- •Исследование металлов на твердость
- •Общие сведения
- •Измерение твердости по методу Бринелля
- •Измерение твердости по методу Роквелла
- •Измерение твердости по методу Виккерса
- •Метод микротвердости
- •Оборудование и инструмент
- •Порядок выполнения работы
- •Значения твердости, измеренной различными методами
- •Содержание отчета по лабораторной работе
- •Контрольные вопросы
- •Список используемой литературы
Лабораторная работа №1
Исследование металлов на твердость
Цель работы: научиться определять твёрдость металлов и сплавов различными методами.
Общие сведения
Одной из наиболее распространенных характеристик, определяющих качество металлов и сплавов, возможность их применения в различных конструкциях и при различных условиях работы, является твердость. Испытания на твердость производятся чаще, чем определение других механических характеристик металлов: прочности, относительного удлинения и др.
Твердостью называется способность материала оказывать сопротивление внедрению в него другого тела, не получающего остаточных деформаций. Для определения твёрдости в поверхность материала с определённой силой вдавливается тело (индентор), выполненное в виде стального шарика, алмазного конуса, пирамиды или иглы. В результате вдавливания под достаточно большой нагрузкой поверхностные слои металла, находящиеся под наконечником и вблизи него, пластически деформируются. По размерам получаемого на поверхности отпечатка судят о твёрдости материала.
Значения твердости зависят от метода измерений. На практике наибольшее распространение получили методы Бринелля, Роквелла, Виккерса и метод микротвердости.
Измерение твердости по методу Бринелля
Твердость по Бринеллю (НВ) (ГОСТ 9012-59) определяется по диаметру отпечатка закалённого стального шарика, который медленно вдавливают в испытываемую поверхность под определенной нагрузкой Р (см. рис. 1).
HB,
где Р ‑ нагрузка, кгс; F ‑ площадь отпечатка, мм2; D ‑ диаметр шарика, мм; d ‑ диаметр отпечатка, мм.
Рис.1. Схема определения твердости металла по методу Бринелля:
Р ‑ нагрузка, кгс; D ‑ диаметр шарика, мм; d ‑ диаметр отпечатка, мм.
При измерении твердости шариком D = 10 мм, при Р = 3000 кгс с выдержкой t = 10 c обозначение твердости имеет вид, например, 185 НВ. При других условиях 185 НВ 5/750/30, где 5 – диаметр шарика (мм), 750 – нагрузка (кгс), 30 – время вдавливания (с).
По твердости можно определить другие характеристики металла, в первую очередь предел прочности σв . Установлено, что σв = k НВ, где k – коэффициент, зависящий от материала:
k = 0,34 для сталей с НВ 120…175,
k = 0,35 для сталей с HB 175…450;
k = 0,55 для меди, латуни и бронзы (отожженных);
k = 0,33…0,36 для алюминия и его сплавов.
Условия проведения измерений. При измерении твердости по методу Бринелля необходимо выполнять следующие условия: образцы с твердостью выше HB 450 кгс/мм2 (4500 МПа) испытывать запрещается; поверхность образца должна быть плоской и очищенной от окалины и других посторонних веществ; диаметры отпечатков должны находиться в пределах 0,2D<d<0,6D; образцы должны иметь толщину не менее 10-кратной глубины отпечатка (или менее диаметра шарика); расстояние между центрами соседних отпечатков и между центром отпечатка и краем образца должны быть не менее 4d.
Достоинство метода: отсутствие необходимости тщательной подготовки поверхности.
Недостатки: возможность испытания металлов с твердостью не выше 450 НВ во избежание деформации стального шарика и получения неточных результатов, метод не пригоден для измерения твёрдости тонких деталей, на контролируемой поверхности остается значительный отпечаток – поэтому метод Бринелля чаще применяется при измерении твёрдости заготовок.