2015-01-21
3172
Твёрдость - свойство материала сопротивляться проникновению в него другого тела, не получающего остаточной деформации.
Исходные данные для выбора средств и условий измерений твёрдости, а именно, метод измерений, число твёрдости и толщина испытуемого образца, должны быть указаны в технической документации.
В «СИ» за единицу измерений твёрдости принят Н/м2. Единица имеет наименование Паскаль (Па).
Измерение твёрдости металлов осуществляется методом Бринелля, Роквелла, Супер-Роквелла и Виккерса.
Применение различных методов измерений твёрдости металлов обусловлено механическими свойствами металлов и конструктивно-технологическими особенностями изделий.
Измерение твёрдости по методу Бринелля основано на вдавливании в испытуемое изделие стального закаленного шарика определенного диаметра, под действием заданной нагрузки в течение определенного времени. При определении твёрдости по методу Бринелля, расстояние от центра отпечатка до края испытуемого изделия должно быть не менее 2,5 диаметров отпечатка, расстояние между центрами двух соседних отпечатков - не менее 4 диаметров; для металлов с твёрдостью до 35НВ эти расстояния должны быть соответственно равны 3 диаметрам отпечатка и 6 диаметрам отпечатка.
|
|
|
Проведение испытаний, методику измерений диаметра отпечатка, а также погрешность измерений диаметра отпечатка регламентирует ГОСТ 9012 п.4.
Измерение твёрдости по методу Роквелла основано на вдавливании алмазного конуса с углом при вершине 120° или стального закаленного шарика диаметром 1,588 мм под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок. Расстояние между центрами двух соседних отпечатков должно быть не менее четырех диаметров отпечатка (но не менее 2 мм), расстояние от центра отпечатка до края образца должно быть не менее 2,5 диаметра отпечатка (но не менее 1 мм).
При измерении твёрдости на выпуклых цилиндрических и сферических поверхностях по шкалам А, В, С, D, F, G в результаты измерений твёрдости должны быть введены поправки, величины которых приведены в приложении 3 ГОСТ 9013. Поправки прибавляются к полученным значениям твёрдости.
Поправки при измерении твёрдости на вогнутых поверхностях устанавливаются в нормативной документации на металлопродукцию.
Проведение измерений и определение числа твёрдости по методу Роквелла регламентирует ГОСТ 9013 п.4.
Для измерений твёрдости по шкале «С» Роквелла применяют шкалу, воспроизводимую государственным специальным эталоном и обозначаемую HRCэ.
Все образцовые и рабочие средства измерений следует настраивать и калибровать по образцовым мерам твёрдости, имеющим обозначение HRCэ.
|
|
|
Для расширения области применения метода Роквелла при малых нагрузках следует применять метод Супер-Роквелла.
Измерение твёрдости по методу Супер-Роквелла основано на вдавливании наконечника стандартного типа с алмазным конусом (шкалы М) или со стальным шариком (шкалы Т) в поверхность образца в два последовательных приёма и в измерении остаточного увеличения глубины внедрения этого наконечника. Наименьшее расстояние между центрами двух соседних отпечатков должно составлять не менее трёх диаметров отпечатка. Расстояние от центра отпечатка до края образца должно составлять не менее 2,5 диаметров отпечатка.
При определении твёрдости на цилиндрических выпуклых поверхностях диаметром, равным или меньшим 25 мм, к значению твёрдости прибавляют поправки, указанные в таблицах 3 и 4 обязательного приложения 1 ГОСТ 22975.
Поправки к значениям твёрдости для образцов с криволинейными поверхностями, отличными от выпуклых цилиндрических, приведены в рекомендуемом приложении 2 ГОСТ 22975.
Проведение измерений и определение числа твёрдости по методу Супер-Роквелла регламентирует ГОСТ 22975.
Измерение твёрдости по методу Виккерса основано на вдавливании четырехгранной алмазной пирамиды с углом между гранями 136° под действием определенной нагрузки, поддержании постоянства приложенной нагрузки в течение установленного времени и измерении диагоналей отпечатка, оставшихся на поверхности образца после снятия нагрузки. Расстояние между центрами отпечатка и краем образца или краем соседнего отпечатка должно быть не менее 2,5 длины диагонали отпечатка.
Проведение испытаний, обработку результатов измерений, а также погрешность измерений диагоналей отпечатка регламентирует ГОСТ 2999 п.5.
Основные требования, предъявляемые к измерению твёрдости по методу Бринелля, Роквелла и Супер-Роквелла:
- температура измеряемого металла (20 ±10) °С;
- при измерении твёрдости должна быть обеспечена перпендикулярность приложения действующего усилия к поверхности образца или детали;
- поверхность испытуемого образца должна быть свободна от окалины, масла, краски, окисных пленок и других посторонних веществ;
- поверхность испытуемого образца обрабатывается в виде плоскости так, чтобы края отпечатка были достаточно отчётливы для измерения его размера с требуемой точностью;
- при подготовке поверхности испытуемого образца необходимо принять меры предосторожности против возможного изменения твёрдости испытываемого образца вследствие нагрева или наклепа поверхности в результате механической обработки;
Шероховатость поверхности испытуемого образца должна быть не ниже:
- 2,5 √ - при контроле по методу Бринелля,
- 2,5 √ - при контроле по методу Роквелла,
- 1,25 √ - при контроле по методу Супер-Роквелла,
- 0,16 √ - при контроле по методу Виккерса;
При применении специальных подставок необходимо принять меры предотвращения прогиба образца во время измерений твёрдости.
Испытуемый образец должен лежать на подставке устойчиво, чтобы не могло произойти его смещение во время измерений твёрдости.
Минимальная толщина испытуемого образца должна выбираться в зависимости от его минимальной твёрдости.
На обратной или боковой стороне образца не должно быть следов деформации.
Если шарик после измерений твёрдости имеет остаточную деформацию или какой-либо поверхностный дефект, то он должен быть заменён другим, а соответствующее измерение должно считаться не действительным.
Место установки прибора для измерений твёрдости должно быть выбрано так, чтобы приборам не передавались колебания и вибрации от работающих вблизи станков и машин и должно соответствовать требованиям технических описаний на приборы.
|
|
|
Величина твёрдости и способ замера на детали указывается в конструкторской и технологической документации.
Точностные характеристики приборов для измерений твёрдости по методу Бринелля, Роквелла, Супер-Роквелла и Виккерса, применяемые для контроля технологического процесса, приведены в таблице 11.1.
Пример 1 - На чертеже стальной детали, имеющей вид шайбы с наружным диаметром 30 мм, внутренним диаметром 8 мм и толщиной 1,2 мм, указана её твёрдость: 240 единиц по Бринеллю.
Следует определить параметры воздействия на деталь: диаметр стального шарика, нагрузку и время выдержки.
Комплекс параметров воздействия определяем из таблицы 2 для образцов из чёрных металлов и сплавов. В боковике таблицы находим строку, соответствующую толщине 1,2 мм. На этой же строке находим меньшее ближайшее число, соответствующее указанному на чертеже числу твёрдости. Таким числом является 200. В оглавлении таблицы числу твёрдости 200 (для толщины 1,2 мм) соответствует комплекс значений параметров воздействия, имеющий обозначение «в».
В таблице 1 находим состав комплекса значений параметров воздействия, имеющий обозначение «в»:
- диаметр стального шарика 2,5 мм, нагрузка 1840 Н (187,5 кгс), время выдержки под нагрузкой 10 с.
Пример 2 - На чертеже бронзовой детали в виде пластины размером 200 х 18 х 4 мм указана ее твёрдость: 60 единиц по Бринеллю.
Следует определить параметры воздействия на деталь.
Комплекс параметров воздействия определяем из таблицы 3 ОСТ 1 00375 для образцов из цветных металлов. В боковике таблицы находим строку, соответствующую толщине 4 мм. На этой же строке находим меньшее ближайшее число, соответствующее указанному на чертеже числу твёрдости. Таким числом является 40 (для толщины 4 мм) и ему соответствует комплекс значений параметров воздействия имеющий обозначение «д».
В таблице 1 ОСТ 1 00376 находим состав комплекса значений параметров воздействия, имеющий обозначение «д»:
- диаметр стального шарика 5 мм, нагрузка 2460 Н (250 кгс), время выдержки под нагрузкой 30 с.
|
|
|
Пример 3 - На чертеже стальной детали в виде диска диаметром 20 мм и толщиной 0,7 мм указана её твёрдость 290 единиц по Виккерсу.
Следует выбрать значение действующей на деталь нагрузки.
Значение нагрузки определяем из таблицы 4 ОСТ 1 00376. В боковике таблицы 4 находим строку, соответствующую толщине 0,7 мм. На этой же строке находим меньшее ближайшее значение, соответствующее указанному на чертеже числу твёрдости. Таким числом является 273. В головке таблицы числу твёрдости 273 соответствует искомое значение нагрузки 491 Н (50 кгс).
Пример 4 - Условия те же, что и в примере 3. Следует выбрать значение действующей нагрузки на деталь из бронзы.
Значение нагрузки определяем из таблицы 5 ОСТ 100376. В боковике таблицы 5 находим строку, соответствующую толщине 0,7 мм. На этой же строке находим меньшее ближайшее значение, соответствующее указанному на чертеже числу твёрдости. Таким числом является 256. В головке таблицы числу твёрдости 256 соответствует искомое значение нагрузки 294 Н (30 кгс).
Пример 5 - На эскизе стальной детали в виде пластины 38 х 28 х х 0,7 мм указана её твёрдость: HRCэ 42...47.
Следует определить возможность измерения твёрдости детали методом Роквелла по шкале Сэ.
По таблице 6 определяем меньшее ближайшее значение, соответствующее, указанной на эскизе твёрдости по шкале Сэ. Таким значением является 40. На этой же строке в боковике находим минимально допустимое значение толщины детали -1,2 мм.
Следовательно, измерить твёрдость детали указанным на эскизе методом не представляется возможным, так как толщина меньше допустимой при измерении. Необходимо установить и задать другой метод измерений твёрдости, позволяющий проводить измерения образца толщиной 0,7 мм.
Пример 6 - На поверхность указанной в чертеже корпусной детали нанесено химически осаждённое покрытие, толщина которого не менее 6 мкм, а твёрдость, выраженная в числах твёрдости по ГОСТ 9450, должна быть в пределах от 1000 до 1200 кгс/мм2.
Следует определить форму рабочей части наконечника и значение нагрузки.
Значение нагрузки и форму рабочей части алмазного наконечника определяем из обязательного приложения таблицы 1 ОСТ 1 00376.
В боковике таблицы 1 находим строку, соответствующую толщине 6 мкм. На этой строке находим меньшее ближайшее значение, соответствующее указанному на чертеже числу твёрдости. Таким числом является 796.
В оглавлении таблицы числу 796 соответствует:
форма рабочей части алмазного наконечника - четырехгранная пирамида с ромбическим основанием; нагрузка 0,196 Н (0,020 кгс).
Измерение твёрдости резины и резиновых изделий осуществляется методом определения твёрдости по Шору А.
Измерение твёрдости по Шору А основано на измерении сопротивления резины погружению в неё индентора из закалённой стали.
Прибор для определения твёрдости, место его установки, условия и порядок измерений твёрдости, а также обработку результатов измерений устанавливает ГОСТ 263.
Способ установки изделий и образцов из них, место измерений твёрдости и другие необходимые сведения должны быть приведены в нормативной документации на резиновые изделия и методы их испытаний.
Таблица 11.1 - Основные параметры твердомеров стационарных
| Обозначение типа твердомера | Диапазон измерений твёрдости | Вид индектора | Нагрузка, Н (кгс) | Пределы допускаемой погрешности нагрузок | |||||
| ТБ | 0... 450НВ 95... 650НВW | Шарики диаметрами(мм): (2,5+0,0025) (5+0.004) (10+0,005) по ГОСТ 3722 | 153,2 (15,6) 245,2* (25) 612,9 (62,5) 1225* (125) 1839 (187,5) 2452 (250) 4903* (500) 7355 (750) 9807 (1000) 14710* (1500) 29420 (3000) | ±1,0 | |||||
| ТР | - | - | 98,07** (10) | ±2,0 | |||||
| 70... 93HRA | Наконечник НК по ГОСТ 9377 | 588,4 (60) | ±0,5 | ||||||
| 25...100 HRA | Шарик диаметром (мм): (1,588+0,0025) по ГОСТ 3722 | 980,7 (100) | |||||||
| 20... 70НRСэ | Наконечник НК по ГОСТ 9377 | 1471 (150) | |||||||
| ТРС | - | - | 29,42 (3) | ±2,0 | |||||
| 70 … 94HRN15 40... 66 HRNЗО 20... 78 HRN45 | Наконечник НК по ГОСТ 9377 | 147,1 (15) 294,2 (30) 441,3 (45) | ±0,66 | ||||||
| ТРС | 62...9ЗHRN15 15... 82HRN30 10...72 HRN45 | Шарик диаметром (мм): (1,588+0,0025) по ГОСТ 3722 | 147,1 (15) 294,2 (30) 441,3 (45) | ±0,66 | |||||
| ТВ | 8...2000НV | Наконечник НП по ГОСТ 9377 | 9,807 (1) 19,61 (2) 24,52 (2,5) 29,4 (3) 49,03 (5) 98,07 (10) 196,1 (20) 294,2 (30) 490,3 (50) 980,7 (100) | ±1,0*** | |||||
Примечание:
1 * По согласованию с потребителем допускаются нагрузки 14710, 4903, 1226, 2452 Н.
2 ** Предварительные нагрузки.
3 *** В твердомерах с нагрузками от 9,807 до 98,070 Н, если приложение нагрузки осуществляют методом непосредственного нагружения (грузами), предел допускаемой погрешности нагрузок должен быть не более ±0,5 %.
Измерение силы
Силой называется всякое воздействие на данное тело, сообщающее ему ускорение или вызывающее его деформацию. Сила векторная величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел.
