Проверить гипотезу о нормальном распределении результатов наблюдений.

 

Студенты разбиваются на группы по три человека (или выполняют задание индивидуально). Каждая группа выполняет один вариант заданный преподавателем. Выполнение задания и оформление отчета осуществляется индивидуально. Перед отчетом преподавателю студентами проводится самооценка полученных результатов внутри малой группы.

Краткие сведения из теории

Мелкозернистая структура оказывает значительное влияние наконструкционную прочность. Железо и другие металлы с объемно-центрированной (ОЦК) решеткой склонны к переходу из вязкого состояния в хрупкое при определенной температуре испытаний на ра-стяжение и низких скоростях деформации. При температурах ниж епорога хрупкости образец разрушается без образования шейки при низких показателях пластичности. Ударная вязкость стали Jn-744значительно зависит от размера зерна. Так, при изменении размера зерен от 2 до 25 мкм температура перехода от вязкого разрушения к хрупкому смещается в сторону повышенных температур от –130до –45 °С. Наблюдающееся различие в свойствах стали обусловлено исключительно различием дисперсности структуры, так как химический состав фаз мелкозернистого и крупнозернистого материала был одинаков. Так, при низких температурах с уменьшением размера зерен увеличиваются пределы текучести, прочности, твердость, усталостная прочность и ударная вязкость, поэтому получение мелкозернистой структуры имеет самостоятельное значение для повышения прочностных свойств металлов. В связи с этим возрастает и роль более точного определения среднего диаметра зерен после различных видов обработки, позволяющих получить из крупнозернистой исходной структуры более мелкозернистую. Одним из таких способов получения ультрамелкозернистой структуры металла является рекристаллизационный отжиг, который проводится после предварительной холодной пластической деформации.

Пластическая деформация вызывает в металлах и сплавах структурные изменения, которые условно можно разделить на три группы:1) изменение формы и размеров кристаллов (зерен); 2) изменение их кристаллографической пространственной ориентировки; 3) изменение внутреннего строения каждого зерна. Формоизменение металла при обработке происходит вследствие пластической деформации каждого зерна. Основное изменение их формы состоит в том, что они вытягиваются в направлении главной деформации растяжения (например, в направлении прокатки или волочения). С повышением степени холодной пластической деформации, например, степени обжатия при прокатке, зерна все более вытягиваются, и структура приобретает волокнистый характер, при этом кристаллические решетки зерен приобретают преимущественную пространственную ориентировку – в металле, обработанном давлением, возникает текстура деформации. При пластической деформации с увеличением ее степени показатели сопротивления деформированию (предел прочности, предел текучести и твердость) возрастают, а показатели пластичности (относительное удлинение и сужение) падают. Это явление называется упрочнением металла, или наклепом. При деформировании металла со степенью деформации более 50…70 % предел прочности и твердость обычно увеличиваются в полтора-два, а иногда и в три раза в зависимости от природы и вида обработки давлением. Небольшие деформации (до 10 %), как правило, значительно сильнее влияют на предел текучести, чем на предел прочности. При больших степенях деформации у некоторых металлов и сплавов предел текучести может возрасти в 5…8 раз и более. Относительное удлинение резко уменьшается уже при сравнительно небольших деформациях (рис. 1). Увеличение степени деформации повышает предел прочности и твердость в полтора раза, снижает относительное удлинение в 10…20 раз, а иногда и в 30…40 рази более, что делает практически невозможной дальнейшую пластическую деформацию. Для восстановления первоначальной структуры, а следовательно, и механических свойств обычно назначается отжиг, который называется рекристаллизационным.

Содержание отчета

1. Цель и задачи работы. 2. Краткие сведения о рекристаллизации металлов и сплавов.3. Порядок работы и методика проведения наблюдений на металлографическом микроскопе. Методика и основные этапы определения среднего диаметра рекристаллизованных зерен конструкционных сталей. 5. Результаты проверки гипотезы о нормальном распределении результатов наблюдений. 6. Выводы по работе.

Необходимое оборудование и технологическая оснастка

Оснащение участка лабораторной работы: оборудование: металлографический микроскоп ST-VS-560 M-Tr-R5; материалы: коллекция микрошлифов и микроструктур малоуглеродистой стали 08пс и низколегированных сталей 09Г2Си 10ХСНД после рекристаллизационного отжига.

