2015-05-05
1733
Метод основан на том, что в плоскую поверхность металла вдавливается под постоянным усилием F шарик из закаленной стали диаметром D, который может быть равен 2,5; 5 и 10 мм (рис. 1). После снятия усилия в испытуемом металле остается отпечаток (лунка), диаметр которого d измеряют.
Число твердости по Бринеллю определяют путем деления усилия F на площадь поверхности сферического отпечатка А:
, или
(1)
когда усилие F выражено в Н;
когда усилие F выражено в кгс.
При определении твердости шариком диаметром D = 10 мм при усилии F = 29430 Н (3000 кгc) с выдержкой t = 10 с число твердости по Бринеллю записывается так: 400 НВ, 250 НВ и т.п. При других условиях испытаний индекс НВдополняется цифрами, поясняющими эти условия, например, 250 НВ 5 / 750 означает: число твердости по Бринеллю 250, определенное при применении стального шарика диаметром 5 мм при усилии 7355 H (750 кгс) и продолжительности выдержки от 10 до 15 с. Допускается использование размерности МПа, которая должна указываться после числа твердости (например, НВ = 2300 МПа).
|
|
|
|
|
Диаметр шарового индентора и величину усилия выбирают в зависимости от испытуемого металла. Отношение d / D поддерживают в пределах 0,2...0,6. Обычно при испытании стали и чугуна устанавливают шарик диаметром D = 10 мм и усилие F = 29430 Н (3000 кгс); при испытании большинства конструкционных сплавов цветных металлов D = 10 мм и F = 9800 Н (1000 кгс); и при испытании мягких металлов и некоторых их сплавов (алюминий, цинк, олово и др.) D = 10 мм, F = 2450 Н (250 кгс).
В зависимости от толщины испытуемого образца S выбирают следующие диаметры шарика:
D = 10 мм при S > 6 мм;
D = 5 мм при S = 3…6 мм;
D =2,5 мм при S < 3мм.
Толщина образца S должна существенно превышать глубину отпечатка h, которую можно оценить по формуле
h = A/pD,(2)
где A - площадь шаровой поверхности отпечатка рассчитывается из соотношения (1).
Усилие рассчитывается по формуле F = К D 2. В зависимости от твердости металла вводится коэффициент К – соотношение между усилием и квадратом диаметра индентора:
К = 30 для черных металлов;
К =10 для сплавов Cu, Al, Ni;
К = 2,5 для Pb, Sn
Продолжительность выдержки под действием усилия должна быть от 10 до 15 с для черных металлов, для цветных металлов и сплавов – от 10 до 180 с в зависимости от металла и его твердости.
Для измерения твердости по Бринеллю используют приборы с механическим приводом.
Прибор ТШ-2 (см. рис 2) смонтирован в массивной станине. На подъемном винте 2; перемещающемся при вращении маховика 1, установлен столик 5, на котором располагается испытуемый образец. В верхней части станины имеется шпиндель 6, в который вставляют наконечник с шариком. Усилие прилагается к шарику через систему рычагов. На длинном плече рычага 15 имеется подвеска, на которую накладываются грузы 18. При включении электродвигателя усилие передается на шаровидный индентор.
|
|
|
Продолжительность испытания задается специальным механизмом 3. Выключение прибора происходит автоматически. Наконечник с шариком закрепляют в шпинделе 6. На подвеске устанавливают требуемое усилие. Испытуемый образец помещают на столике 5 и, вращая маховик 1 вправо до упора, прикладывают к образцу предварительное усилие (98 Н) для устранения смещения образца во время испытания. Затем включают электродвигатель и по окончании испытания вращением маховика 1 в обратную сторону (влево) опускают столик, снимают образец и с помощью специальной лупы или других оптических приборов измеряют диаметр отпечатка (рис. 3). Правильность показаний твердомера проверяют по контрольным стальным плиткам с известной твердостью (образцовым мерам твердости по ГОСТ 9031-75), прилагаемым к прибору. Если при измерении твердости контрольной плитки полученное значение твердости отличается от истинной твердости (выгравировано на плитке) более чем на 4... 5%, прибор необходимо оттарировать.
Рис. 2. Схема прибора ТШ-2.
1 - маховик; 2 - подъемный винт; 3 - специальный механизм; 4 - кнопка-выключатель; 5 - столик; 6 - шпиндель; 7 - упорный чехол; 8 - втулка;
9 - пружина; 10 - шпиндель; 11 - сигнальная лампа; 12, 15 - рычаги;
13 - серьга; 14 - микропереключатель; 16 - вилка; 17 - шатун; 18 - грузы;
19 - кривошип; 20 - редуктор; 21- электродвигатель
Для расчета значения НВ и подбора усилия целесообразно использовать компьютерные шаблоны, в частности для программы ЕХCЕL, позволяющие быстро определять необходимые величины, представленные в формулах (1) и (2).
|
|
Рис. 3. Измерение диаметра отпечатка при помощи лупы: а – установка лупы на образце; б – отсчет по шкале лупы
Точность определения твердости сильно зависит от точности измерения диаметра отпечатка, поэтому рекомендуется использовать инструментальный микроскоп с ценой деления 0,01 - 0,02 мм или специальные лупы, на окуляре которой нанесена шкала с делениями, а также обеспечивать достаточно высокое качество поверхности образца.
Диаметр отпечатка измеряют в двух взаимно перпендикулярных направлениях и определяют как среднее арифметическое значение двух измерений. На практике для определения твердости по Бринеллю пользуются приведенной в ГОСТе 9012-59 таблицей (табл. 1), в которой указано значение НВ в зависимости от диаметра отпечатка и выбранной нагрузки.
Метод Бринелля не является универсальным. Его используют для материалов с твердостью не более 450 HB.
Таблица 1. Твердость по Бринеллю
| Диаметр отпечатка, мм | Число твердости по Бринеллю НВ при диаметре шарика 10 мм и усилии F, равном | ||
| 29430 Н (3000 кгс) 30 D 2 | 9810 Н (1000 кгс) 10 D 2 | 2450 Н (250 кгс) 2,5 D 2 | |
| 2,90 | — | — | |
| 2,95 | — | — | |
| 3,0 | — | 34,6 | |
| 3,05 | — | 33,4 | |
| 3,10 | 32,3 | ||
| 3,15 | 31,3 | ||
| 3,20 | 30,3 | ||
| 3,25 | 29,3 | ||
| 3,30 | 28,4 | ||
| 3,35 | 27,6 | ||
| 3,40 | 26,7 | ||
| 3,45 | 25,9 | ||
| 3,50 | 25,2 | ||
| 3,55 | 97,7 | 24,5 | |
| 3,60 | 23,7 | ||
| 3,65 | 92,3 | 23,1 | |
| 3,70 | 89,7 | 22,4 | |
| 3,75 | 87.2 | 21,8 | |
| 3,80 | 84,9 | 21,2 | |
| 3,85 | 82,6 | 20,7 | |
| 3,90 | 80,4 | 20,1 | |
| 3,95 | 78,3 | 19,6 | |
| 4,0 | 76,3 | 19,1 | |
| 4,05 | 74,3 | 18,6 | |
| 4,10 | 72,4 | 18,1 | |
| 4,15 | 70,6 | 17,6 | |
| 4,20 | 68,8 | 17,2 | |
| 4,25 | 67,1 | 16,8 | |
| 4,30 | 65.5 | 16,4 | |
| 4,35 | 63,9 | 16,0 | |
| 4,40 | 62,4 | 15,6 | |
| 4,45 | 60,9 | 15,2 | |
| 4,50 | 59,5 | 14,9 | |
| 4,55 | 58,1 | 14,5 | |
| 4,60 | 56.8 | 14,2 | |
| 4,65 | 55,5 | 13,9 | |
| 4,70 | 54,3 | 13,6 | |
| 4,75 | 53,0 | 13,3 | |
| 4,80 | 51,9 | 13,0 | |
| 4,85 | 50,7 | 12,7 | |
| 4,90 | 49,6 | 12,4 | |
| 4,95 | 48,6 | 12,2 | |
| 5,0 | 47,5 | 11,9 | |
| 5,05 | 46,5 | 11,6 | |
| 5,10 | 45,5 | 11,4 | |
| 5,15 | 44,6 | 11,2 | |
| 5,20 | 43,7 | 10,9 | |
| 5,25 | 42,8 | 10,7 | |
| 5.30 | 41,9 | 10,5 | |
| 5,35 | 41,0 | 10,3 | |
| 5,40 | 40,2 | 10,1 | |
| 5,45 | 39,4 | 9,86 | |
| 5,50 | 38,6 | 9,66 | |
| 5,55 | 37,9 | 9,46 | |
| 5,60 | 37,1 | 9,27 | |
| 5,65 | 36,4 | 9,10 | |
| 5,70 | 35,7 | 8,93 | |
| 5,75 | 35,0 | 8,80 | |
| 5,80 | 34,3 | 8,59 | |
| 5,85 | 33,7 | 8,43 | |
| 5.90 | 99,2 | 33,1 | 8,26 |
| 5,95 | 97,3 | 32,4 | 8,11 |
| 6,00 | 95,5 | 31,8 | 7,96 |
|
|
|
