Метод Бринелля.

Таблица ориентировочного перевода значений твердости, определяемых различными методами

Лабораторная работа № 1

Испытание металлов на твёрдость

Цель работы

Ознакомиться с основными методами определения твердости металлов и сплавов, приобрести навыки измерения твердости на различных приборах.

Общие сведения

Большинство методов определения твердости основано на принципе вдавливания. Вдавливаются стальной шарик или алмазный наконечник (конус или четырехгранная пирамида).

Твердость – это свойство поверхностного слоя материала оказывать сопротивление упругой и пластической деформации при местных контактных воздействиях со стороны другого, более твердого и не получающего остаточной деформации тела (индентора) установленной формы и размеров.

Однако такое определение не является общим, т. к. существуют и другие методы определения твердости, основанные не на принципе вдавливания, а на принципе царапания, маятниковом методе, методе упругой отдачи, динамическом методе и др.

Твердость имеет большое практическое значение, так как характеризует многие рабочие свойства металлов и сплавов, например, износостойкость, режущие свойства и др. Поэтому сложные и требующие времени испытания на растяжение, ударную вязкость и т. д. часто заменяют испытаниями на твердость, которые выполняются значительно быстрее и не требуют больших затрат. Твердость связана определенным соотношением с пределом прочности при растяжении σ_в.

Испытание на твердость может производиться непосредственно на детали без ее разрушения. Поэтому оно широко применяется не только для изучения свойств металла, но и как метод контроля качества металла в готовых изделиях.

В зависимости от формы индентора (шарик, конус, пирамида) и измеряемой величины (отношение нагрузки к площади полученного отпечатка) различают три метода определения твердости материала: определение твердости по Бринеллю, по Роквеллу, по Виккерсу.

Основные методы определения твердости

Метод Бринелля.

При измерении твердости по Бринеллю в испытуемый образец вдавливают индентор в виде стального закаленного шарика диаметром D под нагрузкой P, приложенной в течение определенного времени твердость измеряют на приборах ТШ-2 или ТП-2. После снятия нагрузки на поверхности металла образуется отпечаток в виде сферической лунки диаметром d (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - Схема измерения твердости по методу Бринелля.

Число твердости по Бринеллю НВ (МПа) определяется отношением приложенной нагрузки P (МН) к площади поверхности сферического отпечатка F (м²):

где D – диаметр вдавливаемого шарика, м;

d – диаметр отпечатка, м;

Число твердости по Бринеллю по ГОСТ 9012-59 записывают без единиц измерения. На практике при измерении твердости расчет по указанной формуле не проводят, а используют таблицы. Необходимо отметить, что определение твердости по методу Бринелля допускается для сталей, твердость которых не более 450 НВ, цветных металлов с твердостью не более 200 НВ.

Между пределом прочности σ_в, МПа, и числом твердости HB, МПа, различных металлов существует следующая приближенная зависимость:

где k – коэффициент.

Сталь с твердостью HB:

1200 – 1750 ………………………… σ _в ≈3,4·HB

1750 – 4500…………………………. σ _в ≈ 3,5·HB

Медь, латунь, бронза:

отожженная……………………….… σ _в ≈ 5,5·HB

наклепанная…………………………. σ _в ≈ 4,0·HB

Алюминий и алюминиевые сплавы с твердостью

HB = 200 – 450………………………. σ _в ≈ 3,3-3,6·HB

Дуралюмин:

отожженный………………………... σ _в ≈ 3,6·HB

после закалки и старения………..… σ _в ≈ 3,5·HB