Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ПРАКТИКУМ 2011 / Занятие 6.doc
Скачиваний:
89
Добавлен:
08.06.2015
Размер:
355.84 Кб
Скачать

6. Измерение твердости металлов по методу роквелла

Цель занятия - овладеть теорией и практикой измерения твёрдости металлов по методу Роквелла, получить представление об использовании значений твёрдости для характеристики состояния и качества металла.

Задачи:

изучить теоретические и практические предпосылки к измерению твёрдости металлов (материалов). Очертить сферу применения результатов измерения твёрдости в практической деятельности;

изучить конструкцию прибора ТК-2М, широко применяемого на промышленных предприятиях для измерения твёрдости по методу Роквелла;

экспериментально освоить измерение твёрдости металлов на приборе ТК-2М;

приобрести навыки по самостоятельной оценке результатов измерений и формулированию выводов о состоянии и качестве исследованного металла.

6.1. Принцип определения твердости по методу роквелла

Твёрдость материалов по этому методу определяют путём вдавливания в поверхность изделия или образца стандартного наконечника под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок - предварительной Poи общейP, которая равна сумме предварительнойPoи основнойP1нагрузок:

P = Po + P1 . (6.1)

Условия измерения твёрдости определены в ГОСТ 23677-79 и по Роквеллу, в частности в ГОСТ 9013-59 [1, 2].

В зависимости от назначения испытаний могут применяться наконечники, в которых установлены алмазный конус с образующей при вершине 120оили стальной закалённый шарик, имеющий диаметр 1,588 мм (1/16 дюйма).

Твёрдость по Роквеллу выражают в единицах условной шкалы HRи вычисляют каклинейную функцию разности глубин, на которые последовательно вдавливают стандартный наконечник под действием предварительной нагрузки Po и основной P1 (рис. 6.1).За единицу твёрдости HR принята величина, соответствующая осевому перемещению наконечника на 0,002 мм.

Остаточную деформацию металла в зоне нагружения измеряют после снятия основной нагрузки P1при наличии действующей предварительной нагрузкиPo, величина которой составляет 10 кгс. Величина основной нагрузкиP1назначается в зависимости от применяемого наконечника и размеров испытуемого объекта.

Рис. 6.1. Схема внедрения наконечника

при испытании под действием

предварительной и основной нагрузок

Показания (числа твёрдости) снимают со шкалы индикатора часового типа, стрелка которого автоматически показывает результаты вычитания разности глубин (в миллиметрах), на которые вдавливается наконечник под действием двух последовательно приложенных нагрузок (предварительной и основной), из некоторой постоянной, в миллиметрах. Шкала индикатора имеет 100 делений, каждое из которых соответствует углублению наконечника на 0,002 мм.

Твёрдость по Роквеллу обозначают латинскими буквами HRс добавлением латинской буквы, определяющей условия, при которых проводилось испытание:

С - означает, что испытание проходило с применением алмазного конуса при нагрузке P1= 150 кгс;

А - испытание с использованием алмазного конуса при нагрузке 60 кгс;

В - испытание с применением стального шарика при нагрузке 100 кгс.

Запись результатов испытаний HRC60 - означает, что твёрдость 60 единиц замерена с применением алмазного конуса по шкале С при нагрузке 150 кгс. Практически на рабочих чертежах деталей машин и механизмов твёрдость указывают в виде интервала, напримерHRC56…58 илиHRC38…42, что связано с разбросом показаний за счёт попадания наконечника в области различных структурных составляющих металла (мартенсит + остаточный аустенит, феррит + перлит и др.) с различающимися значениями твёрдости.

Значение твёрдости при испытании алмазным конусом, выраженное числом делений условной шкалы С, можно вычислить по формуле

, (6.2)

где h- глубина внедрения наконечника в испытуемый металл под действием общей нагрузки, определяемая после снятия основной нагрузки, мм;

h1- глубина внедрения наконечника в испытуемый металл под действием предварительной нагрузки, мм;

с- постоянная величина, равная 0,002 мм.

При испытании стальным шариком число твёрдости по шкале В можно определить по формуле

, (6.3)

где h,h1иcимеют те же значения, что и в формуле (6.2).

Наблюдая показания индикатора прибора ТК-2М можно заметить, что после приложения основной нагрузки его стрелка движется в сторону, обратную возрастанию шкалы индикатора, т.е. против часовой стрелки. Это связано с принципом, заложенным в устройство измерения твёрдости: числа твёрдости возрастают с повышением твёрдости испытуемого металла;увеличение глубины отпечатка означает снижение твёрдости.

