7. Лабораторна робота №7. Визначення твердості

7.1. Завдання та мета роботи

1. Ознайомитись з приладами, які застосовують для визначення твердості.

2. Засвоїти методики визначення твердості різними методами.

3. Одержати навички у визначенні твердості за методом Брінелля, Роквелла, Віккерса, мікротвердості.

4. Результати випробувань подати у вигляді таблиці.

Матеріальне забезпечення: твердомір ТБ 5004 для вимірювання твердості за методом Брінелля; твердомір ТК-2М для вимірювання твердості за методом Роквелла; твердомір ТП-7Р-І для вимірювання твердості за методом Віккерса; твердомір ПМТ-3 для вимірювання мікротвердості; зразкові міри твердості МТБ-1, МТР-1, МТВ-1; Мікроскоп МПБ-2 для вимірювання діаметра відбитку; зразки зі сталі та кольорових металів.

7.2. Основні положення

Вимірювання твердості - самий доступний і поширений метод механічних випробувань матеріалів, який використовується і в дослідних цілях і як засіб контролю в багатьох галузях промисловості. Це пояснюється простотою і швидкістю вимірювань, що дозволяє здійснювати стопроцентний контроль деяких видів продукції; на відміну від інших вимірювань твердість є неруйнівним методом механічних випробувань. В дослідних роботах локальність метода забезпечує оцінку властивостей тонких поверхневих шарів або структурних складових.

Твердість - особлива властивість, яка проявляється у здібності тіла робити опір всіляким спробам пружно або пластично деформувати ділянку його поверхні за допомогою більш твердого тіла (індентора) при певних умовах випробувань.

В залежності від дії індентора на поверхню досліджуваного матеріалу розрізняють такі методи визначення твердості: метод вдавлювання, метод пружного відскоку, метод дряпання.

Визначення твердості вдавлюванням у випробувальний матеріал індентора в формі кульки, конуса або піраміди є найбільш поширеним різновидом механічних випробувань. До цієї групи відносять стандартизовані методи вимірювання твердості за Брінеллем, Роквеллом і Віккерсом. Для визначення твердості окремих структурних складових, а також дрібних деталей, тонких матеріалів, тонких поверхневих шарів, крихких неметалевих матеріалів (абразивів, мінералів, скла та ін.), окремих композитних та будівельних матеріалів використовують вимірювання мікротвердості.

Між різними методами існує кореляція. За відповідними таблицями, знаючи значення твердості, отриманих одним методом, можна визначити якому числу твердості іншого метода вони відповідають. Але необхідно враховувати, що в процесі випробувань навколо відбитку виникає наклеп, ступень якого залежить від форми індентора що вдавлюється і глибини вдавлювання, так що числа твердості отримані при випробуваннях різними інденторами не можна беззастережно порівнювати між собою навіть при однаковій розрахунковій формулі.

Випробування на твердість дозволяють також побічно оцінювати основні механічні характеристики металів. Для сталей існують співвідношення між твердістю за Брінеллем і границею міцності σ_в = К·НВ. Коефіцієнт К суттєво залежить від відношення границі плинності до границі міцності і від природи і структурного стану металу. При відношенні σ_0,2/σ_в більше 65% він складає 0,32...0,36. Користуючись подібними емпіричними залежностями, можна приблизно оцінювати міцність металу за результатами вимірювань твердості.