Сила характеризуется числовым значением, направлением в пространстве и точкой приложения.
За единицу силы в СИ принят ньютон (Н). Ньютон - это сила, которая придает массе 1 кг в направлении действия этой силы ускорение 1 м/с2.
В технических измерениях допускаются единицы силы:
1 кгс (килограмм-сила) = 9,81 Н;
1 тc (тонна-сила) = 9,81 х 103 Н.
Измерение силы осуществляют посредством динамометров, силоизмерительных машин и прессов, а также непосредственным нагружением при помощи грузов и гирь.
Динамометры - приборы, измеряющие силу упругости.
Динамометры изготовляют трёх типов:
ДП - пружинные,
ДГ- гидравлические,
ДЭ - электрические.
По способу регистрации измеряемых усилий динамометры подразделяют на:
- указывающие - применяют главным образом для измерений статических усилий, возникающих в конструкциях, установленных на стендах, при приложении к ним внешних сил и для измерения силы тяги при плавном передвижении изделия;
- считающие и пишущие динамометры, регистрирующие переменные усилия, применяют чаще всего при определении силы тяги паровозов и тракторов, так как вследствие сильной тряски и неизбежных рывков при ускорении их движения, а также неравномерности загрузок изделия создаются переменные усилия.
Наибольшее распространение имеют динамометры общего назначения пружинные, указывающие.
Основные параметры и размеры динамометров общего назначения, пружинных со шкальным отсчётным устройством, предназначенных для измерений статических растягивающих усилий, устанавливает ГОСТ 13837.
Выбор пружинных динамометров общего назначения в обыкновенном исполнении, применяемых для измерений статических растягивающих усилий, должен осуществляться согласно настоящего документа.
Основные технические параметры пружинных динамометров общего назначения в обыкновенном исполнении, применяемых для измерений статических растягивающих усилий приведены в таблице 12.1.
Пределы измерений и погрешность динамометра должны определяться одним из двух способов:
- расчётным,
- по таблицам приложения 2 ОСТ 1 00380.
Для измерения силы тяги двигателей летательных аппаратов при стендовых испытаниях следует применять силоизмерительные системы. Структурные схемы и принцип действия силоизмерительных систем приведены в рекомендуемом приложении 3 ОСТ 1 00380.
Рабочие средства измерений, применяемые в силоизмерительных системах, приведены в справочном приложении 4 ОСТ 1 00380.
Предел допускаемой погрешности измерений системы не должен превышать допускаемого значения по ОСТ 1 01021 и ОСТ1 02512.
Пример - Необходимо определить верхний предел измерений и основную приведенную погрешность динамометра для измерений силы (160± 10) кгс.
Определяем:
наибольший предельный размер параметра
160 кгс+ 10 кгс= 170 кгс;
наименьший предельный размер параметра
160 кгс-10 кгс= 150 кгс;
допуск
170 кгс-150 кгс =20 кгс.
Расчётный способ.
Определяем:
основную допустимую абсолютную погрешность измерений (по формуле (7.1)):
 0,33 х 20 кгс = | 6,6 | кгс;
нижний предел рабочей части шкалы (по формуле (7.2)):
Нди < 150 кгс - 6,6 кгс = 143,4 кгс;
верхний предел рабочей части шкалы (по формуле (7.3)):
Вди > 170 кгс + 6,6 кгс = 176,6 кгс.
Выбираем по таблице 12.1 динамометр общего назначения с верхним пределом Вди= 2,0 Н (204 кгс). Нормирующее значение для определения основной приведенной погрешности динамометра равно конечному значению его шкалы.
Хн = 204 кгс
Определяем предел допускаемой основной приведённой погрешности динамометра (по формуле (7.10)):
Находим меньшее ближайшее значение погрешности  по отношению к найденному значению допускаемой основной приведенной погрешности. Этим значением для динамометров является = ±2 %, поэтому выбираем динамометр класса точности 2.
Способ с использованием таблиц.
В боковике таблицы приложения 2 ОСТ 1 00380 находим строку с диапазоном измерений от 20 до 200 кгс, в котором измеряемая величина может принимать одно из значений.
На этой же строке во второй графе находим значение верхнего предела измерений динамометра. Этим значением является 200 кгс. На этой же строке находим меньшее ближайшее значение допуска по отношению к заданному. Этим значением является 12 кгс.
В оглавлении таблицы, по значению допуска 12 кгс, находим соответствующее ему значение погрешности = 2 %.
Вывод - для измерения силы (160 ± 10) кгс выбираем динамометр с верхним пределом 2,0 Н (204 кгс), класса точности 2.
Таблица 12.1 – Основные технические параметры пружинных динамометров общего назначения в обыкновенном исполнении, применяемых для измерений статических растягивающих усилий
|
|
