Лабораторная работа №2 Определение твердости металлов

Цель работы: усвоить понятие твердости, изучить сущность ее определения различ­ными методами. Научиться измерять твердость наиболее распро­страненными методами.

Основные теоретические положения

Под твердостью материалов понимают его способность сопротивляться пластической и упругой деформации при внедрении в него более твердого тела (индектора).

Различают следующие статические методы определения твердости: по Бринеллю (по диаметру отпечатка шарика); по Роквеллу (по глубине вдавливания алмазного конуса или стального шарика); по Виккерсу (для деталей малой толщины или тонких поверхностных слоев твердость определяют по диагонали отпечатка алмазной пирамиды).

1. Метод измерения твердости по Бринелля заключается во вдавливании шарика (стального или из твердого сплава) в образец под действием нагрузки, приложенной перпендикулярно поверхности образца, в течение определенного времени, и измерении диаметра отпечатка после снятия нагрузки. Чем меньше диаметр отпечатка, тем выше твердость металла.

Испытания проводить в следующем порядке.

Подготовить образцы к испытаниям – выровнять поверхность образца и зачистить площадку 20Х20 мм. Толщина образца должна быть не менее десятикратной глубины отпечатка. Назначить условия испытаний. Диаметр шарика D, величину усилия Р, продолжительность выдержки под нагрузкой t. Продолжительность выдержки под нагрузкой составляет 15 – 30 сек. В зависимости от материала и его твердости выбирают значение коэффициента K – соотношение между нагрузкой и квадратом диаметра шарика. Одинаковые результаты измерения твердости при различных размерах шариков получаются только в том случае, если отношения усилия к квадратам диаметров шариков остаются постоянными. Исходя из этого, усилие на шарик необходимо подбирать по следующей формуле: P = K D², где K – коэффициент, отражающий природу сплава, определяемый по табл. 4.

Таблица 4

Материал (твердость по Бринеллю)	Чугун, сталь (НВ = 100…140)	Чугун, сталь, бронза (НВ = 140…80)	Алюминий (НВ<80)
Величина К	30	10	2,5

Диаметр шарика и соответствующее усилие P выбирают таким образом, чтобы диаметр отпечатка находился в пределах:

0,24 D< d < 0,6 D,

где D – диаметр шарика, мм; d – диаметр отпечатка, мм.

Число твердости HB по Бринеллю рассчитывают как отношение уси­лия P, действующего на шарик, к площади поверхности сферического отпе­чатка A.

2. Метод измерения твердости по Роквеллу. Сущность метода заключается во вдавливании алмазного конуса с углом при вершине 120° или стального шарика (d = 1,5888 мм) в образец под действием нагрузки, приложенной перпендикулярно поверхности образца. Алмазный конус применяется при испытании твердых материалов, шарик – для мягких. Наконечник вдавливают двумя последовательными нагрузками: предварительной и общей, которая равна сумме предварительной и основной нагрузок, и измерением остаточной глубины внедрения наконечника после снятия основной нагрузки. Твердость измеряют в условных единицах, за единицу принята величина, соответствующая осевому перемещению наконечника на 0,002 мм. Число твердости по Роквеллу – величина, обратная глубине вдавливания. Твердость по Роквеллу обозначается НRА – испытание алмазным конусом при нагрузке P₁ = 500 Н – шкала А; НRС – при испытании алмазным конусом при на­грузке P₁ = 1400 Н – шкала С; НRB – при испытании стальным шариком при нагрузке P₁ = 900 Н – шкала В.

3. Метод измерения твердости по Виккерсу. Сущность метода заключается во вдавливании правильной четырехгранной алмазной пирамиды с углом при вершине 136° под действием нагрузки, приложенной перпендикулярно поверхности образца, и из­мерении длины диагонали отпечатка после снятия нагрузки. Нагрузка меняется от 10 до 1000 Н. Чем тоньше материал, тем меньше должна быть прилагаемая нагрузка. Чис­ло твердости по Виккерсу HV определяют с помощью специальных таб­лиц по величине диагонали отпечатка.

Порядок выполнения работы

1. Подготовить образцы к испытаниям.

2. Назначить условия испытаний.

3. Произвести измерения твердости по методу Бринелля (по методу Роквелла).

4. Составить отчет.

Содержание отчета

1. Сведения об испытуемом образце.

2. Схемы, иллюстрирующие методы проведения испытаний по методу Бринелля и Роквелла.

3. Таблицы измерений и расчетов.

4. Сопоставление результатов испытаний и выводы.

Литература: [5, с. 507 – 522].