzonego w kłach (przy okazji pomiaru równoległości osi kłów do prowadnic suportu). Równoległość

prowadnic konika tokar;ki do prowadnic suportu sprawdza się czujnikiem zamocowanym w suporcie, przykładając trzpień czujnika kolejno do wszystkich płaszczyzn stanowiących prowadnice konika i odczytując odchyłki przy przesuwaniu suportu wzdłuż łoża.

Rys. VII-25. Pomia1· prostoliniowości za pomocą liniału [23]

•

Sprawdzenie równoległości osi wrzeciona do prowadnic łoża musi być poprzedzone sprawdzeniem końcówki wrzeciona, jego powierzchni zewnętrznej oraz 'gniazda stożkowego na bicie osiowe i promieniowe (PN-61/M-55652, lp 578), przy powolnym obracaniu wrzeciona (obraca się je ręcznie - ciągnąc pas napędowy) . Trzpień kontrolny musi być dokładnie osadzony w gnieździe wrzeciona. Równoległość osi wrzeciona do kierunku przesuwu suportu sprawdza się czujnikiem zamocowanym w suporcie, przesuwając suport wzdłuż łoża. Pomiaru dokonuje się w płaszczyz­ nach pionowej i poziomej na długości pomiarowej trzpienia 300 mm (rys. VII-26). Suport narzędziowy sprawdza się w ten sam sposób, ale tylko na długości 150 mm, przesuwając suport

355

górny · (narzędziowy) przy nieruchomym suporcie głównym (PN-61/M-55652, lp. 10). Równoległość osi trzpienia konika do prowadnic suportu sprawdza się w obu płaszczyznach: raz przy cofniętym trzpieniu, drugi raz po wysunięciu go na długość 100 mm (PN-61/M-55652, lp. 11). Przy każdym pomiarze należy trzpień ustalić zaciskiem. Następnie sprawdza się równoległość osi gniazda stożkowego. W tym celu osadza się w gnieździe trzpień kontrolny. Pomiar wykonuje się przy zaciśniętym trzpieniu konika w obu płasz­ czyznach, przesuwem suportu wzdłuż łoża na długości pomiarowej trzpienia 300 mm. · Pomiar równoległości osi kłów do prowadnic suportu przeprowadza się z użyciem trzpienia kontrolnego, zamocowanego między kłami wrzeciona i konika. Dokonując pomiaru czujnikiem w płasz­ czyźnie poziomej, przesuwa się konik poprzecznie tak, aby przy obu końcach trzpienia czujnik wskazywał tę samą wartość. Wła­ ściwy pomiar dotyczy płaszczyzny pionowej (PN-6'1/M-55652, lp. 12). Przy tym ustawieniu można sprawdzić prostoliniowość

Rys. VII-26. Pomiar wadnic suportu [23]

równoległości

osi wrzeciona do pro-

prowadnic suportu na łożu w obu płaszczyznach, przesuwając suport z czujnikiem kolejno o równe odcinki, np. co 100 mm, i notując każdorazowo wskazania czujnika. Próba toczenia powierzchni czołowej tarczy zamocowanej w uchwycie jest równocześnie sprawdzeniem · prostopadłości prowadnic suportu poprzecznego do osi wrzeciona. Przy tej próbie 356

Rys. VII-27. Pomiar czujnikiem wklęsłości tarczy przy próbie toczenia promieniowego

.

sanie

wzdłużne

suportu

muszą być zaciśnięte

na prowadnicach

łoża.

Powierzchnię tę

toczy

się małą głębokością

i drobnym posuwem od zewnątrz ku środkowi. Norma zaleca sprawdzanie płaskości liniałem krawędziowym, szczelinomierzem i płytkami wzorcowymi (PN-61/M-55652, lp. 21). Dokładniejsze wyniki otrzymuje się przy pomiarze czujnikiem, ustawionym na wysokości osi wrzeciona. Przesuwem suportu poprzecznego przesuwa ~ię czujnik od środka ku tyłowi (rys. VII-27). Czujnik porusza się równolegle do drogi wierzchołka noża. Wskazania czujnika mają wąrtość podwójnego błędu wklęsłości (wypukłość jest niedopuszczalna). Następnie

przeprowadza się próbę toczenia wzdłużnego wałka zamocowanego w uchwycie (PN-61/M-55652, lp. 18, 19) oraz zamocowanego w kłach. Na obu próbkach mikrometrem sprawdza się owalność i stożkowość (PN-61/M-55652, lp. 20). W ćwiczeniu tym pominiemy sprawdzenie śruby pociągowej. 4. Przebieg

ćwiczenia

Sprawdzić

stan techniczny urządzeń. Tokarka do pomiaru musi być czysta - bez wiórów i bez smaru na prowadnicach (niedopuszczalne są również wkładki z papieru, blaszek itp.) Sprawdzić płaszczyznę złożenia kadłuba konika z jego płytą oraz osadzenie głowicy wrzecionowej na łożu. . Sprawdzić bicie osiowe i promieniowe końcówki wrzeciona za pomocą czujnika. . Sprawdzić równoległość osi wrzeciona do prowadnic suportu w płaszczyznach poziomej i pionowej z użyciem trzpienia kontrolnego i czujnika.

357

Sprawdzić równoległość

osi gniazda stożkowego konika w obu płaszczyznach trzpieniem kontrolnym i czujnikiem. Zamocować długi wałek kontrolny w kłach, a następnie sprawdzić czujnikiem i poprawić ustawienie poprzeczne konika w płaszczyźnie poziomej. Sprawdzić równoległość osi kłów do prowadnic suportu w płaszczyźnie pionowej. Zamocować w uchwycie tarczę, czoło jej przetoczyć posuwem poprzecznym. Wklęsłość sprawdzić czujnikiem i liniałem krawędziowym pod światło. Zamocować w kłach wałek, jego powierzchnię przetoczyć posuwem wzdłużnym, a następnie sprawdzić mikrometrem stoż­

-

-

-

kowość

-

i

owalność.

Wyniki pomiarów Rozbroić tokarkę

zapisać

i

i

porównać

oczyścić ją.

z normą PN-61/M-55652. Stanowjsko ćwiczenia ~porząd-

kować.

5. Uwagi do sprawozdania: Zestawić

wyniki pomiarów i porównać z normą. Wykonać szkice poszczególnych pomiarów. Podać wnioski i własne spostrzeżenia.

-

Ćwiczenie

Vll.8

POMIAR Sit I MOMENTOW PRZY WIERCENIU OTWOROW

1. Cel ćwiczenia: zapoznanie się z pomiarem (za pomocą rza hydraulicznego) sił i momentów przy wierceniu.

siłomie­ /

2. Wyposażenie: wierta.rka kadłubowa z posuwami mechanicznymi, np. WKA-25, podwójny siłomierz hydrauliczny, obciążniki, sprzęt do wzorcowania siłomierza, wiertło NWKc o śr.ednicy 10...;-14 mm, płytka stalowa St4S lub St5S, grubości 25 mm. I

3.

Wiadomości uzupełniające

Przy wierceniu występują następujące siły: siły skrawania wióra na ostrzach wiertła, siły wgniatania ścian w materiał, siły tarcia na łysinkach wiertła. 358

Siły

skrawania, podobnie jak przy toczeniu, można rozłożyć na składowe, umownie zaczepione na krawędziach . ostrza w odległości 0,5r od osi wiertła (rys. VII-28). Występują składowe: obwodowe Fz1 i Fa - prostopadłe do krawędzi ostrzy, składowe F xi i F x 2 równoległe do osi wiertła, składowe · F y 1 i F~ 2 - odporowe (reakcje). Siła osiowa F x wyniesie F :r=Fx i + F x 2• Moment obrotowy, przy założeniu F zi = F 22 oraz F yt = F v2 przybier a postać 1

Mierząc

siłę

osiową

oraz momenty obrotowe przy wierceniu przedmiotu wg rys. VII-29 dochodzi się do wniosku, że przy wierceniu na odcinku l 1 działają tylko siły F1c po wstające na krawę­ dziach ostrzy. Wywoluj ą one moment Mk. Na odcinku i! do poprzednich sił doch odzą siły działa j ące na ły­ sinkach wiertła Fi i wywołany przez nie m om ent Mi. Przy wierceniu na odcinku Z3 dochodzi dodatkowo dz iałanie ścina F se, wywołuj ące moment Mac· Łączni e więc •

R ys. VII -28. Rozkła d sil na os trzach wiertla [10]

