Протасов В.Н. и др. Метод. указания к вып. лабораторных работ

Министерство образования и науки Российской Федерации РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА имени И. М. ГУБКИНА Кафедра машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности

В.Н. Протасов С.А. Карелина О.О. Штырев

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Москва 2015

УДК 620.22:539.3+/622.276+622.279/.012.05

Р е ц е н з е н т: М. Л. Медведева, д.т.н., профессор кафедры металловедения и неметаллических материалов РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина

Протасов В. Н., Карелина С. А., Штырев О. О. Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Физико-химическая механика материалов и конструкций нефтегазового оборудования». – М.: Издательский центр РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, 2015. – 27 с. Рекомендуется к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Физико-химическая механика материалов и конструкций нефтегазового оборудования», направление подготовки 151000 «Технологические машины и оборудование», квалификация – магистр техники и технологии

© В. Н. Протасов, С. А. Карелина, О. О. Штырев, 2015 © РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, 2015

Содержание Введение ........................................................................................................

4

Лабораторная работа № 1. ВЛИЯНИЕ ЖИДКИХ СРЕД НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ...

5

Лабораторная работа № 2. ВЛИЯНИЕ ПОВЫШЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ .............................................................................................................

11

Лабораторная работа № 3. ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДА НА ПЛАСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛИ .......................................................

16

Лабораторная работа № 4. ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНОАКТИВНЫХ ВЕВЩЕСТВ В СМАЗКЕ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ СТАЛИ...........................................................................................................

23

Литература....................................................................................................

27

3

Введение Для ряда специальностей факультета инженерной механики учебными планами предусматривается изучение дисциплины «Физико-химическая механика материалов и конструкций», при этом определенное количество часов выделяется на лабораторные работы студентов. Цель лабораторных работ, дополняющих теоретическую часть курса «Физико-химическая механика материалов и конструкций»  закрепление знаний, полученных студентом в результате самостоятельной работы и на лекциях по изучению дисциплины. Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по дисциплине «Физико-химическая механика материалов и конструкций» рекомендуется для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 151000 «Технологические машины и оборудование», квалификация – магистр техники и технологии.

4

Лабораторная работа № 1 ВЛИЯНИЕ ЖИДКИХ СРЕД НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ СОДЕРЖАНИЕ ВОПРОСА

В процессе эксплуатации детали машин подвергаются воздействию различных жидких и газообразных сред. Под воздействием агрессивной среды в материале детали протекают сложные физико-химические процессы, вызывающие его разрушение, изменение состава, структуры, физико-химических и механических свойств. Механизм разрушения конструкционных материалов в различных средах зависит от химического состава материала и контактирующей с ним среды, условий их контакта. В зависимости от механизма взаимодействия среды с конструкционным материалом, различают химически-активные и физически-активные среды. Подобное деление является условным, т.к. одна и та же среда может быть химически-активной по отношению к одному конструкционному материалу и физически-активной, или инертной, к другому. Изменение свойств или разрушение материала в химически-активных средах является результатом разрушения или перестройки химических связей, а в физически-активных средах  следствием адсорбции, набухания или растворения. Значительное изменение механических свойств под воздействием физически-активных сред происходит у полимерных материалов. Наиболее сильное влияние на механические свойства полимеров оказывает не адсорбционное, а абсорбционное (объемное) воздействие среды, проявляющееся в набухании полимерного материала. Различают набухание структурно-нечувствительное, 5

происходящее относительно равномерно по всему объему полимера, и структурно-чувствительное, затрагивающее в первую очередь наиболее дефектные участки в объеме полимера; границы сферолитов, кристаллов и других надмолекулярных образований. В зависимости от степени локализации среды в объеме полимера и активности ее молекулярного взаимодействия с полимерным материалом, физически-активные среды разделяют на ряд групп: 1) имеющие большое сродство к полимеру (по полярности и структуре) и хорошо растворимые в нем; они оказывают пластифицирующее действие на материал, усиливающееся по мере его набухания и проявляющееся в увеличении деформаций при механическом нагружении полимера; 2) имеющие малое сродство к полимеру (отличающиеся по полярности) и практически нерастворимые в нем; они мало влияют на механические свойства полимера; 3) обладающие небольшой растворимостью в полимере при близкой с ним полярности и структуре; действие таких сред локализуется, в основном, на наиболее дефектных участках и в первую очередь на границах надмолекулярных структур, что обусловливает значительное снижение прочности полимера, а также способствует образованию и развитию трещин. Физически-активные среды проникают в полимерные материалы, в основном, по механизму активированной диффузии, а также по механизму капиллярного течения при наличии в материале микропор, капилляров и других дефектов. Скорость диффузии физически-активной среды зависит от структуры полимера, гибкости его микромолекул, размера и формы молекулы среды, полярности среды и полимера. 6

