 |
|
Определение твердости по Роквеллу
При измерении твердости по Роквсллу индентор — алмазный конус с углом при вершине 120° (ГОСТ 9013—59) н радиусом закругления 0,2 мм или стальной шарик диаметром 1,5875 мм (1/16 дюйма) — вдавливается в образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок: предварительной Po и общей P= Po + Pi, где Pi — основная нагрузка.
Число твердости по Роквеллу измеряют в условных единицах, оно является мерой глубины вдавливания индентора под определенной нагрузкой.
Схема определения твердости по Роквеллу при вдавливании алмазного конуса приведена на рисунке 4. Сначала индентор вдавливается в поверхность образца под предварительной нагрузкой Po = 100Н, которая не снимается до конца испытания. Это обеспечивает повышенную точность испытания, так как исключает влияние вибраций и топкого поверхностного слоя. Под нагрузкой Po индентор погружается в образец на глубину ho. Затем на образец подается полная нагрузка P=Рo + P1 и увеличивается глубина вдавливания. Последняя после снятия основной нагрузки Р1 (когда на индентор вновь действует толькопредварительная нагрузка Ро) определяет число твердости по Роквеллу (HR). Чем больше глубина вдавливания h, тем меньше число твердости HR.
Рисунок 3 - Общий вид (а) и схема (б) алмазного конуса, индентор с шариком (в), схема вдавливания алмазного конуса (г)
Твердость измеряют на приборе (рис. 3), в нижней части неподвижной станины которого установлен столик 1. В верхней части станины укреплены индикатор 4, масляный регулятор 5и шток 6, в котором устанавливается наконечник с алмазным конусом, имеющим угол в вершине 120, или со стальным шариком диаметром 1,59 мм. Индикатор 4представляет собой циферблат, на котором нанесены две шкалы (черная и красная) и имеются две стрелки — большая (указатель твердости), вращающаяся по шкале, и маленькая для контроля величины предварительного нагружения, сообщаемого вращением маховика 2.
Рисунок 3 - Схема прибора для измерении твердости вдавливанием алмазного конуса или стального шарика (измерение по Роквеллу):
1 — столик для установки образца; 2 —- маховик; 3 — груз; 4 — шкала-индикатор; 5—масляный регулятор; 6 — шток с алмазным конусом (шариком); 7 — рукоятка.
Нагружение осуществляется в два этапа. Сначала прикладывается предварительная нагрузка 
(10 кг·с) для плотного соприкосновения наконечника с образцом. Затем прикладывается основная нагрузка Р1. В течение некоторого времени действует общая рабочая нагрузка Р.
После снятия основной нагрузки определяют значение твердости по глубине остаточного вдавливания наконечника h под нагрузкой .
Прибор измеряет глубину отпечатка алмазного конуса (стального шарика) или, точнее, разность между глубиной отпечатков, полученных от вдавливания наконечника под действием основной нагрузки и от вдавливания под предварительной нагрузкой. Числа твердости по Роквеллу возрастают с увеличением твердости материала, что позволяет сравнить числа Роквелла с числами Бринелля. Однако числа твердости по Роквеллу можно пересчитать на числа твердости по Бринеллю с помощью специальных диаграмм и таблицы, построенных на основании многочисленных экспериментальных работ. Зависимость между этими числами не имеет линейного характера.
Измерение твердости по Роквеллу требует меньше времени (30…60 с), чем по Бринеллю, причем результат измерения виден на шкале (он указан стрелкой). Кроме того, измерение твердости по Роквеллу оставляет меньший отпечаток на поверхности детали.
Твердость очень тонких слоев металла (толщиной менее 0,3 мм) с указанными нагрузками 60 и 150 кт·с измерять нельзя, так как алмазный конус проникает на глубину, превышающую толщину этих слоев, и указывает, следовательно, твердость нижележащих областей. Вместе с тем с увеличением твердости измеряемого материала глубина отпечатка уменьшается, вследствие чего понижается точность измерения (особенно для металлов с твердостью более HRC60).
При использовании в качестве индентора алмазного конуса твердость по Роквеллу определяют по двум «шкалам» — А и С.
При измерении по шкале А: Ро =100Н, Р1= 500 Н, Р=600 Н;
по шкале С: Ро =100Н, Р1= 1400Н, Р=1500 Н.
Число твердости выражается формулой:
HRC (HRA) = 100 – e,
где е = (h – h0)/ 0,002 (0,002 мм – цена деления шкалы индикатора твердомера Роквелла).
Единица твердости по Роквеллу – безразмерная величина, соответствующая осевому перемещению индентора на 0,002 мм.
При использовании в качестве индентора стального шарика число твердости HR определяют по шкале В, т.е. при Ро =100Н, Р1=900 Н, Р=1000 Н,
Число твердости выражается формулой:
HRB = 130 - е.
