Lab

	а)			б)
а - общий вид;		б - схема
1	– индикатор; 2 – индентор; 3 – стол; 4 – маховик;
5	– установочный диск; 6 – клавиша; 7 – сигнальная

лампа; 8 – тумблер; 9 – нагрузка; 10 - станина

Рисунок 2.9 - Прибор ТК-2

При измерении твердости в поверхность образца, установленного на столе 3, под действием предварительной нагрузки, создаваемой сжатием пружины и основной нагрузки 9, внедряется индентор 2. Глубина вдавливания индентора измеряется индикатором 1. Однако шкалы индикатора проградуированы не в единицах длины, а в единицах твердости, поэтому значение твердости читают непосредственно по одной из шкал индикатора.

АО «Точприбор» г. Иваново в настоящее время выпускает приборы для измерения твердости по методу Роквелла ТР 5006 и ТР 5006 – 02. Прибор ТР 5006 предназначен для измерения твердости по Роквеллу металлов и сплавов, графитов и металлографитов, пластмасс, клееной фанеры, прессованной древесины и других материалов. К прибору может дополнительно поставляться грузовая подвеска для обеспечения измерения твердости по мето-

ду Бринелля с нагрузками H(кгс): 612,9(62,5); 980,7(100); 1226(125); 1839(187,5). При этом обозначение прибора ТР 5006 – 02. Диапазон измерения твердости по методу Роквелла: шкала А, HRA – от 70 до 93; шкала B, HRB - от 25 до 100; шкала C, HRCэ - от 20 до 70. Продолжительность времени приложения основной нагрузки регулируемая, от 2 до 8 с.

25

Твердомер 2120ТР (рисунок 2.10) относится к группе полуавтоматических твердомеров. Особенностью конструкции является электромеханическое перемещение испытательного стола, предварительное обжатие испытуемого изделия, автоматизация приложения и снятия предварительной и основной нагрузок.

Рисунок 2.10 - Твердомер 2120ТР

2.3.8 Метод Польди

Наряду с рассмотренными статическими методами, иногда для определения твердости крупногабаритных деталей применяется также и динамический метод Польди.

Определение твердости по методу Польди НР основано на сравнении диаметров отпечатков шарика, полученных одновременно на исследуемом образце и эталоне с известной твердостью в результате одного удара

(рисунок 2.11).

Рисунок 2.11 - Определение твердости по методу Польди

26

Удар производится ручным молотком по бойку, который прижат к эталону пружиной. Шарик находится между эталоном и образцом. При ударе шарик вдавливается и в образец, и в эталон.

Измерив диаметры отпечатков на образце и эталоне и зная твердость эталона, можно подсчитать твердость исследуемого образца

	HP = HB	·	Fэ	,
			F
	э
			обр

где HBэ- число твердости эталона в единицах Бринелля;

Fэ - площадь поверхности отпечатка на эталоне; Fобр - то же, на исследуемом образце.

Если подсчитать поверхность отпечатков на эталоне и образце, имеющих форму шаровых сегментов, то приближенно

	2
HP = HBэ ·	dЭ	,
	2
	dобр

где dЭ - диаметр отпечатка на эталоне; dобр - то же, на образце.

Прибор Польди дает приближенные результаты, так как твердость эталона Нэ определяется при статическом вдавливании по методу Бринелля, а твердость исследуемого образца НРпри динамическом вдавливании.

Для одного и того же материала динамическая твердость значительно больше статической. Для различных материалов отношение этих твердостей колеблется в пределах от 1,6 до 2,8.

Практически твердость по методу Польди после удара и измерения диаметров отпечатков не подсчитывается по приведенным формулам, а определяется по соответствующим таблицам.

2.3.9 Измерение твердости методом Шора

При измерении твердости по Шору груз вместе с укрепленным на нем индентором (обычно это стальной шарик) падает с высоты Нп на образец перпендикулярно его поверхности (рисунок 2.12). Твердость по Шору определяется по высоте отскока шарика Но. Шкала твердости разделена на 130 единиц. Она рассчитана таким образом, что твердость закаленной заэвтектоидной стали оказывается равной 100 единиц. Эти приборы используются для экспресс-анализов. Между твердостью по Шору и другими методами нет никакой взаимосвязи.

