Соотношение диаметров шарика и нагрузки при испытании металлов по методу Бринелля

Материал	Число твердости	Толщина образца, мм	Диаметр шарика, мм	Нагрузка, кгс	Выдержка под нагрузкой, сек
Черные металлы	140–450	Более 6 От 6 до 3 Менее 3	10 5 2,5	3000 750 187,5	10
Черные металлы	До 140	Более 6 От 6 до 3 Менее 3	10 5 2,5	3000 750 187,5	30
Цветные металлы и сплавы (медь, латунь, бронза, магниевые сплавы и др.)	31,8–130	Более 6 От 6 до 3 Менее 3	10 5 2,5	1000 250 62,5	30
Цветные металлы и сплавы (алюминий, подшипниковые сплавы и др.)	3–35	Более 6 От 6 до 3 Менее 3	10 5 2,5	250 62,5 15,6	60

Измерение твердости вдавливанием стального шарика не является универсальным способом. Этот способ не позволяет: а) испытывать материал с твердостью более НВ450; б) измерять твердость тонкого поверхностного слоя (толщиной менее 1–2 мм), так как стальной шарик продавливает этот слой.

Таблица 3

Твердость по Бринеллю

Диаметр отпечатка, мм d10, или 2d5, или 4d2,5		Число твердости при нагрузке Р, кгс						Диаметр отпечатка, мм d10, или 2d5, или 4d2,5	Число твердости при нагрузке Р, кгс
		30D2		10D2		2,5D2			30D2	10D2	2,5D2
2,0		945		315		78,8		3,6	285	95	23,7
2,1		856		285		71,4		3,7	269	89	22,4
2,2		780		260		65,0		3,8	255	85	21,2
2,3		712		237		59,4		3,9	241	80	20,0
2,4		653		218		54,4		4,0	229	76	19,1
2,5	601		200		50,2		4,1		217	72	18,0
2,6	555		185		46,3		4,2		207	69	17,2
2,7	514		171		42,9		4,3		197	65	16,4
2,8	477		159		39,8		4,4		187	62	15,5
2,9	444		148		37,9		4,5		179	59	14,9
3,0	415		138		34,6		4,6		170	57	14,2
3,1	388		129		32,3		4,7		163	54	13,6
3,2	363		121		30,3		4,8		156	52	13,0
3,3	341		114		28,5		4,9		149	50	12,4
3,4	321		107		26,7		5,0		143	47	12,4
3,5	302		101		25,2		5,1		137	45	11,4

Практика определения твердости по Бринеллю

1. Пользуясь табл. 2 для заданного образца определить диаметр шарика, величину нагрузки Р и время выдержки образца под нагрузкой.

2. Закрепить шарик в держателе 15 (рис. 11).

3. Установить необходимую нагрузку Р на приборе. Минимальная нагрузка 187,5 кгс обеспечивается только массой подвески и рычажной системы.

4. Перемещением чашки 8 (см. рис. 11) по отношению шкалы, расположенной на станине прибора, установить время выдержки образца под нагрузкой.

5. Установить испытуемый образец на столик 14 так чтобы центр отпечатка располагался от края образца и от центра соседнего отпечатка на расстоянии не менее двух диаметров шарика.

Рис. 11. Схема пресса Бринелля:

1 – станина; 2 – рычаг большой; 3 – микропереключатель; 4 – подвеска;

5 – грузы; 6 – шатун; 7 – кривошип; 8 – чашка; 9 – червячная пара;

10 – электродвигатель; 11 – кнопка пусковая; 12 – маховик; 13 – контактная группа;

14 – стол сменный; 15 – держатель шариковой оправки; 16 – ограничитель;

17 – втулка шпинделя; 18 – шпиндель; 19 – лампа сигнальная.

6. Подвести образец к шарику, вращая маховик 12 до упора в ограничитель 16.

7. Нажатием кнопки 11 включить электродвигатель 10, который через червячный редуктор 9, кривошип 7, шатун 6 отведет вниз рычаг 2 и соединенную с ним подвеску 4 с грузами 5. Тогда нагрузка через систему рычагов, шпиндель 18 и втулку сообщается шариковому наконечнику. Этот момент фиксируется загоранием лампочки. После соответствующей выдержки груза вращение электродвигателя автоматически переключается на обратное и нагрузка с образца снимается. Когда подвеска с грузами достигнет, исходного положения, автоматически выключается электродвигатель.

8. Отвести столик прибора с образцом от шарика вращением маховика 12 против часовой стрелки.

9. Снять образец и с помощью микроскопа измерить диаметр отпечатка в двух взаимно-перпендикулярных направлениях. Значение диаметра отпечатка принимается как среднее арифметическое из указанных двух измерений.

10. По измеренному диаметру отпечатка, известной нагрузке и диаметру шарика определить твердость по Бринеллю НВ по табл. 3.

Определение твердости по Роквеллу. Определение твердости на приборах типа ТК осуществляется вдавливанием алмазного конуса или стального шарика (метод Роквелла) с определением твердости по глубине получаемого отпечатка.

При измерении твердости металлов по Роквеллу (ГОСТ 9013-59) наконечник стандартного типа – алмазный конус или стальной шарик вдавливается в испытуемый образец или изделие под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок – предварительно Р₀ и основной Р₁ нагрузок (рис. 12).

Рис. 12. Испытание металла на твердость по Роквеллу

Твердость по Роквеллу измеряется в условных единицах. За единицу твердости принята величина, соответствующая осевому перемещению наконечника на 0,002 мм.

Числа твердости по Роквеллу НR выражаются формулами (5): при измерении по шкалам А и С:

HR = 100 – e (5)

при измерений по шкале В:

HR = 130 – e

Величина е определяется по формуле (6):

(6)

где h₀ – глубина внедрения наконечника в испытуемый образец под действием нагрузки P₀; h – глубина внедрения наконечника в испытуемый образец под действием общей нагрузки Р, измеренной после снятия основной нагрузки Р₁ и оставленной предварительной нагрузки Р₀.

Твердость по шкале С измеряется вдавливанием в испытуемый образец алмазного конического наконечника под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок:

Р = 10 + 140 = 150 кгс.

Например, HRC 60 означает, что твердость материала составляет 60 единиц по Роквеллу по шкале С с нагрузкой 150 кгс.

При измерении твердости алмазным конусом с общей нагрузкой 60 кгс значение твердости также характеризуется цифрой, указываемой стрелкой на черной совмещенной шкале С циферблата, но обозначается НRА. Например, НRА 82 означает, что твердость материала составляет 82 единицы с нагрузкой 60 кгс при вдавливании алмазного конуса. При измерении по шкале А:

Р = 10 + 50 = 60 кгс.

Числа НRА можно перевести на числа НRС по формуле (7):

НRС = 2 НRА – 104. (7)

Твердость по красной шкале В измеряется вдавливанием в испытуемый образец стального шарика 1/16" (1,588 мм) под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок:

Р = 10 + 90 = 100 кгc.

Твердость обозначается НRВ. Например, НRВ 90 означает, что твердость материала составляет 90 единиц с нагрузкой 100 кгс при вдавливании стального шарика.

Пределы измерения твердости по указанным шкалам приведены в

табл. 4.

Таблица 4