Расчетная часть
1. По четырем замерам найти средний диаметр отпечатка. Определить число твердости по Бринеллю (НВ).
2. По значению σu определить принадлежность исследуемой стали к определенной группе. Наиболее широко применяемые в строительных конструкциях стали представлены в таблице 2. Заполнить таблицу 1.
Таблица 1 - Схема замера диаметров отпечатка
| № п/п | Марка стали | Диаметр отпечатка, мм | Число твердости, НВ | Предел прочности σu, МПа | ||||
| d1 | d2 | d3 | d4 | dсред | ||||
Таблица 2 - Предел прочности сталей по ГОСТ 2777
| Марка стали | ВСт3 | 10Г2С1 | 10ХСНД | 14 Г2 | 15ХСНД | 16Г2АФ |
| Предел прочности σu, МПа |
3. Выполнить статистическую обработку результатов измерения твердости каждого образца по следующим формулам:
– среднее арифметическое значение твердости испытанных образцов:
HBi – i-е значение твердости образца; n – число измерений;
– коэффициент, учитывающий объем выборки (количества измерений):
– среднее квадратическое отклонение результатов испытаний:
– значение твердости образца по Бринеллю
НВ = НВn – α S,
4. Сравнить значения твердостей, полученные двумя приборами.
5. Определить число твердости по Виккерсу для диагонали отпечатка d’.
6. Определить число твердости по Роквеллу.
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
1. Название лабораторной работы
2. Цель работы
3. Теоретическую часть
4. Расчетную часть
5. Выводы
Варианты заданий
| № варианта | Метод Бринелля | Метод Виккерса | Метод Роквелла | ||||||||
| d1, мм | d2, мм | d3, мм | d4, мм | D, мм | PБ, кгс | PV, кгс | d’, мм | PR, кгс | h , мм | h0, мм | |
| 2,0 | 2,2 | 2,3 | 2,5 | 0,15 | 1,54 | 1,50 | |||||
| 2,1 | 2,3 | 2,5 | 2,6 | 0,18 | 1,60 | 1,53 | |||||
| 2,3 | 2,5 | 2,7 | 2,9 | 2,5 | 0,27 | 4,71 | 4,63 | ||||
| 2,5 | 2,6 | 2,8 | 3,0 | 0,25 | 1,62 | 1,66 | |||||
| 3,0 | 3,1 | 3,3 | 3,4 | 0,30 | 1,65 | 1,56 | |||||
| 3,3 | 3,5 | 3,7 | 3,8 | 0,37 | 5,92 | 5,84 | |||||
| 4,0 | 4,2 | 4,4 | 4,6 | 0,41 | 1,69 | 1,65 | |||||
| 4,4 | 4,5 | 4,3 | 4,5 | 0,49 | 1,73 | 1,64 | |||||
| 4,7 | 4,6 | 4,7 | 4,9 | 0,56 | 4,53 | 4,67 | |||||
| 5,0 | 5,1 | 5,3 | 5,5 | 0,64 | 1,59 | 1,55 | |||||
| 5,6 | 5,7 | 5,9 | 5,8 | 0,68 | 1,75 | 1,67 | |||||
| 3,1 | 3,0 | 3,3 | 3,5 | 0,73 | 5,15 | 5,08 | |||||
| 4,5 | 4,6 | 4,6 | 4,4 | 2,5 | 0,76 | 1,60 | 1,54 | ||||
| 6,0 | 6,2 | 6,1 | 6,4 | 0,80 | 1,82 | 1,73 | |||||
| 6,2 | 6,4 | 6,6 | 6,5 | 0,83 | 6,41 | 6,32 | |||||
| 6,6 | 6,6 | 6,5 | 6,8 | 0,88 | 1,66 | 1,60 | |||||
| 5,1 | 5,0 | 5,3 | 5,1 | 0,95 | 1,85 | 1,77 | |||||
| 2,4 | 2,2 | 2,3 | 2,2 | 1,20 | 6,18 | 6,02 | |||||
| 2,5 | 2,7 | 2,8 | 2,9 | 1,32 | 1,62 | 1,57 | |||||
| 3,0 | 3,3 | 3,1 | 3,2 | 1,44 | 1,91 | 1,81 | |||||
| 6,4 | 6,5 | 6,4 | 6,3 | 1,56 | 4,96 | 5,01 | |||||
| 5,5 | 5,5 | 5,6 | 5,7 | 1,65 | 1,64 | 1,59 | |||||
| 2,0 | 2,3 | 2,1 | 2,3 | 2,5 | 1,72 | 1,95 | 1,83 | ||||
| 4,6 | 4,8 | 4,6 | 4,7 | 1,95 | 4,74 | 4,67 |