27

Рисунок 2.12 – Схема определения твердости по Шору

В некоторых случаях, когда применение перечисленных методов невозможно, твердость определяется с помощью тарированных напильников. Этот метод менее точен, но прост и легко применим в цеховых условиях.

2.4 Порядок выполнения работы

Получите у лаборанта образцы металлов, подлежащие испытанию на твердость (ориентировочная величина твердости образцов должна быть известна) и при необходимости прошлифуйте на шлифовальной бумаге.

2.4.1 Проведение испытаний на твердость по Бринеллю на приборе ТШ-2

2.4.1.1 Используя данные таблицы 2.1, убедитесь, что диаметр шарика (рисунок 2.2) и величина нагрузки 2, установленные на приборе, соответствует характеристикам образца, подлежащего испытанию на твердость, учитывая, что рычажная система с подвеской создают нагрузку 1839 H (187,5 кгс).

2.4.1.2 Положите образец на стол 5 прибора и вращением маховика 7 по часовой стрелке подожмите его к шарику до тех пор, пока он не упрется в ограничитель 4.

Нажатием кнопки 8 включите электродвигатель привода прибора. По окончании испытания (после того как сигнальная лампа 6 погаснет, а электродвигатель остановится) вращением маховика 7 против часовой стрелки опустите стол. Снимите образец со стола.

2.4.1.3 Измерьте диаметр отпечатка с помощью микроскопа МПБ-3. Для этого:

1) установите микроскоп основанием колонки 5 (рисунок 2.3) на испытуемый образец так, чтобы отверстие в основании было концентрично с измеряемым отпечатком, а окно в колонке находилось против внешнего источника света;

28

2)наблюдая в окуляр 1 и вращая его вокруг продольной оси, установите резкое изображение шкалы сетки;

3)вращением установочного кольца 3 добейтесь получения резкого изображения отпечатка в поле зрения окуляра;

4)снимите отсчет по шкале с ценой деления 0,02 мм;

2.4.1.4 Рассчитайте среднее арифметическое двух измерений, по таблицам (ГОСТ 9012) определите твердость НВ образца и рассчитайте предел прочности материала.

2.4.1.5 Занесите данные в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 - Результатыиспытаний твердости

Метод Бринелля

Метод Роквелла

Материалобразца

Нагрузка, H (кгс)

d

Твердость, HB

Среднеезначение

твердости

Расчетпредела

, МПа

Материалобразца

Нагрузка, H (кгс)

Индентор

Шкала

Твердость, HR

Среднеезначение твердости

прочностиσ

отпечатка

в

2.4.2 Проведение испытаний на твердость по Бринеллю на приборе

ТП-2

2.4.2.1Убедитесь, что нагрузка 17 (рисунок 2.7), установленная на приборе, составляет 613 Н (62,5 кгс). При этом следует иметь в виду, что подвеска передает нагрузку, равную 49 Н (5 кгс).

2.4.2.2Включите прибор и проверьте освещенность.

2.4.2.3Переводом рукоятки 13 вниз до защелкивания приведите привод прибора в состояние готовности к испытаниям.

2.4.2.4Установите поворотную головку 5 в крайнее левое положение. При этом индентор 8 встанет по оси прибора.

2.4.2.5Провести испытания на твердость образцов малоуглеродистой стали. Установите испытуемый образец стали на стол 10 и вращением маховика 11 поднимите стол до упора образца в торец защитного чехла 7.

2.4.2.6Нажатием на клавишу 12 приведите прибор в действие. По окончании испытания (рычаг 13 поднимется в верхнее положение, а сигнальная лампа 14 погаснет) опустите маховиком стол до выхода образца из контакта с индентором.

2.4.2.7Установите рукояткой поворотную головку 5 в крайнее правое положение. При этом объектив 6 микроскопа окажется точно над отпечатком, оставленном индентором на поверхности образца. Наблюдая в окуляр 2 и опуская стол, добейтесь четкого видения отпечатка.

29

2.4.2.8 С помощью измерительной системы микроскопа измерьте диаметр отпечатка. Измерение отпечатков производится с помощью двух штрихов, которые перемещаются вращением микрометрического винта 1 и барабанчика 4.

Вращением микрометрического винта 1 подведите нулевой штрих видимой в поле окуляра шкалы слева от отпечатка, вращением барабанчика 4 подведите подвижный штрих справа от отпечатка так, как это показано на рисунке 2.13.

1 -отпечаток; 2 -шкала окуляра; 3 -подвижный штрих

Рисунок 2.13 - Схема измерения диаметра отпечатка Снять показания: целые числа по шкале, видимой в поле окуляра, деся-

тые и сотые - по шкале, нанесенной на боковой поверхности барабанчика 4 (рисунок 2.7).

По результатам трех измерений диаметров отпечатков по таблице (ГОСТ 10241 – 62) определить твердость HB. Определить среднее значение твердости.

2.4.2.9Вычислить предел прочности стали, зная твердость HB.

2.4.2.10Данные занесите в таблицу 2.2.

2.4.3Проведение испытаний на твердость по Роквеллу на приборе

ТК – 2

2.4.3.1Перед испытанием на твердость по Роквеллу необходимо произвести контроль прибора с целью определения точности его показаний. Контроль прибора производят при помощи брусков, твердость которых заранее известна. При проверке показания прибора должны находиться в пределах чисел твердости, обозначенных на контрольных брусках. Если твердость по прибору не соответствует твердости контрольных брусков, то к показаниям прибора при испытании образцов вводится соответствующая поправка. Порядок проведения контроля аналогичен порядку проведения испытаний.

2.4.3.2Убедитесь, что индентор и величина нагрузки, установленные на приборе (рисунок 2.9), соответствуют характеристикам образца, подлежащего испытанию на твердость.

2.4.3.3Тумблером включите электродвигатель привода прибора.

30

2.4.3.4Провести испытания на твердость образцов отожженной стали шариком (шкала В) при нагрузке 981 H (100 кгс) и закаленной стали алмазным конусом (шкала С) при нагрузке 1475 H (150 кгс). Допускается приме-

нение конусных инденторов из твердого сплава при твердости до 50 HRCэ. Установите испытуемый образец на стол и вращением маховика плавно, ОСТОРОЖНО поднимите его до соприкосновения образца с индентором. При быстром подъеме образца можно сломать кончик азмазного индентора. Продолжая подъем стола, установите стрелки индикатора так, чтобы малая стрелка заняла положение у красной точки, а большая - положение, близкое к вертикальному (допустимо отклонение от вертикали не более, чем на 15 градусов).

2.4.3.5Установочным диском совместите нулевую отметку черной шкалы индикатора с большой стрелкой. Нажатием клавиши приведите прибор в действие.

После того, как стрелки индентора установятся, произведите отчет по соответствующей шкале.

2.4.3.6Вращением маховика отведите образец от индентора.

2.4.3.7Твердость следует измерять не менее, чем в трех точках. Расстояние между центрами двух соседних отпечатков или от центра отпечатка до края образца должно быть не менее 3 мм. Определите среднее значение твердости.

2.4.3.8Данные испытаний твердости занесите в таблицу 2.2.

2.5Содержание отчета

Вотчете должны быть изложены: 1) цель работы;

2) характеристика испытаний на твердость, как способа исследования

металлов; краткое описание методов определения твердости по Бринеллю, Виккерсу, Роквеллу;

3)схемы испытания на твердость методами Бринелля, Виккерса и Рок-

велла;

4)заполненные таблицы с результатами измерения твердости по методам Бринелля и Роквелла; расчет предела прочности материалов, испытанных по методу Бринелля.

2.6 Контрольные вопросы

2.6.1Что понимается под твердостью?

2.6.2Назовите приборы для определения твердости.

2.6.3Опишите принцип действия приборов для испытания на твер-

дость.

2.6.4Чем объясняется широкое применение способа измерения твердо-

сти?

31

2.6.5 Какова размерность твердости для различных способов испыта-

ния?

2.6.6Когда применяются методы Роквелла, Виккерса, Бринелля?

2.6.7Твердость каких металлов испытывают по методу Бринелля?

32

Приложение А (справочное)

Таблица ориентировочного перевода значений твердости, определяемых различными методами

Твердость HV

1234

1116

1022

941

868

804

746

694

650

606

587

551

534

502

474

460

435

423

401

390

386

361

344

334

320

311

303

292

285

278

270

261

255

249

240

235

	Твердость НВ			Твердость HR				Твердость НВ
				по шкале
							HV
		НВ при	НВ при						НВ при
мм							Твердость	мм
		ным	из карбида						дартным
диаметр		испытании	испытании					диаметр	испыта-
		стандарт-		С	А	В			нии стан-
отпечатка,			шариком					отпечатка,
		стальным	вольфрама						стальным
		шариком							шариком
2,20		780	872	72	84	—	228	4,00	229
2,25		745	840	70	83	—	222	4,05	223
2,30		712	812	68	82	—	217	4,10
2,35		682	794	66	81	—	213	4,15	212
2,40		673	760	64	80	—	208	4,20	207
2,45		627	724	62	79	—	201	4,25	201
2,50		601	682	60	78	—	197	4,30	197
2,55		578	646	58	78	—	192	4,35	192
2,60		555	614	56	77	—	186	4,40	187
2,65		534	578	54	76	—	183	4,45	183
2,70		514	555	52	75	—	178	4,50	179
2,75		495	525	50	74	—	174	4,55	174
2,80		477	514	49	74		171	4,60	170
2,85		461	477	48	73	—	166	4,65	167
2,90		444	460	46	73	—	162	4,70	163
2,95		429	432	45	72	—	159	4,75	159
3,00		415	418	43	72	—	155	4,80	156
3,05		401	401	42	71	—	152	4,85	152
3.10		388	388	41	71	—	149	4,90	149
3,15		375	375	40	70	—	148	4,95	146
3,20		363	364	39	70	—	143	5,00	143
3,25		352	352	38	69	—	140	5,05	140
3,30		341	341	36	68	—	138	5,10	137
3,35		331	330	35	67	—	134	5,15	134
3,40		321	321	33	67	—	131	5,20	131
3,45		311	311	32	66	—	129	5,25	128
3,50		302	302	31	66	—	127	5,30	126
3,55		293	—	30	65	—	123	5,35	123
3,60		285	—	29	65	—	121	5,40	121
3,65		277	—	28	64	—	118	5,45	118
3,70		269	—	27	64	—	116	5,50	116
3,75		262	—	26	63	—	115	5,55	114
3,80		255	—	25	63	—	113	5,60	111
3,85		248	—	24	62	—	110	5,65	110
3,90		241	—	23	62	102	109	5,70	109
3,95		235	—	21	61	101	108	5,75	107

Твердость HR по шкале

СА В

20	61	100
19	60	99
17	60	98
15	59	97
14	59	95
13	58	94
12	58	93
11	57	92
9	57	92
8	56	90
7	56	90
6	55	89
4	55	88
3	54	87
2	53	86
1	53	85

—— 84

—— 83

—— 82

—— 81

—— 80

—— 79-

—— 78

—— 77

—— 76

—— 75

—— 74

—— 73

—— 72

—— 71

—70

—— 68

—— 67

—— 66

—— 65

—— 64

33

3 Лабораторная работа № 3

Влияние пластической деформации на структуру и свойства металлов

3.I Цель работы

3.1.1Изучить влияние пластической деформации на строение и свойства металлов.

3.1.2Рассмотреть влияние температуры нагрева на структуру и свойства холоднодеформированных металлов и сплавов.

3.2Основные сведения

Наличие металлической связи придает металлу способность к пластической деформации и к самоупрочнению в результате пластической деформации. Приложение к материалу напряжения (нагрузки) вызывает деформацию.

Деформацией называется изменение размеров или формы тела под действием внешних сил либо физико-механических процессов, протекающих в самом теле (перепад температур, фазовые превращения и т.п.). Деформация тела сопровождается относительным смещением атомов из положения равновесия. Свойства недеформированного и пластически деформированного металла различны.

Различают упругую и пластическую деформацию (рисунок 3.I).

Рисунок 3.1 – Диаграмма	Рисунок 3.2 – Плоскости и
деформации	направления скольжения
	в объёмно-центрированной
	кубической решётке

34