Лабораторная работа №2. Определение твёрдости металлов.

Цель работы.

1.Ознакомление с методами определения твёрдости металлов.

2. Определение твёрдости углеродистой стали но методу Бринелля.

1. Теоретические основы методики

Твёрдость металла способность оказывать сопротивление механическому проникновению в его поверхность другого, более твёрдого тела.

Между твёрдостью и прочностью имеется определённая зависимость. Поэтому, определяв твёрдость, можно быстро и без разрушения контролировать качество металла.

Наиболее распространенным способом определения твердости является способ Бринелля, когда в плоскую поверхность методического образца вдавливают при постоянной нагрузке стальной закалённый шарик, оставляющий на поверхности сферический отпечаток. Чем мягче металл, тем больше будет площадь отпечатка.

За твёрдость металла по Бринеллю ‑ НВ ‑ принимают отношение нагрузки Р (Н) к плошали отпечатка F (мм2).

Н/мм2 [10 МПа] (9)

В ыражая поверхность отпечатка через диаметр шарика D и диаметр оттиска d. путем преобразования получаем формулу для определения числа твёрдости металла со Бринеллю

Н/мм2 [10 МПа] (10)

Диаметр шарика выбирают в зависимости от твёрдости металла, толщины образца и прилагаемой нагрузки: 2.5, 5 или 10 мм.

Связь между временным пределом прочности стали при растяжении и ее твёрдостью по Бринеллю выражается следующей зависимостью:

в=0,36 НВ [10 МПа] (11)

При испытании сталей с числом твёрдости НВ более 450 применяют способ Роквелла (HR). Твердость особо твёрдых металлов или наружных слоев закаченной. цементированной или азотированной стали, а также микротвердость испытывают по методу Виккерса (HV) [подробности в приложение 1]

2.Материалы и оборудование.

Материалы образцы исследуемых металлов, изготовленные согласно ГОСТа. Оборудование: прибор ТШ-2Б (твердомер шариковый Бринелля с комплектом шариков, микроскоп отсчетный, секундомер.

3. Методика эксперимента.

Схема прибора и схема испытания представлены на рисунках 5, 6.

Рис. 5. Схема твердомера Бринелля

1 – шарик; 2 – исследуемый образец;

3 –подъемный столик, 4 – гири;

5 – разгрузочно-нагрузочное устройство

Рис. 6. Схема испытания материала на твердость по Бринеллю

Настраивается прибор (выбирается и устанавливается шарик нужного размера, нагрузка на силовое коромысло). Исследуемый образец устойчиво устанавливается на рабочую площадку, подводится до соприкосновения поверхности с шариком. Включается прибор и производится испытание. Нагрузка и разгрузка вдавливаемого шарика должны быть плавными. Продолжительность выдержки под нагрузкой:

• для чётных металлов – 10 ... 15 секунд;

• для цветных – 10 ... 180 секунд в зависимости от материала (оговорено в паспорте на металл).

При подготовке поверхности испытуемого образца необходимо принимать меры предосторожности против возможного изменения твёрдости образца вследствие нагрева или наклёпа поверхности в результате механической обработки. Минимальная толщина испытуемого образца должна быть не менее 10-кратной глубины отпечатка. Ожидаемую глубину отпечатка можно ориентировочно определить по формуле:

где НВ - ожидаемое число твёрдости по Бринеллю (12)

При выборе параметров испытания на твердость руководствуются таблицами ГОСТа 9012-59. Диаметры отпечатков d должны находиться в пределах 0,2D...0,6D. Измеряются они с помощью отсчётных микроскопов во взаимно-перпендикулярных направлениях с точностью до 0,01 мм.