Тема лабораторной работы: Измерение твердости металлов и сплавов

 

Цель работы:

1. Научится определять твердость металлов методом вдавливания.

2. Освоить методику выполнений измерений на приборах Бринелля и Роквелла.

Оборудование:

1. Твердомер ТШ (прибор Бринелля).

2. Твердомер ТК (прибор Роквелла).

3. Линейка, лупа.

4. Образцы для испытаний.

Содержание и порядок выполнения работы:

Определение твердости прибором Бринелля

Испытание производится вдавливанием стального шарика определенного диаметра в испытываемый образец под действием заданной нагрузки в течение некоторого времени.

В результате на поверхности исследуемого образца образуется отпечаток – лунка.

Твердость по Бринеллю измеряется отношением приложенной нагрузки Р (кгс или Н) к поверхности полученного отпечатка (шарового сегмента) F (мм2) и обозначается НВ:

Подготовка образца

Для получения отпечатка с четкими краями образец перед испытанием обрабатывают наждачным камнем или напильником для того, чтобы поверхность была ровной и гладкой, не было окалины или других дефектов.

Подготовка прибора и проведение испытания

Испытания проводят следующим образом. В соответствие с таблицей 1 выбирают условия испытания (нагрузку, диаметр шарика). Устанавливают образец на предметный столик и поворачивая маховик по часовой стрелке поднимают до соприкосновения с шариком, пока шарик не будет плотно прижат к образцу (при этом создается предварительная нагрузка усилием 100Н). Нажатием на кнопку включают электродвигатель. После автоматического отключения электродвигателя, поворачивая маховик против часовой стрелки, опускают столик и снимают образец. В результате вдавливания в образце остается отпечаток – лунка. Диаметр отпечатка измеряют и по измеренному значению определяют по таблице 2 твердость по Бринеллю.

Таблица 1

Толщина испытываемого образца, мм Диаметр шарика, мм Нагрузка, кгс
Сталь, чугун 30D2 Медные сплавы 10D2 Олово, свинец 2,5D2
Более 6
3-6 62,5
1,6-3 2,5 187,5 62,5 15,6
1,3-1,6
0,6-1,3 2,5

 

Таблица 2

Определение числа твердости НВ (ГОСТ 9012)

Диаметр отпечатка, d, мм Число твердости по Бринеллю при нагрузке Р (кгс), равной Диаметр отпечатка, d, мм Число твердости по Бринеллю при нагрузке Р (кгс), равной
30D2 10D2 2,5D2 30D2 10D2 2,5D2
2,90 2,95 3,00 3,05 3,10 3,15 3,20 3,25 3,30 3,35 3,40 3,45 3,50 3,55 3,60 3,65 3,70 3,75 3,80 3,85 3,90 3,95 4,00 4,05 4,10 4,15 4.20 4,25 4,30 4,35 4,40 - - - - 97,7 92,3 89,7 87,2 84,9 82,6 80,4 78,3 76,3 74,3 72,4 70,6 68,8 67,1 65,5 63,9 62,4 - - 34,6 33,4 32,3 31,3 30,3 29,3 28,4 27,6 26,7 25,9 25,2 24,5 23,7 23,1 22,4 21,8 21,2 20,7 20,1 19,6 19,1 18,6 18,1 17,6 17,2 16,8 16,4 15,6 4,45 4,50 4,55 4,60 4,65 4,70 4,75 4,80 4,85 4,90 4,95 5,00 5,05 5,10 5,15 5,20 5,25 5,30 5,35 5,40 5,45 5,50 5,55 5,60 5,65 5,70 5,75 5,80 5,85 5,90 5,95 99,2 97,3 60,9 59,5 58,1 56,8 55,5 54,3 51,9 50,7 49,6 48,6 47,5 46,5 45,5 44,6 43,7 42,8 41,9 40,2 39,4 38,6 37,9 37,1 36,4 35,7 34,3 33,7 33,1 32,4 15,2 14,9 14,5 14,2 13,9 13,6 13,3 13,0 12,7 12,4 12,2 11,9 11,6 11,4 11,2 10,9 10,7 10,5 10,3 10,1 9,86 9,66 9.46 9,27 9,10 8.93 8,76 8,59 8.43 8,26 8,11

 

Определение твердости прибором Роквелла

Испытание производится вдавливанием в испытываемый образец наконечника (стальной или алмазный конус с углом при вершине 120º или стальной шарик диаметром 1,59 мм) под действием заданной нагрузки (600, 1000, 1500 Н).

Число твердости HR выражается формулой

где

Н – глубина внедрения наконечника под действием общей нагрузки, мм;

К – постоянная величина, равная для шарика 0,26 и для конуса 0,2;

с – цена деления циферблата индикатора 0,002 мм.

Твердость по Роквеллу – число отвлеченное и выражается в условных единицах.

Каждому условию испытания соответствует шкала А (алмазный конус), В (шарик) или С (стальной конус). Число твердости обозначается HRА, HRВ, HRС.

Прибор Роквелла дает возможность испытывать материалы любой твердости (пластичные, твердые, после отжига, закалки, а также тонкие).

Подготовка образца

Образец перед испытанием обрабатывают наждачным камнем или напильником для того, чтобы поверхность была ровной и гладкой, не было окалины или других дефектов.

Подготовка прибора и проведение испытания

Нагрузку и наконечник выбирают в зависимости от твердости испытываемого образца согласно таблице 3.

Таблица 3

Примерная твердость, НВ Шкала Наконечник Нагрузка, Н Обозначение твердости
60-230 В Стальной шарик HRВ
230-700 С Стальной конус HRС
Свыше 700 А Алмазный конус HRА

 

Перемещением тумблера в верхнее положение включить прибор. Установить образец на предметный столик и поворотом маховика по часовой стрелке вдавливать наконечник в образец, пока малая стрелка на циферблате индикатора не примет вертикальное положение, указанное красной точкой. Это означает, что наконечник вдавился в образец под действием предварительной нагрузки, равной 100 Н. Установить большую стрелку индикатора на «0» по черной шкале. После этого нажатием на педаль привода прибора сообщить испытываемому образцу основную нагрузку. Время приложения основной нагрузки 5-7 с. Цифра на шкале циферблата, на которую указывает большая стрелка, и есть число твердости. Показание единицы твердости записывают и поворачивая маховик против часовой стрелки, опускают столик с образцом, снимая нагрузку. Затем прибор выключают, если не требуется повторных испытаний.

 

Задания:

1. Изучить способы определения твердости, методом вдавливания.

2. Подготовить образцы.

3. Определить твердость на приборе Бринелля.

4. Определить твердость на приборе Роквелла.

5. Сравнить по приближенной зависимости показания измерения твердости по двум методам.