Лабораторна робота №1 визначення твердості металевих матеріалів

1. Мета роботи:

1.1. Ознайомлення з роботою твердомірів;

1.2. Вивчення методики визначення твердості металевих і неметалевих матеріалів.

1.3. Проаналізувати залежність між твердістю і границею міцності.

2. Основні положення

Твердістю називається здатність матеріалу чинити опір проникненню в нього іншого, більш твердого тіла. Твердість є однією з основних характеристик матеріалів. Завдяки простоті, швидкості, а також можливості проводити дослідження на готових виробах без їх пошкодження та руйнування, випробування на твердість широко застосовується на заводах та в науково-дослідних лабораторіях. Крім цього, у ряді випадків за допомогою твердості можна оцінити такий важливий параметр, як границя міцності.

З існуючих методів вимірювання твердості найбільш широко використовуються:

метод Брінелля (вдавлення стальної кульки);

метод Роквелла (вдавлення алмазного конуса);

метод Вікерса (вдавлення чотиригранної алмазної піраміди).

2.1. Метод Брінелля

Визначення твердості за методом Брінелля полягає у вдавлюванні в зразок стальної кульки певного діаметра і за величиною діаметра відбитка кульки судять про твердість(Рис. 1).

Діаметр кульки D, навантаження Р і час витримки під навантаженням вибирають залежно від матеріалу та його товщини за таблицею 1.1.

Число твердості НВ за Брінеллем визначають відношенням навантаження Р до сферичної поверхні відбитка F:

Н/мм²

де D– діаметр кульки, мм;

d– діаметр відбитка, мм;

Р – навантаження, Н або кГс.

Діаметр лунки відбитка кульки вимірюють спеціальною лупою, яка має шкалу з ціною поділки 0,1 мм.

Для швидкого визначення твердості за методом Брінелля, на практиці користуються таблицею 1.5.

Таблиця 1.1

Залежність діаметра кульки, навантаження і часу витримки від твердості та товщини досліджуваного зразка

Матеріал	Твердість за Брінеллем НВ, МПа	Товщина зразка, мм	Діаметр кульки .D, мм	Навантаження Н		Витримка під наван–таженням, с
				кГс	Н
Чорні матеріали	1400–4500	>6 б–З <3	10 5 2,5	3000 750 187,5	29420 7354 1834	10 10 10
	<1400	>6 6–3 <3	10 5 2,5	1000 250 62,5	9810 2451 614	10 10 10
Кольорові матеріали	350–1300	>6 6–3 <3	10 5 2,5	1000 250 62,5	9810 2451 614	30 30 30
	80–350	>б 6–3 <3	10 5 2,5	250 62,5 15,6	2451 614 153	60 60 60

Визначення твердості здійснюється на пресі Брінелля марки ТШ, кінематичну схему якого наведено на рисунку 2.

Прес Брінелля має станину 1, предметний столик 2, на який встановлюється зразок, маховик 3 і гвинт 4 для підняття зразка до зіткнення з кулькою 5 і стискання пружини 6. Навантаження на кульку утворюється вантажами 7, через систему важелів 8, яка приводиться до руху від електродвигуна 9, за допомогою черв'ячної передачі 10 та кривошипно-шатунного механізму 11.

Визначення твердості пластичних мас відрізняється від визначення твердості металів. При вимірюванні твердості пластичних мас треба враховувати величину пружної деформації, яка виникає після заняття навантаження. Таким чином, при визначенні твердості пластичних мас вимірюють величину заглиблення H кульки при не знятому навантаженні. Число твердості НВ визначається за формулою:

Н/мм²

де Р – навантаження, прикладене до кульки, Н;

Н – величина заглиблення кульки, мм;

D – діаметр кульки, мм.

Для визначення твердості пластичних мас за допомогою преса Брінелля, треба на верхній кришці приладу встановити індикатор з ціною поділки 0,01мм. Твердість вимірюють за величиною заглиблення кульки діаметром D=5 мм під навантаженням 245, 736 і 2207 Н. Після встановлення попереднього навантаження 0,981–0,49 Н стрілку індикатора встановлюють на нуль. Прикладають і знімають навантаження на пресі плавно, протягом 30±2 с.