Зависимость между прочностью и степень набухания полимера имеет сложный характер. При набухании, как и при пластификации, происходит уменьшение межмолекулярного взаимодействия в полимере, что вызывает, с одной стороны, снижение его прочности, а с другой, способствует ее повышению, т.к. при этом более равномерно распределяются напряжения в объеме полимерного материала, значительно уменьшается величина остаточных напряжений, возникающих при формировании изделия, увеличивается гибкость макромолекул, облегчается их ориентация. При малой степени набухания жестких пространственностных полимеров в жидкостях, обладающих той же полярностью, преобладает положительное влияние среды на прочность полимера. В средах противоположной полярности происходит понижение прочности полимера даже при незначительном его набухании. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить влияние водной среды на механические свойства полиамида. ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТЫ

1. Определить исходные значения предела прочности при растяжении и относительного удлинения при разрыве полимерного материала. 2. Определить значения предела прочности при растяжении и относительного удлинения при разрыве полимерного материала после воздействия водной среды. 3. Сопоставить полученные результаты и оценить степень влияяния среды на механические свойства полимерного материала. 7

ЛАБОРАТОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

 Стенд для испытаний образцов на растяжение (рис. 1)  1 шт.  Термостат  1 шт  Лупа Бринеля – 1 шт.  Микрометр  1 шт. Испытанию подвергается образец из полимерного материала, например, полиамид П-68 (рис. 2)  2 шт. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Определить площадь поперечного сечения F0 и длину L0 рабочей части образца. 2. Провести механические испытания на растяжение одного из образцов в соответствии со схемой, приведенной на рис. 1. Определить предел прочности при растяжении σP и относитель0

ное удлинение при разрыве ε0 по формулам:  ро 

 р0 

L Lр

Р F0

,

 100% ,

где P – разрушающая нагрузка, Н; F0  площадь рабочего сечения, образца, м2; ∆L  абсолютное удлинение образца, м; Lр – длина рабочей части образца, м. 3. Установить другой образец на подвеске термостата, погрузить подвеску в воду при температуре 80 °С и испытать в течение 1 часа. 4. После окончания выдержки образца в водной среде, извлечь его из термостата, охладить до комнатной температуры, 8

демонтировать с подвески, провести испытания на растяжение и определить механические свойства в соответствии с пунктом 2. 5. Определить изменение предела прочности при растяжении ∆σр и относительного удлинения при разрыве ∆εр полимерного материала после воздействия водной среды по формулам:

р   р 

р  р 0

р

 100%,

0

р  р 0

р

ср

ср

 100%.

0

где рср и  рср  соответственно предел прочности при растяжении и относительное удлинение при разрыве полимерного материала после воздействия водной среды, %. 6. На основании расчетов сделать вывод о влиянии среды на механические свойства полимерного материала.

Рис. 1. Схема установки для испытания образцов на растяжение: 1  образец, 2  подвижный зажим, 3  неподвижный зажим, 4  тяг, 5  плоская пружина, 6  подвижная каретка,7  приводной винт, 8  двигатель, 9-редуктор

9

Рис. 2. Образец из полимерного материала

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Наименование и цель работы. 2. Эскиз образца и схемы испытаний на растяжение. 3. Исходные механические свойства образца и после набухания. 4. Расчетные значения изменений механических свойств полимерного материала после воздействия среды. 5. Выводы.

