4. Контроль прочностных характеристик

а) Определение твердости по Бринеллю

Твердостью называют свойство материала оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воз­действии в поверхностном слое. Измерение твердости вследствие быстроты и простоты осуществления, а также возможности без разрушения изделия судить о его свойствах, получило широкое применение для контроля качества металла в металлических из­делиях и деталях.

Сущность метода определения твердости по Бринеллю заключается во вдавливании стального шарика диаметром D (мм), в изделие под дей­ствием нагрузки Р (кгс) и измерении диаметра отпечатка d (мм), после снятия испытательной нагрузки (рис. 4). Чем меньше диаметр отпечатка, тем выше твердость.

Рис. 4. Схема определения твердости по Бринеллю

Если поверхность отпечатка выразить через диаметр шарика и диаметр отпечатка, то твердость по Бринеллю определяется по формуле:

.

Твердость по Бринеллю обозначается цифрами, характеризу­ющими величину твердости и буквами НВ, например “185 НВ”.

Метод Бринелля рекомендуется применять для стали с твердостью не более 450 НВ, а для цветных металлов – не более 200 НВ.

б) Определение прочности стали неразрушающими методами

Определение фактического уровня прочности стали неразрушающими методами основано на определении твердости по Бринеллю (НВ) и соотнесении полученных результатов со значением предела прочности при разрыве (временным сопротивлением) (s_в) согласно ГОСТ 22761-77.

Зная класс стали, из которой изготовлен объект исследования, а следовательно, и величину предела прочности (временного сопротивления) можно определить соответствующее значение твердости по табл. 5.

Таблица 5

Соотношение между временным сопротивлением и твердостью

фасонного проката (швеллер № 14) из стали С345 по ГОСТ 27772–88

Класс стали	Толщина полки, мм	Временное сопротивление, МПа (кгс/мм2)	Твердость по Бринеллю, НВ
С345	от 4 до 10	490 (50)	137

в) Определение погрешности измерений твердости

Относительная погрешность измерений твердости твердомером «ТЭМП–2» вычисляется по формуле:

,

(5)

где: – среднее значение твердости, полученное изме­рениями на объекте исследования;

– нормативное значение твердости объекта исследования (см. табл. 5).

Согласно паспортным данным (см. п. 3б), относительная погрешность измерений твердости твердомером не должна превышать 3 %, в противном случае рассматриваемое изделие выбраковывается.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с методикой проведения контроля точности геометрических параметров объекта исследования (см. п. 1 и 2).

2. Выбрать методы и средства измерений геометрических параметров объекта исследования, подлежащих контролю согласно табл. 2, исходя из условия (1); заполнить табл. 6.

3. Измерить геометрические параметры объекта исследования, используя схемы измерений из табл. 3. При этом:

   • размеры и геометрическую форму швеллера контролируют в 2-х крайних сечениях элемента (1, 3) на расстоянии 300 мм от торцов и в среднем его сечении (2);

   • кривизну швеллера контролируют в плоскости его стенки в размеченных на поверхности элемента точках в количестве n=6;

   • длину швеллера контролируют в плоскости его полок (1, 3) и стенки (2).

4. Определить точность измеряемых геометрических параметров, исходя из условия (4); заполнить табл. 7 и 8.

Таблица 6

Геометрический параметр	, мм	, мм	Средство измерения	, мм	Проверка условия
Высота h
Ширина полки b
Толщина полки t
Перекос полки 
Прогиб стенки f
Кривизна
Длина l

Таблица 7

№ сеч.	Геометрический параметр		1					Проверка условия
		мм
1	Высота h
2
3
1	Ширина верхней полки b
2
3
1	Ширина нижней полки b
2
3
1	Толщина верхней полки t
2
3
1	Толщина нижней полки t
2
3

Продолжение табл. 7

№ сеч.	Геометрический параметр							Проверка условия
		мм
1	Перекос верхней полки 
2
3
1	Перекос нижней полки 
2
3
1	Прогиб стенки f
2
3
1	Длина l
2
3

Таблица 8

Геометрический параметр: кривизна швеллера
№ сеч.							Проверка условия
	мм
1
2
3
4
5
6

5. Сделать вывод по результатам контроля точности геометрических параметров объекта исследования.

Вывод:

6. Ознакомиться с устройством и работой электронного малогабаритного переносного твердомера ТЭМП–2, а также методикой проведения контроля прочностных характеристик материала объекта исследования с использованием неразрушающих методов (см. п. 3 и 4).

7. Провести опробование твердомера:

   • притереть образцовую меру твердости типа МТБ по ГОСТ 9031-78, значение твердости которой составляет 100±25 НВ, к чугунной или стальной массивной плите, таким образом, чтобы не было непосредственного контакта металлических поверхностей. Для этого на ее опорную поверхность нанести тонкий слой смазки ЦИАТИМ-221 по ГОСТ 9433-80 или УТ (Консталин) по ГОСТ 1957-73;

   • проверить функционирование кнопочной клавиатуры и индикации дисплея, для чего следует провести не менее 3-х измерений на образцовой мере твердости. Если относительная допускаемая погрешность измерений твердости превышает 3 %, то твердомер считается непригодным для эксплуатации.

8. Измерить среднее значение твердости (H_ср) объекта исследования в соответствии с п. 3г. При этом:

   • твердость швеллера (H) определяют в плоскости его полок в 2-х крайних сечениях (1, 3 и 4, 6) на расстоянии 300 мм от торцов и в среднем сечении (2 и 5);

• в каждом сечении необходимо пользоваться средним значением результатов 3-х замеров твердости^**, проводимых на расстоянии не менее 3 мм один от другого, повторные измерения в одной и той же точке не допускаются.

9. Определить относительную погрешность проведенных измерений твердости по формуле (5) и сравнить ее со значением относительной допускаемой погрешности, указанной в паспорте на твердомер «ТЭМП–2» (см. п. 3б); заполнить табл. 9.

Таблица 9

№ сеч.	, НВ	, НВ	, НВ	, %	Проверка условия
1
2
3
4
5
6

10. Сделать вывод по результатам контроля прочностных характеристик объекта исследования.

Вывод:

11. Сделать общий вывод по результатам проделанной работы о соответствии или несоответствии (с последующей выбраковкой контролируемой единицы металлопродукции) объекта исследования требованиям к его качеству.

Общий вывод:

1 – среднее арифметическое от значений контролируемых параметров x_i, измеренных в различных сечениях.

*^* При наличии грубых ошибок выполняют до­полнительные измерения.

16