Описание установки определения твердости по Бринеллю

 

Твердость по Бринеллю определяют на прессах с гидравлическим или механическим приводом нагружения.Схема автоматического рычажного пресса показана на рис. 2.

Рис.2. Схема автоматического рычажного пресса для определения твердости

 

В верхней части станины 1 имеется шпиндель 7, в который вставляется наконечник с шариком 6. Может быть вставлен одиниз трех наконечников - с шариком диаметром 10; 5 или 2, 5 мм. Столик 4 служит для установки нанем испытываемого образца 5. Вращением по часовой стрелке рукоятки 15 приводят в движение винт 3, который, перемещаясь вверх, поднимает столик 4, образец 5 прижимается к шарику 6. Рукоятку 15 вращают до тех пор, пока указатель 14 не станет против риски; при этом пружина 6 сжимается до отказа и создается предварительная нагрузка 1000 Н.

Электродвигатель 13, который включают нажатием кнопки, расположенной сбоку пресса, приводит во вращение эксцентрик 2. При вращении эксцентрика 2 шатун 9, перемещаясь вниз, опускает рычаг 10 и соединенную с ним подвеску 11 с грузами 12, создавая этим нагрузку на шарик, который вдавливается в образец. По окончании определенного промежутка времени, заданного реле времени, при дальнейшем вращении эксцентрик 2 перемещает шатун 9 вверх, который поднимает рычаг 10 и подвеску 11 с грузами 12, снимая этим нагрузку с шарика. Когда рычаг и подвески с грузами достигнут исходного положения, автоматически дается сигнал и электродвигатель выключается.

 

Твердость по Бринеллю измеряют на прессе следующим образом. Устанавливают испытуемый образец (деталь) на столике 4 шлифованной поверхностью кверху. Центр отпечатка должен находиться от края образца на расстоянии не менее диаметра шарика, а от центра соседнего отпечатка - на расстоянии не менее двух диаметров шарике. Доводят образец до соприкосновения с шариком 6 вращением маховика 15 по часовой стрелке до полного упора. Включают электродвигатель 13 нажатием кнопки пускателя и следят за ходом испытания. Нагрузка на образец, выключение мотора и освобождение образца от нагрузки происходит автоматически. Приложение полной нагрузки и выдержка сигнализируются зажиганием лампочки. Опускают столик с испытуемым образцом вращением маховика против часовой стрелки.

Полученный отпечаток измеряют с помощью лупы в двух взаимно перпендикулярных направлениях, диаметр отпечатка определяется как среднее арифметическое двух измерений. Лупу со шкалой Рис.3), малое деление которой равно 0,05 мм, нижней опорной частью надо плотно установить на испытываемую поверхность образца, над отпечатком; вырез (окно) в нижней части лупы обратить к свету.

 

Рис.З. Отсчет по шкале лупы

 

Поворачивая окуляр, необходимо добиться, чтобы края отпечатка были резко очерчены. Затем, передвигая лупу, надо один край отпечатка совместить с началом шкалы. Деление шкалы, с которым совпадает противоположный край отпечатка, и будет соответствовать размеру диаметра отпечатка. Затем лупу или образец следует повернуть на 90° и измерить диаметр отпечатка второй раз.

Для получения правильной характеристики твердости данного материала необходимы еще два повторных испытания на твердость того же образца.

Измерение твердости по Бринеллю не является универсальным способом. Этот способ не позволяет:

- испытывать материалы твердостью более 4500 МПа;

- измерять твердость тонкого поверхностного слоя (толщиной менее 1-2 мм), так как стальной шарик продавливает этот слой и проникает на большую глубину. Толщина измеряемого слоя (или образца) должна быть не менее 10-кратной глубины отпечатка.

2. Определение твердости по Роквеллу

Испытание на твердость по Роквеллу согласно ГОСТ 9013-59 производят вдавливанием в испытуемый образец (деталь) алмазного конуса с углом 120° или стального закаленного шарика диаметром 1,588 мм. Шарик и конус вдавливают в образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок – предварительной Р₀ и основной Р₁. Общая нагрузка Р будет равна сумме предварительной Р₀ и основнойР₁ нагрузок (рис.1б):

Р = Р₀+ Р₁.

Предварительная нагрузка Р₀ во всех случаях равна 100 Н, основная Р₁ и общая Р нагрузки при вдавливании стального шарика (шкала В) составляют

Р₁ = 900H, Р = 100+900 =1000H,

а при вдавливании алмазного конуса (шкала С)

Р₁ = 1400 Н

Р = 100+1400 = 1500 Н,

при вдавливании алмазного конуса (шкала А)

Р_т = 500 Н,

Р = 100 + 500 = 600 Н.

Число твердости по Роквеллу - отвлеченное и выражается в условных единицах.

За единицу твердости принята величине, соответствующая осевому перемещению наконечникана 0,002 мм. Число твердости по Роквеллу - HR определяется по формулам:

 

приизмерении по шкале В HR = 130 - е,

при измерения во шкалам С и A HR = 100 - е.

 

Величина "е" определяется из выражения:

е = (h-h₀)/0.002,

где h - глубина внедрения наконечника в испытуемый материал под действием общей нагрузки Р, измеренная после снятия основной нагрузки Р₁, с оставлением предварительной нагрузки Р₀;

h₀ - глубина внедрения наконечника в испытуемый материал под действием предварительной нагрузки h₀ (см. рис.1б).

В зависимости от того, применяют шарик или алмазный конус, а также от нагрузки, при которой проводят испытание (т.е. по какой шкале: В, С или А), число твердостиобозначают НRВ, HRC, HRA.

Измерение твердости очень тонких поверхностных слоев и твёрдых материалов

В настоящее время для измерения твердости очень тонких поверхностных слоев и твёрдых материалов (особенно для материалов твердостью более 7000 МПа) применяют приборы типа супер-Роквелл, с помощью которых твердость измеряют с меньшей нагрузкой и меньшей глубиной вдавливания. Предварительная нагрузка составляет 30 Н, а каждое деление (единица шкалы) индикатора, соответствует глубине вдавливания, равной 1мкм (0,001 мм). Эти приборы обладают, большей чувствительностью и пригодны для измерения твердости более тонких деталей и поверхностных слоев. Кроме того, расстояние между центрами отпечатков может быть принято на этих приборах несколько меньше, что необходимо для проведения некоторых исследований.