10

Лабораторная работа № 2 ВЛИЯНИЕ ПОВЫШЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ СОДЕРЖАНИЕ ВОПРОСА

Повышенная температура может оказывать существенное влияние на прочность и деформационные свойства материалов и конструкций на их основе. У металлов это влияние наиболее заметно при температуре выше 200300 °С, в то время как у полимерных материалов  при более низких температурах. Под влиянием повышенной температуры в полимерах протекают различные физико-химические процессы, вызывающие обратимые или необратимые изменения. Обратимые изменения обычно связаны с уменьшением сил молекулярного взаимодействия в полимере. Действие температуры в этом случае аналогично действию пластификатора, т.е. происходит увеличение деформативности полимера и снижение его прочности. Небольшая температура, при которой обратимые изменения, происходящие в полимере, не вызывают значительного изменения его физико-механических свойств, определяет теплостойкость полимерного материала. Необратимые изменения, происходящие в полимерах под действием повышенной температуры, связаны с разрывом внутримолекулярных химических связей. Температура, выше которой эти изменения протекают наиболее интенсивно, характеризует термостойкость полимера. При действии повышенной температуры в атмосфере воздуха полимерные материалы подвергаются термоокислительной де11

струкции, вызывающей их охрупчивание, уменьшение массы, внутренние напряжения, что приводит к увеличению хрупкости и потере прочности. Повышенная температура снижает стойкость полимеров в агрессивных средах. Полимерный материал стойкий в среде при комнатной температуре может оказаться нестойким в той же среде при повышенной температуре. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить влияние повышенной температуры на механические свойства полиамида. ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТЫ

1. Определить предел прочности при растяжении и относительное удлинение при разрыве образца из полиамида при температурах 20, 40, 60, 80 °С. 2. Сопоставить полученные результаты и оценить степень изменения механических свойств полиамида с ростом температуры. ЛАБОРАТОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИБОРЫ, МАТЕРИАЛЫ

 Стенд для испытания образцов на растяжение (рис. 1)  1 шт.  Микрометр  1 шт. Испытанию подвергается образец из полимерного материала, например, полиамид (рис. 2)  4 шт.

12

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Определить площадь поперечного сечения F0 и длину рабочей части Lр образца (рис. 2). 2. Установить один из образцов в зажимы стенда в соответствии со схемой, приведенной на рис.1, и провести его механические испытания на растяжение при комнатной температуре. Определить предел прочности при растяжении ное удлинение при разрыве

р

0

0

и относитель-

по формулам:

 ро   р0 

р

L

Lр

Р F0

,

 100%

где P – разрушающая нагрузка, Н; F0  площадь рабочего сечения, образца, м2; ∆L  абсолютное удлинение образца, м; Lр – длина рабочей части образца, м. 3. Установить другой образец а зажимы установки для испытаний на растяжение, поднять температуру в термостате до 40 °С, прогреть образец при этой температуре в течение 5 мин, а затем провести его испытания на растяжение и определить механические свойства в соответствии с пунктом 2. Аналогично испытать остальные образцы при температуре 60 °С и 80 °С. 4. Построить графики зависимости предела прочности при растяжении и относительного удлинения при разрыве от температуры. 5. На основании полученных данных рассчитать степень изменения предела прочности при растяжении ∆σр и относительного удлинения при разрыве ∆ε при увеличении температуры от 20 до 80°С по формулам: 13

р   р 

р

20

 р

80

р р

20

20

 р

80

р

 100%,

 100%.

20

где р20  р и р80  соответственно предел прочности при 20 и 20

80 °С;  р20 и  р80  соответственно относительное удлинение при 20 и 80 °С. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Наименование и цель работы. 2. Эскиз образца и схема стенда для испытаний на растяжение. 3. Графические зависимости предела прочности при растяжении и относительного удлинения при разрыве от температуры. 4. Расчетные значения изменений механических свойств полимерного материала от температуры. 5. Выводы.

