Тема 1.1 Строение и свойства материалов

Практическая работа 1

Ознакомление с методикой измерения твердости по роквеллу и бринелю

Цель работы: ознакомление студентов с методикой проведения испытаний на твердость Роквеллу и Бринелю

Порядок работы

1,. Ознакомиться с устройством и действием пресса.

2. Ознакомиться с проведением испытаний на твердость.

3. Составить отчет о работе.

4. Контрольные вопросы.

Оборудование, материалы и инструмент

Для проведения работы необходимы: пресс типа Бринеля; прибор типа Роквелла; установка для заточки образцов; лупа для измерения отпечатков; при­способление для проведения испытаний на приборах твердости(столики для ис­пытаний круглых и плоских образцов); набор отожженных или нормализован­ных стальных образцов (для испытаний на прессе типа Бринеля), закаленных из твердых сплавов (для испытаний на приборе типа Роквелла); набор сплавов цветных металлов; шлифовальная бумага и напильник; ГОСТы по определению твердости (9012-59, 9013-59).

Теоретические сведения

Твердостью называется свойство металла оказывать сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела. Не получающего остаточной деформации. Твердость тесно связана с такими основными характеристиками металлов и сплавов как прочность. Износоустойчивость и является важной характеристикой металла для выбора режущих инструментов (напильников, метчиков и т.д.). Часто по измеренной твердости металла судят о его способности сопротивляться износу. Например, чем тверже сталь, тем меньше она изнашивается и наоборот.

Имеется несколько методов определения твердости. Широкое распространение получили следующие из них:

- вдавливание шарика из твердой стали (метод Бринеля) ГОСТ 9012-59;

- вдавливание вершины алмазного конуса (метод Роквелла) ГОСТ 9013-59;

- давливание вершины алмазной пирамиды (метод Виккерса) ГОСТ 2999-59

Для измерения твердости применяются стационарные и переносные приборы.

Метод Раквелла отличается от метода Бринеля тем, что измеряется не диаметр отпечатка т.е. лунки, а его глубин. Чем больше глубина вдавливания, тем меньше твердость испытываемого образца.

Определение твердости металлов

Твердость по Роквеллу — число отвлеченное и выражается в условных единицах. В зависимости от того, чем и при какой «на­грузке производится испытание, т. е. но какой шкале А, В или С, число твердости обозначается HRA, HRB, HRC. Например, HRC 50 (твердость 50 по шкале С).

Описание и работа прибора

Общий вид и схема прибора типа Роквелла показаны на рис.1, а и б. На сменный столик 1 подъемного винта устанавливается: испытуемый образец или изделие. Подъем винта производится вращением штурвала 2. Приложение предварительной нагрузки 10 кг к испытуемому предмету производится при помощи (алмаз) 3.

При вращении штурвала 2 сжимается пружина 4 и шарик или алмаз начинает вдавливаться в испытываемый образец, а стрелки поворачиваются по циферблату индикатора. Штурвал 2 враща­ют до тех пор, пока маленькая стрелка 1 (рис. 2, а) на цифербла­те не дойдет до красной точки 2, а большая стрелка 3 циферблата установится при этом приблизительно в вертикальном положении (фиг. 43, б), чем создается предварительная нагрузка 10 кг. Инди­катор имеет кольцо, с двумя шкалами — черной С и красной В. Кольцо может вращаться, чем достигается совмещение нуля чер­ной шкалы с большой стрелкой (рис. 2, б). Совмещение большой стрелки циферблата с нулем черной шкалы со значком С произво­дится независимо от того, что вдавливается в испытываемый обра­зец— шарик или алмазный конус. Совмещение большой стрелки с нулем красной шкалы со значком В не производится ни в коем слу­чае.

Рычажная система 6 (рис. 1, б) является рычагом второго ро­да с соотношением плеч 1 : 20, поэтому действительный вес накла­дываемых грузов 7—9 в 20 раз меньше их условного веса. Постоян­ный груз 7 создает нагрузку 50 кг, если на постоянный груз 7 уста­новлен груз 8 (40кг), имеющий на торце красный круг, то создает­ся нагрузка 90 кг; если на постоянный груз 7 установлены грузы 8 и 9 (50 кг), то создается нагрузка 140 кг. Для приложения основ­ной нагрузки освобождают рукоятку 5, тогда рычажная система вместе с грузами плавно опускается и наконечник 3 вдавливается в испытываемый предмет. Плавное опускание рычага 6 достигает­ся при помощи масляного тормоза 10.

После приложения основной нагрузки, отмечаемой остановкой, движения стрелки индикатора (рис. 2, г), для исключения упру­гих деформаций прибора и испытываемого предмета прибор приво­дится в то состояние, которое он имел до приложения основной на­грузки, т. е. оставляют одну предварительную нагрузку. Для этого рукоятку 5 возвращают в исходное положение. Большая стрелка индикатора перемещается и останавливается, указывая на шкале число твердости по Роквеллу (рис. 2, д).

При испытании шариком отсчет производится по красной шка­ле и твердость обозначается HRB; при испытании алмазным кону--сом под нагрузкой 150 кг отсчет производится по черной шкале и обозначается HRC; при испытании алмазным конусом под нагруз­кой 60 кг отсчет производится по черной шкале и обозначается HRA. Каждое деление шкалы соответствует единице твердости и рав­но глубине вдавливания шарика или алмазного конуса на 0,002 мм.

Числа на циферблате расположены в направлении, противопо­ложном вращению стрелки, так, что глубина вдавливания обратно пропорциональна величине отсчета.

Это означает, что чем тверже материал, тем выше отсчет.

Для работы на приборе сначала необходимо подобрать нако­нечник, вставить его в отверстие шпинделя и закрепить установоч­ным винтом, после чего выбрать шорный столик соответственно конфигурации испытуемого образца или изделия и установить его в отверстие подъемного винта. Затем подвешивают груз соответст­венно выбранному наконечнику и шкале, по которой предполагает­ся вести испытание (по данным табл. 10.)

Таблица 1 - Выбор нагрузки и наконечника для испытаний

Обозначе-ние шкалы	Вид наконечника	Нагрузка в кг	Обозначе-ние твердости	Допускаемые пределы шкалы
В С А	Стальной шарик Алмазный конус то же	100 150 60	HRB HRC HRA	25—100 20—67 70—85

При испытании по шкале А никаких грузов на подвеску ус­танавливают, так как условный вес самой подвески равен 60 кг.

При испытании по шкале В на подвеску устанавливают груз, на котором обозначен условный вес 40 кг и нанесен красный круг.

При испытании по шкале С на подвеску добавляется еще одна груз с условным весом 50 кг, на котором нанесен черный круг, так что вся общая нагрузка равна 40 + 60 + 50= 150 кг.

Вращают штурвал, постепенно подводя испытываемую поверх­ность до соприкосновения с наконечником. После этого медленно вращают штурвал до тех пор, пока малая стрелка индикатора не совпадет с красной точкой на шкале, а большая стрелка не при­мет вертикального положения.

Отклонение от последнего может составлять ±5 делений.

В этом положении нагрузка 10 кг, создаваемая предварительно сжатой пружиной, будет приложена полностью. Если столик с об­разцом был случайно поднят слишком высоко, и малая стрелка ин­дикатора перешла за красную точку, необходимо выбрать на испы­туемой поверхности другую точку и начать испытание сначала. Затем повернуть ободок индикатора до тех пор, пока ноль черной шкалы (или деление ВЗО красной шкалы) не совпадет с большой стрелкой.

Основной «грузовой рычаг освобождают, нажимая слегка (толч­ком правого большого пальца) на рукоятку, находящуюся с пра­вой стороны прибора, при этом рычаг медленно опускается и на­гружает наконечник общей нагрузкой.

