4. Измерение твердости по Бринеллю

Испытываемый материал (деталь, образец) устанавливается на столик прибора и подъёмом стола подводится к индентору прибора до упора, чтобы не было люфта перемещения индентора. Индентором может быть стальной зака­ленный шарик или шарик из твердого сплава диаметром (I; 2; 2,5; 5; 10мм).На шарик диаметром D действует усилие F , от которого шарик вдавливается в по­верхность испытуемого материала за период времени t (рис. 1).

Рис. 1. Схема испытания твердости по Бринеллю. (а) и измерение диаметра отпечатки (Ь).

Приложение и снятие нагрузки происходит автоматически при нажатии пусковой кнопки прибора .По диаметру полученной лунки d определяют твер­дость по Бринеллю НВ. Измерение d проводят микроскопом Бринелля с точно­стью ± 0,05 мм. Твердость по Бринеллю - это отношение испытательного уси­лия F к площади поверхности S полученного сферического отпечатка

где dcp - среднеарифметическое двух измерений диаметра отпечатка, сделан­ных в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Усилие вдавливания F, диаметр шарика шарика D и время испытаний вы­бирают в зависимости от материала по таблицам, например, при измерении твердости сталей F-3000 кгс, d= 10мм оптимальное время выдержки составляет Ю-15с. Испытание считается действительным, если диаметр отпечатка лежит в пределах 0,24D< d <0,6D В других случаях испытания считаются недействи­тельными и требуют корректировки.

Метод Бринелля позволяет измерять твердость в пределах от 8 до 450 единиц НВ стальным закаленным шариком и от 450 до 650 единиц шариком из «твердого сплава».

Обозначение твердости по Бринеллю

Если при испытаниях F =3000 кгс, диаметр шарика D=10 мм и продолжи­тельность выдержки испытательного усилия t от 10 до 15 секунд получена твердость 200 кгс/ мм², то твердость обозначается 200 НВ.

Во всех остальных случаях, связанных с изменением параметров измере­ния твердости, в обозначении обязательно указываются используемые диаметр шарика, нагрузка и время выдержка нагрузки; 200 НВ 5/750/20,

где D =5 мм, F = 750 кгс; t = 20 с;

200 - расчетное значение твердости..

При измерении твердости шариком из твердого сплава, твердость обозна­чается HBW ( 500 HBW).

4.2. Измерение твердости по Роквеллу.

Метод измерения твердости по Роквеллу был предложен в 1920 г. и в на­стоящее время является наиболее распространенным методом измерения твер­дости. Это объясняется значительным упрощением процедуры определения твердости: при использовании приборов Роквелла не требуется измерять отпе­чаток, и число твердости считывается со шкалы прибора сразу после* удале­ния основной нагрузки. В этом методе для вдавливания в материал использует­ся наконечник в виде алмазного (твердосплавного) конуса с углом при вершине 120° или закаленного шарика диаметром 1,588 мм. Применение различных на­конечников и испытательных усилий вдавливания позволяет использовать 9 способов измерения твердости по Роквеллу, которые обозначаются HRA; HRB; HRC; HRD ; HRE; HRF; ERG; HRH; HRK. Шариковый наконечник использует­ся для измерения твердости металлов до 250 НВ. Наконечник из алмазного ко­нуса используется для измерения твердости закаленных сталей и других очень твердых сплавов. Подробная характеристика измерения твердости способами Роквелла приведена в табл. 1.

Таблица 1.

Рис 2.

Рис.3.

Рис.4

Метод заключается во вдавливании в испытуемый образец индентора под действием двух последовательно прикладываемых нагрузок —предварительной Р₀ и основной Pi, которая добавляется к предварительной, так что общая на­грузка Р = Ро + Pi. После выдержки в течение нескольких секунд, основную на­грузку снимают и измеряют остаточную глубину проникновения индентора, который при этом продолжает находиться под действием предварительной на­грузки. В приборах для измерения твердости по Роквеллу типа ТК используют в качестве индентора либо стальной шарик диаметром 1.588 мм (1/16 дюйма), либо алмазный конус с углом при вершине 120° и радиусом закругления вер­шины 0,2 мм. На рис. 2,3,4 представлена схема измерения твердости. Условная плоскость отсчета m—п отстоит от вершины индентора, находящегося под дей­ствием предварительной нагрузки, на 0,2 мм при использовании алмазного ко­нуса или на 0,26 мм при использовании шарика. Расстояние t илй -tt от этой плоскости до вершины индентора после снятия основной нагрузки пропорцио­нально числу твердости по Роквеллу. Вертикальные перемещения индентора через рычаг, обеспечивающий пятикратное увеличение, передаются индика­тору часового типа, шкала которого разделена на 100 частей, что соответствует перемещению индентора на 0,002 мм, которое и принимается за единицу твер­дости.

Таким образом, твердость по Роквеллу определяется не отношением усилия вдавливания к площади отпечатка, а тем расстоянием, которое вершина наконечника не достигла при испытании условного уровня по глубине . 0,2 мм про­никновения, принимаемого за нуль твердости ( рис. 4 ). Теоретически, фиксированное расстояние делится на 0,002 мм и получается твердость по HRA, HRB и НС С и т.д. Последовательность операций при измерении твердости на твер­домере Роквелла приведена на рис. 4 и выполняется в следующей последовательности: