Tehnik-ast.ru

Электро Техник
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Методы определения твёрдости металлов

Методы определения твёрдости металлов

Твердость по методу Бринелля (ГОСТ 9012-59) измеряют вдавливанием в испытываемый образец стального шарика определенного диаметра D под действием заданной нагрузки P в течение определенного времени (Рис. 2). В результате вдавливания шарика на поверхности образца получается отпечаток (лунка). Число твердости по Бринеллю, обозначаемое HB, представляет собой отношение нагрузки P к площади поверхности сферического отпечатка F и измеряется в кгс/мм 2 или МПа:

Площадь шарового сегмента составит:

где D –диаметр шарика, (мм);

h – глубина отпечатка, (мм).

Так как глубину отпечатка измерить трудно, а проще измерить диаметр отпечатка d, выражают h через диаметр шарика D и отпечатка d:

Число твердости по Бринеллю определяется по формуле:

Для перевода твердости по Бринеллю в единицы СИ необходимо умножить число твердости в кгс/мм 2 на 9,81, т.е. HB=9,81*HB (МПа).

Для получения сопоставимых результатов при определении твердости HB шариками различного диаметра необходимо соблюдать условие подобия.

Подобие отпечатков при разных D и P будет обеспечено, если угол  остается постоянным (Рис. 2.1). Подставив в формулу (5) , получим следующее выражение:

Рис. 2.1 Схемы испытаний на твердость:

а – по Бринеллю, б – по Виккерсу, в – по Роквеллу

Из этой формулы видно, что значение HB будет оставаться постоянным, если и .

В практике при определении твердости не делают вычислений по формуле (5), а пользуются таблицами, составленными для установленных диаметров шариков, отпечатков и нагрузок. Шарики применяют диаметром 10,5 и 2,5 мм. Диаметр шарика и нагрузка выбираются в соответствии с толщиной и твердостью образца (табл. 1). При этом для получения одинаковых чисел твердости одного материала при испытании шариками разных диаметров необходимо соблюдать закон подобия между получаемыми диаметрами отпечатков. Поэтому твердость измеряют при постоянном соотношении между величиной нагрузки P и квадратом диаметра шарика D 2 . Это соотношение должно быть различным для металлов разной твердости.

Метод Бринелля не рекомендуется применять для материалов с твердостью более 450 HB, так, как стальной шарик может заметно деформироваться, что внесет погрешность в результаты испытаний.

Условия испытания металлов на твердость по Бринеллю

Число твердости по Бринеллю, измеренное при стандартном испытании (D = 10 мм, P = 3000 кгс), записывается так: HB 350. Если испытания проведены при других условиях, то запись будет иметь следующий вид: HB 5/250/30-200, что означает – число твердости 200 получено при испытании шариком диаметром 5 мм под нагрузкой 250 кгс и длительности нагрузки 30 с.

При измерении твердости по методу бринелля необходимо выполнять следующие условия:

образцы с твердостью выше HB 450 кгс/мм 2 (4500 МПа) испытывать запрещается;

поверхность образца должна быть плоской и очищенной от окалины и других посторонних веществ;

диаметры отпечатков должны находиться в пределах 0,2Dd0,6D;

образцы должны иметь толщину не менее 10 – кратной глубины отпечатка (или менее диаметра шарика);

расстояние между центрами соседних отпечатков и между центром отпечатка и краем образца должны быть не менее 4d.

Рис. 3 Схема прибора для измерения твердости по методу Бринелля

пределение твердости HB производится на прессе Бринелля (твердомер типа ТШ) в следующем порядке. Испытываемый образец (деталь) устанавливают на столике 1 (Рис. 3) шлифованной поверхностью кверху. Поворотом маховика 2 по часовой стрелке столик прибора поднимают так, чтобы шарик 4 мог вдавиться в испытываемую поверхность. Маховик 2 вращают до упора, и нажатием кнопки включают электродвигатель 6. Двигатель перемещает коромысло и постепенно нагружает шток с закрепленным в нем шариком. Шарик под действием нагрузки 3, сообщаемой приведенным к коромыслу грузом, вдавливается в испытываемый материал. Нагрузка действует в течение определенного времени (10 … 60 с), задаваемого реле времени, после чего вал двигателя, вращаясь в обратную сторону, соответственно перемещает коромысло и снимает нагрузку. После автоматического выключения двигателя, поворачивая маховик 2 против часовой стрелки, опускают столик прибора и снимают образец.

