Вимірювання твердості металів та сплавів

Методичні вказівки до індивідуальної роботи № 1 з курсу «Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство», розділ «Матеріалознавство»/ укладачі Т.П. Говорун, О.П. Гапонова, С.В. Марченко. – Суми: Сумський державний університет, 2013. – 16 с.

Кафедра « Прикладне матеріалознавство і ТКМ»

Індивідуальна робота 1

«ВИМІРЮВАННЯ ТВЕРДОСТІ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ»

(тривалість роботи - 2 години)

1.МЕТА РОБОТИ

1.Ознайомити студентів з загальною конструкцією твердомірів.

2.Отримати практичні навики вимірювання твердості на приладах типу Бринелля (ТШ) і Роквелла

(ТК).

3.Навчити студентів переводити одиниці твердості, виміряної на приладі ТК, в одиниці прилада ТШ.

2.ОБЛАДНАННЯ І МАТЕРІАЛИ

2.1.Прилад для визначення твердості по методу Бринелля (ТШ). Конструкційна схема приладу приведена на рисунку 1.

2.2.Прилад для визначення твердості по методу Роквелла (ТК). Конструкційна схема приладу приведена на рисунку 2.

2.3.Набір зразків та матеріалів з чорних та кольорових металів для проведення вимірювань твердості.

2.4.Таблиці переводу чисел твердості, виміряної на приладах ТШ, в числа твердості приладу ТК і навпаки.

2.5.Мікроскоп МПБ-2 (лупа Бринелля).

3. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

Твердість матеріала – опір проникненню в його поверхню стандартного тіла – індентора (наприклад,

Твердість за методом Бринелля визначають втискуванням у випробовувану поверхню під навантаженням Р сталевої загартованої кульки діаметром D (рис. 2).

Рисунок 2 - Схема випробовування при визначенні твердості за Бринеллем:— Р - сила, що діє на кульку; D — діаметр кульки; d — діаметр відбитка, F -

сферична поверхня відбитка лунки від кульки

Зовнішній вигляд твердомірів за Бринеллем наведено на рисунку 3, а конструктивна схема приладу твердоміра за Бринеллем ТШ-2 приведена на рисунку 4.

Рисунок 4 – Схема приладу для вимірювання твердості за Брінелем: 1 – маховик; 2 – підйомний гвинт; 3

–шкала для завдання часу витримки під вантажем; 4 – кнопка–вимикач; 5 – опорний столик; 6 – шпиндель для індентора; 7 – упорний чохол; 8 – втулка; 9 – пружина; 10

–шпиндель; 11 – сигнальна лампа; 12, 15 – важелі; 13 – серга; 14 – мікроперемикач; 16 – вилка; 17 – шатун; 18 – вантажі; 19 – кривошип; 20 – редуктор; 21 – електродвигун

Прилад ТШ-2 змонтовано на масивній станині. На підйомному гвинті 2, який обертається маховиком 1, встановлюють змінні опорні столики 5 для зразків. У верхній частині станини розташований шпиндель 6, в який монтують наконечники з кульками різних діаметрів. Шпиндель опирається на пружину 9, яка призначена для прикладення попереднього навантаження 1000 Н. Попереднє навантаження потрібне для усунення зсуву зразка під час випробувань. Основне навантаження прикладають через систему важелів. На довгому плечі основного важеля 15 розташована підвіска, на яку встановлюють змінні вантажі 18. Обертання вала електродвигуна 21 через черв’ячну передачу йде на шатун

знаходиться в межах від 10 до 30 с. Для забезпечення однакових умов випробувань при використанні різних діаметрів кульок дотримуються таких співвідношень: для сталей і чавунів Р = 30 D2; для міді та її сплавів – Р = 10D 2; для алюмінію – Р = 2,5 D2, де D – діаметр кульки. Стандартом передбачено використання таких вантажів: 3000, 1000, 750, 500, 250 і 187,5 кг, (див. табл.1). Час дії вантажу на індентор задається механізмом приладу.

Практично при визначенні твердості по методу Бринелля вимірюють діаметр відбитку (в мм) лупою Бринелля МПБ-2 (рис. 5), яка дозволяє збільшити зображення відбитка та визначити розмір діаметра в міліметрах. Потім по таблиці 1 знаходять число твердості HB, яке відповідає діаметру відбитку.

Рисунок 5 – Зовнішній вигляд лупи Бринеля МПБ-2

Визначення твердості за методом Роквелла (ТК)

Метод заснований на статичному втискуванні у випробовану поверхню сталевої кульки або алмазного конуса. Для сталі, що відпалюється, і інших матеріалів з твердістю HB 300 застосовують сталеву кульку при навантаженні Р = 100 кгс.

На рисунку 6 представлена схема вимірювання твердості із застосуванням алмазного наконечника у вигляді конуса з кутом при вершині α=120° і радіусом R=0,2 мм. Спочатку до індентора прикладають попередню силу F 0 (рис. 6,б), під дією якої він заглиблюється в метал

заглиблення h0 h індентора у матеріал під дією загальної сили F1 + F 0 . Аналогічна схема застосовується для

вимірювання твердості із застосуванням сталевого наконечника у вигляді кулі діаметром 1,588 мм.

Зовнішній вигляд твердомірів за Роквеллом наведено на рисунку 7.

Рисунок 7 – Зовнішній вигляд твердомірів за Роквеллом типу: ТК-2 (а), ТН 550 (б) і цифрового твердоміра ТН 500 (в)

Конструктивна схема приладу твердоміра за Роквеллом ТК-2 М приведена на рисунку 8. Механізм 14 підйомного столика 11 складається з пари гвинт-маховик 12-13. Випробування зразка на твердість здійснюється за допомогою механізму занурення, що приводиться у дію електродвигуном 1. Від двигуна через черв'ячний редуктор 2 обертання передається кулачковому блоку 16, що через шток 5 опускає вантажний важіль 6 з вантажами 3 і передає навантаження на зразок через наконечник 10 з кулькою або алмазним конусом на кінці.