Главная | Обратная связь

Определение твердости по Бринеллю

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ И ПРОЧНОСТИ МАТЕРИАЛОВ

Цель работы: познакомиться с различными методами и методиками определения твердости сталей, овладеть методом определения твердости сталей по Бринеллю и вычисление косвенным путем (через число твердости) предела прочности и предела текучести стали.

 

Теоретическая часть

 

Твердость – свойство поверхностного слоя материала сопротивляться деформации или разрушению при внедрении в него индентора из более твердого материала.

Существует несколько методов определения твердости, различающихся по характеру воздействия активного элемента (индентора), изготовленного из малодеформируемого материала (твердая закаленная сталь, алмаз или твердый сплав) и имеющего форму шарика, конуса, пирамиды или иглы. Твердость можно измерять вдавливанием индентора, ударом или по упругому отскоку индентора. Твердость, определенная по отскоку, характеризует упругие свойства; твердость, определенная вдавливанием, характеризует сопротивление пластической деформации.

Наибольшее применение получило измерение твердости вдавливанием. Наиболее распространены методы измерения твердости по Бринеллю, Виккерсу и по Роквеллу.

 

Определение твердости по Бринеллю

При стандартном (ГОСТ 9012-59) измерении твердости по Бринеллю стальной шарик диаметром D вдавливают в образец исследуемого материала под нагрузкой Р действующей определенное время; после снятия нагрузки измеряют диаметр d оставшегося на поверхности образца отпечатка.

Этот способ универсальный и используется для определения твердости практически всех материалов.

В материал вдавливается стальной шарик, и значения твердости определяют по величине поверхности отпечатка, оставляемого шари­ком. Шарик вдавливают с помощью пресса.

 

а)

б)

в)

Рисунок 1 - Схема прибора для получе­ния твердости вдавливанием шарика (измерение по Бринеллю) а):1 - столик для центровки образца; 2 — маховик; 3 — грузы; 4 — шарик; 5 — электродвигатель; б) – общий вид; в) - схема определения твердости

Испытуемый образец устанавливают на столике 1 в ниж­ней части неподвижной станины пресса (рисунок 2), зашлифованной поверхностью кверху. Поворотом вручную маховика 2по часовой стрелке столик поднимают так, чтобы шарик мог вдавиться в испытуемую поверхность. В прессах с электродвигателем вращают маховик 2до упора и нажатием кнопки включают двигатель 5. Последний перемещает коромысло и постепенно вдавливает шарик под действием нагрузки, сообщаемой привешенным к коро­мыслу грузом. Эта нагрузка дейст­вует в течение определенного вре­мени, обычно 10—60 с, в зависимо­сти от твердости измеряемого мате­риала, после чего вал двигателя, вращаясь в обратную сторону, соответственно перемещает коромысло и снимает нагрузку. По­сле автоматического выключения двигателя, поворачивая маховик 2против часовой стрелки, опускают столик прибора и затем снимают об­разец.

В образце остается отпечаток со сферической поверхностью (лун­ка). Диаметр отпечатка измеряют лупой, на окуляре которой нанесена шкала с делениями, соответствующими десятым долям миллиметра. Диаметр отпечатка змеряют с точностью до 0,05 мм (при вдавливании шарика диаметром 10 и 5 (мм) в двух взаимно пер­пендикулярных направлениях; для определения твердости следует принимать среднюю из полученных величин.

Диаметр отпечатка получается тем меньше, чем выше сопротивление материала образца деформации, производимой индентором.

Число твердости по Бринеллю (НВ) есть отношение нагрузки Р, действующей на шаровой индентор диаметром D, к площади F шаровой поверхности отпечатка:

где Р— нагрузка на шарик, кг·с (1кг·с – 0,1 МПа); D— диаметр вдавливаемого шарика, мм; d— диаметр отпечатка, мм. Получаемое число твердости при прочих равных условиях тем выше, чем меньше диаметр отпечатка.

Однако получение постоянной и одинаковой зависимости между Р и d, необходимое для точного определения твердости, достигается только при соблюдении определенных условий. При вдавливании шарика на разную глубину, т. е. с разной нагрузкой для одного и того же мате­риала, не соблюдается закон подобия между получаемыми диамет­рами отпечатка. Наибольшие отклонения наблюдаются, если шарик вдавливается с малой нагрузкой и оставляет отпечаток небольшого диаметра или вдавливается с очень большой нагрузкой и оставляет отпечаток с диаметром близким к диа­метру шарика. Поэтому твердость материалов измеряют при постоянном соотно­шении между величиной нагрузки Ри квадратом диаметра шарика D². Это соотношение должно быть различным для материалов разной твер­дости.

В процессе вдавливания наряду с пластической деформацией измеряемого материала происходит также упругая деформация вдавли­ваемого шарика. Величина этой деформации, искажающей результаты определения, возрастает при измерении твердых материалов. По­этому испытания вдавливанием шарика ограничивают измерением металлов небольшой и средней твердости (для стали с твердостью не более НВ =450).

Известное влияние оказывает также длительность выдержки металла под нагрузкой. Легкоплавкие металлы (свинец, цинк, баб­биты), имеющие низкую температуру рекристаллизации, испытывают пластическую деформацию не только в момент вдавливания, но и в течение некоторого времени после приложения нагрузки. С увели­чением выдержки под нагрузкой пластическая деформация этих металлов практически стабилизируется.

Для металлов с высокими температурами плавления влияние продолжительности выдержки под нагрузкой незначительно, что позво­ляет применять более короткие выдержки (10 — 30 с).

Предел прочности стали это тоже свойство сопротивляться пластической деформации. Одинаковая природа деформаций позволила выявить зависимость между пределом прочности σ_u и числом твердости НВ:

σ_u = 0,34∙HR.