D oświadczalnie

stwierdzono

R ys. Vll-29. An a liza op or ów przy p rób ie w iercenia [10]

następujące przybli żone zależności:

359

Fk=0,5 F Fi=0,02 F F11c=0,48 F Siły

Fz

wywołują

Mskr

=

Mk = 0,8 M Mi=0,12 M Msc = 0,08 M

oraz

moment skrawania

F·D F„D z2 N . mm lub Mskr = 2 .z 1000 N . m

gdzie: D - średnica wiertla wyrażona w mm, Fz Moc użyteczna na wrzecionie wiertarki

w N.

lub

gdzie:

Fz v n -

prędkość

obrotowa wrzeciona , obr/min,

N·m silnika W

Mskr -

Moc na

·.

w N, w m/min,

wałku

pe

p s = --

11obr

gdzie 'Y/obr -

sprawność

Siłę posuwową można

obrabiarki. obliczyć wg wzoru

F X = Cp . D zP . zaś

p «p .

Km N

moment skrawania wg wzoru N. mm

w którym:

Cp i Cm -

D -

wartości stałe , zależne

współczynnik zależny

nego

materiału,

wykładniki potęgowe .

360

od warun-

ków obróbki, średnica wiertla, mm, posuw, mm/obr, od obrabia-

Wartości współczynników

oraz

żeliwie

Do pomiaru

i wykładników dla wiercenia w stali

zestawiono w tablicy VII-1. siły

posuwowej i momentu skra wania przy wierceniu są używane specjalne siłomierze, umożliwiające równoczesny po.., miar obu parametrów. Rys. VII-30 przedstawia schemat siłomie­ rza hydraulicznego. Na stole 1 mocuje się przedmiot obrabiany. Stół siłomierza ma dwa stopnie swobody: możliwość małych przesunięć w kierunku działania siły posuwowej oraz ruchu obrotowegb o mały kąt wokół osi wiertla. Pod działaniem siły posuwowej F nacisk jest przekazywany na tłoczek czujnika hydraulicznego 4 za pośrednictwem trzpienia pionowego. Przesunięciom tłoczka towarzyszy zmiana ciśnienia cieczy (najczęściej gliceryny) w przewodach przyrządu. Zmiana ciśnienia cieczy jest rejestrowana za pomocą samopiszącego pióra manometrycznego lub manometru 7, wywzorcowanego bezpośrednio w jednostkach siły. Tab 1 i c a VII-1 Wartości współczynników

i

wykładników

przy wierceniu

,

Rodzaj materiału

CP

zp

up

84,7

1,0

0,7

cm

zm

um

1,9

0,8

I•

Km

obrabianego

stal

39,0

- - - -- -- ,.

żeliwo

60,6

1,0

0,8

23,6

1,9

0,9

.

R ~0.75 75 ' HB ' 190°·8

Podobnie mierzy się moment obrotowy. Dwuramienna dźwignia 2 działa .na czujniki hydrauliczne 3. Manometr 6 (lub aparat samopiszący) wskazuje bezpośrednio wartość momentu. Sprężyny 5 umożliwiaaą powrót dźwigni 2 do położenia wyjściowego. Do wzorcowania siłomierza 7 stosuje się obciążniki, kładąc je kolejno na stoliku 1 i porównując wskazania manometru z wartością obciążenia . Przy wzorcowaniu siłomierza 6 na stoliku 1 mocuje się dźwignię z przyczepioną do końca linką. Linkę przerzuca się przez krążek, a na końcu linki zawiesza obciążniki. Wykresy wzorcowania wykonuje się w normalnym układzie współrzędnych dla obciążania, a następnie odciążania. Przy próbie wiercenia,

361

/

Wfortlo zaglebito sie catkovviciE? ~-----__ _jl_oczatek /JtaCIJ

Rys. Vll -30. Podwójny sHomierz hydrauliczny dla prób wiercenia [3] stosując zmienne wartości posuwu, mierzy się wartości sił posuwowych i wartości momentów. Rysując wykresy F x=f(p) oraz M =f(p) w s kali logarytmicznej, można wyznaczyć wartości stałych współczynników Cp i Cm oraz wykładników Up 'i Um, przyjmując zm= l,9, zp= l.