Рис. 1. Схема установки для испытания образцов на растяжение: 1  образец, 2  подвижный зажим, 3  неподвижный зажим, 4  тяга, 5  плоская пружина, 6  подвижная каретка, 7  приводной винт, 8  двигатель, 9  редуктор 14

Рис. 2. Образец из полимерного материала

15

Лабораторная работа № 3 ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДА НА ПЛАСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛИ СОДЕРЖАНИЕ ВОПРОСА

Водород оказывает существенное влияние на механические свойства большинства металлов. У пластических малоуглеродистых сталей он вызывает резкое снижение относительного удлинения, поперечного сужения, ударной вязкости; у высокоуглеродистых закаленных сталей с повышенными прочностными характеристиками  уменьшение предела прочности. Даже при отсутствии внешних нагрузок происходит растрескивание сталей, снижается их длительная прочность при статическом нагружении и выносливость при циклических нагрузках. По отношению к стали водород является физически активной средой. По механизму его взаимодействия со сталью следует выделить два различных, но взаимосвязанных процесса: адсорбция  молекулярное взаимодействие водорода с поверхностью металла, приводящее к образованию насыщенного слоя водорода на границе раздела газ-металл, и абсорбция  растворение водорода в массе металла. Поверхность металлов обычно обладает достаточно высокой адсорбционной способностью из-за наличия у нее значительной свободной поверхностной энергии, обусловленной особенностями металлической связи. Распределение свободной энергии по поверхности металла  неравномерное. Всегда имеются участки с различным уровнем свободной энергии или энергии связи с молекулами адсорбированного газа. Активные центры адсорбции, как правило, соответ16

ствуют местам нарушений кристаллической структуры поверхности металла, и их число, а следовательно, активность всей поверхности будет зависеть от состояния или метода обработки поверхности. Наиболее высокой активностью обладают вновь образованные, не успевшие окислиться поверхности. Растворение водорода в металлах сопровождается процессом диссоциации молекул на атомы, так как в молекулярном состоянии водород не растворяется в металлах. Процесс диссоциации является необходимым условием для образования раствора водорода в кристаллах металла. Процесс диссоциации молекул водорода на атомы может происходить в газовой среде при высоких температурах (термическая диссоциация) или в поверхностном слое металла за счет энергии адсорбции. Кроме того, на поверхности металла могут образовываться атомы водорода в процессе химических реакций, адсорбироваться и переходить в металлический раствор. Химические реакции с активным участием водорода протекают, например, при сварке металлов вследствие взаимодействия паров воды с металлической поверхностью при высоких температурах: Н2 О+ Ме → МеО+2Н0 При низких температурах в процессе травления металла в кислотных средах ионы водорода из раствора теряют свой заряд при взаимодействии с поверхностью металла, превращаются в атомы водорода и тоже могут растворяться в металле: Н++Ме- → Ме+ + Н0 Металлы могут насыщаться водородом при электролизе на катоде в процессе разрядки ионов водорода из раствора внешним отрицательным потенциалом: Н++е-→Н0 17

Интенсивное поглощение металлом водорода происходит при эксплуатации оборудования в обводненных сероводородсодержащих средах. Молекулы сероводорода, адсорбируясь на поверхности металла, разряжаются с образованием атомов водорода: Н2S +2е-→ 2Н0+S-2 Водород обладает большой склонностью к диффузии в твердых телах. Особенно большой подвижностью он обладает в металлах, что объясняется его малыми размерами и строением атома. Принято считать, что водород в металлических растворах находится в виде протока, чем и обусловливается его большая подвижность. Растворяясь в кристаллической решетке стали, атомы водорода отдают свои электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы (протоны). Ионы водорода диффундируют в кристаллической решетке стали с высокой скоростью. Встречая на своем пути какие-либо дефекты (микропустоты, трещины, раковины, дислокации и т.п.), они выходят из кристаллической решетки и, молизуясъ, создают в объеме микродефекта большое внутреннее давление, что вызывает деформирование кристаллической решетки металла, приводит к потере вязкости, а в отдельных случаях инициирует развитие трещин. В последнее время получила развитие дисклокационная теория водородной хрупкости, базирующаяся на взаимном влиянии абсорбированного водорода и дислокационной структуры металла. Увеличение количества нарушений в структуре металла в процессе пластических деформаций повышает локализацию в них водорода, в результате чего может возникнуть торможение пластической деформации, а следовательно, значит создаются условия для хрупкого разрушения. 18

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить влияние наводороживания на пластические свойства стали У8. ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТЫ

1. Определить максимальную стрелу прогиба стали при поперечном изгибе до наводороживания. 2. Определить максимальную стрелу прогиба стали при поперечном изгибе после наводорожавания. 3. Сопоставить полученные результаты и оценить потери пластических свойств стали при наводороживании. ЛАБОРАТОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИБОРЫ, МАТЕРИАЛЫ

1. Образцы для испытания из стали У8 (рис. 1)  2 шт. 2. Установка для электрохимического наводороживания стали (рис. 2)  1 шт. 3. Приспособление для поперечного изгиба образца (рис. 3)  1 шт. 4. Микрометр  1 шт. 5. Электролит. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Вычислить площадь поперечного сечения образца и площадь его боковой поверхности Fбок, контактирующей с электролитом. 2. Вычислить силу тока I, которую необходимо создать при наводороживания для обеспечения требуемой плотности тока i = = 100 А/м2: 19

I = iFбок, А.

(1)

3. Установить один из образцов на подвеске для электрохимического наводороживания. Опустить подвеску с образцом в электролит и включить источник постоянного тока, отрицательный полюс которого подключен к подвеске образца, являющегося катодом, а положительный  к платиновому электроду, выполняющему роль анода. Установить требуемую величину тока наводороживания, подсчитанную по формуле (1). Выдержать образец в ванне с электролитом в течение 1 ч. 4. Испытать второй образец на поперечный изгиб в соответствии со схемой, приведенной на рис. 1, и определить максимальную стрелу прогиба fо в момент разрушения. Величина прогиба фиксируется по показаниям индикатора. 5. После окончания процесса наводороживания образец с подвеской извлечь из ванны, промыть струей холодной воды и демонтировать с подвески. 6. Провести механические испытания образца, подвергнутого наводороживанию в соответствии с рис. 1. Интервал времени от момента извлечения образца из ванны до момента его разрушения не должен превышать 10 минут. 7. Определить потери пластических свойств стали ∆f при наводороживании по формуле f  fн f  0  100% , f0 где fо  максимальная стрела прогиба образца до наводороживания, м, fн  максимальная стрела прогиба образца после наводороживания, м. 8. На основании полученных данных сделать вывод о стойкости стали к наводороживанию. 20

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Наименование и цель работы. 2. Эскиз образца. 3. Схема установки для электрохимического наводороживания и режимы наводороживания. 4. Схема установки для механических испытаний образца. 5. Результаты испытаний. 6. Выводы. 7. a)

б)

Рис. 1. Образец для наводороживания (а) и схема нагружения (б)

21

Рис. 2. Схема установки для наводороживания:

1 корпус, 2  раствор серной кислоты, 3  образец, 4  платиновый анод

Рис. 3. Схема приспособления для испытания образцов на изгиб: 1 – винт нажимной; 2 – пуансон; 3 – скоба; 4 – образец; 5 – опора; 6 – державка индикатора; 7 – винт крепежный; 8 – индикатор; 9 – винт стопорный

22

Лабораторная работа № 4 ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В СМАЗКЕ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ СТАЛИ СОДЕРЖАНИЕ ВОПРОСА

В процессах граничного трения, наиболее распространенных на практике, можно выделить две главные функции смазки: 1) создавать прочные поверхностные пленки, хорошо удерживающиеся на поверхности трения в результате физической адсорбции молекул смазки на поверхности металла; 2) взаимодействовать с поверхностными слоями металла, изменяя при этом их структуру и свойства. Обе эти функции смазки оказывают самое существенное влияние на величину коэффициента трения, интенсивность изнашивания, предельные значения контактного давления и скорости скольжения, при которых происходит переход к катастрофическому износу. При этом поверхностно-активные вещества (ПАВ) в смазке оказывают особенно большое влияние. Наиболее распространены ПАВ органического происхождения  жирные кислоты, спирты, мыла и т.п. При выполнении смазкой первой функции важным фактором является сцепление между молекулами смазочной среды и поверхностными атомами металла. Сила сцепления определяет эффективность смазочного действия. Молекулы ПАВ построены асимметрично и состоят из полярной группы и неполярной части (например, длинного углеводородного остатка). Прочно адсорбируясь полярными группами, молекулы ПАВ образуют на поверхности твердого тела ориентированные слои, обеспечивающие эффективность смазочного действия. 23

