Соотношение диаметров шарика и нагрузки при испытании металлов по методу Бринелля

Материал	Число твердости	Толщина образца, мм	Диаметр шарика, мм	Нагрузка, кгс	Выдержка под нагрузкой, сек
Черные металлы	140–450	Более 6 От 6 до 3 Менее 3	2, 5	187, 5
Черные металлы	До 140	Более 6 От 6 до 3 Менее 3	2, 5	187, 5
Цветные металлы и сплавы (медь, латунь, бронза, магниевые сплавы и др.)	31, 8–130	Более 6 От 6 до 3 Менее 3	2, 5	62, 5
Цветные металлы и сплавы (алюминий, подшипниковые сплавы и др.)	3–35	Более 6 От 6 до 3 Менее 3	2, 5	62, 5 15, 6

Измерение твердости вдавливанием стального шарика не является универсальным способом. Этот способ не позволяет: а) испытывать материал с твердостью более НВ 450; б) измерять твердость тонкого поверхностного слоя (толщиной менее 1–2 мм), так как стальной шарик продавливает этот слой.

Таблица 3

Твердость по Бринеллю

 

Диаметр отпечатка, мм d10, или 2d5, или 4d2, 5	Число твердости при нагрузке Р, кгс	Диаметр отпечатка, мм d10, или 2d5, или 4d2, 5	Число твердости при нагрузке Р, кгс
30D2	10D2	2, 5D2	30D2	10D2	2, 5D2
2, 0			78, 8	3, 6			23, 7
2, 1			71, 4	3, 7			22, 4
2, 2			65, 0	3, 8			21, 2
2, 3			59, 4	3, 9			20, 0
2, 4			54, 4	4, 0			19, 1
2, 5			50, 2	4, 1			18, 0
2, 6			46, 3	4, 2			17, 2
2, 7			42, 9	4, 3			16, 4
2, 8			39, 8	4, 4			15, 5
2, 9			37, 9	4, 5			14, 9
3, 0			34, 6	4, 6			14, 2
3, 1			32, 3	4, 7			13, 6
3, 2			30, 3	4, 8			13, 0
3, 3			28, 5	4, 9			12, 4
3, 4			26, 7	5, 0			12, 4
3, 5			25, 2	5, 1			11, 4

 

Практика определения твердости по Бринеллю

 

1. Пользуясь табл. 2 для заданного образца определить диаметр шарика, величину нагрузки Р и время выдержки образца под нагрузкой.

2. Закрепить шарик в держателе 15 (рис. 11).

3. Установить необходимую нагрузку Р на приборе. Минимальная нагрузка 187, 5 кгс обеспечивается только массой подвески и рычажной системы.

4. Перемещением чашки 8 (см. рис. 11) по отношению шкалы, расположенной на станине прибора, установить время выдержки образца под нагрузкой.

5. Установить испытуемый образец на столик 14 так чтобы центр отпечатка располагался от края образца и от центра соседнего отпечатка на расстоянии не менее двух диаметров шарика.

 

 

Рис. 11. Схема пресса Бринелля:

1 – станина; 2 – рычаг большой; 3 – микропереключатель; 4 – подвеска;

5 – грузы; 6 – шатун; 7 – кривошип; 8 – чашка; 9 – червячная пара;

10 – электродвигатель; 11 – кнопка пусковая; 12 – маховик; 13 – контактная группа;

14 – стол сменный; 15 – держатель шариковой оправки; 16 – ограничитель;

17 – втулка шпинделя; 18 – шпиндель; 19 – лампа сигнальная.

 

6. Подвести образец к шарику, вращая маховик 12 до упора в ограничитель 16.

7. Нажатием кнопки 11 включить электродвигатель 10, который через червячный редуктор 9, кривошип 7, шатун 6 отведет вниз рычаг 2 и соединенную с ним подвеску 4 с грузами 5. Тогда нагрузка через систему рычагов, шпиндель 18 и втулку сообщается шариковому наконечнику. Этот момент фиксируется загоранием лампочки. После соответствующей выдержки груза вращение электродвигателя автоматически переключается на обратное и нагрузка с образца снимается. Когда подвеска с грузами достигнет, исходного положения, автоматически выключается электродвигатель.