 

4.3 Контрольные вопросы

 

Что такое рекристаллизационный отжиг?

2) Какие существуют методы определения среднего диаметра зерен структуры конструкционных сталей?

Как устроен и работает металлографический микроскоп?

Как определяется средний размер (диаметр) зерен на микрошлифах (исследуемых образцах)?

Что такое нормальном распределении результатов наблюдений?

 

4.4 Рекомендуемая учебная литература и иные материалы

 

1. Электронно-библиотечная система издательства «Лань-Трейд»: http://e.lanbook.com/. Дата обращения: 23.09.2015.

2. Электронно-библиотечная система издательства «IPRbooks»: www.iprbookshop.ru. Дата обращения: 23.09.2015.

3. Неразрушающий контроль качества. Лабораторный практикум. Часть VI [Электронный ресурс]: учебное пособие/ В.Е. Гордиенко [и др.].— Электрон. текстовые данные.— СПб.: Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, ЭБС АСВ, 2013.— 104 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/19338.— ЭБС «IPRbooks», по паролю

4. Кане М.М. Управление качеством продукции машиностроения [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Кане М.М., Суслов А.Г., Горленко О.А.— Электрон. текстовые данные.— М.: Машиностроение, 2010.— 416 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/5166.— ЭБС «IPRbooks», по паролю

5. Системы качества [Электронный ресурс]: учебное пособие/ — Электрон. текстовые данные.—: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, ЭБС АСВ, 2011.— 454 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/28926.— ЭБС «IPRbooks», по паролю

6. Альгин В.Б. Технологические и эксплуатационные методы обеспечения качества машин [Электронный ресурс]: монография/ Альгин В.Б.— Электрон. текстовые данные.— Минск: Белорусская наука, 2010.— 109 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/12323.— ЭБС «IPRbooks», по паролю

7. Гумеров А.Ф. Управление качеством в машиностроении. Учебное пособие. /Гумеров А.Ф. Схиртладзе А.Г., Гречишников В.А., Жарин Д.Е., Юрасов С.Ю. - Старый Оскол: ТНТ, 2010 - 168 с.

8. Логанина В.И. Инструменты качества [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Логанина В.И., Федосеев А.А.— Электрон. текстовые данные.— Саратов: Вузовское образование, 2014.— 111 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/19518.— ЭБС «IPRbooks», по паролю

Лабораторная работа №4 «Измерение шероховатости поверхности с помощью профиломера» (МЕ-7 Оценка качества в машиностроительном производстве)

 

Задание к лабораторной работе

Провести измерение шероховатости образцов согласно инструкции по эксплуатации к профиломеру. Заполнить таблицу по результатам 20 измерений. Произвести расчеты и построить график распределения шероховатости по участкам. Обработать результаты измерений.

Краткие сведения из теории

 

Параметры шероховатости поверхности - один из самых важных показателей качества продукции, работающей с большим износом. Шероховатость - это одна из самых важных эксплуатационных характеристик движущихся механизмов, изделий, двигателей внутреннего сгорания. Именно от шероховатости зависит коэффициент трения, коррозионная стойкость, износостойкость, и другие механические характеристики деталей.

Таким образом, на поверхностях рабочих деталей постоянно происходят процессы, которые могут оказывать на них негативное влияние. К таким процессам относят: появление трещин, механический износ, обуславливаемый трением, эрозия, коррозия металла, смятие, появление заусенцев. Такие дефекты могут оказывать даже большее негативное влияние на работу всего механизма, чем деформация тел, в результате перегрева или гидроудара. Кстати, перегрев может возникать и от усиленного трения, в том числе, вызванного повышенной шероховатостью.

Если придать поверхности некоторые микрогеометрические свойства, то можно повысить сопротивляемость детали различным внешним воздействиям, и тем самым, улучшить параметры прочности и надежности.

Значения параметров поверхности детали, которые смогли бы обеспечить хорошие эксплуатационные характеристики, можно повысить путём технологической обработки поверхности - т.е. шлифования. Измерить качество уже обработанной поверхности можно при помощи приборов, измеряющих шероховатость: профилометра и профилографа.

