МИНИСТЕРСТВО общего и профессионального образования свердловской области

Государственное Автономное ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ образовательное учреждение

Свердловской области

« КАМЕНСК-УРАЛЬСКИЙ  ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

(ГАПОУ СПО СО «КУПК»)

методические указания

для выполнения лабораторной  работы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

Тема: Определение твердости по Роквеллу

по ОП04. МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Для специальностей:

15.02.01  «Монтаж  и техническая эксплуатация промышленного оборудования» (по отраслям)

Форма обучения: очная

Срок обучения: 3 г. 10 мес.

Уровень освоения: базовый

2016

лабораторная работа № 3

Тема: Испытание на твердость по Роквеллу.

Цели работы:

- Формирование умений проводить исследования и испытания материалов;

- Закрепление знаний о  строении и свойствах металлов, методах  их исследования.

- Развитие общих компетенций:

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач,  профессионального и личностного развития.

ПК 1.4. Выбирать методы восстановления деталей и участвовать в процессе их изготовления.

Задачи  работы:

-Изучить устройство пресса Роквелла;

-Изучить методику проведения испытаний твердости по Роквеллу;

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

-Научиться выбирать индентор и  нагрузку в зависимости от шкалы измерения.

-Научиться определять твердость методом Роквелла.

Теоретическое обоснование:

Этот метод имеет то преимущество перед измерениями по Бринеллю, что позволяет изменять нагрузку в широких пределах, без изменения значений твердости, так как при вдавливании конуса сохраняется закон подобия, а условия деформации под вершиной конуса с увеличением давления не изменяются.

Твердость измеряют на приборе (рис. 3), в нижней части не­подвижной станины которого установлен столик 1. В верхней части станины укреплены индикатор 4, масляный регулятор 5и шток 6, в котором устанавливается наконечник с алмазным конусом, име­ющим угол в вершине 120, или со стальным шариком диаметром 1,59 мм. Индикатор 4представляет собой циферблат, на котором нанесены две шкалы (черная и красная) и имеются две стрелки — большая (указатель твердости), вращающаяся по шкале, и малень­кая для контроля величины предварительного нагружения, сооб­щаемого вращением маховика 2.

Рисунок 1 - Схема прибора для измерении твердости вдавливанием алмазного ко­нуса или стального шарика (измерение по Роквеллу):

1 — столик для установки образца; 2 —- маховик; 3 — груз; 4 — шкала-индикатор; 5—масляный регуля­тор; 6 — шток с алмазным конусом (ша­риком); 7 — рукоятка.

Нагружение осуществляется в два этапа. Сначала прикладывается предварительная нагрузка (10 кт·с) для плотного соприкосновения наконечника с образцом. Затем прикладывается основная нагрузка Р1. В течение некоторого времени действует общая рабочая нагрузка Р. После снятия основной нагрузки определяют значение твердости по глубине остаточного вдавливания наконечника h под нагрузкой.

Прибор измеряет глубину отпечатка алмазного конуса (сталь­ного шарика) или, точнее, разность между глубиной отпечатков, полученных от вдавливания наконечника под действием основной нагрузки и от вдавливания под предварительной нагрузкой.  Числа твердости по Рок­веллу возрастают с увеличением твердости материала, что позволяет сравнить числа Роквелла с числами Бринелля.  Однако числа твердости по Роквеллу можно пересчитать на числа твердости по Бринеллю с помощью специальных диаграмм и таблицы, построенных на основании многочисленных экспериментальных работ. Зависи­мость между этими числами не имеет линейного характера.

Измерение твердости по Роквеллу требует меньше времени (30—60 с), чем по Бринеллю, причем результат измерения виден на шкале (он указан стрелкой). Кроме того, измерение твердости по Роквеллу оставляет меньший отпечаток на поверхности детали.

Твердость очень тонких слоев металла (толщиной менее 0,3 мм) с указанными нагрузками 60 и 150 кт·с  измерять нельзя, так как алмазный конус проникает на глубину, превышающую толщину этих слоев, и указывает, следовательно, твердость нижележащих об­ластей. Вместе с тем с увеличением твердости измеряемого мате­риала глубина отпечатка уменьшается, вследствие чего понижается точность измерения (особенно для металлов с твердостью более HRC60).

Существует 11 шкал определения твердости по методу Роквелла (A; B; C; D; E; F; G; H; K; N; T), основанных на комбинации «индентор (наконечник) — нагрузка»[. Наиболее широко используются два типа индентеров: шарик из карбида вольфрама диаметром 1/16 дюйма (1,5875 мм) или такой же шарик из закалённой стали и конический алмазный наконечник с углом при вершине 120°. Возможные нагрузки — 60, 100 и 150 кгс. Величина твёрдости определяется как относительная разница в глубине проникновения индентора при приложении основной и предварительной (10 кгс) нагрузки.

Для обозначения твёрдости, определённой по методу Роквелла, используется символ HR, к которому добавляется буква, указывающая на шкалу по которой проводились испытания (HRA, HRB, HRC).

НАИБОЛЕЕ ШИРОКО ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ШКАЛЫ ТВЁРДОСТИ ПО РОКВЕЛЛУ

Шкала

Индентор

Нагрузка, кгс

А

Алмазный конус
с углом 120° при вершине

60 кгс

В

Шарик диам. 1/16 дюйма
из карбида вольфрама (или закалённой стали)

100 кгс

С

Алмазный конус
с углом 120° при вершине

150 кгс

Чем твёрже материал, тем меньше будет глубина проникновения наконечника в него. Чтобы при большей твёрдости материала не получалось большее число твёрдости по Роквеллу, вводят условную шкалу глубин, принимая за одно её деление глубину, равную 0.002 мм. При испытании алмазным конусом предельная глубина внедрения составляет 0.2 мм, или 0.2 / 0.002 = 100 делений, при испытании шариком — 0.26 мм, или 0.26 / 0.002 = 130 делений.

Испытание на твердость по Роквеллу производят вдавливанием в испытываемый  образец  алмазного конуса с углом 120є или стального закаленного шарика диаметром 1,588 мм. Шарик и конус вдавливают в испытываемый образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок – предварительной Р0  и основной Р1 . Общая нагрузка  Р =  Р0 + Р1.

Число твердости по Роквеллу – число отвлеченное и выражается в условных единицах.

За единицу  твердости принята величина, соответствующая осевому перемещению наконечника на 0,002 мм. Число твердости по Роквеллу НR определяется по формулам: при измерении по шкале В: НR = 130-е, при измерении по шкалам С и А: НR = 100-е.

Величина  е определяется по формуле:

где  h0 – глубина внедрения наконечника в испытываемый материал под действием предварительной нагрузки  Р0.

h – глубина внедрения наконечника в испытываемый материал под действием общей нагрузки Р, измеренная после снятия основной нагрузки Р1 с оставлением предварительной нагрузки Р0.

В зависимости от того, применяют ли шарик или алмазный конус, и от нагрузки, при котором проводят испытание ( т. е. по какой шкале: В, С или А), число твердости обозначают HRB, HRC, HRA.

Выбор нагрузки и наконечника

Нагрузку и наконечник выбирают в зависимости от твердости испытываемого материала.

Так как в данной работе для испытания берется образец твердой легированной стали, то выбирается алмазный конус и максимальная нагрузка 150 кг. Следовательно, выбирается шкала С.

Приборы, материалы и инструменты:Прибор типа Роквелла, образец твердой легированной стали, наждачная бумага.

Порядок выполнения работы:

Перед испытанием поверхность образца, в которую будет вдавливаться алмазный конус, обрабатывается наждачной бумагой, чтобы она была ровной и без окалины. Установить на подвеску грузы, соответствующие выбранной для испытания нагрузке. В шпиндель прибора вставить алмазный наконечник. Установить испытуемый образец на стол прибора. Вращением маховика по часовой стрелке стол осторожно поднимать до тех пор, пока  маленькая стрелочка на шкале не установится напротив красной точки. Вращением барабана установить нуль шкалы С (черного цвета) против  конца большой стрелки. Перемещением вверх тумблера включить эл. двигатель. Плавным нажатием руки на клавишу включить в работу механизм нагружения. Большая стрелка после окончательной остановки покажет значение твердости. Провести 5 испытаний и найти средне арифметическое значение этих испытаний:

HRC1, HRC2, HRC3, HRC4, HRC5  HRCсред. = ?

Контрольные вопросы:

Что такое твердость? Классификация методов измерения твердости. Сущность измерения твердости по Роквеллу? При замере какой твердости снимается отсчет показании по шкалам A, С, В? Пример формы записи твердости по Роквеллу?