8. Отвести столик прибора с образцом от шарика вращением маховика 12 против часовой стрелки.

9. Снять образец и с помощью микроскопа измерить диаметр отпечатка в двух взаимно-перпендикулярных направлениях. Значение диаметра отпечатка принимается как среднее арифметическое из указанных двух измерений.

10. По измеренному диаметру отпечатка, известной нагрузке и диаметру шарика определить твердость по Бринеллю НВ по табл. 3.

Определение твердости по Роквеллу. Определение твердости на приборах типа ТК осуществляется вдавливанием алмазного конуса или стального шарика (метод Роквелла) с определением твердости по глубине получаемого отпечатка.

При измерении твердости металлов по Роквеллу (ГОСТ 9013-59) наконечник стандартного типа – алмазный конус или стальной шарик вдавливается в испытуемый образец или изделие под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок – предварительно Р₀ и основной Р₁ нагрузок (рис. 12).

Рис. 12. Испытание металла на твердость по Роквеллу

 

Твердость по Роквеллу измеряется в условных единицах. За единицу твердости принята величина, соответствующая осевому перемещению наконечника на 0, 002 мм.

Числа твердости по Роквеллу НR выражаются формулами (5): при измерении по шкалам А и С:

 

HR = 100 – e (5)

 

при измерений по шкале В:

 

HR = 130 – e

 

Величина е определяется по формуле (6):

 

(6)

 

где h₀ – глубина внедрения наконечника в испытуемый образец под действием нагрузки P₀; h – глубина внедрения наконечника в испытуемый образец под действием общей нагрузки Р, измеренной после снятия основной нагрузки Р₁ и оставленной предварительной нагрузки Р₀.

Твердость по шкале С измеряется вдавливанием в испытуемый образец алмазного конического наконечника под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок:

 

Р = 10 + 140 = 150 кгс.

 

Например, HRC 60 означает, что твердость материала составляет 60 единиц по Роквеллу по шкале С с нагрузкой 150 кгс.

При измерении твердости алмазным конусом с общей нагрузкой 60 кгс значение твердости также характеризуется цифрой, указываемой стрелкой на черной совмещенной шкале С циферблата, но обозначается НRА. Например, НRА 82 означает, что твердость материала составляет 82 единицы с нагрузкой 60 кгс при вдавливании алмазного конуса. При измерении по шкале А:

 

Р = 10 + 50 = 60 кгс.

 

Числа НRА можно перевести на числа НRС по формуле (7):

 

НRС = 2 НRА – 104. (7)

 

Твердость по красной шкале В измеряется вдавливанием в испытуемый образец стального шарика 1/16" (1, 588 мм) под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок:

 

Р = 10 + 90 = 100 кгc.

 

Твердость обозначается НRВ. Например, НRВ 90 означает, что твердость материала составляет 90 единиц с нагрузкой 100 кгс при вдавливании стального шарика.

Пределы измерения твердости по указанным шкалам приведены в

табл. 4.

Таблица 4

Пределы измерения твердости

Обозначение шкалы	Число единиц в шкале	Обозначение твердости по шкале	Полная нагрузка Р=Р0+Р1 при измерении твердости по соответствующей шкале, кгс	Допускаемые пределы измерения твердости по шкале	Примерная твердость по Бринеллю, НВ	Область применения
А		HRA		70–90	Свыше 700	Твердые сплавы, цементованные изделия
С		HRC		20–67	230–700	Твердые и термически обработанные стали
В		HRB		25–100	60–230	Материалы средней твердости

 

Правильность показания прибора контролируется эталонным бруском. Числа твердости по Роквеллу можно перевести в числа твердости по Бринеллю пользуясь специальной таблицей (прил. 1).

Расстояние от центра отпечатка до края образца или до центра другого отпечатка должно быть не менее 1, 5 мм при вдавливании конуса и 4 мм при вдавливании шарика. Толщина образца должна быть не менее 10-кратной глубины отпечатка.

Твердость следует измерять не менее чем в трех точках (особенно алмазным конусом), для расчета лучше принимать среднее значение результатов второго и третьего измерения, образец для измерений должен иметь тщательно отшлифованную плоскую поверхность и противоположная поверхность должна быть параллельной, ровной и зачищенной.

 

Практика определения твердости по Роквеллу

1. Пользуясь табл. 4 для заданного образца выбрать нужную шкалу твердости и установить соответственно сменный груз 11 (рис. 13).

2. Установить в шпиндель 8 выбранный наконечник и закрепить его винтом.

3. В зависимости от размеров и формы изделия выбрать и закрепить столик 6.

4. Установить приготовленный испытуемый образец на столик.

5. Вращением маховика 4 приблизить образец к наконечнику и, продолжая плавное вращение маховика, вдавливать наконечник в поверхность до тех пор, пока малая стрелка установится против красной точки. Это означает, что наконечник вдавился в образец под действием предварительной нагрузки, равной 10 кгс. Предварительное нагружение проводят для того, чтобы исключить влияние упругой деформации и различной степени шероховатости поверхности образца на результаты измерения.

6. Для точности измерений установить с помощью барабана индикатора 3 цифру 0 на черной шкале против большой стрелки, отклонение которой от вертикали допускается в пределах ±5 единиц шкалы.

7. Сообщить наконечнику основную нагрузку нажатием клавиши 2. Приведение в действие основной нагрузки осуществляется с помощью привода от электродвигателя, работавшего непрерывно. После окончания вдавливания основная нагрузка автоматически снимается. При этом большая стрелка индикатора перемещается по часовой стрелке и указывает на шкале индикатора число твердости но Роквеллу.

8. Снять предварительную нагрузку вращением маховика 4 против часовой стрелки.

9. Повторить испытание еще два раза и, опустив столик вращением маховика 4 против часовой стрелки, снять образец.

 

 

 

Рис. 13. Схема прибора Роквелла:

1 – станина; 2 – клавиша; 3 – барабан индикатора; 4 – маховик; 5 – винт подъемный; 6 – стол сменный; 7 – оправка; 8 – шпиндель; 9 – индикатор; 10 – подвеска; 11– грузы; 12 – тросик; 13 – тумблер; 14 – электродвигатель; 15 – привод.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Изучить принципиальное устройство приборов для определения твердости металлов: пресс Бринелля и пресс Роквелла.

2. Изучить порядок проведения замеров.

3. Произвести замеры твердости образцов на изученных приборах.

4. Оформить протоколы замеров.

Контрольные вопросы и задания.

• Что такое твердость?

• Методы определения твердости.

• Сущность определения твердости по Бринеллю.

• Режимы для определения твердости по Бринеллю.

• Недостатки измерения твердости по Бринеллю.

• Сущность определения твердости по Роквеллу.

• Выбор шкалы, величины общей нагрузки и геометрической формы наконечника по Роквеллу.

• Единицы измерения твердости по Бринеллю и Роквеллу.

Приложение 1

Таблица сопоставления чисел твердости, определяемых

Различными методами

По Роквеллу	По Бри нелю НВ	По Роквеллу	По Бри нелю НВ	По Роквеллу	По Бри нелю НВ
HRC	HRA	HRB	HRC	HRA	HRB	HRC	HRA	HRB
		-				-		-	-
		-				-		-	-
		-				-		-	-
		-				-		-	-
		-				-		-	-
		-				-		-	-
	-	-				-		-	-
		-				-		-	-
	-	-				-		-	-
		-				-		-	-
	-	-						-	-
		-						-	-
	-	-						-	-
		-						-	-
		-						-	-	-
	-	-						-	-	-
		-						-	-	-
	-	-		-				-	-	-
		-		-				-	-	-
	-	-		-				-	-	-
		-		-				-	-	-
		-		-				-	-	-
	-	-		-				-	-	-
		-		-				-	-	-
		-		-				-	-	-
		-		-				-	-	-
	-	-		-				-	-	-
		-		-				-	-	-
		-		-				-	-	-
		-		-				-	-	-
	-	-		-				-	-	-
		-		-				-	-	-
		-		-				-	-	-
		-		-	-			-	-	-
		-		-	-			-	-	-
		-		-	-			-	-	-

 

 

Работа № 3.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: