Твердость по Бринеллю

Прибор Бринелля служит для определения твердости относительно мягких металлов и сплавов.

Испытание на твердость по Бринеллю производится вдавливанием в испытываемый образец стального шарика определенного диаметра под действием заданной нагрузки в течение определенного времени.

Испытание проводят на твердомере Бринелля − автоматический рычажной пресс, кинематическая схема которого показана на рис. 1.2.

В некоторых конструкциях давление осуществляется гидравлическим способом, а в других грузами, передвижение которых осуществляется электродвигателем.

Процесс измерения твердости состоит из следующих операций:

1. Подготовка прибора к испытанию, выключающаяся, в основном, в подборе необходимой нагрузки; шарика определенного диаметра и продолжительности вдавливания.

В качестве индентора используется стальной закаленный шарик стандартных размеров диаметром D 10 мм, 5 мм или 2,5 мм в зависимости от толщины изделия.

При испытании материала толщиной более 6 мм применяют шарик диаметром 10 мм, для материала толщиной от 6 мм до 3 мм − диаметром 5 мм; для материала толщиной менее 3 мм − диаметром 2,5 мм.

Рис. 1.2. Схема прибора для измерения твердости методом Бринелля:

1 − столик для центровки образца; 2 − маховик; 3 − грузы; 4 − шарик; 5 − электродвигатель

Нагрузка Р на шарик выбирается в зависимости от рода материала и должна быть пропорциональна квадрату диаметра шарика. Условные стандартные нормы, принятые для различных материалов, следующие:

− для стали и чугуна Р = 30D²,

− для меди и медных сплавов P = 10D²,

− для алюминия, баббитов, свинцовистых бронз и

других очень мягких металлов Р = 2,5D².

Кроме того, нагрузка считается выбранной правильно, если выдерживается соотношение

0,2 D < d < 0,6 D (1.1)

Стандартными условиями являются D = 10 мм; Р = 3000 кгс; τ = 10 с. В этом случае твердость по Бринеллю обозначается НВ250, в других случаях указываются условия: НВ D / P / τ, НВ 5/250/30–80.

Более подробные сведения по выбору нагрузки, времени приложения нагрузки для различных материалов приводятся в соответствующей таблице в лаборатории испытания твердости.

2. Подготовка образца к испытанию, которая заключается в обработке его горизонтальной поверхности с нужной степенью чистоты.

Необходимо, чтобы поверхность испытываемого образца была ровной и гладкой, чтобы на ней не было окалины и других дефектов.

3. Вдавливание шарика в испытуемый образец, осуществляется автоматически.

Продолжительность выдержки:

− для стали и чугуна – 10 с,

− для латуни и бронзы – 30 с.

На рис. 1.3, а показан отпечаток от шарика.

4. Измерение диаметра отпечатка производится специальной лупой Бринелля или микроскопом-лупой (рис. 1.3, б). Она имеет шкалу, малое деление которой (или цена деления) равно 0,05 мм.

Полученный отпечаток измеряется в двух взаимно перпендикулярных направлениях и определяют как среднее арифметическое из двух измерений.

а) б) в) г) д)

Рис. 1.3. Лупа для замера отпечатка:

а – отпечаток шарика; б − внешний вид лупы;

в − правильное положение лупы при замере отпечатка;

г − неправильное положение лупы; д – отсчет по шкале

Лупу нижней опорной частью надо плотно установить на поверхность образца над отпечатком (рис. 1.3, в, г).

Поворачивая окуляр, надо добиться, чтобы края отпечатка были резко очерчены. Затем, передвигая лупу, надо один край отпечатка совместить с началом шкалы (рис. 1.3, д). Прочитать деление шкалы, с которым совпадает противоположный край отпечатка.

Твердость определяется как отношение приложенной нагрузки Р к сферической поверхности отпечатка F:

(1.2)

где Р – приложенная нагрузка, кгс;

D – диаметр шарика, мм;

d – диаметр отпечатка, мм.

Число твердости по Бринеллю по ГОСТ 9012-59 записывают без единиц измерения. На практике при измерении твердости расчет по указанной выше формуле не производят, а используют заранее составленные таблицы, указывающие значение НВ в зависимости от диаметра отпечатки и выбранной нагрузки (см. приложение 1). Чем меньше диаметр отпечатка, тем выше твердость.

Способ измерения по Бринеллю не является универсальным. Его используют для материалов малой и средней твердости: сталей с твердостью < 450 НВ, цветных металлов с твердостью < 200 НВ и т. п.

Для них установлена корреляционная связь между временным сопротивлением (МПа) или пределом прочности σ_в и числом твердости НВ по Бринеллю, которая может быть представлена эмпирической формулой:

σ_в = 10 С НВ [МПа], (1.3)

где С – коэффициент пропорциональности:

Для сталей С = 0,33-0,36

Для алюминия С = 0,4

Для меди С = 0,48

Для дуралюмина С = 0,37

Для латуни, бронзы С = 0,53

Следует отметить, что для хрупких материалов (чугун, силумин) надежной корреляции между твердостью и пределом прочности получить не удается. В частности, для определения предела прочности серого чугуна пользуются следующей эмпирической формулой:

[МПа]. (1.4)

В процессе вдавливания наряду с пластической деформацией измеряемого металла происходит также упругая деформация вдавливаемого шарика. Величина этой деформации, искажающей результаты определения, возрастает при измерении твердых материалов. Поэтому испытания вдавливанием шарика ограничивают измерением металлов небольшой и средней твердости (для стали с твердостью не более НВ 450).

Поиск по сайту: