Определение твердости по Бринеллю.
При измерении твердости металлов по этому методу (рис. 1, а) стальной закаленный шарик диаметром D вдавливается в испытуемый образец или изделие под нагрузкой в течение определенного времени (обычно 30с). Число твердости по Бринеллю ‑ HВ ‑ отношение нагрузки Р (Н) к площади F (м2) поверхности отпечатка, образовавшегося в образце при вдавливании шарика, т. е.
Площадь поверхности отпечатка определяют по формуле
А число твердости находят из выражения
где D – диаметр шарика; d — диаметр отпечатка. Для заводских испытаний используют стальные шарики диаметром 2,5; 5 и 10 мм. Диаметр шарика, нагрузку и длительность выдержки под нагрузкой выбирают в соответствии с ГОСТом 9012—59 в зависимости от твердости и толщины образца (табл. 1).
Таблица 1
Твердость по Бринеллю обозначают символом НВ (HBW), которому предшествует числовое значение твердости из трех значений цифр, и после символа указывают диаметр шарика, значение приложенного усилия (в кгс), продолжительность выдержки, если она отличается от 10 до 15 с. Примеры обозначения: 250 HВ 5/750 - твердость но Бринеллю 250, определенная при применении стального шарика диаметром 5 мм, при усилии 750 кгс (7355 Н) и продолжительности выдержки от 10 до 15 с; 575 HBW 2,5/187, 5/30 - твердость по Бринеллю 575, определенная при применении шарика из твердого сплава диаметром 2,5 мм, при усилии 187,5 кгс (1839 Н) и продолжительности выдержки 30 с; При определении твердости стальным шариком или шариком из твердого сплава диаметром 10 мм при усилии 3000 кгс (29420 Н) и продолжительности выдержки от 10 до 15 с твердостью по Бринеллю обозначают только числовым значением твердости и символом НВ или HBW: например, 185 HB, 600 HBW. Метод Бринелля не может быть применен для определения твердости листовых образцов толщиной менее 1 мм, а также для испытания металлов твердостью более НВ 4500, ‑ в этом случае может произойти деформирование самого шарика. К преимуществам этого метода относятся его надежность и конструктивная простота используемых приборов. Кроме того, как показали опыты, на основании твердости по Бринеллю можно приближенно определить предел прочности при растяжении по формуле
где k ‑ переводной безразмерный коэффициент, зависящий от вида испытуемого материала (для стали, например, он равен 0,34...0,36).
Твердость по методу Бринелля определяют с помощью рычажно-механического прибора типа ТШ-2М (рис. 2).
Прибор предназначен для измерения твердости образца или изделия с цилиндрической и плоской поверхностями и состоит из станины 2, в нижней части которой помещен винт 4 со сменными столиками 5, а в верхней части ‑ шпиндель 12 со сменными наконечниками, электродвигателя 18, соединенного с ним редуктора 19 и рычажной системы. Последняя включает кривошип 16, шатун 15, серьгу, большой и малый рычаги 14. При пуске электродвигателя посредством кнопки 1, расположенной на передней стенке прибора, кривошип 16 поворачивается и опускает вниз шатун и правый конец коромысла. Одновременно опускается левый конец коромысла и соединенная с ним подвеска 21 с грузами 22. Через систему рычагов эта нагрузка передается на шарик 7, который вдавливается в испытуемый образец 6. Шпиндель 12 прижимается к малому рычагу пружиной 11. Шарик располагается в оправке 10, закрепленной с помощью винта 9 во втулке шпинделя 12. Испытуемый образец 6 устанавливается на стол 5. При вращении маховика 3 по часовой стрелке винт 4 поднимает столик и прижимает образец к шарику 7. Ограничитель 8 позволяет шарику подняться до требуемой величины: пока втулка не коснется торца шпинделя. Время выдержки испытываемого под полной нагрузкой образца контролируют с помощью сигнальной лампы 13. В момент отрыва ролика 20 от планки большого рычага 14 микровыключатель замыкает цепь сигнальной лампы и последняя загорается. Когда же ролик подойдет к рычагу с планкой, лампа гаснет. 