Разница в техническом устройстве и принципе действия у данных приборов невелика. Отличаются они только способом предоставления результатов. Профилометр отображает значения измеряемого параметра шероховатости на специальном индикаторе (встроенном дисплее или шкале). Профилограф, в свою очередь, представляет результаты измерений в конце всей процедуры в виде графика - так называемой профилограммы, которая представляет собой кривую линию. Профилограмма, обычно, нуждается в анализе и расшифровке.

1) Профилометр - прибор, который предназначается для измерения шероховатости контактным методом. Контактный метод означает, что по исследуемой поверхности перемещается специальная алмазная игла, колеблющаяся от неровностей поверхности. Такие колебания иглы передаются на датчик, где преобразуются в малые электрические токи, которые, в свою очередь, усиливаются гальванометром и регистрируются. Показания выводятся на дисплей прибора и дают представление о характере неровностей исследуемой поверхности - их высоте и глубине. Часто, для оценки шероховатости выбираются другие параметры - средневзвешенные, амплитудные, суммарные и деленые на длину поверхности.

Шероховатость контролируемых поверхностей после заданной обработки оценивается, как сравнением ее с поверхностью специально аттестованного образца, так и путем измерения по высотному критерию шероховатости Ra с помощью высокочувствительного профилографа-профилометра. На каждом исследуемом образце измерения проводятся на 3-5 характерных местах, при 6-8 двойных ходах ощупывающей головки.

Попробуем вкратце описать, как же работает профилометр, из чего состоит, на чем базируется принцип его действия.

Итак, как и в любом измерительном устройстве, у профилометра должен быть объект измерения, измерительный источник сигналов (генератор сигналов), блок обработки сигналов и блок вывода результатов измерений. Объектом, в данном случае, является поверхность, шероховатость которой необходимо измерить. В качестве генератора сигналов, используется тонко заточенная игла, чаще всего - алмазная, но встречаются профилометры с иглами из твердых сплавов. Игла перемещается вдоль поверхности, перпендикулярно её плоскости, при этом, на шероховатой поверхности, неизбежно, возникают колебания иглы. Такие механические колебания являются первичным сигналом, который при помощи преобразователя - индуктивного, ёмкостного или пьезоэлектрического - преобразуется в токовый. После этого, электрический сигнал поступает на электронный усилитель, после чего интегрируется и визуализируется. Таким образом, на дисплее можно увидеть уже усредненный параметр, характеризующий не только количественные, но и качественные показатели неровности и шероховатости поверхности.

Профилометры принято различать в зависимости от вида трассы интегрирования.

По этому признаку выделяют приборы:

Профилометр с постоянной трассой интегрирования, трасса ощупывания в которых, равна, по длине, трассе интегрирования. Таким образом, результаты измерений можно увидеть только в конце, при завершении процедуры.

Профилометр обладающий скользящей трассой интегрирования, в котором трасса ощупывания в несколько раз длиннее трассы интегрирования. Таким образом, отсчет показаний и результатов измерения производится одновременно с перемещением иглы по поверхности.

К тому же, существуют профилометры с механотронными преобразователями, которые измеряют параметры неровностей, указывая среднее арифметическое значение отклонения профиля - Ra.

Большинство приборов оснащены анализатором, который позволяет судить о неровностях поверхности по гармоническим колебаниям сигнала от иглы.

Погрешность профилометра обычно колеблется впределах от ±25%, до ±10%.

В качестве примера профилометра можно привести профилометр модели 130. Данный прибор внесен в Госреестр средств измерений. Работает путем подключения к компьютеру и настройкой специальной программой. Профилометр модели 130 является лабораторным стационарным прибором высокой точности.

Также стоит выделить профилометр «СЕЙТРОНИК-ПШ8-1» из линейки профилометров СЕЙТРОНИК. Эти приборы являются переносными, имеют подключение к компьютеру через порт RS232, и позволяют производить основные измерения параметров шероховатости с достаточной точностью.

Профилограф - это прибор, который, идентично профилометру, предназначается для контроля параметров шероховатости поверхности, однако, имеет от него отличия в плане вывода результатов измерений. В профилографе результаты измерений представляются в виде кривой - профилограммы, определяющей волнистость и шероховатость. Обработка результатов производится графоаналитическим методом.