Диаметр отпечатка измеряют при помощи отсчетного микроскопа (лупы Бринелля), на окуляре которого имеется шкала с делениями, соответствующими десятым долям миллиметра. Измерение проводят с точностью до 0,05 мм в двух взаимно перпендикулярных направлениях; для определения твердости следует принимать среднюю из полученных величин.

Измерение твердости по ВиккерсУ

При испытании на твердость по методу Виккерса в поверхность материала вдавливается алмазная четырехгранная пирамида с углом при вершине =136 0 (Рис. 2.1). После снятия нагрузки вдавливания измеряется диагональ отпечатка d 1 . Число твердости по Виккерсу HV подсчитывается как отношение нагрузки З к площади поверхности пирамидального отпечатка М:

Число твердости по Виккерсу обозначается символом HV с указанием нагрузки P и времени выдержки под нагрузкой, причем размерность числа твердости (кгс/мм 2 ) не ставится. Продолжительность выдержки индентора под нагрузкой принимают для сталей 10 – 15 с, а для цветных металлов – 30 с.

Например, 450 HV 10/15 означает, что число твердости по Виккерсу 450 получено при P = 10 кгс (98,1 Н), приложенной к алмазной пирамиде в течение 15 с.

Преимущества метода Виккерса по сравнению с методом Бринелля заключается в том, что методом Виккерса можно испытывать материаллы более высокой твердости из-за применения алмазной пирамиды.

Измерение твердости по Роквеллу

Рис. 4 Положение наконечника при определении твердости по Роквеллу: I-IV последовательность нагружения.

При этом методе индентором является алмазный конус или стальной закаленный шарик. В отличие от измерений по методу Бринелля твердость определяют по глубине отпечатка, а не по его площади. Глубина отпечатка измеряется в самом процессе вдавливания, что значительно упрощает испытания. Нагрузка прилагается последовательно в две стадии (ГОСТ 9013-59): сначала предварительная, обычно равная 10 кгс (для устранения влияния упругой деформации и различной степени шероховатости), а затем основная (Рис. 4).

Читайте так же:
Как сделать трамбовку для грунта

Рис. 5 Схема прибора для измерения твердости по Роквеллу

После приложения предварительной нагрузки индикатор, измеряющий глубину отпечатка, устанавливается на нуль. Когда отпечаток получен приложением окончательной нагрузки, основную нагрузку снимают и измеряют остаточную глубину проникновения наконечника t.

Твердость измеряют на приборе Роквелла (Рис. 5), в нижней части станции которого установлен столик 5. В верхней части станции индикатор 3, масляный регулятор 2 и шток 4, в котором устанавливается наконечник с алмазным конусом (имеющим угол при вершине 120 0 и радиус закругления 0,2 мм) или стальным шариком диаметром 1,588 мм. Индикатор 3 представляет собой циферблат, на котором нанесены две шкалы (черная и красная) и имеются две стрелки – большая (указатель твердости) и маленькая – для контроля величины предварительного нагружения, сообщаемого вращением маховика 6. Столик с установленным на нем образцом для измерений поднимают вращением маховика до тех пор, пока малая стрелка не окажется против красной точки на шкале. Это означает, что наконечник вдавливается в образец под предварительной нагрузкой, равной 10 кгс.

После этого поворачивают шкалу индикатора (круг циферблата) до совпадения цифры 0 на черной шкале с большой стрелкой. Затем включают основную нагрузку, определяемую грузом 1, и после остановки стрелки считывают значение твердости по Роквеллу, представляющее собой цифру. Столик с образцом опускают, вращая маховик против часовой стрелки.

Твердомер Роквелла измеряет разность между глубиной отпечатков, полученных от вдавливания наконечника под действием основной и предварительной нагрузок. Каждое давление (единица шкалы) индикатора соответствует глубине вдавливания 2 мкм. Однако условное число твердости по Роквеллу (HR) представляет собой не указанную глубину вдавливания t, а величину 100 – t по черной шкале при измерении конусом и величину 130 – t по красной шкале при измерении шариком.

Числа твердости по Роквеллу не имеют размерности и того физического смысла, который имеют числа твердости по Бринеллю, однако можно найти соотношение между ними с помощью специальных таблиц.

