2. Методические указания.

1. Теоретические сведения.

Твердостью называется свойство материала сопротивляться вдавливанию в него другого, более твердого тела.

Испытания на твердость относятся к статическим, достаточно просты и не разрушают изделия.

Существует несколько методов определения твердости.

Н аибольшее распространение получили классические – метод Бринелля (вдавливание в образец закаленного шарика), метод Роквелла (вдавливание в образец алмазного конуса или закаленного шарика), метод Виккерса (вдавливание алмазной пирамиды); современные методы широко применяемые в производстве – это ультразвуковой и динамический метод (по Шору - шарик бросают на поверхность с заданной высоты, он отскакивает на определенную величину. Чем больше величина отскока, тем тверже материал).

Рис. 1 Методы измерения твердости: а)Бринелля, б)Роквелла, в)Виккерса.

2.2.1 Метод Бринелля:

Испытание проводят на твердомере Бринелля (рис. 2)

Рис. 2 Кинематическая схема прибора Бринелля типа ТШ.

1 – Сигнальная лампочка;	8 – лимб;	15 – шатун;
2 – Винт	9 – рукоятка лимба;	16 – кривошипный вал;
3 – Держатель;	10 – маховик;	17 – электродвигатель;
4 – ограничитель;	11 – подвеска;	18 – червячный редуктор;
5 – образец;	12 – сменные грузы;	19,21 – шпиндель;
6 – столик;	13 – рычажная система;	20 – пружина;
7 – кнопка пуска;	14 – ролик;	22 – шариковый наконечник.

В качестве индентора используется стальной закаленный шарик диаметром D 2,5; 5; 10 мм, в зависимости от толщины изделия.

Нагрузка Р, в зависимости от диаметра шарика и измеряемой твердости: для термически обработанной стали и чугуна – , литой бронзы и латуни – , алюминия и других очень мягких металлов – .

Продолжительность выдержки : для стали и чугуна – 10 с, для латуни и бронзы – 30 с.

Перед испытанием на твердомере (рис. 2) в держатель 3 винтом 2 за­крепляют шариковый наконечник и устанавливают необ­ходимую нагрузку Р. Нагрузка создается рычажной си­стемой 13, подвеской 11 и сменными грузами 12. В зави­симости от формы испытуемого образца подбирают опор­ный столик 6. Твердость плоских образцов определяют на плоском столике, а цилиндрических — на призматиче­ском. Маховиком 10 подводят образец к шарику до упо­ра в ограничитель 4, при отсутствии последнего — до сжатия пружины 20. Нажатием кнопки 7 включается электродвигатель 17, который через червячный редук­тор 18, кривошипный вал 16 и шатун 15 отводит вниз ролик 14. При этом действие нагрузки Р через систему рычагов 13 и шпиндель 21 сообщается шариковому нако­нечнику 22. Этот момент фиксируется загоранием лам­почки 1.

После соответствующей выдержки испытуемого об­разца под действием нагрузки Р происходит автомати­ческое переключение электродвигателя: ролик 14 пере­мещается вверх, возвращает рычаги 13 в исходное поло­жение, электродвигатель автоматически выключается, лампочка гаснет. Столик прибора опускают маховиком 10, образец снимают и замеряют полученный отпечаток специальной лупой, имеющей шкалу с ценой деления 0,1 мм в двух взаимно перпендикулярных направ­лениях. Среднее значение диаметра используется для расчета твердости НВ (МПа) по формуле(1).

Чтобы избежать длительных вычислений твердости каждого образца, на практике пользуются таблицей, в которой указана твердость образца при его испытании наконечником с диаметром шарика 10 мм под нагрузкой 30 000 Н. Один образец испытывают дважды.

Твердость определяется как отношение приложенной нагрузки Р к сферической поверхности отпечатка F:

. (1)

Стандартными условиями являются D = 10 мм; Р = 3000 кгс;  = 10с.

Между твердостью по Бринеллю и пределом прочности при растяжении существует зависимость: для углеродистых и низколегированных сталей ; для серых чугунов .