Модульная единица 1. Общие сведения строение и свойства конструкционных материалов

Практическле занятие №4

" Испытание металлов на твердость методом Бринелля, Роквелла и Виккерсу"

Цель: ознакомиться с теорией и практикой измерения твердости материалов по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу.

1. Общие сведения

При изготовлении деталей и изделий из различных сплавов необходимо знать их качество, которое определяется уровнем механических свойств. Твердость является одной из наиболее распространенных характеристик, применяемых для оценки физико -механических свойств металлов и сплавов, их пригодность для того или иного назначения.

Под твердостью понимают сопротивление металла деформации на поверхности при установленном механическом воздействии на нее другого более твердого тела заданной формы и размера, не изменяемых во время испытания.

Иначе твердость можно определить как способность материала сопротивляться внедрению более твердого тела.

Методы измерения твердости характеризуются простотой и оперативностью оценки качества полуфабрикатов, заготовок и деталей независимо от формы и размеров (измерение твердости по технике выполнения значительно проще, чем определение прочности, пластичности и вязкости); при измерении твердости отсутствует разрушение металла или порча поверхности изделия; по твердости можно аналитически определить значения предела прочности и предела текучести, что значительно повышает надежность быстрой оценки качества изделий.

Часто пригодность изделий и заготовок определяют только по твердости. Все виды режущего, мерительного, все цементованные и азотированные детали, а также детали, подвергнутые термической обработке контролируются на твердость. Определение твердости является почти единственным методом контроля качества штампов и пресс-форм, металла для холодной обработки.

В настоящее время применяют следующие способы (методы) определения твердости:

– царапанием – характеризует сопротивление материала разрушению;

– отскоком бойка – характеризует упругие свойства материала;

– вдавливанием идентора – характеризует сопротивление пластической деформации.

Наибольшее распространение получил метод измерения твердости вдавливанием.

В свою очередь среди методов измерения твердости вдавливанием наибольшее распространение получили методы Роквелла, Бринелля и Виккерса (рис. 1).

Рис. 1 Методы измерения твердости:

а – по Бринеллю; б – по Роквеллу; в – по Виккерсу

2. Измерение твердости вдавливанием шарика
(твердость по Бринеллю)

По этому методу в материал под действием нагрузки P, приложенной без удара перпендикулярно поверхности, вдавливают стальной закаленный шарик, диаметром D (рис. 1, а).

Шарик вдавливается с помощью пресса с гидравлическим или механическим приводом. В результате на поверхности образца образуется отпечаток, диаметрd которого измеряют в двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью специальной лупы («лупа Бринелля»).

Числом твердости по Бринеллю HB называют отношение приложенной нагрузкиP к площади сферической поверхности отпечатка F:

,

гдеP – нагрузка; F – площадь отпечатка; D – диаметр шарика;

d – диаметр отпечатка.

Число твердости по Бринеллю HB имеет размерность МПа.

При испытаниях стали и чугуна выбирают D = 10 мм и P = 30 кН, при испытании меди и ее сплавовD = 10 мм и P = 10 кН, а при испытании очень мягких материалов D = 10 мм и P = 2,5 кН.

Метод Бринелля не рекомендуется применять для материалов с твердостью более, чемHB 450, так как в этом случае идентор (шарик) может деформироваться, что исказит результаты испытаний.

Между пределом прочности и числом твердости HB имеется приближенная аналитическая зависимость:

.

Значения коэффициента k приведены в таблице 1

Таблица 1

3. Измерение твердости вдавливанием конуса
или шарика (твердость по Роквеллу)

При измерении твердости по Роквеллу в испытуемой образец вдавливается алмазный конус с углом при вершине , равный 120 ^о, или стальной закаленный шарик диаметром 1,587 мм. Алмазный конус применяют для измерения твердых материалов, а шарик – для мягких материалов.

Принципиальное отличие измерения твердости по Роквеллу от способа измерения по Бринеллю состоит в том,что измеряется не диаметр,а глубина отпечатка.

Конус (шарик) вдавливают двумя последовательно прилагаемыми нагрузками (рис. 7.1, б): предварительной и общей (где – основная нагрузка). Основная нагрузка выбирается исходя из предполагаемой твердости испытываемых материалов (таблица 2).

Таблица 2

После приложения общей нагрузки Р, основная нагрузка снимается и идентор поднимается до глубины h (см. рис. 1, б). Твердость по Роквеллу измеряют в условных единицах. За единицу твердости принято значение осевого перемещения наконечника на 0,002 мм. Твердость HR определяется по формулам:

(при измерении по шкалам A и C);

(при измерении по шкале B),

где ;

– глубина внедрения наконечника в испытуемый материал, измеренная после снятия основной нагрузки (но с оставлением предварительной нагрузки );

– глубина внедрения наконечника под действием нагрузки .

Твердость по Роквеллу обозначается:

HRA – испытание алмазным конусом при общей нагрузке 600 Н;

HRB – испытание стальным шариком при нагрузке 1000 Н;

HRC – испытание алмазным конусом при нагрузке 1500 Н.

При испытаниях на приборе Роквелла значение твердости материала считывается со шкалы прибора.

Значение твердости по Роквеллу – безразмерные единицы.

4. Измерение твердости вдавливанием алмазной пирамиды (твердость по Виккерсу)

Метод используется для определения твердости деталей малой толщины и тонких поверхностных слоев, имеющих твердость более 4500 НВ. Твердость оценивается вдавливанием в испытуемую поверхность (шлифованную или полированную) четырехгранной алмазной пирамиды (рис. 1, в).

Твердость по Виккерсу определяют по формуле:

,

где Р – нагрузка на пирамиду, Н;

d – среднее арифметическое двух диагоналей отпечатка, измеренное после снятия нагрузки, м.

В зависимости от толщины испытуемого материала и предполагаемой твердости нагрузка Р может приниматься равной 50, 100, 200, 300, 500, 1000 или 1200 Н (обозначение твердости , , ,и т.д.)

Число твердости по Виккерсу HV имеет размерность МПа

1.5. Самостоятельная работа

1. Методы измерения микротвердости.

2. Метод измерения твердости царапанием (склерометрия).

3. Твердость по Шору (измерение твердости отскоком бойка).

1.6. Контрольные вопросы

1. Что называется твердостью? Какие методы измерения твердости Вам известны?

2. Как производится измерение твердости по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу? В чем принципиальное отличие этих методов?

3. В каких единицах измеряется твердость по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу?

4. Объясните схему последовательного приложения нагрузки в методе измерения твердости по Роквеллу.

5. Для каких материалов применяется шкалы А, В и С при измерении твердости по методу Роквелла?

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/586587-modulnaja-edinica-1-obschie-svedenija-stroeni