Твердость по методу Роквелла можно измерять:

алмазным конусом с общей нагрузкой 150 кгс. Твердость измеряется по шкале С и обозначается HRC (например, 65 HRC). Таким образом определяют твердость закаленной и отпущенной сталей, материалов средней твердости, поверхностных слоев толщиной более 0,5 мм;

алмазным конусом с общей нагрузкой 60 кгс. Твердость измеряется по шкале А, совпадающей со шкалой С, и обозначается HRA. Применяется для оценки твердости очень твердых материалов, тонких поверхностных слоев (0,3 … 0,5 мм) и тонколистового материала;

стальным шариком с общей нагрузкой 100 кгс. Твердость обозначается HRB и измеряется по красной шкале B. Так определяют твердость мягкой (отожженной) стали и цветных сплавов.

При измерении твердости на приборе Роквелла необходимо, чтобы на поверхности образца не было окалины, трещин, выбоин и др. Необходимо контролировать перпендикулярность приложения нагрузки и поверхности образца и устойчивость его положения на столике прибора. Расстояние отпечатка должно быть не менее 1,5 мм при вдавливании конуса и не менее 4 мм при вдавливании шарика.

Твердость следует измерять не менее 3 раз на одном образце, усредняя полученные результаты.

Преимущество метода Роквелла по сравнению с методами Бринелля и Виккерса заключается в том, что значение твердости по методу Роквелла фиксируется непосредственно стрелкой индикатора, при этом отпадает необходимость в оптическом измерении размеров отпечатка.

ТВЁРДОСТЬ АБРАЗИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

Твердость, для абразивных материалов – прочность удержания абразивного зерна связкой. Чем выше твердость, тем прочнее удерживается зерно.

Шкала твердости инструмента в России состоит из 16 основных степеней:

ВМ1 и ВМ2 – весьма мягкий

М1, М2, М3 – мягкий;

СМ1-СМ2 – средне мягкий;

СТ1, СТ2, СТ3 – средне твердый;

ВТ – весьма твердый;

ЧТ – чрезвычайно твердый

Соответствие обозначений степеней твердости в России и за рубежом приведены в таблице

Определение твердости по Бринеллю.

Бринелльили Бринелль (Brinell) Юхан Август (1849–1925), шведский инженер. Труды по металлургии стали и определению твердости металлов и сплавов. Метод определения твердости металлов, названный его именем, предложил в 1900 г.

Метод измерения твердости металлов по Бринеллю заключается во вдавливании индентора (шарика) стального или из твердого сплава диаметром D в образец (изделие) под действием силы, приложенной перпендикулярно поверхности образца в течение определенного времени, и измерении диаметра отпечатка d после снятия силы (рис. 1).

Рис. 1. Вид деформированного образцапосле вдавливания шарика

Измерение твердости по методу Бринелля осуществляется на твердомере типа ТВ 5004 в соответствии с ГОСТом 23677-79. В качестве индентора применяются шарики диаметром 1; 2,5; 5,0 и 10 мм, изготовленные из термически обработанной высокоуглеродистой стали с чистотой поверхности по двенадцатому классу (ГОСТ 2789-73). Выбор диаметра шарика, нагрузки и времени нагружения производится по таблице 1.

Показателем твердости является число твердости по Бринеллю, обозначаемое НВ и представляющее собой отношение усилия F к площади поверхности шарового сегмента A:

Читайте так же:
Инструмент для снятия изоляции с проводов стриппер

где h – глубина отпечатка, мм,

D – диаметр шарика, мм.

где d – диаметр отпечатка, мм.

Тогда число твердости НВ рассчитывается по формуле:

Твердость по Бринеллю выражается в кГ/мм 2 , но по стандарту размерность обычно не записывается. В то же время с системе СИ она указывается – МПа. Верхний предел измерения твердости этим методом составляет НВ 450, так как при испытании более твердых материалов происходит деформация шарика, превышающая стандартизированный допуск.

Для получения одинаковых значений твердости при испытаниях одного и того же металла инденторами разных диаметров необходимо, чтобы соблюдалось соотношение между размером шарика и действующей на него нагрузкой K=F/D 2 . Отношение К подбирается из ряда значений, приводимых в ГОСТе, с учетом свойств испытуемого металла так, чтобы соотношение между диаметрами шарика и отпечатка было в некотором диапазоне (d/D=0,24…0,6). Например, для сталей и высокопрочных сплавов ГОСТ рекомендует принимать отношение K=30, для цветных металлов и сплавов принимают K=10, а для очень мягких металлов K=2,5 (подшипниковые сплавы) или K=1 (свинец, олово).

На практике по диаметру d отпечатка находят число твердости НВ, используя таблицы, составленные для каждого из рекомендуемых соотношений F и D. Современное оборудование позволяет находить твердость по-другому, – определяя глубину h внедрения шарика (см. рис. 1).

