Обладнання, матеріали, інструменти

1. Гідравлічний прес (або розривна машина типу МР-05-1).

2. Пристосування для улаштування зразка (реверс).

3. Штангенциркуль (точність вимірювання – 0,05 мм).

4. Молоток.

5. Кернер.

6. Зразки для випробування.

Зміст звіту

1. Назва та мета роботи.

2. Короткий опис методики виконання розрахунків із зазначенням формул, що застосовуються.

3. Ескізи зразків до і після випробування.

4. Протокол випробування на розтяг (таблиця 1.1)

5 Основні механічні властивості 10 різних марок сталі та інших конструкційних матеріалів (вибірково із довідкових даних; звести в окрему таблицю з обов’язковим зазначенням марки матеріалу).

Таблиця 1.1 – Результати випробувань

№ зразка

Параметри зразка

S, см2

P1,

P, кГ

Результати випробувань

Ймо- вірна марка мате- ріалу

до випробувань

після випробувань

d0, мм

l0, мм

F0, мм2

d1, мм

l1 мм

F1, мм2

, МПа

, %

ψ, %

Контрольні запитання

1 Які властивості металів називаються механічними?

2 Визначення основних механічних властивостей металів та формули, за якими визначають їх характеристики.

З Поняття про напруги, що утворюються в металах під впливом на них навантаження.

4 Поняття про пружні та пластичні деформації.

5. Що таке відносне видовження та відносне звуження? Які властивості вони характеризують та як їх визначають.

6. Орієнтовні значення межі міцності, відносних видовження та звуження основних конструкційних матеріалів.

7. Чим характеризуються (якими параметрами) такі механічні властивості як: зносостійкість та витривалість?

8 З якою метою досліджують механічні властивості матеріалів?

Рекомендована література

[3, с. 53 -63; 5, с. 12 -20; 12, с. 9 -12]

Лабораторна робота № 2

визначення твердості металів методами

Брінелля та Роквелла

Мета роботи

1 Сформувати у курсантів компетентність експериментального визначення твердості металів методами Брінелля та Роквелла.

2 Вивчити будову та роботу різних типів твердомірів.

Теоретичні відомості

Під твердістю розуміють здатність металу перешкоджати впрова­дженню в нього під дією зовнішньої сили іншого, більш твердого тіла.

Для визначення твердості використовуються спеціальні прилади. Найширше застосовуються такі способи вимірювання твердості: удав­люванням стальної кульки (метод Брінелля); удавлюванням алмазного конуса (метод Роквелла).

Твердість методом Брінелля визначають удавлюванням стальної кульки в плоску поверхню, що випробовується, під впливом заданого навантаження протягом певного часу. Діаметр кульки, навантаження та тривалість витримки під навантаженням вибирають з таблиці 2.І.

Таблиця 2.1 – Вихідні дані та режими випробувань

Метали	Інтервал твердості в числах Брінелля, МПа	Мінімальна товщина дослідного зразка, мм	Співвіднош. між навантаж. Р і діаметром кульки D	Діаметр кульки D, мм	Наванта­ження Р, кГ	Тривалість витримки під наванта­ж., с
Чорні	1400...4500	6-3 4-2 менше 2	P=30D2	10 5 2,5	3000 750 187	10
	< 1400	більше 6 6-3 менше 3	P=30D2	10 5 2,5	1000 250 62,5	10
Кольорові	> 1300	6-3 4-2 менше 2	P=30D2	10 5 2,5	3000 750 187	30
	350…1300	9-5 6-3 менше 3	P=10D2	10 5 2,5	1000 250 62,5	30
	80…350	більше 6 6-3 менше 3	P=2.5D2	10 5 2,5	250 62,5 15.6	60

Число твердості за Брінеллем визначається як відношення прикладеного до зразка навантаження Р до площі сферичної поверхні відбит­ка F і позначається НВ:

(2.1)

де Р – навантаження на кульку індентора, Н; F – площа поверхні сферичного сегменту відбитку від впровадження кульки; D – діаметр кульки, що вдавлюється в матеріал, мм; d – діаметр отриманого відбитка, мм.

Щоб не вдаватись до тривалих обчислень твердості за формулою (2.1), на практиці число твердості НВ визначають, знаючи умови випробовування та користуючись спеціальною таблицею.