Вторая функция смазки обусловливаемая действием ПАВ и явлениями физической адсорбции, тесно связана с эффектом Ребиндера. Открытие П.А. Ребиндером эффекта адсорбционного пластифицирования (облегчения пластических деформаций), понижения прочности, возникновения хрупкого разрушения при малой интенсивности напряженного состояния, вплоть до самопроизвольного диспергирования и упрочения под действием ПАВ явилось важным этапом в развитии общей теории смазочного действия при граничном трении. Наибольшие эффекты ПАВ оказывают в области очень малых концентраций (0,2%). Эта концентрация соответствует полному насыщению мономолекулярного адсорбционного слоя. Между поверхностной и деформационной активностью ПАВ существует определенная связь. Эффективность действия ПАВ, как правило, наблюдается лишь в определенной, хотя и достаточно широкой области скоростей деформации. Положение этой области зависит от температуры. Хотя первичным действием ПАВ является пластифицирование металла, конечным результатом может оказаться значительное упрочнение поверхностных слоев, вследствие намного большей, чем в отсутствие ПАВ, пластической деформации. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить влияние поверхностно-активных веществ в смазке на твердость поверхностного слоя стали. ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТЫ

1. Определить твердость поверхностного слоя стали в присутствии смазки, не содержащей ПАВ. 24

2. Определить твердость поверхностного слоя стали в присутствии смазки, содержащей ПАВ. 3. Сопоставить полученные результаты и оценить степень изменения твердости поверхностного слоя стали при действии ПАВ. ЛАБОРАТОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПРИБОРЫ. МАТЕРИАЛЫ

 Образец в форме диска из стали IXI8H9T  1 шт.  Микротвердомер ПМТ-3  1 шт.  Смазка  вазелиновое масло.  ПАВ  олеиновая кислота. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться (по инструкции к прибору) с методикой определения твердости на микротвердомере ПМТ-3. 2. Нанести на торцовую поверхность образца с помощью пипетки каплю вазелинового масла и выдержать в течение 5 мин. 3. Установить образец с растекшимся на поверхности маслом на столик микротвердомера, установить на нагрузочный рычаг прибора груз массой 0,2 кг и сформировать отпечаток призмой твердомера на поверхности образца, покрытой смазкой. Измерить диагональ отпечатка (рис. 1). Определить твердость по формуле Н = I8,54105 Р/С2, Па, Р  сила тяжести груза, Н, С  размер диагонали отпечатка призмы, м. 4. Добавить в вазелиновое масло 0,2% олеиновой кислоты и тщательно перемешать полученную смесь. 25

5. Нанести на торцовую поверхность образца с помощью пипетки каплю смеси вазелинового масла с олеиновой кислотой, выдержать в течение 5 мин и определить твердость поверхностного слоя на этом участке в соответствии с пунктом 3. 6. Определить относительное изменение твердости поверхностного слоя стали в присутствии ПАВ по формуле: H 

H   H ПАВ H

 100%.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Наименование и цель работы. Эскиз образца и схема испытаний. Краткое описание содержания работы. Условия испытания. Экспериментальные и расчетные данные. Выводы.

Рис. 1. Схема измерения диагонали отпечатка

26

Литература 1. Протасов В.Н. Физико-химическая механика материалов оборудования и сооружений нефтегазовой отрасли: Учебник. –М.: РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина. 2011. – 204 с. 2. Протасов В.Н. Теория и практика применения полимерных покрытий в оборудовании и сооружениях нефтегазовой отрасли.  М.: Недра, 2007.  374 с.

27

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

ПРОТАСОВ Виктор Николаевич КАРЕЛИНА Светлана Александровна ШТЫРЕВ Олег Олегович

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Редактор Л. А. Суаридзе Компьютерная верстка: И. В. Севалкина

Подписано в печать 05.10.2015. Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Гарнитура «Таймс». Усл. п. л. 1,75. Тираж 50 экз. Заказ № 377

Издательский центр РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина 119991, Москва, Ленинский проспект, 65 тел./факс: (499) 507 82 12