Пластическое деформирование материала в окрестности внедряемого индентора связано со структурными изменениями, происходящими в металле. Длительность протекания этих изменений зависит от свойств материала. Для черных металлов достаточно 10. 15 секунд выдержки под нагрузкой, для большинства цветных – 30 секунд. В некоторых случаях для завершения пластического течения устанавливают 180 секунд или особо оговаривают условия испытания.

Когда твердость испытуемого металла соизмерима с твердостью индентора – стального шарика, то вследствие деформации шарика искажается форма отпечатка, что влияет на точность результатов. Во избежание существенных ошибок (из-за смятия шарика) обычно вводится ограничение на применение метода Бринелля: испытывают материалы с твердостью не превышающей 450 НВ. Для испытаний более твердых материалов используют либо шарик из твердого сплава, либо другие методы, например, Виккерса или Роквелла, где индентором служит алмаз – самый твердый материал из известных в природе.

Твердость по Бринеллю обозначают символом НВ (Hardness Brinell) или HBW (Hardness Brinell Wolfram carbide):

— НВ – при применении стального шарика (твердость детали менее 450 единиц);

— HBW – при применении шарика из твердого сплава (твердость детали более 450 единиц).

Символу НВ(HBW) предшествует числовое значение твердости (с округлением до трех значащих разрядов), а после символа указывают диаметр шарика [мм], значение приложенной силы [кгс], продолжительность выдержки [с], если она отличается от 10 или 15 секунд.

Примеры обозначений:

— 250 НВ 5/750– твердость по Бринеллю 250, измеренная стальным шариком диаметром 5 мм, при нагрузке 750 кгс (7355 Н) и продолжительности выдержки 10-15 с;

— 575 HBW 2,5/187,5/30– твердость по Бринеллю 575, измеренная шариком из твердого сплава диаметром 2,5 мм, при нагрузке 187,5 кгс(1839 Н) и продолжительности выдержки под нагрузкой 30 с.

При определении твердости стальным шариком (или шариком из твердого сплава) диаметром 10 мм при нагрузке 3000 кгс (29420 Н) и продолжительности выдержки 10…15 секунд твердость по Бринеллю обозначают только числовым значением твердости и символом НВ или HBW (например, 300 НВ).

Основными частями прибора являются:

1. Шпиндель 6, в который вставляются сменныеинденторы с шариками разного диаметра.

2. Подвеска 18 с набором грузов.

3. Маховик 1, перемещающий опорный столик 5 с образцом в вертикальном направлении.

4. Система рычагов 12, 15, 17-19, передающих нагрузку на испытуемый образец.

5. Электродвигатель 21, обеспечивающий работу прибора.

6. Пульт управления с переключателями режима работы, сигнальными лампами “контроль”, “выдержка”, “сеть”, реле времени.

7. Кнопки “пуск” и “стоп”.

Требования к образцам и приборам при определении твердости оговариваются соответствующими ГОСТами.

Тема: ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ СПОСОБАМИ БРИНЕЛЛЯ И РОКВЕЛЛА

Организационно-методические указания. Работы выполняются по расписанию в лаборатории №303. Выполнение лабораторных работ по технологии конструкционных материалов основывается на знании студентами таких дисциплин, как: «Физика», «Химия», «Устройство автомобилей» и соответствующих тем дисциплины «Технология конструкционных материалов».

В ходе выполнения лабораторных работ по технологии конструкционных материалов студенты закрепляют и углубляют теоретические знания, получают практические навыки по определению твердости материалов, изучению структуры сплавов и их влияние на свойства, термической обработке металлов, определение изменения твердости и прочности сплавов до и после термообработки, влияние величин углов резцов на качество обработки металлов резанием, настройку металлорежущих станков на различные виды обработки, отрабатывают умения пользования литературой и оформления технологической документации, а также приобретают новые сведения, необходимые для изучения дисциплин по ремонту автомобилей для последующей практической деятельности студентов.

Выполнение лабораторных работ требует самостоятельности и высокой творческой активности студентов. При этом необходимое внимание должно уделяться вопросам охраны труда и технике безопасности.

В каждой лабораторной работе предлагаются: цель и содержание работы; основные теоретические сведения; оборудование, которым оснащается рабочее место; последовательность выполнения работы; контрольные вопросы, на которые студент должен ответить при защите выполненной работы и формы отчетов.

Читайте так же:
Как хранить li ion аккумуляторы от шуруповерта

Для выполнения лабораторных работ учебная группа разбивается на две подгруппы, а те в свою очередь, – на бригады. Работы проводятся по расписанию фронтально преподавателем. На первом занятии студентам сообщают содержание работ по предмету, проводят инструктаж по технике безопасности и правилам пожарной безопасности в лаборатории, знакомят с документацией и организацией рабочих мест, графиком выполнения работ.

Подготовка к выполнению лабораторных работ. Предварительной подготовкой к лабораторным работам студенты занимаются дома. При подготовке к выполнению лабораторной работы необходимо изучить содержание работы по практикуму, повторить теоретический материал, в бланк формы отчета занести теоретические данные, расчетные формулы, эскизы и т.д.

Порядок выполнения лабораторных работ. Все студенты перед выполнением лабораторных работ обязаны пройти инструктаж по технике безопасности и противопожарной безопасности на рабочем месте в условиях лаборатории, о чем должна быть сделана соответствующая отметка в журнале регистрации инструктажей и проставлены подписи студентов и преподавателя проводящего инструктаж.

Прежде чем приступить к выполнению работы, студент должен изучить ее содержание по данному практикуму, после чего преподаватель путем опроса проверяет готовность студента к работе. Особое внимание при этом обращается на знание студентом правил техники безопасности. В случае отсутствия у студента необходимых знаний он не допускается к проведению лабораторных работ.

Лабораторные работы выполняются студентами самостоятельно под контролем и при консультации преподавателя. Во время работы записывают только полученные результаты, а к расчетам и составлению отчета приступают по окончании работы.

При выполнении необходимо использовать:

1.1. Конспекты лекций

1.3. Плакаты, стенды и натуральное оборудование в кабинете №303

После каждой выполненной работы преподаватель производит контроль знаний путем проведения опроса студента и проверяет составленный им отчет. Цель проверки отчета – оценка правильности полученных результатов и заключений, сделанных студентом по этим результатам. Цель опроса – проверка степени усвоения студентом сущности выполненной работы, значения правильного проведения опыта в целом, устройства и принципа работы применяемого оборудования, приборов и приспособлений, правил обращения с ними.

Отчет о выполнении лабораторной работы. После выполнения работы студенты предъявляют преподавателю отчет, оформленный в соответствии с данным практикумом.

При защите работы студент должен уметь объяснить, а при необходимости обосновать выполненные расчеты и принятые решения, знать содержание инструкции и ответить на контрольные вопросы.

После защиты результатов работы и оценки ее качества преподавателем студент допускается к выполнению следующей работы.

Общие положения4
Лабораторные работы:
Л.Р. № 1. ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ СПОСОБАМИ БРИНЕЛЛЯ И РОКВЕЛЛА Отчет по лабораторной работе6 13
Л.Р. № 2. ИЗУЧЕНИЕ И ЗАРИСОВКА МИКРОСТРУКТУРЫ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ Отчет по лабораторной работе19 27
Л.Р. № 3. Проведение закалки и отпуска углеродистой стали Отчет по лабораторной работе31 39
Л.Р. № 4. ИзмеРение основных углов токарного резца. Отчет по лабораторной работе43 45
Л.Р. № 5. НАСТРОЙКА токарно-ВИНТОРЕЗНОГО СТАНКа. Отчет по лабораторной работе58 62
Вопросы для самопроверки Список рекомендуемой литературы68 70
Приложения:
Приложение А. График выполнения лабораторных работ71
Приложение Б. Зачетная карточка по лабораторным работам. Приложение В. Образец титульного листа отчета лабораторных работ72 73

Лабораторная работа 1.

Тема: ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ СПОСОБАМИ БРИНЕЛЛЯ И РОКВЕЛЛА

Цель работы: Приобрести навыки в определении твердости металлов на твердомерах типа

ТШ (прибор Бринелля) и типа ТК (прибор Роквелла).

Задание:

1) изучить устройство и работу твердомеров типа ТШ и ТК;

2) определить твердость отожженных и закаленных стальных образцов;

3) определить твердость образцов из цветных сплавов (брон­за, латунь, дюралюминий).

Оборудование и материалы: твердомер шариковый ТШ (прибор Бринелля); твердомер ТК (прибор Роквелла); лупа для измерения отпечатков, два комплекта отожженных образцов из стали марок (10), 20, 45, У8А, У12А, (У10А) размером 50X50X80 мм каж­дый; два комплекта закаленных и отпущенных образцов из стали марок 45, У8А, У12А; комплект образцов цветных сплавов: бронза, латунь, дюралюминий (марки сплавов подбирают в зависимости от практиче­ских возможностей лаборатории техникума).

Методические указания

При испытании твердости методом вдавливания применяют прибо­ры Бринелля (твердомер ТШ), Роквелла (твердомер ТК), Виккерса. Прибором Бринелля определяют твердость отожженных стальных изделий, а так­же изделий из цветных металлов и сплавов. Прибор Роквелла более универсальный — для определения твердости закаленных стальных изделий.

Таблица 1. Выбор диаметра шарика и нагрузки

материалинтервал твердости в числах БринелляТолщина испытуемого образца, ммСоотношение между нагрузкой Р и диаметром шарикаДиаметр шарика Д, ммНагрузка Р, НВыдержка под нагрузкой, с
черные материалы140-1506-3 4-2 до 2Р=300 Д 210 5 2,530 000 7 500 1 87510
черные материалыдо 140более 6 6-3 до 2Р=100 Д 210 5 2,510 000 2 500 62510
цветные материалыболее 1306-3 4-2 до 2Р=100 Д 210 5 2,530 000 7 500 1 87530
цветные материалы35-130 8-359-3 6-3 до 3 более 6 5-3 до 3Р=100 Д 2 Р=25 Д 210 5 2,5 10 5 2,510 000 2 500 625 2 500 625 15660 60

Выбор твердомера зависит от размера испытуемой детали, твер­дости металла и других факторов.

Определение твердости металла твердомером ТШ (прибором Бри­нелля).

Процесс измерения твердости твердомером ТШ состоит из сле­дующих основных последовательно выполняемых операций:

Читайте так же:
Как сделать матрицу из гипса

1.Подготовка образцов материала к испытанию. Образец мате­риала должен иметь параллельные поверхности (испытуемую и опор­ную), без окалины, ржавчины или каких-либо неровностей. При не­обходимости указанные поверхности подвергают специальной зачистке и обработке наждачной бумагой, шлифовальным кругом или напиль­ником, при этом образец не должен нагреваться выше 150°С. Мини­мальная толщина образца материала должна быть не

менее десяти­кратной глубины отпечатка.

2. Находят в табл. 1. диаметр шарика D, нагрузку Р и время выдержки t. (задается преподавателем).

3. Подготовка прибора Бринелля к испытаниям.

Шарик, выбран­ный по табл. 1, закрепляют в держателе 3 (рис. 1) и устанавливают необходимую нагрузку Р на приборе. Нагрузка создается массой ры­чажной системы 13, подвески 11 и сменными грузами 12. В зависимости от формы испытуемого образца подбирают опорный столик 6. Твердость плоских образцов измеряют на плоском столике, а цилиндрических — на призматическом. После этого соответствующим перемещением под­вижной чашки 8 по отношению шкалы, расположенной на станине прибора, устанавливают время выдержки образца под нагрузкой. Чаш­ку 8 в нужном расположении закрепляют винтом 9.

Рис.1.Схема устройства твердомера ТШ (прибора Бринелля)

4. Работа с прибором при испытании. Испытуемый образец материала 5 устанавливают на столике 6 таким образом, чтобы центр от­печатка располагался от края образца на расстоянии не менее 2,5 диаметра, а от центра соседнего отпечатка — не менее двух диаметров отпечатка. Затем подводят образец к шарику, для чего вращают ма­ховик 10 до упора образца в ограничителе 4, а при отсутствии по­следнего — до сжатия пружины 20. При этом между конусной частью втулки шпинделя 21 и гнездом станины прибор образует зазор, исключающий трение втулки о станину в процессе вдавливания шарика в образец. Нажатием кнопки 7 включают электродвигатель 17, который через червячный редуктор 18, кривошипный вал 16 и шатун 15 отводит вниз ролик 14.

Вследствие этого действие нагрузки Р через системы рычагов 13, стержень 19, шпиндель 21 сообщается шариковому наконечнику 22. Этот момент фиксируется загоранием лампочки 1. После соответствую­щей выдержки испытуемого образца под действием нагрузки Р вращение мотора автоматически переключается на обратное: ролик 14 перемещается вверх, возвращает рычаг 13 в исходное до нагрузки шарика положение, мотор автоматически выключается, и лампочка гаснет.

5. Определение показателя твердости. Для вычисления числа твер­дости НВ по диаметрам отпечатка следует пользоваться специальной таблицей (табл. 2). Максимальная твердость испытуемых металлов НВ 450. Испытание более твердых металлов повлечет за собой деформа­цию шарика, твердость которого НВ 650.

