Твердость стали
Твердость стали определяют чаще всего методами Бринелля или Роквелла, реже методом Виккерса.
Метод Бринелля. Определение твердости по методу Бринелля основано на вдавливании в предварительно отшлифованную поверхность испытуемого материала под определенной нагрузкой стальною закаленного шарика. По размеру полученного на испытуемом материале отпечатка судят о его твердости.
Для испытания твердости стали по методу Бринелля применяют приборы (рис. 17.2) с пределами измерений от 8 до 450 единиц. Испытуемый образец помещают на столике l, подвижно закрепленном на станине прибора. Система рычагов 4, 5, 6 передает многократно увеличенную нагрузку от груза 7 к шарику 2, вдавливаемому в образец. Шарик подрессорен пружиной 3. При передаче нагрузки поворачивается эксцентрик 8 и срабатывает звонок 9, показывающий, что нагрузка достигла задан-ного предела.
Диаметры стальных шариков, вдавливаемых в испытуемый материал, устанавливают в зависимости от прилагаемой нагрузки. Так, при диаметре 2,5 мм нагрузки на стальной шарик составляют 625 и 1875 Н; при диаметре 5 мм - 2,5 и 7,5 кН, при диаметре 10 мм — 10 и 30 кН. Для испытания стали обычно применяют стальные шарики диаметром 10 мм при нагрузке 30 кН.
Рис. 2. Схема прибора Бринелля:
1-столик, 2- шарик, 3-пружина,
4-6- рычаги, 7-груз, 8- эксцентрик
9- звонок
Рис. 3. Отсчетный микроскоп
1-упор, 2-окно, 3-объектив
4-корпус, 5-винт, 6-втулка,
7-тубус, 8-окуляр
Величину полученного на образце стали отпечатка измеряют отсчетным микроскопом с ценой деления 0,05 мм и с полем зрения не менее 6,5 мм. Некоторые типы приборов снабжены проекционным устройством, которое позволяет измерять диаметр отпечатка на экране.
Отсчетный микроскоп (рис.3) состоит из корпуса 4 заканчивающегося внизу упором l, и тубуса 7, вставленного во втулку 6 корпуса. Тубус вверху заканчивается окуляром 8, а внизу — объективом 3. Чтобы определить размер отпечатка, микроскоп устанавливают на поверхность испытанного материала так, чтобы отверстие в упоре микроскопа располагалось концентрично с отпечатком. Окно 2 поворачивают в направлении источника света и, вращая винт 5, добиваются резкого изображения поверхности отпечатка. Встроенную в микроскоп оптическую шкалу настраивают вращением обечайки окуляра 8
Для испытания применяют образны стали толщиной не менее чем 10-кратная глубина отпечатка. У отобранных для испытания образцов шлифовальным кругом или напильником так обрабатывают поверхность, чтобы края отпечатка были достаточно отчетливы для измерения его диаметра. Для испытания нельзя применять образцы, имеющие на поверхности окалину или другие посторонние вещества. Образец во время испытаний не должен прогибаться и смешаться.
Подготовленный образец стали закрепляют на столике l (см. рис.2) и включают прибор, постепенно прилагая нагрузку. Время выдержки при полной нагрузке 10 с. Диаметр отпечатка измеряют в двух взаимно перпендикулярных направлениях. За диаметр принимают его среднее арифметическое значение, при этом разность измерений диаметров одного отпечатка не должна превышать 2 % меньшего из них.
По диаметру отпечатка определяют его площадь. Число твердости по Бринеллю HВ вычисляют путем деления нагрузки F (H) на площадь поверхности сферического отпечатка 5 (мм2) по формуле
где D — диаметр шарика, мм; (d — диаметр отпечатка, мм.
Метод Бринелля применяют для сталей, твердость которых не более 450. Между твердостью по Бринеллю и пределом прочности стали а существует зависимость, σ=0,36НВ, справедливая для сталей с содержанием углерода до 0,8 %.
Метод Роквелла. Определение твердости по Роквеллу основано на вдавливании в испытуемый материал алмазного конуса с углом при вершине 120° или стального шарика диаметром 1,588 мм. Шарик или алмаз вдавливаются в образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок; предварительной F0= 100 H и обшей F равной сумме предварительной и основной F=F0+F1 (основная нагрузка составляет 0.6; 1 или 1.5 кН).
Конструкции приборов Роквелла и Бринелля аналогичны — в приборе Роквелла также используется рычажная система нагружения. Плавность подачи нагрузки достигается с помощью масляного тормоза
Глубину вдавливания шарика или конуса измеряют по шкале индикатора, установленного на приборе. Индикатор снабжен тремя шкалами А, В и С, соответствующими различным условиям испытаний (шкалы А и С служат при испытании алмазным конусом при основной нагрузке F1 соответственно 0,6 и 1,5 кН, а шкала В — при испытании стальным шариком при нагрузке 1 кН). Глубину вдавливания по индикатору определяют с погрешностью не более 0,01 мм.
Рис. 4. Схема определения твердости стали по Роквеллу: а- шариком, б-алмазным конусом
При определении твердости по Роквеллу (рис.4) сначала испытуемый образец подвергают действию предварительной нагрузки F0,замеряя глубину погружения наконечника h0, затем плавно (в течение3...6 с) подают основную нагрузку и замеряют глубину погружения наконечника h при полной нагрузке F=F0+F1. Испытания проводят не менее чем в трех точках образца. Значение твердости вычисляют по формулам НR = (100 - е) — для шкал А и С; HR=(130-е) - для шкалы В. Значение параметра е вычисляют по формуле
е = (h — h0)/0,002.
Число твердости по Роквеллу отвлеченное; перед числом ставят знак НR с добавлением обозначения шкалы (А, В или С), по которой производилось испытание (например, НRВ 110).