Методичні вказівки

Твердістю називають властивість матеріалу чинити опір в поверхневому шарі пластичній деформації при контактній дії іншого, більш твердого тіла.

Вимірювання твердості є механічним випробуванням і може служити показником якості процесів термічної, хіміко-термічної і термомеханічної обробки та вцілому якості виробу. За показниками твердості можливо посередньо отримати уяву і про інші фізико - механічні властивості (міцність, пружність, зносостійкість). На практиці поширеним є статичний метод втискання інденторів (наконечників) різної форми при відповідних навантаженнях. Ці методи потребують виготовлення зразків. Якщо вимірювання потрібно проводити безпосередньо на конструкції, то використовують переносні прилади динамічної дії ( прилад Польді, ТДМ-1, ТДМ-2). Найсучасніші прилади для вимірювання твердості динамічними методами розроблені на базі мікропроцесорної техніки, вони забезпечують вихід на ПК і високу продуктивність контролю.

При випробуванні на твердість методом втискання застосовують прилади Брінеля (твердомір «ТШ»), Роквелла (твердомір «ТК»), Віккерса, а також прилад для вимірювання мікротвердості. При випробуванні твердості методом пружної віддачі застосовують прилад Польді, Шора. Приладом Брінеля визначають твердість відпалених стальних виробів, а також виробів із кольорових металів та сплавів. Прилад Роквелла більш універсальний і служить для визначення твердості загартованих стальних виробів тощо, а також малотвердих матеріалів. Приладом Віккерса користуються в основному при вимірюванні твердості тонких виробів, наприклад деталей годинників, тоненьких стрічок чи поверхневих шарів азотованих або ціанованих виробів. Прилад для вимірювання мікротвердості «ТМ» застосовують в тих випадках, коли необхідно визначити твердість окремих структурних складових.

Вибір твердоміра залежить від розміру деталі, що випробовується, твердості матеріалу та інших факторів.

Визначення твердості металу твердоміром Брінеля.

Процес вимірювання твердості твердоміром Брінеля складається з таких основних послідовних операцій :

1. Підготовка зразків металу для випробування.

Зразок матеріалу повинен мати паралельні поверхні (випробувану і опорну), на поверхнях не повинно бути окалини, іржі, будь-яких нерівностей. За необхідністю вказані поверхні піддають спеціальному очищенню наждачним папером, шліфувальним кругом чи напилком, при цьому зразок не повинен нагріватися понад 150°С. Мінімальна товщина зразка матеріалу повинна бути не менше десятикратної глибини відбитка.

2.Знаходять в табл.1.1- діаметр кульки В, навантаження F і час витримки t.

3.Підготовка приладу Брінелля до випробувань.

Кульку, яка вибрана за табл. 1 закріплюють в тримачі 3 (рис.1.1) і встановлюють необхідне навантаження F на приладі. Навантаження створюється масою важільної системи 13, підвіски 2 і змінними вантажами 12. В залежності від форми зразка, що випробовується, підбирають опорний столик 6. Твердість плоских зразків вимірюється на плоскому столику, а циліндричних - на призматичному. Після цього відповідним переміщенням рухомої чашки 8 по відношенню шкали, розташованої на станині приладу, встановлюють час витримки зразка під навантаженням. Чашку 8 в потрібному положенні закріплюють гвинтом 9.

4.Робота з приладом при випробуванні.

Зразок матеріалу 5, що випробовується, встановлюють на столику 6 таким чином, щоб центр відбитка був розміщений від краю зразка на відстані не менше 2,5 діаметра, а від центру сусіднього відбитка не менше двох діаметрів відбитка.

Потім підводять зразок до кульки, для чого обертають маховик 10 до упору зразка в обмежувачі 4, а при відсутності останнього до стискання пружини 20. При цьому між конусною частиною втулки шпінделя 21 і гніздом станини прилад утворює зазор, який усуває тертя втулки по станині в процесі втискання кульки в зразок. Натисканням кнопки 7 вмикають електродвигун 17, який через черв'ячний редуктор

Рис.1.1. Схема будови твердоміра Брінеля.

