Материаловедение (стр. 3 )

По методу Бринелля испытание на твердость проводится путем

вдавливания в поверхность материала твердосплавного шарика диаметром D под действием нагрузки Р. После снятия нагрузки измеряется диаметр отпечатка d (рис. 1, а) и по табл. 1 определяется число твердости. Число твердости по Бринеллю можно также определить как отношение нагрузки Р к площади поверхности сферического отпечатка А:

, (1)

где Р – нагрузка, кг;

D – диаметр шарика, мм;

d – диаметр шарового сегмента (отпечатка), мм.

Таблица 1

Соотношение чисел твердости по Бринеллю и

Роквеллу и их зависимость от диаметра отпечатка

Диаметр отпечатка, мм	НВ	HRС	Диаметр отпечатка, мм	НВ	HRС
2,20	780	72	4,20	207	18
2,30	712	63	4,30	196	15
2,40	653	64	4,40	187	9
2,50	600	60	4,50	179	7
2,60	555	56	4,60	170	4
2,70	514	52	4,70	163	2
2,80	477	49	4,80	156	-
2,90	444	46	4,90	149	-
3,00	415	44	5,00	143	-
3,10	388	41	5,10	137	-
3,20	363	39	5,20	131	-
3,30	341	37	5,30	126	-
3,40	321	35	5,40	121	-
3,50	302	33	5,50	116	-
3,60	285	30	5,60	111	-
3,70	269	28	5,70	107	-
3,80	255	26	5,80	103	-
3,90	241	24	5,90	99	-
4,00	228	22	6,00	96	-
4,10	217	20

При D = 10 мм, Р = 2997 кг (29400 Н) и временя выдержки под нагрузкой 10 с твердость по Бринеллю обозначается символом НВ с указа-

нием числа твердости. При этом размерность числа твердости (кг/мм2) не ставится.

Например: 200 НВ означает, что твердость, определенная методом Бринелля равна 200. При использовании шариков других диаметров 1; 2; 2,5 и 5 мм изменяется нагрузка вдавливания, а символ твердости НВ дополняется тремя индексами.

Например: 180 НВ 2,5/187,5/30 обозначает, что при D = 2,5 мм,

Р = 187,5 кг (1839 Н) и времени выдержки под нагрузкой 30 с число твердости по Бринеллю равно 180.

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

По методу Виккерса испытание на твердость проводится путем вдавливания в поверхность, материала алмазной четырехгранной пирамидой с углом при вершине a = 136° (рис. 1, б). После снятия нагрузки вдавливания измеряется диагональ отпечатка d1. Число твердости по Виккерсу HV подсчитывается как отношение нагрузки Р к площади поверхности пирамидального отпечатка А:

, (2)

где Р – нагрузка, кг;

d1.– диагональ отпечатка, мм.

Число твердости по Виккерсу обозначается символом HV с указанием нагрузки Р и времени выдержки под нагрузкой, размерность числа твердости (кг/мм2) 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 Р = 10 кг (98,1 Н), приложенной к алмазной пирамиде в течение 15 с

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

При испытании на твердость по методу Роквелла в поверхность материала вдавливается алмазный конус с углом при вершине 120° или стальной шарик диаметром 1,588 мм. Согласно этому методу, за условную меру твердости принимается глубина отпечатка. Схема испытания по методу Роквелла показана на (рис. 1, в). Вначале прикладывается предварительная нагрузка Р0, под действием которой индентор вдавливается на глубину h0. Затем прикладывается основная нагрузка Р1, под действием которой индентор вдавливается на глубину h1. После этого снимают нагрузку Р1, но оставляют предварительную нагрузку Р0. При этом под действием упругой деформации индентор поднимается вверх, но не достигает уровня h0. Разность (h – h0) зависит от твердости материала; чем тверже материал, тем меньше эта разность.

Глубина отпечатка измеряется индикатором часового типа с ценой деления 0,002 мм. При испытании мягких металлов методом Роквелла в качестве индентора применяется стальной шарик.

Число твердости, определенное методом Роквелла, обозначается символом HR. Однако в зависимости от формы индентора и значения нагрузки вдавливания к этому символу добавляется буква А, С, или В, обозначающие соответствующую шкалу измерений.

Например: 50 HRC означает, что твердость определения методом Роквелла по шкале С при вдавливании алмазного конуса, равна 50 (размерность не ставится).

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.

2. Перечень основного оборудования,

контрольно-измерительных приборов и материалов,

используемых на занятии

·  прибор Бринелля;

·  прибор Роквелла;

·  штангенциркуль;

·  микроскоп;

·  образцы металла.

Ознакомиться с оборудованием, материалами и КИП используемыми на занятиях и их характеристики занести в табл. 2.

Таблица 2

Характеристика основного оборудования, материалов и КИП

Наименование оборуд., материалов и КИП	Марка или тип	Номинальные данные

3. Порядок выполнения работы и обработка результатов

3.1. Испытание на приборе Бринелля

1.  Проверить установку грузов на Р = 2997 кг (29,97 кН), шарика

D = 10 мм, времени выдержки t = 10 c.

2.  Установить испытуемый образец на столик, вращая маховик подъемного механизма стола поднять столик и прижать образец к шарику до жесткого упора.

3.  Нажатием кнопки включить электродвигатель.

4.  После завершения цикла нагружения и отключения электродвигателя опустить столик.

5.  Измерить диаметр отпечатка в двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью микроскопа и подсчитать среднее значение dср, (рис. 2).

6.  По табл. определить число твердости по Бринеллю, результаты занести в табл. 1.

7.  Рассчитать число твердости по формуле 1, результаты занести в табл. 3 и сравнить с табличными значениями.

Таблица 3

Результаты испытаний на приборе Бринелля

Материал образца	Нагрузка, кг	Время выдержки, с	Диаметр отпечатка, м	Твердость, НВ
d1	d2	dср	Табличная величина	Расчетная величина

3.2. Испытания на приборе Роквелла