Цель работы: ознакомиться с приборами измерения твердости и методикой её определения на приборах Бринелля, Роквелла, Виккерса и ПМТ-3. Приобрести навыки измерения твердости сплавов на указанных приборах.
Оборудование: приборы Бринелля, Роквела, Виккерса и ПМТ-3. Объект исследования: образцы сталей, чугунов, цветных металлов после различной термической обработки.
Одним из методов испытания механических свойств металлов и сплавов является метод определения их твердости. Твердость - это свойство поверхностного свойства материала оказывающие сопротивление упругой и пластической деформации при местных контактных воздействиях со стороны другого более твердого тела. Известные методы определения твердости значительно отличаются друг от друга по форме применяемого индентора, условиям приложения нагрузки и способу расчета чисел твердости. Твердость можно измерять следующими способами:
Твердость определенная царапанием, характеризует сопротивление разрушению (для большинства материалов путем среза).
Твердость определенная по отскоку, характеризует упругие свойства металла. Твердость, определенная вдавливанием в испытываемый материал индентора-наконечника, изготовленного из более твердого материала (закаленная сталь, алмаз, твердый сплав), показывает сопротивление пластической деформации.
Наиболее распространенным является метод вдавливания, при котором твердость определяют по следующему принципу:
o по величине поверхности отпечатка от вдавливания стального шарика при испытании на прессе типа Бринелля;
o по глубине отпечатка при вдавливании алмазного конуса или стального шарика на приборе типа Роквелла;
o по величине поверхности отпечатка от вдавливания алмазной пирамиды при испытании на приборах типа Виккерса, ПМТ-3.
Во всех методах испытания на твердость очень важно правильно подготовить поверхностный слой образца. Он должен характеризовать материал, твёрдость которого необходимо определить. Всe поверхностные дефекты должны быть удалены. Чем меньше глубина вдавливания индентора, тем выше необходимая чистота поверхности.
Нагрузка должна прилагаться по оси вдавливаемого индентора перпендикулярно к испытываемой поверхности, поэтому её плоскость должна быть строго параллельна опорной поверхности.
Определение твердости по Бринеллю
Методика определения твердости на приборе Бринелля состоит в том, что в испытываемый образец "А" (рис.2) под определенной нагрузкой Р вдавливается стальной закалённый шарик диаметром 2,5; 5; 10 мм.
Рис. 2. Схема испытания на твердость по способу Бринелля.
Образец устанавливается на столике шлифованной поверхностью кверху. Поворотом вручную маховика по часовой стрелке столик с образцом поднимают до упора. Далее включают электродвигатель. Он перемещает коромысло и постепенно нагружает шток. Нагрузка действует в течение определенного времени (10-60с), после чего двигатель автоматически отключается, нагрузка снимается. Поворотом маховика против часовой стрелки опускают столик прибора, образец освобождается. В образце остается отпечаток со сферической поверхностью (лункой).
Число твердости по Бринеллю характеризуется отношением нагрузки к поверхности отпечатка и обозначается НВ:
Н - начальная буква слова Hardness - твердость;
В - начальная буква названия метода определения твердости Brinell.
Твердость выражается через формулу:
, ;
где, Р - нагрузка на шарик, кгс\
F - поверхность отпечатка, мм;
Д -диаметр вдавливаемого шарика, мм;
d - диаметр отпечатка, мм.
Диаметр отпечатка измеряют специальной лупой, на окуляре которой нанесена шкала с делениями, соответствующими десятым долям миллиметра (рис.3).
Рис.3. Отсчет по шкале лупы. Шкала лупы.
Чем меньше диаметр отпечатка, тем выше твердость испытываемого металла.
На приборе Бринелля испытывать можно только те материалы, твердость которых не превышает 450 НВ, так как при большей твердости стальной шарик При вдавливании будет деформироваться, и искажать результат. Чтобы при вдавливании шарика не происходило продавливания материала, толщина образца должна быть не менее десятикратной глубины отпечатка. Поэтому способ Бринелля не позволяет измерять твердость тонкого поверхностного слоя менее -1 мм.
Диаметр шарика, нагрузка и длительность выдержки под нагрузкой устанавливаются в зависимости от испытываемого материала, его твердости и толщины (таблица 1):