ПРОГРАМА РОБОТИ

2.1 Вивчити методи визначення твердості, знати схеми визначення твердості на приладах Бринеля та Роквелла.

2.2 Вивчити будову та роботу приладу Бринеля (ТШ-2) та мікроскопу МПБ-2.

2.3 Вивчити роботу та будову приладу Роквелла (ТК-2).

2.4 Вивчити метод визначення твердості за Вікерсом , Польді та ПМТ-3.

2.5 Оформити звіт про роботу.

 

3 ПИТАННЯ ДО САМОПІДГОТОВКИ

3.1 Визначення твердості.

3.2 Різниця між макротвердістю та мікротвердістю.

3.3 Визначення твердості за Бринелєм та Роквеллом.

3.4 Будова та робота приладів Бринеля, Роквелла, Вікерса, Польді та ПМТ-3.

3.5 Запис результатів виміру твердості та відповідність значень, знайдених різними методами.[1,с.77-80; 2, с.56-100]

 

4 ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Твердістю називається здатність матеріалу чинити опір зовнішній пластичній деформації, що виникає при вдавлюванні в нього більш твердого тіла – індентора.

Існує кілька методів визначення твердості металів та сплавів для в’язких матеріалів. Найбільш поширеним з них є метод вдавлювання більш твердого тіла. За цими методами працюють прилади Бринеля, Роквелла, Вікерса, Польді та ПМТ-3.

На приладі Бринеля в матеріал вдавлюється стальна кулька під навантаженням Р (Рисунок1)

 

 

 

Рисунок 1 - Схема вимірювання твердості

за Бринелєм

 

Внаслідок цього на поверхні метала виникає відбиток діаметром d. Твердість за Бринелєм буде визначатися за формулою:

 

, (1.1)

де Р – навантаження, Н;

F – площа поверхні відбитку, мм².

 

Площа поверхні відбитку буде:

, (1.2)

таким чином, твердість за Бринелєм може бути знайдена за формулою:

, . (1.3)

Для того, щоб можна було порівнювати результати виміряних твердостей, треба, щоб умови випробування були однакові (стандартні умови випробування). Ці умови встановлюються згідно з законом подібності та враховують застосування при випробуванні кількох необхідних розмірів кульок, навантаження та часу витримки кульки під навантаженням. Ці параметри регламентуються згідно з ГОСТ 9012-59 (таблиця 1). Площа поверхні відбитку вимірюється спеціальною лупою (ручним мікроскопом), який додається до прибору.

Перед початком випробування з таблиці 1 вибирають необхідний розмір кульки, навантаження та час витримки. На підвісці пресу встановлюють вантажі 1 згідно з вибраним для випробування навантаженням.

Наконечник з кулькою 2 встановлюють у шпиндель пресу. На столику 3 приладу (Рисунок 2) розміщують зразок 4 так, щоб центр відбитка знаходився від краю зразка або від краю вже зробленого раніш відбитка на відстані не менш діаметра сталевої кульки (індентора). За допомогою маховика 5 підводять зразок до стикання з кулькою 2 до тих пір, доки пружина 6 не стиснеться до кінця. Таким чином задається попереднє навантаження, рівне 1000 Н.

 

Таблиця 1 - Вибір діаметра сталевої кульки та навантаження,

які залежать від твердості та товщини зразка, що

випробують (ГОСТ 9012-59)

Матеріал	Твердість у числах за Брине- лєм кгс/мм2	Мінімальна товща матеріалу, що випробується, мм	Співвідношення Р та Д2	Діаметр кульки Д, мм	Навантаження, Р, Н	Витримка під навантаженням, с
Чорні метали	140-150	більше 6 від 6 до 3 менше 3	Р = 30 Д2	10,0 5,0 2,5	30000 7500 1875
те ж саме	менше 140	більше 6 від 6 до 3 менше 3	Р = 10 Д2	10,0 5,0 2,5	10000 2500 625
Кольорові метали	більше 130	від 6 до 3 від 4 до 2 менше 2	Р = 30 Д2	10,0 5,0 2,5
те ж саме	35 - 130	від 9 до 5 від 5 до 3 менше 3	Р = 10 Д2	10,0 5,0 2,5
те ж саме	8 - 35	більше 6 від 6 до 3 менше 3	Р=2,5Д2	10,0 5,0 2,5

Після цього натисненням на кнопку 7 включають прес. Електродвигун 8 через черв'ячні передачі редуктора 9, шатун 10 та систему важелів 11 і 12 з вантажами 1 створює повне навантаження на кульку. Після закінчення випробування прес автоматично повертає вантажі до вихідного (початкового) становища та вимикається. Обертанням маховика в протилежному напрямку опускають донизу стіл та знімають зразок. За допомогою ручного мікроскопу МПБ-2 заміряють діаметр відбитка. Згідно з таблицею, яка додається до приладу, або за формулою (1.3) знаходять твердість. Іспит має бути проведений 2-3 рази.

 

Рисунок 2 - Схема приладу Бринеля

 

При випробуванні твердості за Роквеллом (ТК-2) в якості індентора використовують алмазний конус з кутом 120⁰ при вершині або сталеву кульку діаметром 1/16 дюйма (тобто 1,588 мм). Якщо визначається твердість відносно м'яких металів, тоді втискають сталеву кульку (шкала В), а твердих металів (загартована сталь) – алмазний конус (шкала С). Коли визначається твердість твердих сплавів, тоді також використовують алмазний індентор (шкала А). Вибір шкали та навантаження при випробуванні здійснюють за таблицею 2.

 

Таблиця 2 - Вибір шкали та навантаження при випробуванні за

Роквеллом (ТК-2)

Приблизна твердість за Бринелєм НВ	Індентор	Шкала	Навантаження Н	Позначення	Межі виміру
60-230	шарик	В		HRB	25-100
230-700	алмаз	С		HRC	20-67
більше 700	алмаз	А		HRA	70-80

 

При визначенні твердості металів за Роквеллом вимірюється глибина відбитка (Рисунок 3) за допомогою важільного механізму та індикатора годинникового типу.

 

 

Рисунок 3 - Схема вимірювання

твердості за Роквеллом

 

Спочатку надається попереднє навантаження Р₀ = 100 Н (для щільного притискання алмаза або кульки до металу, що випробується та вибирання зазорів у шарнірах), потім – основне навантаження

( згідно таблиці 2).

Числа твердості за Роквеллом вимірюються в умовних одиницях виміру та обчислюються за формулами:

Шкали "С" і "А" – (HRC, HRA) = ;

Шкала "В" – (HRB) = ,

де h – глибина проникнення індентора у зразок;

0,002 – глибина проникнення алмазного конуса або кульки,

яка відповідає одній поділці шкали індикатора

приладу.

Числа твердості за Роквеллом виражаються поділками шкали індикатора приладу та є величиною умовною, зворотно пропорційною глибині втискання індентора. Умови визначення твердості за методом Роквелла надаються в ГОСТ 9013-59. На рисунку 4 приведено схему важільного приладу Роквелла (типу ТК).

 

Рисунок 4 - Схема приладу Роквелла

 

Зразок встановлюється на столику 1 і обертанням маховичка 2 за годинною стрілкою його піднімають до стикання з алмазним конусом або кулькою 3. При наступному обертанні штурвалу починають переміщатися маленька та велика стрілки індикатора 4. Суміщають маленьку стрілку з красною крапкою, яка є на циферблаті індикатора. Таке суміщення надає попереднє навантаження Р₀ = 100Н. Після цього циферблат індикатора 4 повертають так, щоб нульова поділка чорної шкали "С" була проти великої стрілки. Рукояткою 5 або включенням електричного приладу завдяки вантажам надається основне навантаження Р на індентор. Вдавлювання триває 5-6 сек., потім основне навантаження знімають зворотним повертанням рукоятки 5 (у електричного приладу автоматично). Після цього велика стрілка індикатора показує величину твердості. Щоб звільнити зразок, потрібно зняти попереднє навантаження зворотним обертанням маховика 2.

За число твердості приймають середнє арифметичне значення, яке отримують з трикратного випробування. Число твердості за Роквеллом можна перевести в число твердості за Бринелєм (таблиця 3).

Метод Віккерса дає можливість вимірювати твердість як м'яких, так і дуже твердих металів та сплавів; він придатний для визначення твердості тонких поверхневих шарів (наприклад, при хіміко-термічній обробці). За цим методом у зразок вдавлюють чотиригранну алмазну піраміду з кутом при вершині 136⁰ (Рисунок 5)

 

Рисунок 5 - Схема випробування на твердість

за Віккерсом

 

 

Число твердості за Віккерсом позначається символом HV та визначається за формулою:

,

де Р – навантаження, н

d – довжина діагоналі відбитку, мм

Навантаження може становити 50, 100, 250, 300, 500, 1000 Н. Можливість застосування маленьких навантажень (50,100Н) дозволяє визначити твердість деталей, які мають маленьку товщину та тонких поверхневих шарів (наприклад, цементованих, ціанованих, азотованих тощо та ін.). Практичну величину HV беруть з таблиць.

Числа твердості за Віккерсом та Бринелєм мають однакову розмірність (МПа) та для матеріалів твердістю до 450 НВ практично збігаються.

Для вимірювання твердості великогабаритних виробів невисокої твердості застосовується прилад Польді (Рисунок 6). Принцип роботи приладу - метод вдавлювання та порівняння твердості з еталоном, яким є брусок зі сталі 45. До приладу входять оправка 1, бойок 2, індентор 4 та еталон 3. Вдавлювання індентора (кульки Ø10мм) здійснюється ударом молотка з силою 200-250 Н (середній удар молотком).

Після удару від індентора виникає дві лунки (відбитка): одна - на еталоні, а друга - на зразку, який випробують. Після виміру діаметрів відбитків на еталоні та виробі, по таблиці порівняння можна знайти твердість матеріалу, що випробують. Твердість за Польді та Бринелєм порівняні.

 

Рисунок 6 - Схема вимірювання твердості

на приладі Польді

 

 

5 ОСНАЩЕННЯ РОБОЧОГО МІСЦЯ

5.1 Прилади Бринеля (ТШ-2), Роквелла (ТК-2), Віккерса

5.2 Мікроскоп МПБ-2

5.3 Прилад Польді

5.4 Зразки різноманітних матеріалів

 

6 РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩОДО ВИКОНАННЯ РОБОТИ

ТА ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ

6.1 Дайте визначення твердості

6.2 Намалюйте кінематичні схеми приладів Бринеля та Роквелла, позначте основні вузли та деталі приладів

6.3 Опишіть методи визначення твердості за Бринелєм, Роквеллом, Віккерсом та Польді

6.4 Зробіть висновки