Учебное пособие 1051

правлениях. За диаметр отпечатка d принимается среднее арифметическое значение результатов измерений.

Так как значения D и F заранее известны, то для определения числа твердости необходимо лишь измерить диаметр отпечатка d и найти соответствующую ему твердость по табл. 3.2.

Твердость по Бринеллю обозначают символом НВ (НВW), которому предшествует числовое значение твердости, и после символа указывают диаметр шарика, значение приложенного усилия (в кгс), продолжительность выдержки, если отличается от 10 до 15 с:

250 НВ 5/750 – твердость по Бринеллю 250, определенная при применении стального шарика диаметром 5 мм, при усилии 750 кгс и продолжительности выдержки от 10 до 15 с.

575 НBW 2,5/187,5/30 – твердость по Бринеллю 575, определенная при применении шарика из твердого сплава диаметром 2,5 мм, при усилии 187,5 кгс и продолжительности выдержки 30 с.

При определении твердости шариком диаметром 10 мм при усилии 3000 кгс и продолжительности выдержки от 10 до 15 с твердость по Бринеллю обозначают только числовым значением твердости и символом НВ или НВW: например, 185 НВ, 600 HBW.

Прибор для измерения твердости ТШ-2 показан на рис. 3.2.

Вмассивной чугунной станине 19 закреплена втулка, в которую вмонтирован подъемный винт 17. На нем установлены сменные опорные столики

16для закрепления испытуемых образцов. Винт 17 служит для подъема и опускания столиков 16 с помощью маховика 18. Пружина 13 установлена в головке прибора, которая предотвращает смещение образца с установленного положения. Пружина 13 прижимает втулку 14 к конусному седлу, а шпиндель 11 – к средней призме рычага 10.

Вверхней части станины прибора установлена рычажная система с передаточным отношением 1:50, которая под действием грузов 4 вдавливает в поверхность испытуемого образца индентор-шарик, закрепленный в наконечнике 15 головки прибора. Рычаги 10 и 7 соединены между собой серьгой

9.К рычагу 7 подвешиваются сменные грузы 4. Для приложения и снятия нагрузок служит кривошипный механизм, состоящий из кривошипа 3, шатуна 5 и вилки 6. Кривошип 3 приводится во вращение электродвигателем 1 через червячный редуктор 2. Время фиксируется сигнальной лампой 12, которая включается с помощью микровыключателя 8, установленного на рычаге 7.

21

Таблица 3.2

Таблица для определения чисел твердости НВ

23

Примечание. Диаметры отпечатков в таблице даны для шарика D = 10 мм. Для определения по таблице числа твердости при испытании шариком диаметром 5 мм диаметр отпечатка надо умножить на 2, а при испытании шариком 2,5 мм надо умножить на 4.

24

водстве для контроля готовых штучных деталей. Этот метод применим для измерения твердости на выпуклых и вогнутых цилиндрических и сферических поверхностях, с введением в результаты измерений поправок, приведенных в ГОСТ 9013-59.

Прибор для измерения твердости по методу Роквелла (ТК-2) показан на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Схема твердомера ТК-2 для определения твердости по методу Роквелла

Механизм нагружения состоит из подвески 12 с грузами 17, обеспечивающей с помощью рычага 15 создание необходимой нагрузки; шпинделя, на конце которого с помощью винта закрепляется наконечник 8 с шариком или алмазным конусом. Точная установка индикатора 13 на нуль производится с помощью барабана 4, закрепленного в механизме подъема, и тросика 14, размещенного в пазу индикатора. Весь процесс измерения твердости проводится с помощью однофазного электродвигателя 2.

Привод кулачков 20 и 21 осуществляется с помощью храпового механизма, который включается с помощью клавиши 3. Механизм подъема столика состоит из винта, маховика 5, направляющей втулки и сменного столика 7 и служит для подъема и опускания испытуемой детали или образца.

26

ИзмерениетвердостинаприбореТК-2 осуществляетсяследующимобразом:

1.В зависимости от выбранной шкалы подбирают и устанавливают на подвеске 12 прибора соответствующие грузы 17 и закрепляют винтом соответствующий наконечник 8.

