Устройство и принцип работы прибора Бринелля

Н а рис. 1 приведена принципиальная схема твердомера ТБ 5004.

Рис.1. Схема прибора для определения твердости по Бринеллю

Основными частями прибора являются:

1. Шпиндель 6, в который вставляются сменные инденторы с шариками разного диаметра.

2. Подвеска 18 с набором грузов.

3. Маховик 1, перемещающий опорный столик 5 с образцом в вертикальном направлении.

4. Система рычагов 12, 15, 17-19, передающих нагрузку на испытуемый образец.

5. Электродвигатель 21, обеспечивающий работу прибора.

6. Пульт управления с переключателями режима работы, сигнальными лампами “контроль”, “выдержка”, “сеть”, реле времени.

7. Кнопки “пуск” и “стоп”.

Порядок выполнения работы на приборе Бринелля:

1. Изучить устройство и принцип работы твердомера ТБ 5004.

2. Ознакомиться с образцами для испытания (размер зерен, черные, цветные металлы, толщина образцов, и др.) и подготовить их для испытания.

3. Выбрать по таблице 1 диаметр шарика, величину нагрузки и время нагружения.

4. Снять оправку со шпинделя и установить необходимый индентор.

5. С помощью наборов грузов подобрать требуемую нагрузку.

6. На опорный столик установить испытуемый образец так, чтобы центр отпечатка располагался от края образца на расстоянии не меньше 2,5d.

7. С помощью маховика подвести образец до касания с индентором (должен включится тормоз).

8. Нажав кнопку “пуск”, произвести нагружение.

9. По истечении установленного времени нагружения нажать кнопку “стоп”.

10. С помощью маховика отвести столик с образцом от индентора.

11. Операции по п. п.6-11 повторить не менее трех раз на каждом образце.

12. Измерить диаметры отпечатков в двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью измерительной лупы.

13. Рассчитать НВ по формуле (5).

14. Результаты испытаний занести в таблицу 2.

Таблица 2. Результаты испытаний образцов на твердость

№ пп	Материал	Условия испытания			Диаметр отпечатка, мм			Твердость, НВ
		нагрузка	диаметр шарика	время нагружения	d1	d2	dср		по формуле	по Виккерсу

Сопоставимые результаты на одном образце при использовании шариков разного диаметра получаются при постоянных отношениях P/D и d/D, т. к. это обеспечивает выполнение условий подобия деформаций. На практике отношение d/D поддерживается в пределах 0,2…0,6, а P/D в зависимости от твердости материалов равно 30 (при НВ>130), и 2,5 (НВ<35).

Определение твердости по Роквеллу

Метод Роквелла отличается упрощенной процедурой определения твердости, когда число твердости считывается непосредственно со шкалы прибора, и универсальностью – с его помощью можно испытывать массивные и тонкие образцы из твердых и мягких материалов. В качестве индентора используется алмазный конус с углом при вершине 120⁰ и радиусом закругления 0,2 мм и стальной шарик диаметром 1,5875 мм (1/16 дюйма). Процесс нагружения осуществляется под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок – предварительной P₀ = 98 Н (10кГс) и общей Р₁.

P = P₀ + P₁ = P₀ . (6)

Предварительная нагрузка подается вручную и не снимается до конца испытаний, что обеспечивает повышенную точность измерений, т.к. исключается влияние вибраций и поверхностного слоя.

Число твердости по Роквеллу (НR) измеряется в условных единицах и является мерой глубины вдавливания индентора под определенной нагрузкой считанное по индикатору прибора. Перемещение основной стрелки индикатора на одно деление шкалы соответствует перемещению индентора на 0,002 мм. Это число и принимается за единицу твердости. При измерении алмазным конусом используются шкалы А и С, имеющие 100 делений, а твердость вычисляется по формуле:

НRА или НRС = 100 – (H - h)/ 0,002, (7)

В случае шкалы А: = P₀ =10 кГс, P₁=50 кГс, Р=60 кГс, шкалы С: P₀ = 10 кГс, P₁=140 кГс, Р=150 кГс.

При измерении стальным шариком используется шкала В, имеющая 130 делений, твердость вычисляется по формуле:

НRВ = 100 – (H - h)/ 0,002, (8)

В этом случае Р₀=10 кГс, Р₁=90 кГс, Р=100кГс. Шкала В применяется для измерения твердости не закаленной стали, бронзы, латуней и других нетвердых материалов. Для твердых – например, закаленные стали, используется шкала С, вдавливание осуществляется алмазным конусом под нагрузкой 1470 Н (150 кГс). Испытания очень твердых материалов и тонких поверхностных слоев также осуществляется алмазным конусом, но по шкале А под нагрузкой 588 Н (60 кГс). К достоинствам метода относится простота определения твердости, высокая производительность, возможность полной автоматизации процедуры испытаний. К недостаткам – многошкальность, отсутствие геометрического подобия отпечатков, условность и безразмерность величины НR, сравнительно низкая чувствительность. Все эти факторы делают метод Роквелла лишь средством быстрого упрощенного технического контроля.