Визначення твердості металів

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

МЕТА РОБОТИ

Засвоїти поняття твердості, вивчити сутність її визначення різними методами. Навчитися самостійно вимірювати твердість найбільш поширеними методами.

ЗАВДАННЯ:

вивчити обладнання й методику визначення твердості металу;

визначити твердість незагартованої вуглецевої сталі на пресі Брінеля;

визначити твердість загартованої вуглецевої сталі на приладі Роквела.

ОБЛАДНАННЯ:

твердоміри ТШ (Брінеля) та ТК (Роквела);

вимірювальна лупа;

зразки.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ

Під твердістю матеріалу розуміють його здатність чинити опір пластичній або пружній деформації при впровадженні в нього більш твердого тіла (індентора). Цей вид механічних випробувань не пов'язаний з руйнуванням металу і, крім того, в більшості випадків не вимагає приготування спеціальних зразків.

Всі методи вимірювання твердості можна розділити на дві групи в залежності від виду руху індентора: статичні методи і динамічні. Найбільшого поширення набули статичні методи визначення твердості.

Статичним методом вимірювання твердості називається такий, при якому індентор повільно і безперервно вдавлюється у випробуваний метал з певним зусиллям. До статичних методів відносять такі: вимірювання твердості по Бринеллю, Роквеллу і Віккерсом.

1.1 Визначення твердості по Брінелю

Суть метода полягає у втиснені сталевої кульки діаметром D=10mm у зразок під дією навантаження F(P), Н (кгс) та вимірювання діаметра відбитку d мм, після зняття випробувального навантаження. Якщо поверхню відбитку виразити через діаметр кульки та діаметр відбитку, то твердість по Брінелю визначається формулою:

де НВ - твердість по Бринеллю при застосуванні сталевої кульки; МПа (кгс);

F - зусилля, що діє на кульку, Н (кгс);

А - площа поверхні сферичного відбитка, мм²;

D - діаметр кульки, мм;

d - діаметр відбитка, мм.

при випробуванні сталі і чавуну D=10mm та F=29430 (3000) Н (кгс),

при випробуванні міді, алюмінію та їх сплавів D=10mm та F=9800(1000) Н (кгс),

при випробуванні м'яких металів (Pb, Sn та їх сплавів) D=10mm, F=2450(250) H (кгс).

Твердість по Брінелю позначають цифрами, які вказують на величину твердості та буквами НВ, наприклад, 185НВ (при D=10mm та F=3000 кгс). Твердість визначають або за формулами або по спеціальним таблицям, виходячи із діаметра відбитку d. Чим менший діаметр, тим вища твердість.

Метод Брінеля не використовують для сталей з твердістю більше 450 НВ, а кольорових металів - більше 200 НВ.

Рисунок 1 – Схема випробування твердості за Брінелем

1.2 Визначення твердості по Роквелу.

Суть метода полягає у вдавлюванні наконечника з алмазним конусом з кутом при вершині 120° (шкали А та С), або сталевої загартованої кульки діаметром 1,59 мм (шкали В) у випробувальний зразок під дією послідовно прикладених попередньої Fo(Po) H (кгс) та основної сили F(Pi) H (кгс).

Під навантаженням F_o(Po) наконечник приладу втискається у зразок на глибину h₀. Потім на випробувальний зразок подається усе навантаження F=Fo+F₁ (P=Po+P₁) і глибина занурювання наконечника досягає глибини h. Після зняття основного навантаження Fi(Pi) стрілка індикатора приладу показує число твердості сталі по Роквелу HR. Чим менше глибина занурювання, тим вища твердість випробувального матеріалу. За одиницю твердості прийняте осіве переміщення наконечника на 0,002 мм. Твердість яку вимірюють за шкалою С Роквела, відтворена спеціальним державним еталоном. Позначається HRC_Э на відміну від позначення раніше використовуваний в промисловостіHRC.

Рисунок 2 – Схема випробування твердості за Роквелом

Таблиця 1 – Шкали для визначення твердості по Роквелу.

№	Шкала	Наконечник	Навантаження, Н
Ро	Р₁	Р	Позначення
	А	Конус		HRA
	В	Кулька		HRB
	С	Конус		HRC

Результати випробувань занести в протокол:

Протокол №1 – Визначення твердості за Брінелем

Матеріал	Діаметр кульки, Д, мм	Навантаження, Р₁н (кгс)	1-е визн	2-е визн.	3-е визн.	Середнє число твердості, НВ
d,мм	НВ	d,мм	НВ	d,мм	НВ

Протокол №1 – Визначення твердості за Брінелем

Матеріал	Наконечник	Навантаження, Р₁н (кгс)	Шкала	Число твердості, НR С	Середнє число твердості НRС	Число тверд., НВ