Визначення твердості за методом Брінелля виконують за допомогою приладу ТШ-2 (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - Прилад для визначення Рисунок 2.2 - Прилад для визначення

твердості за Брінеллем твердості за Роквеллом

Зразок, що випробовується, розташовують на столику 2 і поворотом маховика 1 піднімають до дотику із кулькою індентора 3. Потім включають електродвигун 5 і поступово вдавлюють кульку під дією вантажу 4. Після дії навантаження протягом певного часу (таблиця 2.1) вал двигуна починає обертатися у зворотному напрямку і навантаження знімається.

Діаметр отриманого відбитка вимірюють спеціальною лупою (мікро­скопом Брінелля) у двох взаємно перпендикулярних напрямах і визна­чають середнє арифметичне двох вимірювань.

Випробовування на твердість за методом Роквелла (рисунок 2.2) виконують удав­люванням у зразок (деталь), що випробовується, алмазного конуса (конус може бути не лише алмазним, а й з твердого сплаву) з кутом при вершині 120° або сталевої загартованої кульки діаметром 1/16″ (1,588 мм) і визначають за глибиною відбитку при вдав­люванні у зразок (деталь). Прилад Роквелла має індикатор годинникового типу. На йoro циферблаті є дві кольорові шкали (червона та чорна). На чорній шкалі є дві буквені шкали ("А" і "С"), на червоній – одна буквена шкала ("В"). Якщо твердість виробів випробовується за шкалами "А" і "С", то наконечником служить алмазний конус, якщо за шкалою "В" – кулька з карбіду вольфраму або сталева (загартована). Шкала "А" вико­ристовується для випробовування надтвердих сплавів, що мають твер­дість НВ >7000 МПа, а також тонкого листового матеріалу чи тон­ких виробів товщиною 0,3...0,5 мм. Шкала "В" застосовується для випробо­вування кольорових металів і сплавів, твердість яких не перевищує НВ2300 МПа, та для виробів товщиною 0,8...2,0 мм. Шкала "С" застосо­вується за випробовування загартованих сталей, твердість яких не пе­ревищує НВ7000 МПа, а також для виробів товщиною більше 0,5 мм.

На станині приладу розташований предметний столик 1. У верхній частині приладу розташовані індикатор 6, масляний регулятор 4, шток з індентором (алмазним наконечником або стальною кулькою) та рукоятка 7. Столик 1 переміщується обертанням маховика 2, а навантаження створюється важками 3.

Шліфований з обох боків зразок встановлюють на столик 1 і поворотом маховика 2 піднімають до дотику з наконечником та подальшим підніманням до тих пір, поки маленька стрілка не співпадає з червоною точкою на циферблаті. Це означає, що на зразок створене попереднє навантаження. При цьому велику стрілку індикатора слід встановити на нульову позначку.

Кульку або конус удавлюють у досліджуваний зразок під впливом двох послідовних наван­тажень – попереднього Р₀ та основного Р₁. Тоді, загальне навантаження:

P = P₀ + P₁. (2.2)

Попереднє навантаження Р₀ завжди дорівнює 98 Н (10 кГ), а за­гальне навантаження складає: при тиску стальної кульки за шкалою "В" – 981 Н (100 кг); при тиску алмазного конуса за шкалою "С" –1471 Н (150 кГ) та за шкалою "А" – 588 Н (60 кГ).

Залежно від того, що застосовується (кулька чи алмазний ко­нус), а також від навантаження, при якому виконується випробовування, тобто від шкали "В", "С" або "А" число твердості позначається відповідно HRB, HRC, HRA.

Прилад типу Роквелла застосовується ширше, ніж прилад типу Бринелля, оскільки дає можливість випробовувати м’які, тверді та тонкі матеріали. Відбитки конуса чи кульки, що вдавлюється, дуже малі, тому готові деталі можна випробовувати без їх руйнування.

Випробовування легко виконується, та на нього витрачається небагато часу (кілька секунд); при цьому немає потреби нічого вимірювати чи обчислювати, а число твердості читається прямо на шкалі.

Таким чином, число твердості за Брінеллем визначають за розмірами (за діаметром) відбитка, що утворився внаслідок дії навантаження, а за методом Роквелла – за величиною переміщення індентора під дією різниці навантажень: загального та попереднього.

Заслуговує на увагу сучасні мобільні універсальні твердоміри, що працюють з ультразвуковими та динамічними датчиками, зокрема, твердомір NOVOTEST T-Д2 з динамічним датчиком [тексти лекцій].