15.2 Випробування вуглецевої сталі на твердість
Мета роботи: ознайомлення з методами визначення твердості вуглецевої сталі за способом Роквелла та способом Роквелла і практичне його виконання.
Прилади та обладнання: прес Бринелля, лічильний мікроскоп, прес Роквелла, наждачний папір.
Найбільш поширені наступні способи визначення твердості металів: вдавлювання сталевої кульки з визначенням твердості за діаметром відбитка (спосіб Бринеля) та вдавлювання алмазного конуса або сталевої кульки з визначенням твердості за глибиною відбитка (спосіб Роквелла). Число твердості за Бринелем позначають знаком НВ, за Роквеллом HR.
15.2.1 Спосіб Бринеля. Твердість металів за способом Бринеля визначають вдавлюванням сталевої кульки певного діаметра у випробуваний метал протягом певного часу, як це показано на рис 15.1.
Число твердості за Бринелем (НВ) визначають як середній тиск на сферичній поверхні відбитка кульки та обчислюють в МПа (кгс/см2) за формулою 15.2.
, (15.1)
де P – навантаження на кульку,
НВ (кгс);
d – діаметр відбитка, мм.
1
– кулька сталева; 2 – зразок сталі Рисунок
15.1 – Схем випробування сталі на твердість
за методом Бринеля
Преси Бринеля бувають двох видів: гідравлічні (масляні) та важільні.
Перед початком випробувань на пресі Бринеля встановлюють вантажі та кульку. Підбором вантажів можна одержати навантаження в 188,5; 250; 500; 750; 1000 та 3000 кгс.
Діаметр кульки та величину навантаження встановлюють в залежності від твердості металу за табл. 15.2.
Якщо після одержання відбитка бічні або нижній боки зразка виявляться деформованими, випробування вважають недійсним. Його повторюють, використовуючи кульку меншого діаметра та встановлюючи відповідне навантаження.
Діаметри одержаних відбитків мають знаходитися в межах 0,2D < d < 0,6D. Якщо вказані границі не додержані, випробування вважається недійсним. Центр відбитка має знаходитися від краю зразка на відстані не менш 2,5D кульки, а від центра сусіднього відбитка – не менш 4,0 D кульки.
Діаметр відбитка вимірюють за допомогою лічильного мікроскопа у двох взаємно перпендикулярних напрямках та визначають його як середнє арифметичне з двох вимірювань: різниця вимірювань не повинна перевищувати 2 %.
Твердість НВ зразка визначають за формулою 15.1 або за спеціальними таблицями (Воробьев В.А. Лабораторный практикум по общему курсу строительных матеріалів. – Киев: Выща шк., 1978, табл. 37 з урахуванням діаметра відбитка, величини навантаження та діаметра кульки.
Результати визначення твердості металу записують до лабораторного журналу на прикладі табл. 15.2.
Таблиця 15.2 – Визначення твердості вуглецевої сталі за методом Бринеля
|
Показники |
Розмірність |
Результат | ||
|
І |
ІІ |
ІІІ | ||
|
Товщина зразка Діаметр кульки (D) Навантаження на кульку (для чорних металів К=30) Тривалість витримки від навантаженням Діаметр відбитка (d), Число твердості за розрахунковою формулою Число твердості за таблицею з ГОСТ 9012 (Воробьев В.А. Лабораторный практикум по общему курсу строительных материалов, - М.: - 1978,табл. 37) |
мм мм кгс с мм кгс/мм2 кгс/мм2 |
|
|
|
Форма звіту: лаборатний журнал.
15.2.2 Спосіб Роквелла. При визначенні твердості металів за Роквеллом (рис. 15.3) у випробуваний зразок вдавлюють алмазний конус або сталеву кульку під дією двох послідовно прикладених навантажень – попереднього в 10 кгс та загального (попередній та основний) в 60, 100 та 150 кгс. Діаметр кульки має бути 1,588 мм. Алмазний конус має твірний кут в 120 та закруглену вершину з радіусом закруглення r = 0,2 мм.
1 – конус алмазний;
2 – зразок сталі Рисунок
15.3 – Схема випробування сталі на
твердість за методом Роквелла
Твердість за Роквеллом (НR) вимірюють за шкалами А, В та С (показати на приладі) в умовних одиницях. За одиницю твердості прийнята величина, відповідна осьовому переміщенню накінцівника на 0,002 мм.
НR = 100 - l – за шкалами А та С;
НR = 130 - l – за шкалою В;
Величину l визначають за формулою 15.2.
l
, (15.2)
де h – глибина проникнення конуса (кульки) до металу після загального навантаження, мм;
h1 – глибина проникнення конуса (кульки) до металу після попереднього навантаження, мм.
Число твердості за Роквеллом – абстрактне, позначають його знаком НR з додаванням шкали (А, В, С), за якою здійснювалось випробування (наприклад, НRА, НRВ, НRС). Вибір шкали, за якою випробують метал, залежить від його твердості. При очікуваній твердості металу в границях від 25 до 100 за Роквеллом вживають шкалу В; випробування здійснюють із сталевою кулькою при навантаженні 100 кгс. Якщо очікувана твердість металу знаходиться в границях від 20 до 67 за Роквеллом, то вживають шкалу С; випробують його під навантаженням 150 кгс. При очікуваній твердості металу 70–85 вживають шкалу А, використовуючи алмазний конус при навантаженні 60 кгс. Попереднє та загальне навантаження слід прикладати до зразка плавно, без поштовхів та ударів, нормально до поверхні зразка.
Перед випробуванням поверхню зразка у разі необхідності зачищують наждачним папером, напилком з дрібною насічкою або дрібнозернистим наждачним кругом. Результати відлічують у цілих поділках шкали після зняття основного навантаження; попереднє навантаження залишається прикладеним.
Відстань центра відбитка до краю зразка або від центра іншого відбитка при випробуванні має бути не менш 3,0 мм. Показники твердості за Роквеллом приблизно можна перевести на числа твердості за Бринелем за спеціальною таблицею співвідношення чисел твердості, складеною на основі експериментальних даних.
Результати визначення твердості металу за методом Роквелла заносять до табл. 15.3.
Таблиця 15.3 – Визначення твердості вуглецевої сталі за методом Роквелла
|
Показники |
Розмірність |
Результат | ||
|
І |
ІІ |
ІІІ | ||
|
Діаметр сталевої кульки Попереднє навантаження (Р0) Загальне навантаження (Р) Показник за шкалою В Число твердості за Роквеллом Число твердості за таблицею 37 (Воробьев В.А. Лабораторный практикум по общему курсу строительных материалов, М., 1978) |
мм кгс кгс
кгс/мм2 кгс/мм2
|
|
|
|