Лабораторная работа № 4 определение твёрдости материала

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение метода Бринелля испытания материала на твёрдость; определение твёрдости стали и установление по числу твёрдости предела прочности.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Твёрдостью называется способность материала сопротивляться местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твёрдого тела меньших размеров. Форма внедряемого тела (индентора), а также способ внедрения (вдавливание, царапание, удар) зависят от используемого материала и метода. В месте испытания исследуемому материалу сообщается некоторая пластическая деформация, следовательно, твёрдость материала должна быть связана с его механическими характеристиками. Действительно, существует довольно устойчивая, вполне определённая для каждого материала, зависимость между характеристиками твёрдости и прочности. Этим объясняется широкое распространение в технике испытаний на твёрдость, позволяющих ориентировочно оценить прочностные свойства материала. Такие испытания не требуют изготовления специальных образцов и могут проводиться на готовых изделиях без их повреждения, характеризуются малой трудоёмкостью и сравнительной простотой используемого оборудования.

Наибольшее применение получили следующие методы: статическое вдавливание стального шарика (Бринелль), алмазных конусов (Роквелл) или пирамиды (Виккерс), упругая отдача падающего бойка (Шор), царапание алмазным конусом.

Одним из основных методов определения твёрдости материалов является метод Бринелля. Сущность его заключается в том, что в отшлифованную поверхность образца или изделия вдавливается силой F стальной закалённый шарик определённого диаметра D (рис. 4.1). Диаметр шарика выбирается в зависимости от толщины δ исследуемого металла:

при δ > 6 мм D = 10 мм,

при δ = 3 – 6 мм D = 5 мм,

при δ < 3 мм D = 2,5 мм.

Шарик выдерживается под нагрузкой F в течение определённого времени (для чёрных металлов – 30 с), в результате чего на поверхности остаётся отпечаток (лунка) диаметром d.

Отношение нагрузки F в кгс*⁾ к площади поверхности отпечатка А в квадратных миллиметрах называется числом твёрдости по Бринеллю:

. (4.1)

Площадь поверхности отпечатка вычисляется по формуле:

(4.2)

_______________________________________________________

*⁾ Килограмм-сила – не входящая в систему СИ единица измерения силы, сохраняемая в истолковании смысла числа твёрдости по Бринеллю.

Нагрузка F в кгс для чёрных металлов определяется из условия F = 30 D ²; для цветных металлов F = 10 D ², где D – в мм.

Зная число твёрдости по Бринеллю, можно вычислить приближённое значение предела прочности материала. Например, для стали:

, (4.3)

где _в – в МПа.

М

F

етод Бринелля применим для материалов, твёрдость которыхН_В не выше 500, так как при вдавливании в очень твёрдый материал сам шарик может заметно деформироваться, что искажает результат.

D

d

Рис. 4.1. Принципиальная схема испытания по определению твёрдости по Бринеллю

Для проведения испытаний по методу Бринелля используют специальный ручной пресс.