Испытание на твердость одного и того же образца производится дважды. При повторном испытании центр отпечатка (рис. 2) должен размещаться от центра предыдущего отпечатка на расстоянии не менее двух диаметров шарика.

Рис. 2. Измерение отпечатка:

1 — полученный отпечаток на поверхности образца; 2 — поло­жение отпечатка в поле зрения лупы при измерении диамет­ров d 1 и d 2

Примечания: 1. Обозначения 2d 5 и 4 d 2,5 указывают, что для отыскания по таблице числа твердости при испытании шариком в 5 мм диаметр отпечатка надо умножить на 2, а при испытании шари­ком в 2,5 мм на 4. Например, для отпечатка 1,65 мм, полученного при испытании шариком в 55 мм под нагрузкой 7500 Н, число твердости следует искать в таблиц для отпечатка 3,30 мм (2• 1,65 = 3,30).

2. Общего точного метода перевода чисел твердости по Бринеллю на число твердости по другим шкалам или на прочность при растя­жении не существует. Поэтому следует избегать таких переводов, за исключением частных случаев, когда благодаря сравнительным испыта­ниям имеется надежная основа для перевода.

Дата добавления: 2020-04-25 ; просмотров: 413 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Определение твердости по Бринеллю

Определение твердости по Бринеллю (ГОСТ 9012-59, 22761-77) состоит в том, что при использовании специального пресса (пресса Бринелля) в испытуемый материал в течение определенного времени вдавливается нагрузкой Р стальной закаленный шарик диаметра D.

Схема испытания на твердость по Бринеллю дана на рис. 1.

В результате вдавливания шарика на поверхности образца получается отпечаток (лунка).

Диаметр отпечатка измеряют специальным отсчетным микроскопом МПБ-2, на окуляре которого нанесена шкала с делениями, соответствующими десятым долям миллиметра (рис. 2).

Отношение давления Р к поверхности полученного отпечатка (шарового сегмента) дает число твердости обозначаемое НВ:

Рис. 1. Схема определения твердости методом Бринелля

Рис. 2. Измерение диаметра отпечатка

Так как удобнее измерять не глубину отпечатка, а его диаметр, то, выражая глубину отпечатка через его диаметр d и диаметр шарика, получаем:

Подставив значение F получим:

Таким образом, зная диаметр шарика и нагрузку, замерив диаметр отпечатка, легко определить твердость.

Для получения одинаковых значений твердости металла при разных диаметрах шариков и различных нагрузках необходимо соблюдать закон подобия P/D 2 = const. В этом случае угол j = const, где j – угол вдавливания. Поэтому при испытании по Бринеллю, учитывая закон подобия, а также то обстоятельство, что диаметр шарика подбирается в зависимости от толщины испытуемого образца металла, и что для металлов разных твердостей нужно прилагать разные нагрузки, применяют соотношения по ГОСТ 9012-59. Кроме того, продолжительность выдержки образца под нагрузкой должна быть строго определенной, чтобы деформация образца шариком полностью завершилась.

Читайте так же:
К чему относятся сверла

Перед испытанием поверхность образца, в которую будет вдавливаться шарик, обрабатывают наждачным камнем или напильником, чтобы она была ровной, гладкой и не было окалины и других дефектов. При обработке поверхности образец не должен нагреваться выше 100–150°С. Подготовка поверхности образца необходима для получения правильного отпечатка и отчетливой видимости его краев для измерения.

При выборе диаметра шарика D, нагрузки P, продолжительности выдержки под нагрузкой и минимальной толщины испытуемого образца следует руководствоваться нормами ГОСТа для испытаний по Бринеллю (табл. 1).

Соотношение диаметров шарика и нагрузки при испытании металлов по методу Бринелля

МатериалЧисло твердостиТолщина образца, ммДиаметр шарика, ммНагрузка, кгсВыдержка под нагрузкой, с
Черные металлы140–450Более 6 От 6 до 3 Менее 32,5187,5

Окончание табл. 1

Черные металлыДо 140Более 6 От 6 до 3 Менее 32,5187,5
Цветные металлы и сплавы (медь, латунь, бронза, магниевые сплавы и др.)31,8–130Более 6 От 6 до 3 Менее 32,562,5
Цветные металлы и сплавы (алюминий, подшипниковые сплавы и др.)3–35Более 6 От 6 до 3 Менее 32,562,5 15,6

При указании твердости НВ иногда отмечают, при каких условиях измерялась твердость, например: НВ 140 (10/3000/10) означает, что испытание производилось шариком диаметром 10 мм под нагрузкой 3000 кгс (30000 Н) в течение 10 секунд.