 

18, кривошипний вал 16 і шатун 15 відводять вниз ролик 14. Внаслідок цього дія навантаження F через систему важелів 13, стержень 19, шпіндель 21, надається кульковому наконечнику 22. Цей момент фіксується загорянням лампочки 1. Після відповідної витримки зразка, що випробовується, під дією навантаження F обертання електродвигуна автоматично перемикається на зворотнє; ролик 14 переміщується вгору, повертає важіль 13 в вихідне до навантаження кульки положення, електродвигун автоматично вимикається, і лампочка не гасне.

 

 

Рис. 1

Таблиця 1.1. Вибір діаметра кульки і навантаження

Матеріал	Інтервал твердості, кГ/мм2	Мінімальна товщина зразка, мм	Співвідношення між навантажен-ням і діаметром кульки k=F/D2	Діаметр кульки D, мм	Навантажен-ня F, Н	Витримка під наванта-женням t, с
Чорні метали та їх сплави	140-450	6-3 4-2 < 2		2,5
< 140	>6 6-3 <3		2,5
Кольорові метали та їх сплави	> 130	6-3 4-2 < 2		2,5
35-130	9-3 6-3 <3		2,5
8-35	>6 6-3 <3		2,5	62,5 15,6

Рис.1.2. Вимірювання відбитка:

1- одержаний відбиток на поверхні зразка;

2- розміщення відбитка в полі зору лупи

при вимірюванні діаметрів d₁ і d₂.

 

5. Визначення показника твердості.

Для обчислення числа твердості НВ за діаметрами відбитка необхідно користуватись спеціальною таблицею (табл.1. 2). Максимальна твердість металів, що випробовується, становить 450НВ. Випробування більш твердих металів спричинять деформацію кульки, твердість якої 650НВ.

Випробування на твердість одного й того ж зразка здійснюється двічі. При повторному випробуванні центр відбитка на відстані не меншій двох діаметрів кульки.

 

 

Таблиця1. 2. Визначення числа твердості НВ /за ГОСТ 9012-79/

Діаметр відбитка d10 чи 2d5 чи 4d2.5	Число твердості за Брінелем при навантаженні F, Н	Діаметр відбитка d10 чи 2 d5 чи d2.5	Число твердості за Брінелем при навантаженні F, Н,
300D2	100D2	25D2	300D2	100D2	25D2
1	2	3	4	5	6	7	8
2,89		-	-	3,37			27,2
2,90		-	-	3,38			27,1
2,91		-	-	3,39			26,9
2,92		-	-	3,40			26,7
2,93		-	-	3,41			26,6
2,94		-	-	3,42			26,4
2,95		-	-	3,43			26,2
2,96		-	-	3,44			26,1
2,97		-	-	3,45			25,9
2,98		-	35,0	3,46			25,8
2,99		-	34,8	3,47			25,6
3,00		-	34,6	3,48			25,3
3,01		-	34,3	3,49			25,3
3,02		-	34,1	3,50			25,2
3,03		-	33,9	3,51			25,0
3,04		-	33,7	3,52		99,5	24,9
3,05		-	33,4	3,53		98,9	24,7
3,06		-	33,2	3,54		98,3	24,6
3,07		-	33,0	3,55		97,7	24,5
3,08		-	32,7	3,56		97,2	24,3
3,09			32,5	3,57		96,2	24,2
3,10			32,3	3,58		96,1	24,0
3,11			32,1	3,59		95,5	23,9
3,12			31,9	3,60		95,0	23,7
3,13			31,7	3,61		91,4	23,6
3,14			31,5	3,62		93,9	23,5
3,15			31,3	3,63		93,3	23,3
3,16			31,1	3,64		92,8	23,2
3,17			30,9	3,65		92,3	23,1
3,18			30,7	3,66		91,8	22,9
3,19			30,5	3,67		91,2	22,8
3,20			30,3	3,68		90,7	22,7
3,21			30,1	3,69		90,2	22,6
3,22			29,9	3,70		89,7	22,4
3,23			29,7	3,71		89,2	22,3
3,24			29,5	3,72		88,7	22,1
3,25			29,3	3,73		88,2	22,1
3,26			29,2	3,74		87,7	21,9
3,27			29,0	3,75		87,2	21,8
3,28			28,8	3,76		86,8	21,7
3,29			28,5	3,77		86,3	21,6
3,30			28,4	3,78		85,8	21,5
3,31			28,2	3,79		85,3	21,3
3,32			28,1	3,80		84,9	21,2
3,33			27,8	3,81		84,4	21,1
3,34			27,7	3,82		83,5	21,0
3,35			27,6	3,83		83,0	20,9
3,36			27,4	3,84		83,0	20,8

4

Продовження таблиці 1.2

1	2	3	4	5	6	7	8
3,84		83,0	20,8	4,35		63,9	16,0
3,85		82,6	20,7	4,36		63,6	15,9
3,86		82,1	20,5	4,37		63,3	15,8
3,87		81,7	20,4	4,38		63,0	15,8
3,88		81,3	20,3	4,39		62,7	15,7
3,89		80,8	20,2	4,40		62,4	15,6
3,90		80,4	20,1	4,41		62,1	15,5
3,91		80,0	20,0	4,42		61,8	15,5
3,92		79,6	19,9	4,43		61,5	15,4
3,93		79,1	19,8	4,44		61,2	15,3
3,94		78,7	19,7	4,45		60,9	15,2
3,95		78,3	19,6	4,46		60,6	15,2
3,96		77,9	19,5	4,47		60,4	15,1
3,97		77,5	19,4	4,48		60,1	15,0
3,98		77,1	19,3	4,49		59,8	15,0
3,99		76,7	19,2	4,50		59,5	14,9
4,00		76,3	19,1	4,51		59,5	14,8
4,01		75,9	19,0	4,52		59,0	14,7
4,02		75,5	18,9	4,53		58,7	14,7
4,03		75,1	18,8	4,54		58,4	14,6
4,04		74,7	18,7	4,55		58,1	14,5
4,05		74,3	18,6	4,56		57,9	14,5
4,06		73,9	18,5	4,57		57,6	14,4
4,07		73,5	18,4	4,58		57,3	14,3
4,08		73,2	18,3	4,59		57,1	14,3
4,09		72,8	18,2	4,60		56,8	14,2
4,10		72,4	18,1	4,61		56,5	14,1
4,11		72,0	18,0	4,62		56,3	14,1
4,12		71,7	17,9	4,63		56,0	14,0
4,13		71,3	17,8	4,64		55,8	13,9
4,14		71,0	17,7	4,65		55,5	13,9
4,15		70,6	17,6	4,66		55,3	13,8
4,16		70,2	17,6	4,67		55,0	13,8
4,17		69,9	17,5	4,68		54,8	13,7
4,18		69,5	17,4	4,69		54,5	13,6
4,19		69,2	17,3	4,70		54,3	13,6
4,20		68,8	17,2	4,71		54,0	13,5
4,21		68,5	17,1	4,72		53,8	13,4
4,22		68,2	17,0	4,73		53,5	13,4
4,23		67,8	17,0	4,74		53,3	13,3
4,24		67,5	16,9	4,75		53,0	13,3
4,25		67,1	16,8	4,76		52,8	13,2
4,26		66,8	16,7	4,77		52,6	13,1
4,27		66,5	16,6	4,78		52,3	13,1
4,28		66,2	16,5	4,79		52,1	13,0
4,29		65,8	16,5	4,80		51,9	13,0
4,30		65,5	16,4	4,81		51,7	12,9
4,31		65,2	16,3	4,82		51,4	12,9
4,32		64,9	16,2	4,83		51,2	12,8
4,33		64,6	16,1	4,84		51,0	12,8
4,34		64,2	16,1	4,85		50,7	12,7

