Лабораторная работа №2.

Тема:Определение твердости металлов.

Задачи работы.

Ознакомиться с устройством приборов Бринелля и Роквелла и овладеть методикой определения твердости металлов.,определить влияние содержания углерода на твердость отожженной углеродистой стали

Теоретические сведения.

Твердостью называют свойство металла оказывать сопротивление проникновению в него другого более твердого тела,не получающего при этом остаточной деформации.Твердость металлов чаще определяют одним из двух методов: Бринелля или Роквелла.Эти методы отличаются простотой,возможностью применять их на готовом изделии без его разрушения.

Метод Бринелля основан на том,что в металл под нагрузкой вдавливают закаленный стальной шарик определенного диаметра D,мм (рис.2) и по величине

диаметра шарового отпечатка d судят

о его твердости.Твердость по Бринеллю

(НВ) определяется из выражения

НВ=Р/F

где Р-нагрузка,кН (кгс ).,

F-площадь поверхности шарового

отпечатка,мм²

Выразив площадь поверхности отпечатка

через диаметр шарика и диаметр отпечатка

получаем формулу

НВ=2Р/πD(D-√D²-d²

Нагрузка Р,диаметр шарика D и продолжительность выдержки шарика под нагрузкой выбираются по таблице 1.

Таблица 1.Зависимость диаметра шарика и нагрузки от твердости и толщины

испытываемого образца.

Рис.2.Схема прибора Бринелля.

Прибор Бринелля имеет станину 1.Испытуемый образец устанавливают на предметный столик 4.Вращая маховик 3,винтом 2 поднимают образец до соприкосновения его с шариком 5 и далее до полного сжатия пружины 6.

Пружина создает предварительную нагрузку на шарик,равную 1 кН (100 кгс),что обеспечивает устойчивое положение образца во время нагружения.После этого включают электродвигатель 13 и через червячную передачу редуктора,шатун 11 и систему рычагов 8,9 с грузами 10 создают заданную полную нагрузку на шарик.На испытуемом образце получается шаровой отпечаток.После разгрузки прибора образец снимают и определяют диаметр отпечатка специальной лупой.За расчетный диаметр отпечатка принимают среднее арифметическое значение измерений в двух взаимно перпендикулярных направлениях.По диаметру отпечатка в таблице справочника при шарике диаметром 10 мм и нагрузке 30 кН (3000 кгс ) находят соответствующее число твердости НВ и записывают,например,НВ 302.Твердость,измеренная по методу Бринелля для ряда металлов,связана эмпирической зависимостью с пределом их прочности при растяжении Gв.Для кованной и катанной углеродистой стали Gв=0,36НВ,для легированных сталей Gв=(0,33-0,35)НВ,для стального литья Gв=(0,3-0,4)НВ.

К недостаткам метода Бринелля необходимо отнести невозможность испытания металлов,имеющих твердость более НВ450,или толщину менее 2мм,остаточные следы деформации на поверхности изделия.При испытании металлов с твердостью НВ450 возможна деформация шарика,вследствие чего результаты будут неточными.

Метод Роквелла основан на том,что в испытуемый образец вдавливается алмазный конус с углом при вершине 120ºС или реже закаленный стальной шарик диаметром 1,59 мм.Алмазный конус используют для твердых металлов,а шарик- для мягких.Алмазный конус или шарик вдавливают в испытуемый образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок-предварительной Ро,равной 0,1 кН (10 кгс ),и основной Р1.

