Общие сведения. Полученный отпечаток измеряют микроскопом или лупой в двух взаимно перпендикулярных направлениях, диаметр отпечатка находится как среднее арифметическое из

Полученный отпечаток измеряют микроскопом или лупой в двух взаимно перпендикулярных направлениях, диаметр отпечатка находится как среднее арифметическое из двух-трех измерений. Число твердости по Бринелю определяется по формуле (1) с округлением результатов до целого числа для металлов с твердостью 100 кгс/мм² (9,80 · 10^-6Н/м²). НВ может быть определено также по таблицам при известных диаметре отпечатка, нагрузке и диаметра шарика. Диаметры полученных отпечатков должны находиться в пределах 20 · 60% от диаметра шарика, в противном случае испытание недействительно.

Полученные результаты заносятся в протокол испытаний, имеющий следующую примерную форму.

Протокол испытания на твердость по Бринелю

Толщина и материал образцов

Тип прибора

№ n/n	Условия испытания (диаметр шарика, мм и нагрузка, кгс)	Диаметр отпечатка, мм	Твердость НВ	Среднее
отпечаток	отпечаток
1-й	2-й	3-й	1-й	2-й	3-й

V. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется твердостью?

2. Какие методы определения твердости существуют?

3. К какому виду испытаний относится испытание на твердость – к статическим или динамическим.

4. Требования, предъявляемые к поверхности испытуемого образца.

5. Сущность метода определения твердости по Бринеллю.

6. Как выбирается диаметр шарика, нагрузка?

7. Каким образом устанавливается время нагружения?

8. Сущность метода определения твердости по Роквеллу.

9. Сущность метода определения твердости по Виккерсу.

10. В каких случаях применяется метод микротвердости?

11. Как влияет вид термообработки на твердость?

Лабораторная работа № 2

Определение твердости металлов

 

Цель работы: ознакомление с методами определения твердости металлов; определение твердости на приборах Бринелля и Роквелла.

Оборудование и материалы: приборы Бринелля и Роквелла для определения твердости, образцы металлов различной твердости, инденторы для измерений в виде стального шарика (для прибора Бринелля) и алмазного конуса (для прибора Роквелла), лупа.

Задания: 1. Ознакомиться с понятием твердости. 2. Изучить основные методы измерения твердости. 3. Ознакомиться с устройством и принципом действия приборов для измерения твердости по Бринеллю и Роквеллу. 4. Произвести измерения и снять показания при измерении твердости на приборах Бринелля и Роквелла. 5. Подготовить отчет по работе.

 

Общие сведения

 

Твердостью называют свойство материала оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии нагрузки.

В большинстве случаев при испытании твердости производят вдавливание в испытуемый материал индентора, изготовленного из значительно более твердого материала, чем испытуемый.

В результате вдавливания с достаточно большой нагрузкой поверхностные слои материала, находящиеся под индентором и вблизи него, пластически деформируются. После снятия нагрузки остается отпечаток. Особенность происходящей при этом деформации заключается в том, что она протекает только в небольшом объеме, окруженном недеформированным материалом. В таких условиях испытания, близких к всестороннему неравномерному сжатию, возникают главным образом касательные напряжения, а доля растягивающих напряжений незначительна по сравнению с получаемыми при других видах механических испытаний (на растяжение, изгиб, кручение, сжатие). Поэтому при измерении твердости вдавливанием пластическую деформацию испытывают не только пластичные, но и непластичные материалы, например, чугун, которые при обычных механических испытаниях (на растяжение, сжатие, кручение, изгиб) разрушаются хрупко без макроскопически заметной пластической деформации.

Между твердостью пластичных материалов, определяемой способом вдавливания, и другими механическими свойствами (главным образом пределом прочности) существует количественная зависимость.

Это связано с тем,что при испытаниях на растяжение наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению и отнесенной к первоначальной площади (предел прочности), отвечает местная пластическая деформация (образование шейки), а не разрушение образца. Такая, пластическая деформация аналогична деформации, создаваемой в поверхностных слоях металла при измерении твердости вдавливанием наконечника.