Продовження таблиці 1.2

1	2	3	4	5	6	7	8
4,86		50,5	12,6	5,38		40,5	10,1
4,87		50,3	12,6	5,39		40,4	10,1
4,88		50,1	12,5	5,40		40,2	10,1
4,89		49,8	12,5	5,41		40,0	10,0
4,90		49,6	12,4	5,42		39,9	9,97
4,91		49,4	12,4	5,43		39,7	9,94
4,92		49,2	12,3	5,44		39,6	9,90
4,93		49,0	12,3	5,45		39,4	9,86
4,94		48,8	12,2	5,46		39,2	9,82
4,95		48,6	12,2	5,47		39,1	9,78
4,96		48,4	12,1	5,48		38,9	9,73
4,97		48,1	12,0	5,49		38,8	9,7
4,98		47,9	12,0	5,50		38,6	9,66
4,99		47,7	11,9	5,51		38,5	9,62
5,00		47,5	11,0	5,52		38,3	9,58
5,01		47,3	11,8	5,53		38,2	9,54
5,02		47,1	11,8	5,54		38,0	9,50
5,03		46,9	11,7	5,55		37,9	9,46
5,04		46,7	11,7	5,56		37,7	9,43
5,05		46,5	11,6	5,57		37,6	9,38
5,06		46,3	11,6	5,59		37,3	9,31
5,07		46,1	11,5	5,60		37,1	9,27
5,08		45,9	11,5	5,61		37,0	9,24
5,09		45,7	11,4	5,62		36,8	9,2
5,10		45,5	11,4	5,63	11О	36,7	9,17
5,11		45,3	11,3	5,64	11О	36,5	9,14
5,12		45,1	11,3	5,65		36,4	9,1
5,13		45,0	11,3	5,66		36,3	9,07
5,14		44,8	11,2	5,68		36,0	9,00
5,15		44,6	11,2	5,69		35,8	8,97
5,16		44,4	11,1	5,70		35,7	8,93
5,17		44,2	11,1	5,71		35,6	8,90
5,18		44,0	11,0	5,72		35,4	8,86
5,19		43,8	11,0	5,73		35,3	8,83
5,20		43,7	10,9	5,74		35,1	8,79
5,21		43,5	10,9	5,75		35,0	8,76
5,22		43,3	10,8	5,76		34,9	8,73
5,23		43,1	10,8	5,77		34,7	8,69
5,24		42,9	10,7	5,78		34,6	8,66
5,25		42,8	10,7	5,79		34,5	8,63
5,26		42,6	10,6	5,80		34,3	8,59
5,27		42,4	10,6	5,81		34,2	8,56
5,28		42,2	10,6	5,82		34,1	8,53
5,29		42,1	10,5	5,83		33,9	8,49
5,30		41,9	10,5	5,84		33,8	8,48
5,32		41,5	10,4	5,85		33,7	8,43
5,33		41,4	10,3	5,86		33,6	8,40
5,34		41,2	10,3	5,87		33,4	8,36
5,35		41,0	10,3	5,88	99,9	33,3	8,33
5,36		40,9	10,2	5,89	99,5	33,2	8,29
5,37		40,7	10,2	5,90	99,2	33,1	8,26

Продовження таблиці 1.2

1	2	3	4	5	6	7	8
5,91	98,8	32,9	8,23	5,96	96,9	32,3	8,08
5,92	98,4	32,8	8,20	5,97	96,6	32,2	8,05
5,93	98,0	32,7	8,17	5,98	96,2	32,1	8,02
5,94	97,7	32,6	8,14	5,99	95,9	32,0	7,99
5,95	97,3	32,4	8,11	6,00	95,5	31,8	7,96

Примітка:

1.Позначення 2d₅ і 4 d_2.5 вказують, що для відшукування за таблицею числа твердості при випробуванні кулькою в 5 мм діаметр відбитка потрібно помножити на 2, а при випробуванні кулькою в 2,5 мм - на 4. Наприклад, для відбитка 1,65 мм, одержаного при випробуванні кулькою в 5 мм під навантаженням 7500 Н, число твердості потрібно шукати за таблицею для відбитка 3,30 мм (2∙1,65=3,30мм).