Определение твёрдости материалов по методу Бринелля
Испытание материалов на твёрдость проводят на твердомере Бринелля. Твёрдость материала определяется путём вдавливания в материал образца стального закалённого или твёрдосплавного шарика, служащего в качестве индентора — более твёрдого тела (рис. 1а).
Твёрдость по Бринеллю HB (в Н/мм2 или в кГ/мм2) определяется как отношение приложенной нагрузки Р к площади сферической поверхности отпечатка F шарика:
где d — диаметр сферического отпечатка, измеренный после снятия нагрузки, мм; D — диаметр шарика (индентора), мм.
а) |
|
Рис. 2. Схема испытаний материалов на твёрдость по методу Бринелля: 1 — индентор; 2 — образец из испытуемого материала; 3 — опорный столик пресса Бринелля. |
Рис. 3. Схема определения твёрдости по методу Роквелла при вдавливании в испытуемый образец алмазного конуса: h0 — углубление конуса под действием предварительной нагрузки P0 = 100 Н; h1 — углубление конуса под действием общей нагрузки P = P0 + P1; h — глубина остаточного вдавливания индентора после снятия нагрузки Р; N — сила реакции опоры от действия прикладываемой нагрузки P; 1 — индентор (конус); 2 — испытуемый образец. |
Чем твёрже материал, тем выше число твёрдости НВ (Hardness Brinelle).
Диаметр шарика D может быть различным, в зависимости от толщины испытуемого образца. Для определения твёрдости металлических материалов рекомендуется применять стальные шарики следующих диаметров — 2,5; 5 и 10 мм для испытания на твёрдость образцов толщиной соответственно до 3; 6 и более 6 мм. Для шариков разного диаметра выбирают определённую нагрузку вдавливания Р и время выдержки τ под этой нагрузкой.
Определение твёрдости материалов по методу Роквелла
При определении числа твёрдости по методу Роквелла в поверхность материала испытуемого образца вдавливают наконечник (индентор) под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок — предварительной 100 Н и основной (предварительная + основная = общая 600, 1000 или 1500 Н). Согласно этому методу, за условную меру твёрдости принимается глубина отпечатка.
В
качестве наконечников для твёрдых
материалов применяют алмазный конус с
углом при вершине 120º; для мягких
материалов (до HB 230)
— стальной закаленный шарик диаметром
1/16" (
1,588 мм).
Последовательность испытаний при разных
инденторах одна и та же.
Нагружение осуществляется в два этапа. Сначала прикладывается предварительная нагрузка P0 = 100 Н (10 кгс) для плотного соприкосновения наконечника с испытуемым образцом. Под действием этой нагрузки (P0) индентор вдавливается на глубину h0 (рис. 3). Затем прикладывается основная нагрузка Р1, и в течение некоторого времени действует общая (окончательная) рабочая нагрузка Р = Р0 + Р1. Под действием общей нагрузки P индентор вдавливается на глубину h1 (рис. 3). После снятия основной нагрузки Р1 оставляют предварительную нагрузку P0. При этом под действием упругой деформации индентор поднимается вверх до уровня h, но не достигает уровня h0. Разность глубин (h – h0) зависит от твёрдости материала; чем твёрже материал, тем меньше эта разность.
Значение твёрдости определяют по глубине остаточного вдавливания наконечника h под нагрузкой Р (рис. 3). Глубину отпечатка измеряют индикатором часового типа, установленного на приборе с ценой деления 0,002 мм.
Число твёрдости, определённое методом Роквелла, обозначается символом HR. Однако в зависимости от формы индентора, значений нагрузок вдавливания и природы испытуемого материала символу добавляется буква А, или С, или В, обозначающая соответствующую шкалу измерения.