Цель работы: изучить метод определения твердости по Роквеллу.
Оборудование и материалы: прибор ТК-2, образцы черных и цветных металлов.
Твердость
Под твердостью понимают свойство поверхностного слоя материала сопротивляться упругой и пластической деформации или разрушению при местных контактных воздействиях со стороны другого, более твердого тела (индентора) определенной формы и размера.
Способы определения твердости делят на статические и динамические- в зависимости от скорости приложения нагрузки, а по способу ее приложения- на методы вдавливания и царапания. Наиболее распространены методы, в которых используется статическое вдавливание индентора нормально поверхности образца.
Во всех методах испытания на твердость важно правильно подготовить поверхностный слой образца. Для этого все поверхностные дефекты - окалина, выбоины, вмятины, грубые риски и т. п. - должны быть удалены. Поскольку нагрузка прилагается по оси вдавливаемого индентора перпендикулярно к испытуемой поверхности, плоскость образца должна быть строго параллельна опорной поверхности.
В зависимости от продолжительности приложения нагрузки к индентору и времени выдержки индентора под нагрузкой, t, различают кратковременную и длительную твердость. В стандартных методах определяют кратковременную твердость при комнатной температуре. Обычно t=10¸30 с. Длительная твердость оценивается при повышенных температурах и используется как характеристика жаропрочности материала.
Твердость по Роквеллу
При измерении твердости по Роквеллу индентор - алмазный конус с углом при вершине 120° или стальной шарик диаметром 1,5875 мм (1/16 дюйма) - вдавливается под действием
двух последовательно прилагаемых нагрузок: предварительной Р0 и общей Р=Р0+Р1, где Р1 - основная нагрузка.
Число твердости по Роквеллу измеряют в условных единицах, оно является мерой глубины вдавливания индентора под определенной нагрузкой.
Сначала индентор вдавливается в поверхность образца под действием предварительной нагрузки, которая не снимается до конца испытаний. Под нагрузкой Р0 индентор погружается в образец на глубину h0. Затем подается полная нагрузка Р=Р0+Р1 и увеличивается глубина вдавливания, которая после снятия основной нагрузки Р1 и определяет число твердости по Роквеллу (HR) (рис. 1).
При использовании в качестве индентора алмазного конуса твердость по Роквеллу определяют по двум "шкалам" - А и С. При измерении по шкале А: Р0=10 кг, Р1=50 кг, Р=60 кг; по шкале С: Р0=10 кг, Р1=140 кг, Р=150 кг. Число твердости выражается формулой
HRC (HRA) = 100-e,
где e=(h-h0)/0,002 (0,002 мм - цена деления шкалы индикатора твердомера Роквелла).
Единица твердости по Роквеллу - безразмерная величина, соответствующая осевому перемещению индикатора на 0,002 мм.
При использовании в качестве индентора стального шарика число твердости HR определяют по шкале В, т.е. при Р0=10 кг, Р1=90 кг, Р=100 кг по формуле
HRB = 130-e.
Твердость по шкале В измеряется на изделиях малой толщины и средней прочности. Твердость по шкале С является показателем качества закалки и цементации. Определение твердости по шкале А применяется для изделий из сверхтвердых сплавов или с тонким закаленным слоем. По шкале А измеряют твердость в пределах 70-85, по шкале В - 25-100, по шкале С - 20-67.
Условия испытания и применяемые инденторы приведены в табл. 1.
Таблица 1
Условия измерения твердости и применяемые
инденторы
Шкала измерений | Вид индентора | Предварительная нагрузка, кг | Основная нагрузка, кг | Общая нагрузка, кг | Установка стрелки |
HRC (черная) | Алмазный конус с углом при вершине 120° | на 0 | |||
HRA (черная) | То же | на 0 | |||
HRB (красная) | Стальной закаленный шарик диам. 1,586 мм | на 30 |
Порядок выполнения работы при измерении твердости HR:
1) выбрать режим измерения твердости;
2) установить необходимый индентор и грузы, обеспечивающие требуемую нагрузку;
3) установить образец на стол прибора;
4) вращением маховичка приложить предварительную нагрузку, совместив малую стрелку индикатора с красной точкой;
5) установить большую стрелку на 0 черной шкалы;
6) приложить основную нагрузку;
7) прочитать число твердости по соответствующей шкале индикатора;
8) оформить результаты измерения твердости в виде табл. 2.
Таблица 2
Результаты измерения твердости (HR)
Матери | Вид ин- | Нагрузка, кг | Шкала изме- | Твердость, НR | ||||
ал образца | ден-тора | Р0 | Р1 | Р | рений | средняя | ||