Краткий конспект теоретического материала

Определение твёрдости металлов

Структурно-логический анализ учебного материала

Таблица 1 - Спецификация учебных элементов темы

№	Наименование элемента	Новое понятие	Опорное понятие	Уровень усвоения
	Определение твёрдости металлов	O		II
	Цель работы	O		II
	Приборы и материалы	O		II
	Основные положения	O		II
	Твердость материала	O		II
	Методы измерения твердости	O		II
	Статический метод	O		II
	Измерение твердости по Бринеллю	O		II
	Измерение твердости по Роквеллу	O		II
	Измерение твердости по Виккерсу	O		II
	Динамический метод	O		II
	Измерение твердости по Шору	O		II
	Измерение твердости по Польди	O		II

Граф учебной информации

___________________________________1___________________________________________I

______2______________3___________________________4_____________________________II

_________________________________5___________________6_________________________III

_____________________________________________7_____________11_________________IV

______________________________ 8 _____ 9 ___ _10 __________ 12 _________ 13 _____________ V

Краткий конспект теоретического материала

Цель работы

Усвоить понятие твердости, изучить сущность ее определения различными методами. Научиться самостоятельно измерять твердость наиболее распространенными методами.

Приборы и материалы

Приборы Бринелля и Роквелла, образцы из горячекатаной и термически упрочненной углеродистой стали и цветных сплавов, эталонные бруски известной твердости.

Основные положения

Твердость материала – это его способность сопротивляться пластической или упругой деформации при внедрении в него более твердого тела (индентора).

Этот вид механических испытаний не связан с разрушением металла.

Все методы измерения твердости можно разделить на две группы в зависимости от вида движения индентора:

- статические;

- динамические.

Наибольшее распространение получили статические методы определения твердости.

Статическим методом измерения твердости – это метод при котором индентор медленно и непрерывно вдавливается в испытуемый металл с определенным усилием.

К статическим методам относят:

- измерение твердости по Бринеллю;

- Роквеллу;

- Виккерсу (рисунок 1).

Рисунок 1 - Схема определения твердости:

а) по Бринеллю; б) по Роквеллу; в) по Виккерсу

При динамическом испытании контролируется величина отскока испытательного инструмента от поверхности испытываемого образца.

К динамическим методам относят:

- твердость по Шору;

- Польди.

Измерение твёрдости по Бринеллю

Сущность метода:

Шарик (стальной или из твердого сплава) определенного диаметра под действием усилия, приложенного перпендикулярно поверхности образца, в течение определенного времени вдавливается в испытуемый металл (рисунок 1а). Величину твердости по Бринеллю определяют исходя из измерений диаметра отпечатка после снятия усилия.

При измерении твердости по Бринеллю применяются шарики (стальные или из твердого сплава) диаметром 1,0; 2,0; 2,5; 5,0; 10,0 мм.

При твердости металлов менее 450 единиц для измерения твердости применяют стальные шарики или шарики из твердого сплава. При твердости металлов более 450 единиц - шарики из твердого сплава.

Величину твердости по Бринеллю рассчитывают как отношение усилия F, действующего на шарик, к площади поверхности сферического отпечатка А: HB(HBW) = =

НВ – твердость по Бринеллю при применении стального шарика;

(HBW твердость но Бринеллю при применении шарика из твердого сплава), МПа (кгс);

F – усилие, действующее на шарик, Н (кгс);

А – площадь поверхности сферического отпечатка, мм²;

D – диаметр шарика, мм;

d – диаметр отпечатка, мм.

Одинаковые результаты измерения твердости при различных размерах шариков получаются только в том случае, если отношения усилия к квадратам диаметров шариков остаются постоянными.

Усилие на шарик необходимо подбирать по следующей формуле:

F = K ⋅ D²

Диаметр шарика D и соответствующее усилие F выбирают таким образом, чтобы диаметр отпечатка находился в пределах:

0,24 ⋅ D ≤ d ≤ 0,6 ⋅ D

Если отпечаток на образце получается меньше или больше допустимого значения d, то нужно увеличить или уменьшить усилие F и произвести испытание снова.

Коэффициент К имеет различное значение для металлов разных групп по твердости. Численное, же значение его должно быть таким, чтобы обеспечивалось выполнение требования, предъявляемого к размеру отпечатка. Толщина образца должна не менее, чем в 8 раз превышать глубину отпечатка.

Последовательность измерения твёрдости по Бринеллю

Подготовка образца, выбор условий испытания, получение отпечатка, измерение отпечатка и определение числа твердости производится в строгом соответствии ГОСТ 9012-59 (в редакции 1990 г.). Необходимые для замера твердости значения выбираются из таблиц этого ГОСТа.

Значение К выбирают в зависимости от металла и его твердости в соответствии с таблицей 2.

Таблица 2 - Испытание твердости по Бринеллю

Диаметр шарика D, мм	Прикладываемое усилие F, Н
K=F/D2
			2,5
					980,7
				612,9	245,2
2,5		612,9	306,5	153,2	61,3
	294,2	98,1	49,0	24,5	9,81
Диапазон твердости HB	55 – 650	35 – 200	<55	8 – 55	3 – 20
Измеряются	Сталь, чугун, медь и ее сплавы, легкие сплавы	Чугун, сплавы меди, легкие сплавы	Медь и ее сплавы, легкие сплавы	Легкие сплавы	Свинец, олово

Усилие, F в зависимости от значения К и диаметра шарика D устанавливают в соответствии с таблицей 2.

Рекомендуемое время выдержки образца под нагрузкой для сталей составляет 10 с, для цветных сплавов 30 с (при K=10 и 30) или 60 с (при K=2.5).

Последовательность измерения твёрдости по Роквеллу

Шкалу испытания (А, В или С) и соответствующие ей условия испытания (вид наконечника, общее усилие) выбирают в зависимости от предполагаемого интервала твердости испытуемого материала.

Таблица 3 - Выбор нагрузки и наконечника для испытания твердости по Роквеллу

Примерная твердость по Виккерсу	Обозна-чение шкалы	Вид наконечника	Общее усилие, кгс	Обозначение твердости по Роквеллу	Допус- каемые пределы шкалы
60 – 240 240 – 900 390 – 900	В С А	Стальной шарик Алмазный конус То же		HRB HRC HRA	25 – 100 20 – 67 70 – 85