Методичка по Материаловедению Теперь и в ПДФ

23

чатка 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 – предварительной Р0 и общей Р, которая равна сумме предварительной 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:

при измерений по шкале В:

HR = 130 – e

Величина е определяется по формуле (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):

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.

25

Таблица 4

Пределы измерения твердости

Правильность показания прибора контролируется эталонным бруском. Числа твердости по Роквеллу можно перевести в числа твердости по Бринеллю пользуясь специальной таблицей (прил. 1).

Расстояние от центра отпечатка до края образца или до центра другого отпечатка должно быть не менее 1,5 мм при вдавливании конуса и 4 мм при вдавливании шарика. Толщина образца должна быть не менее 10-кратной глубины отпечатка.

Твердость следует измерять не менее чем в трех точках (особенно алмазным конусом), для расчета лучше принимать среднее значение результатов второго и третьего измерения, образец для измерений должен иметь тщательно отшлифованную плоскую поверхность и противоположная поверхность должна быть параллельной, ровной и зачищенной.

Практика определения твердости по Роквеллу

1.Пользуясь табл. 4 для заданного образца выбрать нужную шкалу твердости и установить соответственно сменный груз 11 (рис. 13).

2.Установить в шпиндель 8 выбранный наконечник и закрепить его винтом.

3.В зависимости от размеров и формы изделия выбрать и закрепить столик 6.

4.Установить приготовленный испытуемый образец на столик.

5.Вращением маховика 4 приблизить образец к наконечнику и, продолжая плавное вращение маховика, вдавливать наконечник в по-

26

верхность до тех пор, пока малая стрелка установится против красной точки. Это означает, что наконечник вдавился в образец под действием предварительной нагрузки, равной 10 кгс. Предварительное нагружение проводят для того, чтобы исключить влияние упругой деформации и различной степени шероховатости поверхности образца на результаты измерения.

6.Для точности измерений установить с помощью барабана индикатора 3 цифру 0 на черной шкале против большой стрелки, отклонение которой от вертикали допускается в пределах ±5 единиц шкалы.

7.Сообщить наконечнику основную нагрузку нажатием клавиши 2. Приведение в действие основной нагрузки осуществляется с помощью привода от электродвигателя, работавшего непрерывно. После окончания вдавливания основная нагрузка автоматически снимается. При этом большая стрелка индикатора перемещается по часовой стрелке и указывает на шкале индикатора число твердости но Роквеллу.

8.Снять предварительную нагрузку вращением маховика 4 против часовой стрелки.

9.Повторить испытание еще два раза и, опустив столик вращением маховика 4 против часовой стрелки, снять образец.

Рис. 13. Схема прибора Роквелла:

1 – станина; 2 – клавиша; 3 – барабан индикатора; 4 – маховик; 5 – винт подъемный; 6 – стол сменный; 7 – оправка; 8 – шпиндель; 9 – индикатор; 10 – подвеска; 11– грузы;

12 – тросик; 13 – тумблер; 14 – электродвигатель; 15 – привод.

27

Порядок выполнения работы

1.Изучить принципиальное устройство приборов для определения твердости металлов: пресс Бринелля и пресс Роквелла.

2.Изучить порядок проведения замеров.

3.Произвести замеры твердости образцов на изученных приборах.

4.Оформить протоколы замеров.

Контрольные вопросы и задания.

13.Что такое твердость?

14.Методы определения твердости.

15.Сущность определения твердости по Бринеллю.

16.Режимы для определения твердости по Бринеллю.

17.Недостатки измерения твердости по Бринеллю.

18.Сущность определения твердости по Роквеллу.

19.Выбор шкалы, величины общей нагрузки и геометрической формы наконечника по Роквеллу.

20.Единицы измерения твердости по Бринеллю и Роквеллу.

28

Приложение 1

Таблица сопоставления чисел твердости, определяемых различными методами

29

Работа № 3.