При измерении твердости шариком определенного диаметра и с установленными нагрузками расчет числа твердости по формуле НВ=Р/F почти не выполняют, а пользуются заранее составленными таблицами, указывающими число НВ, в зависимости от диаметра отпечатка d и соотношения между нагрузкой Р и D 2 (согласно табл. 2).

Твердость по Бринеллю

Диаметр отпечатка, мм d10, или 2d5, или 4d2,5Число твердости при нагрузке Р, кгсДиаметр отпечатка, мм d10, или 2d5, или 4d2,5Число твердости при нагрузке Р, кгс
30D 210D 22,5D 230D 210D 22,5D 2
2,078,83,623,7
2,171,43,722,4
2,265,03,821,2
2,359,43,920,0
2,454,44,019,1

Окончание табл. 2

2,550,24,118,0
2,646,34,217,2
2,742,94,316,4
2,839,84,415,5
2,937,94,514,9
3,034,64,614,2
3,132,34,713,6
3,230,34,813,0
3,328,54,912,4
3,426,75,012,4
3,525,25,111,4

Существует примерная количественная зависимость между числами твердости и пределом прочности:

для стали с твердостью НВ 120–175. …………………sв=0,34 НВ;

для стали с твердостью НВ 175–450..………………….sв=0,35 НВ;

для меди, латуни и бронзы отожженной..……………..sв=0,55 НВ;

для меди, латуни и бронзы наклепанной..……….…….sв=0,40 НВ;

для алюминия и алюминиевых сплавов

с твердостью НВ 20–45. sв=(0,33÷0,36) НВ;

для дуралюминия отожженного. ………………………sв=0,36 НВ;

для дуралюминия после закалки и старения………..…sв=0,35 НВ.

Измерение твердости вдавливанием стального шарика не является универсальным способом. Этот способ не позволяет: а) испытывать материал с твердостью более НВ 450; б) измерять твердость тонкого поверхностного слоя (толщиной менее 1–2 мм), так как стальной шарик продавливает этот слой.

Практика определения твердости по Бринеллю

1. Пользуясь табл. 1 для заданного образца определить диаметр шарика, величину нагрузки Р и время выдержки образца под нагрузкой.

2. Закрепить шарик в держателе 15 (рис. 3).

3. Установить необходимую нагрузку Р на приборе. Минимальная нагрузка 187,5 кгс обеспечивается только массой подвески и рычажной системы.

4. Перемещением чашки 8 (см. рис. 3) по отношению шкалы, расположенной на станине прибора, установить время выдержки образца под нагрузкой.

5. Установить испытуемый образец на столик 14 так чтобы центр отпечатка располагался от края образца и от центра соседнего отпечатка на расстоянии не менее двух диаметров шарика.

Рис. 3. Схема пресса Бринелля:

1 – станина; 2 – рычаг большой; 3 – микропереключатель; 4 – подвеска;

5 – грузы; 6 – шатун; 7 – кривошип; 8 – чашка; 9 – червячная пара; 10 – электродвигатель; 11 – кнопка пусковая; 12 – маховик; 13 – контактная группа;

14 – стол сменный; 15 – держатель шариковой оправки; 16 – ограничитель;

17 – втулка шпинделя; 18 – шпиндель; 19 – лампа сигнальная.

6. Подвести образец к шарику, вращая маховик 12 до упора в ограничитель 16.

7. Нажатием кнопки 11 включить электродвигатель 10, который через червячный редуктор 9, кривошип 7, шатун 6 отведет вниз рычаг 2 и соединенную с ним подвеску 4 с грузами 5. Тогда нагрузка через систему рычагов, шпиндель 18 и втулку сообщается шариковому наконечнику. Этот момент фиксируется загоранием лампочки. После соответствующей выдержки груза вращение электродвигателя автоматически переключается на обратное и нагрузка с образца снимается. Когда подвеска с грузами достигнет, исходного положения, автоматически выключается электродвигатель.

8. Отвести столик прибора с образцом от шарика вращением маховика 12 против часовой стрелки.

9. Снять образец и с помощью микроскопа измерить диаметр отпечатка в двух взаимно-перпендикулярных направлениях. Значение диаметра отпечатка принимается как среднее арифметическое из указанных двух измерений.

10. По измеренному диаметру отпечатка, известной нагрузке и диаметру шарика определить твердость по Бринеллю НВ по табл. 2.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector