Устаткування, інструмент, матеріали

Лабораторна робота №1

ВИЗНАЧЕННЯ ТВЕРДОСТІ МЕТАЛЕВИХ МАТЕРІАЛІВ

1. Мета роботи:

1.1. Ознайомлення з роботою твердомірів;

1.2. Вивчення методики визначення твердості металевих і неметалевих матеріалів.

1.3. Проаналізувати залежність між твердістю і границею міцності.

Основні положення

Твердістю називається здатність матеріалу чинити опір проникненню в нього іншого, більш твердого тіла. Твердість є однією з основних характеристик матеріалів. Завдяки простоті, швидкості, а також можливості проводити дослідження на готових виробах без їх пошкодження та руйнування, випробування на твердість широко застосовується на заводах та в науково-дослідних лабораторіях. Крім цього, у ряді випадків за допомогою твердості можна оцінити такий важливий параметр, як границя міцності.

З існуючих методів вимірювання твердості найбільш широко використовуються:

метод Брінелля (вдавлення стальної кульки);

метод Роквелла (вдавлення алмазного конуса);

метод Вікерса (вдавлення чотиригранної алмазної піраміди).

Метод Брінелля

Визначення твердості за методом Брінелля полягає у вдавлюванні в зразок стальної кульки певного діаметра і за величиною діаметра відбитка кульки судять про твердість(Рис. 1).

Діаметр кульки D, навантаження Р і час витримки під навантаженням вибирають залежно від матеріалу та його товщини за таблицею 1.1.

Число твердості НВ за Брінеллем визначають відношенням навантаження Р до сферичної поверхні відбитка F:

Н/мм²

де D – діаметр кульки, мм;

d– діаметр відбитка, мм;

Р – навантаження, Н або кГс.

Діаметр лунки відбитка кульки вимірюють спеціальною лупою, яка має шкалу з ціною поділки 0,1 мм.

Для швидкого визначення твердості за методом Брінелля, на практиці користуються таблицею 1.5.

Таблиця 1.1

Залежність діаметра кульки, навантаження і часу витримки від твердості та товщини досліджуваного зразка

Визначення твердості здійснюється на пресі Брінелля марки ТШ, кінематичну схему якого наведено на рисунку 2.

Прес Брінелля має станину 1, предметний столик 2, на який встановлюється зразок, маховик 3 і гвинт 4 для підняття зразка до зіткнення з кулькою 5 і стискання пружини 6. Навантаження на кульку утворюється вантажами 7, через систему важелів 8, яка приводиться до руху від електродвигуна 9, за допомогою черв'ячної передачі 10 та кривошипно-шатунного механізму 11.

Визначення твердості пластичних мас відрізняється від визначення твердості металів. При вимірюванні твердості пластичних мас треба враховувати величину пружної деформації, яка виникає після заняття навантаження. Таким чином, при визначенні твердості пластичних мас вимірюють величину заглиблення H кульки при не знятому навантаженні. Число твердості НВ визначається за формулою:

Н/мм²

де Р – навантаження, прикладене до кульки, Н;

Н – величина заглиблення кульки, мм;

D – діаметр кульки, мм.

Для визначення твердості пластичних мас за допомогою преса Брінелля, треба на верхній кришці приладу встановити індикатор з ціною поділки 0,01мм. Твердість вимірюють за величиною заглиблення кульки діаметром D =5 мм під навантаженням 245, 736 і 2207 Н. Після встановлення попереднього навантаження 0,981–0,49 Н стрілку індикатора встановлюють на нуль. Прикладають і знімають навантаження на пресі плавно, протягом 30±2 с.

Метод Роквелла

Твердість за методом Роквелла визначають шляхом вдавлювання в метал алмазного конуса з кутом біля вершини 120° або стальної кульки діаметром 1,588 мм (Рис.3). Навантаження на індентор прикладається послідовно: з початку попереднє 98,1 Н (10 кГс), потім повне, що становить разом з попереднім навантаженням 588, 981 і 1470 Н (60, 100 і 150 кгс) у залежності від твердості зразка (табл. 1.2).

Таблиця 1.2.

Параметри випробувань при визначенні твердості за методом Роквелла

Число твердості за Роквеллом визначається за шкалою індикаторного приладу під час випробувань на твердомірі моделі ТК–2 (рис.4). Прес складається з корпусу 1, який має предметний столик 2 для розташування зразка; маховика 3 і гвинта 4 для підняття зразка до зіткнення з конусом або кулькою 5; пружини 6, яка створює попереднє навантаження 98,1 Н; підвіски з вантажами 7; привода пресу, який складається з електродвигуна 8, черв'ячного редуктора 9 і кривошипно–шатунного механізму 10; індикатора 11 для вимірювання глибини відбитка. Індикатор являє собою циферблат, на якому нанесено дві шкали, чорна і червона і є дві стрілки, велика та мала. Велика стрілка показує твердість, а мала призначена для контролю величини попереднього навантаження.

Порівняно з методом Брінелля метод Роквелла має такі переваги:

– випробовуються деталі високої твердості;

– мало пошкоджується поверхня при випробуванні;

– висока продуктивність;

– визначається твердість порівняно тонких зразків(товщиною до 0,4 мм).

На основі дослідних даних встановлено зв'язок між числами твердості за Роквеллом і Брінеллем, який дає змогу переводити одні числа твердості в інші(табл. 1.5).

Границя міцності σ_в, залежно від твердості, приблизно дорівнює: 0,34НВ – для сталі; 0,1 НВ – для сірого чавуну; 0,55 НВ – для міді, латуні, бронзи; 0,36 НВ – для алюмінію і його сплавів;

Рис. 1. Схема визначення твердості металів за методом Брінелля

Рис.2. Прес Брінелля моделі ТШ

Рис.3. Схема визначення твердості металів за методом Роквелла

Рис.4. Прес Роквелла моделі ТК–2

Устаткування, інструмент, матеріали

3.1. Прес Брінелля марки ТШ–2;

3.2. Прес Роквелла марки ТК–2;

3.3. Лупа для замірювання відбитків;

3.4. Зразок для випробувань.

Поиск по сайту: