Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехническое и конструкционное материаловедение. Учебное пособие по курсу «Электротехническое и конструкционное материаловедение» для студентов
.pdf
19
2
HB−−=
P
π
Таким образом, зная диаметр шарика и нагрузку, замерив диаметр
отпечатка, легко определить твердость.
Для получения одинаковых значений твердости металла при разных
диаметрах шариков и различных нагрузках необходимо соблюдать закон
подобия P/D2 = const. В этом случае угол
ϕ = const, где ϕ – угол вдавливания. Поэтому при испытании по
Бринеллю, учитывая закон подобия, а также то обстоятельство, что
диаметр шарика подбирается в зависимости от толщины испытуемого
образца металла, и что для металлов разных твердостей нужно прилагать
разные нагрузки, применяют соотношения по ГОСТ 9012-59. Кроме того,
продолжительность выдержки образца под нагрузкой должна быть строго
определенной, чтобы деформация образца шариком полностью
завершилась.
Перед испытанием поверхность образца, в которую будет вдавливаться
шарик, обрабатывают наждачным камнем или напильником, чтобы она
была ровной, гладкой и не было окалины и других дефектов. При
обработке поверхности образец не должен нагреваться выше 100–150°С.
Подготовка поверхности образца необходима для получения правильного
отпечатка и отчетливой видимости его краев для измерения.
При выборе диаметра шарика D, нагрузки P, продолжительности
выдержки под нагрузкой и минимальной толщины испытуемого образца
следует руководствоваться нормами ГОСТа для испытаний по Бринеллю
(табл. 2).
При указании твердости НВ иногда отмечают, при каких условиях
измерялась твердость, например: НВ 140 (10/3000/10) означает, что
испытание производилось шариком диаметром 10 мм под нагрузкой 3000
кгс (30000 Н) в течение 10 секунд.
При измерении твердости шариком определенного диаметра и с
установленными нагрузками расчет числа твердости по формуле НВ=Р/F
почти не выполняют, а пользуются заранее составленными таблицами,
указывающими число НВ, в зависимости от диаметра отпечатка d и
соотношения между нагрузкой Р и D2 (согласно табл. 3).
, кгс/мм2 (н/м2) (4)
22
)(
dDDD
20
магниевые сплавы
Соотношение диаметров шарика и нагрузки при испытании
металлов по методу Бринелля
Таблица 2
Материал
1 2 3 4 5 6
Черные металлы 140–450
Черные металлы До 140
Цветные металлы
и сплавы (медь,
латунь, бронза,
и др.)
Цветные металлы
и сплавы
(алюминий,
подшипниковые
сплавы и др.)
Число
твердости
31,8–130
3–35
Толщина
образца,
мм
Более 6
От 6 до 3
Менее 3
Более 6
От 6 до 3
Менее 3
Более 6
От 6 до 3
Менее 3
Более 6
От 6 до 3
Менее 3
Диаметр
шарика,
мм
Нагрузка,
кгс
Выдержка
под
нагрузкой,
сек
10
30
30
60
Существует примерная количественная зависимость между числами
твердости и пределом прочности:
для стали с твердостью НВ 120–175...…………………………σв=0,34 НВ;
для стали с твердостью НВ 175–450..………………………….σв=0,35 НВ;
для меди, латуни и бронзы отожженной..……………………..σв=0,55 НВ;
для меди, латуни и бронзы наклепанной..……….……………σв=0,40 НВ;
для алюминия и алюминиевых сплавов
с твердостью НВ 20–45....................................................σв=(0,33÷0,36) НВ;
для дуралюминия отожженного...…………………..................σв=0,36 НВ;
для дуралюминия после закалки и старения………………….σв=0,35 НВ.
Измерение твердости вдавливанием стального шарика не является
универсальным способом. Этот способ не позволяет: а) испытывать
материал с твердостью более НВ 450; б) измерять твердость тонкого
поверхностного слоя (толщиной менее 1–2 мм), так как стальной шарик
продавливает этот слой.