При вдавливании алмаза к нему прилагается общая нагрузка Р,равная 0,6 кН (60 кгс) или 1,5 кН (150 кгс ),а при вдавливании шарика -1 кН (100 кгс ).Соответственно этим нагрузкам на индикаторе прибора имеются шкалы: черные А и С и красная В.Шкалой А пользуются при измерении твердости изделий с очень твердым поверхностным слоем,полученным посредством химико-термической обработки,а также твердых сплавов с твердостью до НRС67.Шкалой В пользуются при измерении твердости незакаленных сталей,цветных металлов и сплавов,имеющих твердость до НRВ100.Числа твердости по Роквеллу НR измеряются в условных единицах и определяются по формулам:

НRС=100-h-hо/0,002

при вдавливании алмазного конуса

НRВ=130-h-h0/0,002

при вдавливании шарика

где 100- число черных делений шкалы С циферблата индикатора прибора.,

130-число красных делений шкалы В.,

hо-глубина внедрения алмаза (шарика ),мм,под действием предваритель-

ной нагрузки.,

h-глубина внедрения алмаза (шарика),мм,под действием общей нагрузки.

Рис.3.Схема прибора Роквелла.

Чтобы получить у мягкого металла на приборе малую твердость,а у твердого металла-высокую твердость,полученное число делений (h-hо/0,002) вычитается из общего числа делений 100 для шкалы С или из 130 для шкалы В.

Хорошо зачищенный испытуемый образец устанавливают на предметный столик 2.Затем вращением штурвала 1 по часовой стрелке поднимают образец до соприкосновения с алмазом или шариком 3.При дальнейшем вращении штурвала начинают перемещаться малая и большая стрелки циферблата индикатора 4 и создается предварительная нагрузка,равная 0,1 кН (10 кгс),препятствующая смещению образца во время испытания.Когда малая стрелка совместится с красной точкой,нанесенной на циферблат,вращение штурвала следует прекратить.После этого циферблат индикатора поворачивают так,чтобы нулевое деление черной шкалы С стало против конца большей стрелки и соответственно против 30 деления красной шкалы В.Красная шкала В смещена относительно нулевого деления черной шкалы С на 30 делений,так как при испытании шариком большая стрелка может поворачиваться более чем на 100 делений.Поворотом рукоятки 5,расположенной с правой стороны прибора,в направлении от себя или включением электрического привода посредством грузов 7 создают основную нагрузку Р1 на алмаз (шарик).Благодоря масляному демпферу 6 грузы плавно опускаются,алмаз (шарик) вдавливается в металл,а большая стрелка циферблата поворачивается влево,в сторону уменьшения числовых значений твердости.После остановки большой стрелки через 1-3с поворотом рукоятки 5 в направлении на себя,а у электрического прибора автоматически,снимается основная нагрузка.При этом большая стрелка поворачивается в обратном направлении и останавливается против деления,показывающего значение твердости испытуемого металла.

За число твердости принимают среднее арифметическое значение,полученное при трех испытаниях.

Метод Роквелла отличается простотой и высокой производительностью,обеспечивает сохранение качественной поверхности после испытаний,позволяет испытывать металлы и сплавы как низкой,так и высокой твердости,при толщине изделия (слоя ) до 0,8 мм.Этот метод не рекомендуется применять для сплавов с неоднородной структурой (чугуны серые,ковкие и высокопрочные ).

Порядок выполнения работы:

1.Ознакомиться с устройством приборов Бринелля и Роквелла и методикой измерения твердости.

2.Измерить твердость отожженных сталей марок 30,60 и У10 на приборе Бринелля со стальным шариком диаметром 10 мм при нагрузке 30 кН (3000 кгс ).

3.Измерить твердость отожженных сталей марок 30,60 и У8 на приборе Роквелла со стальным шариком диаметром 1,59 мм при нагрузке 1 кН (100 кгс).

4.Результаты измерений твердости сталей внести в протокол испытаний.

5.Построить график зависимости твердости стали от содержания в ней углерода.

Содержание отчета:

В отчет необходимо включить понятие о твердости,области применения приборов,преимущества и недостатки определения твердости по Бринеллю и по Роквеллу.,схему прибора для определения твердости.,протокол результатов испытаний.,график зависимости твердости от содержания углерода в стали.В выводах указать факторы,влияющие на твердость стали,объяснить полученный график.

Контрольные вопросы:

1.Что такое твердость стали?

2.В чем сущность определения твердости методом Бринелля?

3.В чем сущность определения твердости методом Роквелла?

4.Недостатки метода Бринелля?