Подобная количественная зависимость не наблюдается для хрупких материалов, которые при испытаниях на растяжение разрушаются без заметной пластической деформации, а при измерении твердости получают пластическую деформацию. Однако в ряде случаев и для этих материалов (например, серых чугунов) наблюдается количественная зависимость между пределом прочности и твердостью: возрастанию твердости обычно соответствует увеличение предела прочности.

Испытание на твердость благодаря своей быстроте, простоте, а также возможности производить испытания на готовых изделиях без их разрушения и повреждения получило очень широкое распространение. Для деталей, подвергнутых химико-термической обработке (цементации, азотированию и т.п.), и закаленных инструментальных сталей определение твердости является основным методом испытания при оценке качестве изделий.

 

1. Определение твердости по Бринеллю

 

Согласно ГОСТ 9012-59 при определению твердости по Бринеллю в испытуемый материал вдавливается индентор в виде стального шарика определенного диаметра D под нагрузкой Р в течение определенного времени (рис.1а).

При выборе диаметра шарика D, нагрузки Р и продолжительности выдержки под нагрузкой необходимо руководствоваться данными, приведенными втабл. 1.

а б

Рис.1. Схемы испытания на твердость: а - по Бринеллю; б - по Роквеллу

 

Более продолжительные выдержки под нагрузкой для цветных металлов объясняются пониженными температурами отдыха и рекристаллизации по сравнению с черными металлами.

Таблица 1

Данные для выбора диаметра шарика D, нагрузки Р и продолжительности выдержки под нагрузкой

в зависимости от вида и толщины испытуемого материала

 

Материал	Пределы измерения в единицах твердости по Бринеллю, МПа	Минимальная толщина испытуемого образца, мм	Соотношение между нагрузкой Р и диаметром шарика D	Диаметр шарика D, мм	Нагрузка Р, •Н	Выдержка под нагрузкой, с
Черные металлы	1400-4500	6-3 I4-2 <2	P=300 D2	10,0 5, 0 2. 5	30000 7500
	< 1400	>6 6-3 <3	Р=100 D2	10,0 5,0 2, 5	10000 2500	10.

Продолжение табл. 1

Цветные металлы	> 1300	6-3 4-2 <2	P=300D2	10,0 5,0 2.5	30000 7500
350-1300	9-3 6-3 <3	P=100D2	10,0 5,0 2.5	10000 2500
80-350	>6 6-3 <3	P=250D 2	10,0 5,0 2.5	625 156

 

Число твердости по Бринеллю обозначают через HB,Па и выражают как отношение P/F, где Р - нагрузка, Н; F – площадь поверхности отпечатка (лунки)мм². F может быть выражена через диаметр шарика D и диаметр отпечатка d:

тогда

F = - = (D- ),

HB =

В практике определений твердости по Бринеллю этих вычислений не делают, а пользуются таблицей, составленной для установленных диаметров шариков, отпечатков и нагрузок, по которым находят числа твердости.

Чтобы показать, при каких условиях измерялась твердость по Бринеллю, применяют следующий условный метод записи.

Например, HB5 (7500) 10 означает, что испытание проводилось

- шариком диаметром 5мм,

- под нагрузкой 7500 Н,

- в течение 10 с.

Если соблюдались условия: диаметр шарика 10 мм, нагрузка 30000 Н, время выдержки 10 с, то индексы не ставят.

Между числом твердости по Бринеллю НB и пределом прочности при растяжении s_в существуют следующие соотношения:

Сталь (НB=1250-1750) s_в = 0.343 НВ

Сталь (HB более 1750) s_в = 0.362 НВ

Серый чугун s_в = (HB-40)/6

Алюминиевое литье s_в = 0,26 HB

Медь,латунь, бронза:

- отожженные s_в = 0,55 НВ

- наклепанные s_в = 0,40 НB