21
Твердость по Бринеллю
Таблица 3
Диаметр
отпечатка,
мм d10, или
2d5, или
4d
2,5
Число твердости при
нагрузке Р, кгс
30D2 10D2 2,5D2 30D2 10D2 2,5D2
Диаметр
отпечатка, мм
d10, или 2d5, или
4d
2,5
Число твердости при
нагрузке Р, кгс
2,0 945 315 78,8 3,6 285 95 23,7
2,1 856 285 71,4 3,7 269 89 22,4
2,2 780 260 65,0 3,8 255 85 21,2
2,3 712 237 59,4 3,9 241 80 20,0
2,4 653 218 54,4 4,0 229 76 19,1
2,5 601 200 50,2 4,1 217 72 18,0
2,6 555 185 46,3 4,2 207 69 17,2
2,7 514 171 42,9 4,3 197 65 16,4
2,8 477 159 39,8 4,4 187 62 15,5
2,9 444 148 37,9 4,5 179 59 14,9
3,0 415 138 34,6 4,6 170 57 14,2
3,1 388 129 32,3 4,7 163 54 13,6
3,2 363 121 30,3 4,8 156 52 13,0
3,3 341 114 28,5 4,9 149 50 12,4
3,4 321 107 26,7 5,0 143 47 12,4
3,5 302 101 25,2 5,1 137 45 11,4
Практика определения твердости по Бринеллю
1. Пользуясь табл. 2 для заданного образца определить диаметр шарика,
величину нагрузки Р и время выдержки образца под нагрузкой.
2. Закрепить шарик в держателе 15 (рис. 11).
3. Установить необходимую нагрузку Р на приборе. Минимальная
нагрузка 187,5 кгс обеспечивается только массой подвески и рычажной
системы.
4. Перемещением чашки 8 (см. рис. 11) по отношению шкалы,
расположенной на станине прибора, установить время выдержки образца
под нагрузкой.
22
5. Установить испытуемый образец на столик 14 так
агался от края образца и от центра соседнего
подвеска
электродвигатель;
ограничитель
к шарику, вращая маховик 12
7. Нажатием кнопки 11 включить электродвигатель 10, который
червячный редуктор 9, кривошип 7, шатун 6 отведет вниз
соединенную с ним подвеску 4 с грузами 5. Тогда нагрузка через
рычагов, шпиндель 18 и втулку сообщается шариковому наконечнику
момент фиксируется загоранием лампочки. После соответствующей
выдержки груза вращение электродвигателя автоматически переключается
веска
достигнет, исходного положения, автоматически
8. Отвести столик прибора с образцом от шарика вращением
9. Снять образец и с помощью микроскопа измерить диаметр
перпендикулярных направлениях. Значение
отпечатка принимается как среднее арифметическое из указанных
веска с грузами
отпечатка распол
расстоянии не менее двух диаметров шарика.
5 – грузы; 6 – шатун; 7 – кривошип; 8 – чашка; 9 – червячная пара; 10 –
1 – станина; 2 – рычаг большой; 3 – микропереключатель; 4 –
14 – стол сменный; 15 – держатель шариковой оправки; 16 –
Рис. 11. Схема пресса Бринелля:
12 – маховик; 13 – контактная группа;
17 – втулка шпинделя; 18 – шпиндель; 19 – лампа сигнальная.
6. Подвести образец
ограничитель 16.
на обратное и нагрузка с образца снимается. Когда под
электродвигатель.
12 против часовой стрелки.
в двух взаимно-
11 – кнопка пусковая;
у
ика
23
10. По измеренному диаметру отпечатка, известной нагрузке
Определение твердости на приборах типа ТК осуществляется
вдавливанием алмазного конуса или стального шарика (метод
определением твердости по глубине получаемого отпечатка
При измерении твердости металлов по Роквеллу (ГОСТ
алмазный конус или стальной
вдавливается в испытуемый образец или изделие под действием
предварительной
нагрузок
. Испытание металла на твердость по Роквеллу
Твердость по Роквеллу измеряется в условных единицах
твердости принята величина, соответствующая осевому перемеще
выражаются формулами
измерений.
шарика определить твердость по Бринеллю НВ по табл. 3.
Определение твердости по Роквеллу
наконечник стандартного типа –
-59)
последовательно прилагаемых нагрузок –
которая равна сумме предварительной Р0 и основной Р1
Рис. 12
наконечника на 0,002 мм.
Числа твердости по Роквеллу НR
измерении по шкалам А и С:
HR = 100 – e
при измерений по шкале В:
HR = 130 – e
Величина е определяется по формуле (6):
hhe−
0
=
002.0
Р
и общей Р,
0
(рис. 12).
(5): при
нию
(5)
(6)
24
где h0 – глубина внедрения наконечника в испытуемый образец
под действием нагрузки P0;
h – глубина внедрения наконечника в испытуемый образец под
действием общей нагрузки Р, измеренной после снятия основной
нагрузки Р1 и оставленной предварительной нагрузки Р0.
Твердость по шкале С измеряется вдавливанием в испытуемый образец
алмазного конического наконечника под действием двух последовательно
прилагаемых нагрузок:
Р = 10 + 140 = 150 кгс
Например, HRC 60 означает, что твердость материала составляет 60
единиц по Роквеллу по шкале С с нагрузкой 150 кгс.
При измерении твердости алмазным конусом с общей нагрузкой 60 кгс
значение твердости также характеризуется цифрой, указываемой стрелкой
на черной совмещенной шкале С циферблата, но обозначается НRА.
Например, НRА 82 означает, что твердость материала составляет 82
единицы с нагрузкой 60 кгс при вдавливании алмазного конуса. При
измерении по шкале А:
Р = 10 + 50 = 60 кгс
Числа НRА можно перевести на числа НRС по формуле (7):
НRС = 2 НRА – 104 (7)
Твердость по красной шкале В измеряется вдавливанием в испытуемый
образец стального шарика ∅1/16" (1,588 мм) под действием двух
последовательно прилагаемых нагрузок:
Р = 10 + 90 = 100 кгc
Твердость обозначается НRВ. Например, НRВ 90 означает, что
твердость материала составляет 90 единиц с нагрузкой 100 кгс при
вдавливании стального шарика.
Пределы измерения твердости по указанным шкалам приведены в
табл. 4.
25
Число единиц в
шкале
Пределы измерения твердости
Таблица 4
Полная
нагрузка
Р=Р0+Р1 при
измерении
твердости по
соответствую
Обозначение
шкалы
А 100 HRA 60 70–90
С 100 HRC 150 20–67 230–700
В 130 HRB 100 25–100 60–230
щей шкале, кгс
Обозначение
твердости по шкале
Допускаемые
пределы измерения
твердости по шкале
Свыше
700
Область применения
Бринеллю, НВ
Примерная
твердость по
Твердые сплавы,
цементованные изделия
Твердые и термически
обработанные стали
Материалы средней
твердости
Правильность показания прибора контролируется эталонным бруском.
Числа твердости по Роквеллу можно перевести в числа твердости по
Бринеллю пользуясь специальной таблицей (прил. 1).
Расстояние от центра отпечатка до края образца или до центра другого
отпечатка должно быть не менее 1,5 мм при вдавливании конуса и 4 мм при
вдавливании шарика. Толщина образца должна быть не менее 10-кратной
глубины отпечатка.
Твердость следует измерять не менее чем в трех точках (особенно
алмазным конусом), для расчета лучше принимать среднее значение
результатов второго и третьего измерения, образец для измерений должен
иметь тщательно отшлифованную плоскую поверхность и
противоположная поверхность должна быть параллельной, ровной и
зачищенной.
Практика определения твердости по Роквеллу
1. Пользуясь табл. 4 для заданного образца выбрать нужную шкалу
твердости и установить соответственно сменный груз 11 (рис. 13).
2. Установить в шпиндель 8 выбранный наконечник и закрепить его
винтом.
3. В зависимости от размеров и формы изделия выбрать и закрепить
столик 6.
4. Установить приготовленный испытуемый образец на столик.
5. Вращением маховика 4 приблизить образец к наконечнику и,
26
продолжая плавное вращение маховика, вдавливать наконечник
установится против
точки. Это означает, что наконечник вдавился в образец под
предварительной нагрузки, равной 10 кгс. Предварительное
проводят для того, чтобы исключить влияние упругой деформации
сти поверхности образца на
6. Для точности измерений установить с помощью барабана
3 цифру 0 на черной шкале против большой стрелки, отклонение
чнику основную нагрузку нажатием
Приведение в действие основной нагрузки осуществляется
привода от электродвигателя, работавшего непрерывно. После
вдавливания основная нагрузка автоматически снимается
а индикатора перемещается по часовой стрелке
8. Снять предварительную нагрузку вращением маховика
9. Повторить испытание еще два раза и, опустив столик
стол сменный
электродвигатель
1. Изучить принципиальное устройство приборов для
поверхность до тех пор, пока малая стрелка
различной степени шероховато
измерения.
от вертикали допускается в пределах ±5 единиц шкалы.
7. Сообщить наконе
большая стрелк
на шкале индикатора число твердости но Роквеллу.
часовой стрелки.
маховика 4 против часовой стрелки, снять образец.
1 – станина; 2 – клавиша; 3 – барабан индикатора; 4 – маховик; 5 – винт подъемный; 6 –
шпиндель; 9 – индикатор; 10 – подвеска; 11– грузы; 12 – тросик; 13 – тумблер; 14 –
Рис. 13. Схема прибора Роквелла:
Порядок выполнения работы
твердости металлов: пресс Бринелля и пресс Роквелла.
7 – оправка; 8 –
15 – привод.
27
2. Изучить порядок проведения замеров.
3. Произвести замеры твердости образцов на изученных приборах.
4. Оформить протоколы замеров.
Контрольные вопросы.
13. Что такое твердость?
14. Методы определения твердости.
15. Сущность определения твердости по Бринеллю.
16. Режимы для определения твердости по Бринеллю.
17. Недостатки измерения твердости по Бринеллю.
18. Сущность определения твердости по Роквеллу.
19. Выбор шкалы, величины общей нагрузки и геометрической формы
наконечника по Роквеллу.
20. Единицы измерения твердости по Бринеллю и Роквеллу.
28
Таблица сопоставления чисел твердости, определяемых
различными методами
Приложение 1
По Роквеллу
HRC HRA HRB HRC HRA HRB HRC HRA HRB
По
Бри
нелю
НВ
По Роквеллу
72 89 - 782 35 68 - 321 - - 71 128
71 88 - 770 34 67 - 311 - - 68 123
70 87 - 757 33 67 - 302 - - 67 121
69 87 - 744 31 66 - 293 - - 66 118
68 86 - 728 30 66 - 286 - - 65 116
67 85 - 713 29 65 - 277 - - 64 114
66 - - 698 28 65 - 269 - - 62 112
65 84 - 683 27 64 - 262 - - 61 109
64 - - 667 26 64 - 255 - - 59 107
63 83 - 652 25 63 - 248 - - 58 105
62 - - 639 24 63 100 241 - - 57 103
61 82 - 627 23 62 99 235 - - 56 101
60 - - 613 22 62 98 229 - - 54 99
59 81 - 600 21 61 97 223 - - 53 97
58 80 - 578 20 61 97 217 - - - 93
57 - - 567 19 60 96 212 - - - 90
56 79 - 555 18 60 95 207 - - - 86
55 - - 543 - 59 94 202 - - - 85
54 78 - 532 - 58 93 196 - - - 83
53 - - 522 - 58 92 192 - - - 81
52 77 - 512 - 57 91 187 - - - 79
51 76 - 495 - 56 89 183 - - - 77
50 - - 486 - 56 88 179 - - - 75
49 46 - 477 - 55 87 174 - - - 74
48 75 - 460 - 55 86 170 - - - 73
47 74 - 444 - 54 85 166 - - - 72
46 - - 437 - 53 84 163 - - - 71
45 73 - 430 - 53 83 159 - - - 68
44 73 - 415 - 52 82 156 - - - 66
43 72 - 401 - 52 81 153 - - - 64
42 - - 395 - 51 80 149 - - - 62
41 71 - 388 - 50 78 146 - - - 59
40 71 - 375 - 50 77 143 - - - 57
39 70 - 363 - - 76 140 - - - 55
38 69 - 352 - - 75 137 - - - 53
37 69 - 340 - - 74 134 - - - 51
По
Бри
нелю
НВ
По Роквеллу
По
Бри
нелю
НВ
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]