0,01 кН груза на подвеске создает давление на шарик, равное 0,5 кН, ‑ следовательно, для полной нагрузки на шарик в 30 кН фактический вес груза вместе с подвеской должен составлять 0,6 кН. Комбинацией грузов можно получить требуемые для испытания нагрузки в 1,875; 2,5; 5,0; 7,5; 10 и 30 кН. До начала проведения испытаний необходимо соответствующим образом подготовить образец — его поверхность должна быть сухой и чистой, краску, гальванические покрытия, окалину, обезуглероженные или цементированные слои следует удалить. Для установки изделия прибор комплектуется набором сменных столов. Испытание цилиндрических образцов проводится на V-образных столах (призматических), плоских ‑ на круглых столах. При установке образца надо следить, чтобы испытуемая поверхность была размещена перпендикулярно к оси наконечника, а расстояние от центра будущего отпечатка до края образца составляло не менее 2,5 d, а между центрами двух соседних отпечатков ‑ не менее 4 d. Для металлов твердостью менее НВ 350 эти расстояния должны быть соответственно 3 d и 6 d. После установки образца выбирают по таблице нагрузку, соответствующий диаметр шарика и размещают на подвеске 21 набор грузов, учитывая, что рычажная система с подвеской создает нагрузку 1,875 кН. Затем вставляют во втулку шпинделя и закрепляют винтом выбранную оправку с шариком. Настраивают ограничитель 8 в определенном положении следующим образом. Включают электродвигатель и после остановки его кладут образец на испытательный стол 5. Поднимают образец к шарику, вращая маховик 3 до тех пор, пока не почувствуется, что пружина 11 предварительной нагрузки полностью сжата. Прекращают вращать маховик и опускают ограничитель 8, прижимая его к образцу, затем гайкой фиксируют в заданном положении. Опускают стол с образцами и, не меняя положения гайки, надежно подтягивают к ней ограничитель. После этого устанавливают необходимое время выдержки под нагрузкой. На шкале 17, градуированной по твердости и нагрузкам, ориентировочно ставят требуемую твердость и нагрузку. Под шкалой находится чашка. Эту чашку с делениями времени выдержки 10, 30 и 60 с размещают соответствующей риской заданной выдержки против риски твердости. После выверки времени по секундомеру шкалу 17 корректируют: поворачивая чашки по часовой стрелке, время уменьшают, против часовой стрелки ‑ увеличивают. Цена деления корректировочных рисок ‑ 1 с. Настройка шкалы 17 остается постоянной для любой твердости и времени выдержки в пределах данной нагрузки. При смене нагрузок шкалу перенастраивают.
После испытания (лампочка погаснет и остановится электродвигатель) вращением маховика стол с образцом опускают и замеряют диаметр отпечатка отсчетным микроскопом МПБ-2 в двух взаимно перпендикулярных направлениях. По диаметру отпечатка, известным нагрузкам и Диаметру шарика определяют твердость НВ (по таблице или формуле, приведенной выше). Микроскоп МПБ-2 (рис. 3) имеет цену деления до 0,05 мм и применяется для измерения диаметров отпечатков, сделанных шариками диаметром 10 или 5 мм. При испытании шариком D = 2,5 мм диаметр отпечатка измеряют на специальном микроскопе с точностью до 0,01 мм. При измерении диаметра отпечатка с помощью микроскопа МПБ-2 плотно ставят его на образец над отпечатком, повернув вырез (окно) микроскопа к свету. Вращением окуляра 1 добиваются отчетливой видимости отпечатка. Затем, передвигая микроскоп по поверхности образца, совмещают один край отпечатка с началом шкалы и считывают деление шкалы, с которой совпадает другой край отпечатка. После этого микроскоп или образец поворачивают на 90° и измеряют диаметр отпечатка второй раз. За окончательную величину принимают среднее арифметическое двух измерений. Твердость по Бринеллю обозначают символом НВ (HBW), которому предшествует числовое значение твердости из трех значений цифр, и после символа указывают диаметр шарика, значение приложенного усилия (в кгс), продолжительность выдержки, если она отличается от 10 до 15 с. Примеры обозначения: 250 HВ 5/750 - твердость но Бринеллю 250, определенная при применении стального шарика диаметром 5 мм, при усилии 750 кгс (7355 Н) и продолжительности выдержки от 10 до 15 с; 575 HBW 2,5/187, 5/30 - твердость по Бринеллю 575, определенная при применении шарика из твердого сплава диаметром 2,5 мм, при усилии 187,5 кгс (1839 Н) и продолжительности выдержки 30 с; При определении твердости стальным шариком или шариком из твердого сплава диаметром 10 мм при усилии 3000 кгс (29420 Н) и продолжительности выдержки от 10 до 15 с твердостью по Бринеллю обозначают только числовым значением твердости и символом НВ или HBW: например, 185 HB, 600 HBW. Обозначения параметров приведены на чертеже.
|
,
,
Нажимая кнопку 1, включают электродвигатель и проводят испытание, по окончании времени выдержки нагрузка снимается и двигатель автоматически выключается.