Индикатор твердомера имеет две шкалы: чёрную(наружную) для испытаний с использованием алмазного наконечника (независимо от величины основной нагрузки) икрасную(внутреннюю) для испытаний с применением шарикового наконечника при различных величинах основной нагрузки. Красная шкала смещена относительно чёрнойна 30 деленийв сторону, противоположную движению стрелки индикатора при внедрении наконечника. Нулевое деление чёрной шкалы совпадает с начальным положением стрелки. При этомначальным делением красной шкалы является 30-е деление на циферблате индикатора.

Для того чтобы вычислить глубину внедрения шарика в испытуемый образец, необходимо определить число его твёрдости. Предположим, это число равно HRB. Тогда глубина внедрения шарика будет равна

0,002 [100 - (HRB- 30)] = (130 -HRB) 0,002 мм (6.4)

Глубина внедрения алмаза, мм, также может быть вычислена, если известно число твёрдости HRCиспытуемого образца:

0,002 (100 - HRC) (6.5)

Смещение начального положения стрелки для красной шкалы на 30 делений сделано по той причине, что глубина вдавливания шарика часто превышает 0,2 мм и может достигать 0,26 мм, т.е. при реальном измерении твёрдости стрелка может совершать поворот более чем на 100 делений. Если бы не было этого смещения, то значительное количество чисел твёрдости для красной шкалы (при испытании шариком) могло бы получиться отрицательным. С учётом того, что глубина отпечатка при испытании шариком не бывает меньше 0,06 мм (следовательно, и перемещение стрелки по циферблату не бывает менее 30 делений), именно на эту величину и произведено смещение начального положения делений красной шкалы.

Рекомендации по применению шкал.

Шкалу "А" применяют для испытаний твёрдых сплавов или тонких листовых материалов, а также в тех случаях,когда требуется определить твёрдость тонкого верхнего слоя поверхности, например полученного путём цементации или по другой технологии химико-термической обработки (ХТО). Применение другой шкалы и более высокой нагрузки при испытании в этом случае невозможно, так как при нагрузке более 60 кгс наконечник разрушит упрочнённый слой, и фактически будет измеряться твёрдость мягкой матрицы, основного металла, а не упрочнённой поверхности детали, поэтому результаты измерения получатся заниженными.

Предельные числа твёрдости по шкале АотHRA 70 доHRA85.

Шкалу "С" применяют для определения твёрдости термически обработанных сталей и сплавов. Предельные числа твёрдости по шкалеСотHRC20 доHRC67. Этот диапазон имеет двойственное объяснение. С учётом исходной твёрдости стальных закалённых шариков, применяемых в наконечниках прибора (HRC65-66), применять их для измерения твёрдости закалённых сталей нельзя, они просто разрушатся! В то же время при испытаниях металла твёрдостью менееHRC20 алмаз слишком глубоко проникает в образец, результаты получаются недостаточно точными, так как погрешности формы наконечника увеличиваются к основанию.

Шкала "В" служит для испытаний металлов средней твёрдости. Схема испытаний по этой шкале представлена на рис. 6.2. Предельные числа твёрдости при измерении по шкалеВотHRB 25 доHRB100.

Здесь, как и в предыдущем случае, имеются обстоятельства, которые необходимо учитывать.

При испытаниях металлов, имеющих твёрдость менее HRB25, показания становятсянеправильнымипо двум причинам: пластическая деформация металла в большинстве случаев продолжается длительное время (выходит за рамки нормативов); кроме того, сильно возрастает площадь соприкосновения шарика с образцом. При твёрдости исследуемого металла вышеHRB100 шарик может деформироваться; кроме того, значение твёрдости становится неточным из-за малой глубины проникновения шарика в металл (менее 0,06 мм).

Специалисты не рекомендуют переводить числа твёрдости по Роквеллу в значения, определяемые по другим методикам (НВ, НVи др.), так как для этого нет общей достаточно точной методологии. Однако в отдельных частных случаях такие переводы допускаются (при наличии результатов сравнительных испытаний).

Рис. 6.2. Схема определения твёрдости по Роквеллу при испытании

стальным шариком (по шкале В)

Соседние файлы в папке ПРАКТИКУМ 2011