2.На столике 7 устанавливают образец и вращением маховика 5 поднимают его к наконечнику 8 до тех пор, пока малая стрелка индикатора не остановится против красной точки, а большая – на нуле шкалы индикатора 13 прибора. При отклонении большой стрелки больше, чем на пять делений относительно штриха шкалы, необходимо опустить столик 7 с образцом и твердость измерять в новом месте образца.

3.Затем вращением барабана 4 установить ноль шкалы С (черный цвет) против большой стрелки индикатора 13.

4.Включить прибор и плавным нажатием руки на клавишу 3 включить механизм нагружения.

5.После остановки большой стрелки снять показания прибора с точностью до половины деления шкалы.

6.Потом вращением маховика 5 против часовой стрелки испытуемое изделие отвести от наконечника 8 и снять его с опорного столика 7.

7.Результаты измерений занести в табл.

3.4.3. Измерение твердости по Виккерсу (ГОСТ 2999-75)

Измерение твердости основано на вдавливании алмазного наконечника в форме правильной четырехгранной пирамиды с углом при вершине = 136 в образец под действием нагрузки F, приложенной в течение определенного времени, и измерении диагоналей отпечатка d1 и d2, оставшихся на поверхности образца после снятия нагрузки (рис. 3.1). Твердость по Виккерсу вычисляют по формуле:

где d – среднее арифметическое значение длин обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки, мм.

На практике число твердости определяют по специальным таблицам по значению диагонали отпечатка при выбранной нагрузке.

Символ HV сопровождается индексами, указывающими нагрузку и время выдержки, если это время отличается от рекомендуемого стандартом (10-15 с). Например, 30 HV означает число твердости, полученное при нагрузке 30 кгс и времени выдержки 10-15 с; 220 HV 10/40 – твердость по Виккерсу, определенная при нагрузке 10 кгс, приложенной в течение 40 с.

В отличие от схемы Бринелля все отпечатки Виккерса геометрически подобны и поэтому число твердости не зависит от нагрузки. Это позволяет обнаружить особое состояние поверхностного слоя (наклеп, обезуглероживание,

27

цементация) по изменению твердости с уменьшением нагрузки. Из-за большого угла в вершине наконечника – пирамиды даже при малой глубине ее внедрения диагональ отпечатка имеет большое значение, что определяет высокую точность и чувствительность этого метода. Метод Виккерса применяют главным образом для материалов, имеющих высокую твердость, а также при испытании на твердость деталей малых сечений или тонких поверхностных слоев, особенно в научных целях. Недостатком его является трудоемкость измерений и необходимость тщательной подготовки поверхности образцов (полирование).

Число твердости по Виккерсу и Бринеллю имеет одинаковые единицы измерения, а до твердости 450 единиц – одинаковые значения. Перевод чисел твердости, определенных разными методами, представлен в табл. 3.3.

Таблица 3.3 Соотношение чисел твердости, определенных разными методами

28

29

3.5.Порядок выполнения испытаний

1.Изучить с помощью настоящего методического указания конструкции приборов для измерения твердости, технические возможности и области применения методов оценки твердости по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу.

2.Под руководством преподавателя получить навыки работы на твер-

домерах.

3.Получить наборы образцов из черных и цветных металлов и сплавов для определения твердости.

4.На образцах для измерения твердости по Бринеллю сделать по три измерения тремя шариками разных диаметров, соответственно меняя нагрузку. Сопоставить рассеяние результатов в зависимости от диаметра шарика. Занести результаты измерений в табл. 3.4.

5.На образцах для измерения твердости по Роквеллу сделать по три измерения. Все результаты измерений занести в табл. 3.4.

6.Числа твердости, измеренные по методу Бринелля и Роквелла, перевести на числа твердости Виккерса и занести в табл. 3.4.

3.6.Содержание отчета

1.Название, цель работы.

2.Краткие сведения о сущности и методиках измерения твердости

3.Схемы определения твердости различными методами (рис. 3.1).

4.Таблица с условиями измерения и полученными экспериментальными данными.

5.Выводы

3.7.Контрольные вопросы для самопроверки

1.Что такое твердость?

2.В чем заключается сущность измерения твердости по методу Бринелля?

30