Механические испытания металлов

Цель работы: ознакомиться с испытательным оборудованием для определения основных механических характеристик; провести механические испытания предложенных марок сталей; по результатам испытаний определить предел прочности, предел текучести, предел пропорциональности, относительное удлинение, относительное сужение.

Приборы и оборудование: образцы, применяемые для различных видов испытаний; диаграммы растяжения.

Основные понятия. Механические свойства - это характеристики материала, определяющие его поведение под действием приложенных внешних механических сил.

Механические свойства металлов определяют испытаниями специальных образцов.

Испытания механических свойств проводят при различных нагрузках – статических, динамических и циклических. Статические нагрузки медленно возрастают от нуля до максимальной величины; динамические возрастают быстро, за доли секунд; циклические нагрузки характеризуются многократным изменением по направлению или по величине. В соответствии с характером действующих нагрузок различают статические, динамические и усталостные испытания.

К статическим испытаниям обычно относят испытания на растяжение, сжатие, изгиб и на твердость; к динамическим – испытания на удар; циклическим способом проводят различные испытания металла на усталость.

По длительности приложения нагрузки механические испытания делятся на кратковременные и длительные. В большинстве случаев проводят кратковременные испытания длительностью несколько минут. Длительные испытания проводят, как правило, для определения механических свойств металлов, которым предстоит работать в особо ответственных конструкциях и сложных условиях в течение длительного периода времени.

В зависимости от температуры различают испытания при пониженной (ниже 0ºС), обычной (20ºС) и повышенной (выше 20ºС) температурах. Температуру испытания выбирают в зависимости от рабочей температуры изделий.

Испытание на растяжение. Механические свойства металлов наиболее полно могут быть установлены при статических испытаниях на растяжение гладких образцов. Испытание на растяжение проводят на

30

специальных круглых образцах, а для листового материала на плоских образцах (см. рис.14), в соответствии с ГОСТ 1497-84.

Рис. 14. Образцы для испытаний на разрыв:

а – круглый; б - плоский

Расчетная длина круглого образца l0 , мм обычно берется равной десяти или пяти диаметрам. Диаметр рабочей части нормального круглого образца равняется 20 мм. Образцы других размеров называют пропорциональными. Стандартные размеры которых приведены в табл.5.

При испытании на растяжение образец, установленный в захватах машины, деформируется при плавно возрастающей нагрузке и характеристики свойств металла определяют в условиях одноосного напряженного состояния.

Образцы из разных материалов разрушаются в результате испытаний различно.

В процессе испытаний на растяжение на разрывных машинах записывается диаграмма в координатах нагрузка (Р, Н) – удлинение

(∆l, мм) образца (диаграмма растяжения).

Такая диаграмма вычерчивается автоматическим устройством, при постепенном увеличении растягивающего усилия вплоть до разрыва

32

ставлена на рис. 16.

Рис. 16. Кривая растяжения низкоуглеродистой стали

Определение характеристик прочности. Максимальное напря-

жение, до которого сохраняется прямолинейная зависимость между нагрузкой и деформацией, или, иначе говоря, остается справедливым закон Гука (10), называется пределом пропорциональности:

Напряжение, при котором без заметного увеличения нагрузки образец продолжает деформироваться, называется физическим пределом текучести. Участок «вс» на диаграмме растяжения (рис.16) называется площадкой текучести. Наименьшая нагрузка на участке текучести Рт, Н, отнесенная к первоначальной площади поперечного сечения F0, мм2, определяет значение физического предела текучести (11):

Так как для ряда материалов на диаграмме растяжения нет площадки текучести (см. рис. 15, а) , то в этом случае определяется условный предел текучести 0,2 , мм.

Под условным пределом текучести 0,2 понимают напряжение,

при котором остаточная деформация составляет 0,2% от первоначальной расчетной длины образца l0 . Условный предел текучести определяется по формуле