Таблица 3

Корреляция твердости и предела прочности для некоторых металлов

Материал	Твердость НВ	Предел прочности в, МПа	k
Стали: железо техническое Ст. 3 Сталь 20 Сталь 45 Легированные стали (40Х, 40ХН и др.) Нержавеющие стали (08Х18Н10Т и др.)	80–110 131 143 229 207–240 135–200	320 380–500 430 610 1000–1050 420–520	3.5
Алюминиевые сплавы алюминий технический Al–Mg Al–Mg–Si	25–32 30–75 65–80	80–150 120–300 400–500	3.7
Медные сплавы Медь Латуни (Cu–Zn) Бронзы	50–100 135–180 160–220	215–400 240–300 600–800	4.05

2. Практические сведения

Приборы, материалы, инструмент: автоматический рычажный пресс для определения твердости ТШ-2, образцы стали и сплавов цветных металлов различной толщины, лупа для измерения диаметра отпечатков.

Автоматический рычажный пресс ТШ-2. Прибор ТШ-2 предназначается для определения твердости по методу вдавливания в испытуемое изделие стального шарика определенного диаметра под действием определенной нагрузки (рис. 3).

Прибор смонтирован в массивной станине. На подъемном винте 2, перемещающемся при вращении маховика 1, устанавливаются смен­ные опорные столики 5 для испы­туемых образцов. В верхней части станины расположен шпиндель 6, в который вставляют сменные на­конечники с шариками разных ди­аметров. Шпиндель опирается на пружину 9, предназначенную для приложения к образцу предвари­тельной нагрузки 1000 Н для устра­нения смещений образца во время испытания.

Основная нагрузка при­лагается через систему рычагов. В приборе применен механизм нагружения рычажного типа с передаточным отношением 1:50, расположенный в верхней части станины. На длинном плече основного рычага 15 размещена подвеска, на которую накладываются сменные грузы 18. Комбинацией грузов можно задать нагрузки от 625 до 30000 Н. Враще­ние вала электродвигателя 21 по­средством червячной передачи со­общается шатуну 19, он опускает­ся, и нагрузка передается на шпин­дель прибора. Продолжительность испытания задается передвижным упором. Когда шатун доходит до него, срабатывает концевой переключатель и электродвигатель начинает вращаться в обратную сторону, шатун поднимается, и нагрузка снимается со шпинделя. По возвращении шатуна в ис­ходное положение электродвигатель автоматически выключается.

Возврат механизма нагружения в исходное положение происходит после изменения направления вращения двигателя, которое происходит автоматически после определенного времени выдержки. На установке, используемой в лабораторной р

Рис. 3. Схема прибора ТШ-2 для опре­деления твердости по Бринеллю:

1 — маховик; 2— подъемный винт; 3 — шкала для задания времени выдержки под нагрузкой; 4 — кнопка-выключа­тель; 5 — опорный столик; 6 — шпиндель для индикатора; 7 — упорный че­хол; 8 — втулка; 9 — пружина; 10 — шпиндель; 11 — сигнальная лампа; 12, 15 — рычаги; 13 — серьга; 14 — микропереключатель; 16 — вилка; 17 — ша­тун; 18 — грузы; 19— кривошип; 20 — редуктор; 21 — электродвигатель

аботе, время выдержки задается специальным реле времени, смонтированным в верхней части станины. Реле времени позволяет устанавливать время выдержки от 0.1 до 10 мин с точностью до 0.1 минуты с помощью двух цифровых барабанных переключателей 1-й цепи реле. На барабане расположенном справа устанавливаются десятые минуты, на левом барабане — минуты. Времени выдержки в 10 секунд соответствует приблизительно 0.2 минуты, 30 секунд — 0.5 минут. Проверка времени выдержки образца под нагрузкой производится с помощью индикаторной лампочки11. Лампочка загорается в момент отрыва ролика от рычага и гаснет в момент соприкосновения ролика с рычагом.

Методика подготовки образца. Перед испытанием поверхность образца, в которую будет вдавливаться шарик, обрабатывают наждачным камнем или напильником, чтобы она была ровной и гладкой. Недопустимо наличие краски, гальванических покрытий, окалины или других дефектов. При обработке поверхность образца не должна нагреваться выше 150. При испытании шариком диаметром 2.5 мм испытуемая поверхность должна быть особо тщательно отшлифована и отполирована.

Порядок проведения испытаний:

1. Установить подвеску и грузы, соответственно выбранной испытательной нагрузке.

2. Наконечник с шариком вставить во втулку и укрепить.

3. На подвижной столик поместить испытуемый образец. Образей должен плотно лежать на столике. Центр отпечатка должен находиться от края образца на расстоянии не менее диаметра шарика.

4. Вращением рукоятки по часовой стрелке поднять столик и прижать образец к шарику. Продолжать вращать столик пока образец не упрется в ограничитель.

5. Выставить на реле времени требуемое время выдержки.

6. Нажатием кнопки включить электродвигатель.

7. После окончания испытания вращением рукоятки опустить столик и снять образец.

8. Осмотреть полученный отпечаток. Если после получения отпечатка боковые или нижняя стороны образца окажутся деформированными, испытание считается недействительным. В этом случае испытание должно проводиться шариком меньшего диаметра.

Методика измерения диаметра отпечатка. Диаметр полученного отпечатка измеряют лупой или микроскопом в двух взаимно-перпендикулярных направлениях. Диаметр отпечатка определяется как среднее арифметическое из двух измерений. Разница измерений не должна превышать 2-х процентов. Точность измерения диаметров отпечатков при испытании шариками 10 и 5 мм должна быть не ниже 0.05 мм, а при испытании шариком диаметром 2.5 мм не ниже 0.01 мм.

Применяемая в данной работе лупа имеет шкалу, малое деление которой равно 0.1 мм, большое деление — 1 мм. Лупу нижней опорной частью необходимо плотно установить на поверхность образца над отпечатком. Если лупа не имеет специальной лампочки для освещения, вырез (окно) в нижней части лупы обратить к свету. Поворачивая окуляр лупы настроить резкость изображения. Необходимо, чтобы края отпечатка были четко очерчены.

Передвигая лупу, один край отпечатка совместить с началом шкалы лупы. Противоположный край отпечатка будет совпадать с делением шкалы, соответствующим диаметру отпечатка. Диаметр отпечатка необходимо измерить в двух взаимно перпендикулярных направлениях, а результат испытания усреднить.

Методика определения твердости образца. По имеющемуся диаметру отпечатка, известной нагрузке и диаметру шарика твердость НВ определяется по таблице, помещенной в аттестате, прилагаемом к лупе. Число твердости по Бринелю также может быть вычислено по формуле (4). В протоколе испытаний должны быть указаны нагрузки, диаметр шариков и продолжительность выдержки. Диаметры полученных отпечатков должны находиться в пределах от 0.2 до 0.6 диаметра шарика, в противном случае — испытание недействительно.