Отсчет производится после снятия основной нагрузки возвра­щением пусковой рукоятки в начальное положение при резком замедлении перемещении наконечника, что видно по движению стрелки индикатора.

Время выдержки под общей нагрузкой должно быть минимальным и не превышать 1 с.

Таблица 2 – Определение чисел твердости НВ по ГОСТ 9012-59

Диаметр отпечатка d10, или 2d5 или 4d2,5	Число твердости по Бринелю при нагрузке Р (кГ), равной			Диаметр отпечат-ка d10, или 2d5 или 4d2,5	Число твердости по Бринелю при нагрузке Р, кг, равной
	30D2	10D2	2.5D2		30D2	10D2	2,5 D2
4,44	184	61,2	15,3	4,79	156	52,1	13,0
4,45	183	60,9	15,2	4,80	156	51,9	13,0
4,46	182	60,6	15,2	4,81	155	51,7	12,9
4,47	181	60,4	15,1	4,82	154	51,4	12,9
4,48	ISO	60,1	15,0	4,83	154	51,2	12,8
4,49	179	59,8	15,0	4,84	153	51,0	12,8
4,50	179	59,5	14,9	4,85	152	50,7	12,7
4,51	178	59,2	14 8	4,86	152	50,5	12,6
4,52	177	59,0	14,7	4,87	151	50,3	12,6
4,53	176	58,7	14,7	4,88	150	50,1	12,5
4,54	175	58,4	14,6	4,89	150	49,8	12,5
4,55	174	58,1	14,5	4,90	149	49,6	12,4
4,56	174	57,9	14,5	4,91	148	49,4	12,4
4,57	173	57,6	14,4	4,92	148	49,2	12,3
4,58	172	57,3	14,3	4,93	147	49,0	12,3
4,59	171	57,1	14,3	4,94	146	48,8	12,2
4,60	170	56,8	14,2	4,95	146	48,6	12,2
4,61	170	56,5	14,1	4,96	145	48,4	12,1
4,62	169	56,3	14,1	4,97	144	48,1	12,0
4,63	168	56,0	14,0	4,98	144	47,9	12,0
4,64	167	55,8	13,9	4,99	143	47,7	11,9
4,65	167	55,5	13 9	5,00	143	47,5	11,9
4,66	166	55,3	13,8	5,01	142	47,3	11,8
4 67	165	55,0	13,8	5,02	141	47,1	11,8
4,68	164	54,8	13,7	5,03	141	46,9	П,7
5,04	140	46,7	11,7	5,39	121	40,4	Ю,1
5,05	140	46,5	11,6	5,40	121	40,2	10,1
5 06	139	46,3	11,6	5,41	120	40,0	10,0
5,07	138	46,1	11,5	5,42	120	39,9	9,97
5,08	138	45,9	11,5	5,43	119	39,7	9,94
5', 09	137	45,7	11,4	5,44	119	39,6	9,90
5,10	137	45,5	Н,4	5,45	118	39,4	9,86
5,П	136	45,3	11,3	5,46	118	39,2	9,82
5,12	135	45,1	11,3	5,47	117	39,1	9,78
5,13	135	45,0	11,3	5,48	117	38,9	9,73
5,14	134	44,8	11,2	5,49	116	38,8	9,70
5, 15	134	44,6	4 2	5,50	116	38,6	9,66
5,16	133	44,4	4,0	5,51	115	38,5	9,62
5,17	133	44,2	4,1	5,52	115	38,3	9,58
5,18	132	44,0	4,3	5,53	114	38,2	9,54
5,19	132	43,8	11,0	5,54	114	38,0	9,50
5,20	131	43,7	10,9	5,55	114	37,9	9,46
5,21	130	43,5	10,9	5,56	ИЗ	37,7	9,43
5,22	130	43,3	10,8	5,57	113	37,6	9,38