Визначення твердості на твердомірі Бринеля

ЛАБОРАТОРНА рОБОТА № 1

Визначення твердості металів і сплавів

Мета роботи

Практичне ознайомлення з твердомірами та основними методами визначення твердості металів і сплавів.

Короткі теоретичні відомості

Твердість -це властивість матеріалу чинити опір проникненню в нього іншого більш твердого тіла, не отримуючи при цьому залишкової деформації.

Випробування на твердість є місцевим механічним випробуванням поверхневих шарів матеріалів.

Способи випробування на твердість металів поділяються на: статичні, динамічні та спеціальні. Найбільше розповсюдження та практичне значення мають способи визначення твердості при статичному вдавлюванні: кульки – твердість за Бринелем і Роквелом з використанням шкали В; конуса – твердість за Роквелом з використанням шкали А і С; алмазної піраміди – твердість за Віккерсом.

До динамічних методів відносять визначення твердості по висоті відскоку бойка (твердомір Шора), втискуванням кульки ударом (прилад Польді).

Спеціальні методи – це визначення твердості матеріалів шкрябанням по величині електроопору, коливанням маятника. Серед цих методів найбільше застосування отримав метод вдавлювання індентора у матеріал, який забезпечує найбільшу достовірність результатів вимірювання твердості.

Вперше спроба визначення твердості різних мінералів була здійснена у 1882 р. німецьким мінералогом Моосом, який запропонував десятибальну шкалу твердості мінералів. Відповідно цієї шкали найбільшу твердість має алмаз, (дорівнює 10), а найменшу - тальк, (становить 1). Твердість за шкалою Мооса визначають шляхом дряпання одного мінералу по іншому. Той мінерал, який залишає подряпину на іншому, вважається твердішим. Як бачимо, цей метод має умовний характер і не дозволяє дати достовірну характеристику матеріалу.

У 1900 р. шведський інженер Бринель запропонував метод визначення твердості матеріалів шляхом вдавлювання стальної загартованої кульки у вимірювальну поверхню під відповідним навантаженням (Р). Цей метод має свій недолік, бо застосовується лише для матеріалів з відповідною допустимою не високою твердістю.

У 1919 р. американський металург Роквелл запропонував метод вимірювання твердості (в основному металів та їх сплавів) шляхом вдавлювання у поверхню алмазного конуса або стальної кульки.

Визначення твердості на твердомірі Бринеля

При вимірюванні твердості за ГОСТ 9012-59 зовнішні навантаження (Р) передаються дією на поверхню зразка або деталі твердого наконечника (індикатора) у вигляді стальної загартованої кульки (рис. 3.1) відповідного діаметра.

Величина діаметра сферичного відбитку (d) свідчить про твердість матеріалу. Виражають її числом твердості НВ шляхом ділення прикладеного зовнішнього навантаження (Р) на площу сферичного відбитку кульки (сферичного сегмента) F:

HB = , кГс/мм² .

 

Як відомо, площа поверхні сферичного сегменту становить:

 

,

де D - діаметр кульки, мм; h - глибина відбитку,мм.

Оскільки вимірювання глибини відбитку h має відповідні складнощі, а простіше виміряти його діаметр d, то величину h виражають через діаметри кульки D і відбитку d:

, мм.

Відповідно площа поверхні сферичного сегменту F дорівнюватиме:

 

, мм.

Виходячи з цього, формула для визначення числа твердості за Бринелем матиме вигляд:

.

 

Рис 3. 1. Схема вимірювання твердості на твердомірі Бринеля

Діаметр відбитку d вимірюється за допомогою спеціального мікроскопа МПБ - 2, що має шкалу з ціною поділки 0,05 або 0,01мм.

Найбільш розповсюдженими стандартними умовами при визначенні твердості стальних деталей є навантаження Р - 3000 кгс, діаметр кульки – 10 мм і тривалість витримки 10 с. При таких умовах число твердості за Бринелем позначається символом НВ із вказаним числом твердості (наприклад НВ 400).