4. Przebieg

ćwiczenia

Sprawdzić

-

-

362

stan techniczny urządzeń. Siłomierz hydrauliczny . zamocować na stole wiertarki. Przy mocowaniu zwrócić uwagę na współosiowość wrzeciona i osi obrotu stolika siłomierza. Ząmocować urządzenia do wzorcowania siłomierza. Kolejno zwiększając obciążenia na lince dźwigni, zanotować wskazania manometru. Następnie - zmniejszając obciąże­ nia - również notować wskazania. Obciążenia przeliczyć na wartości momentów. Sporządzić wykres momentów, jako funkcji wskazań manometru. Przeprowadzić wzorcowanie dla sił F :r· Sporządzić wykres sił posuwowych jako funkcji wskazań manometru. Na stoliku siłomierza zamocować płytkę stalową. Przy ustalonej prędkości obrotowej wrzeciona wiercić otwór w płytce (dla stali St4S lub St5S stosować v=20+25 m/min)

n =--= 318 ·

V

D

obr,'min

Zmieniając

-

kolejno posuwy (od najmniejszych, jaltimi dysponuje wiertarka) odczytywać wskazania siły F x i momentu M. Wyniki wpisać do karty ćwiczeń. Rozbroić wiertarkę i oczyścić ją. Uporządkować stanowisko ćwiczenia .

5. Uwagi do sprawozdania:

-

Zestawić

wyniki pomiarów.

Załączyć

wykresy wzorcowania

siłomierza.

-

-

Na siatce podwóJnie logarytmicznej wykonać wykresy funkcji F=f(p) oraz M=f(p). Wyznaczyć współczynniki Cp i Cm oraz wykładniki up i Um. Podać wnioski i własne spostrzeżenia.

Cwiczenie Vll.9 OBLICZENIE PRZELOZE~ I WYKONANIE WYKRESU PRĘDKOSCI

1. Cel ćw.iczenia: zapoznanie się z p1·zełożeniami w obrabiarkach oraz z wykresami prędkości obrotowych wałków mechanizmów napędowych obrabiarki. 2. Wyposażenie: schemat kinematyczny mechanizmu napędowego obrabiarki z naniesionymi liczbami zębów oraz prędkością obrotową silnika lub pierwszego wałka, suwak logarytmiczny, przybory rysunkowe (ćwiczenie można przeprowadzić. w sali lekcyjnej).

3.

Wiadomości uzupełniające

Zmianę prędkości uzyskać

za

obrotowych w

napędach

obrabiarek

możemy

pośrednictwem przekładni:

363

-

pasowych z kołami pasowymi stopniowymi, zębatych z kołami zębatymi wymiennymi, zębatych z kołami zębatymi przesuwnymi, które tworzą przekładnie elementarne, tzw. dwójki przesuwne, trójki przesuwne, dwójki przesuwne równoległe dla czterech lub sześciu przełożeń.

W przekładniach zębatych przełożenie tworzy para kół zęba­ tych - koło napędzające (czynne) i koło napędzane (bierne). Wartością przełożenia jest stosunek liczby zębów koła napędza­ jącego do liczby koła napędzanego

·-

. Z1 ·--- -11.i Z2 ni

gdzie n 1 , n 2

-

prędkości zębów Z1

obrotowe odpowiednich i

kół

o liczbach

Z2.

Umówimy się tu, że kołom napędzającym będziemy niki nieparzyste, napędzanym zaś - parzyste.

dawać wskaź­

Jeśli

w elementarnej przekładni zębatej przesuwnej czy też z kołami wymiennymi wszystkie pary mają ten sam moduł oraz zęby zerowe (niekorygowane), to koniecznym warunkiem współpracy jest stałość sumy zębów każdej pary kół danej przekładni w myśl • wzoru na odległość osi

W nowyc\1 konstrukcjach obrabiarek stOŚuje się znormalizowane geometryczne ciągi prędkości obrotowych o znormalizowanych ilorazach, a mianowicie: rp= 1,12 (wyjątkowo stosowany); 1,26 (1,25); 1,41 (1 ,4); 1,58 (1,6); 2.

W nawiasach podano

wartości zaokrąglone.

Zarówno ilorazy, jak i same wartości prędko~ci · obrotowych są liczbami ciągu Renarda. Dla uzyskania znormalizowanych pręd­ kości obrotowych liczby stosunkowe przełożeń muszą być potę­ gami znormalizowanych ilorazów, a mianowicie: 364

dla