Измерение твёрдости на приборе ИТ5010
Цель работы: приобретение навыков в определении твёрдости металлов на твердомере ИТ5010 ((прибор Бринелля- Виккерса).
Задание.
1.Ознакомиться с устройством и работой твердомера.
2 Определить твёрдость предложенных образцов материалов (марок стали 20,60,У9,Р6М5)
3. По полученным результатам оформить отчёт и сделать выводы.
Приборы, материалы и инструменты: твердомер ИТ5010, микроскоп, четыре комплекта отожжённой стали марок 20, 60, У9, Р6М5.
Теория.
Твёрдостью металла называют его свойство оказывать сопротивление пластической деформации при внедрении в него стандартного тела- наконечника (индентора) через поверхностные слои материала. Измерение твёрдости получило широкое применение для контроля качества изделий. По числу твёрдости может быть приближённо определено значение предела прочности металла на растяжение, чем часто пользуются в производственных условиях.
Испытание на твёрдость является основным методом оценки качества термообработки изделия.
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
Работа выполнена совместно с Аюповым Р.Ш.
При испытаниях по методу Бринелля величина твёрдости определяется как отношение прилагаемой нагрузки P к сферической поверхности F. При этом шарик диаметром D оставляет на металле лунку диаметром d и глубиной внедрения h. Зная, что лунка представляет собой шаровой сегмент площадью 
и 
,получим выражение для твёрдости:
, кгс / мм 
На основе этой формулы составлены таблицы чисел твёрдости в зависимости от размера d полученного отпечатка (см. ГОСТ 9012-59), которыми пользуются при испытаниях.
Твёрдость по Виккерсу определяют путём статического вдавливания в поверхность исследуемого образца алмазной четырёхгранной пирамиды с углом 
между противоположными гранями. Число твёрдости определяют по формуле
кгс/мм
где d- диагональ отпечатка, P= 5-100 кгс.
При испытании измеряют обе диагонали отпечатка 
и 
с точностью до 0.001 мм при помощи микроскопа. В расчётах применяют среднеарифметическое значение 
обеих диагоналей.
Составлены таблицы зависимости значения твёрдости от размера диагонали отпечатка при различных нагрузках, что позволяет при испытаниях не производить какие- либо вычисления (см. ГОСТ 2999-75). В приложении к лабораторной работе даётся таблица измерения твёрдости исследуемых образцов под нагрузкой 30 кгс при выдержке 10- 15 сек. Принято обозначать в этом случае твёрдость буквами HV. При других условиях испытания наряду с обозначением HV дополнительно указывается время выдержки.
Сущность метода определения по Роквеллу состоит в том, что в качестве вдавливаемого стандартного тела применяется алмазный конус с углом при вершине 120 град. или стальной закалённый шарик диаметром 1.58 мм. Нагружение наконечников ведётся в два этапа. Предварительное- нагрузкой 10 кгс на глубину h 
(мм) до соприкосновения наконечника с образцом. Общая нагрузка для стального шарика 100 кгс, для алмазного конуса 150 кгс.
Значение твёрдости определяют по глубине остаточного вдавливания наконечника h мм (находящегося под предварительной нагрузкой 10 кгс) и выражают формулами
HRB= 130- (h- h / 0,002) для шарика,
HRC= 100- (h-h )/0,002) для конуса.
Здесь 0,002 мм- цена деления индикатора-условная единица твёрдости.
Сущность измерения твёрдости на приборе ИТ5010.
Прибор ИТ5010 предназначен для измерения твёрдости как по методу Бриннеля,так и по методу Виккерса, заключающемуся во вдавливании в испытуемое тело алмазной четырёхугольной пирамиды
Устройство прибора измерения твёрдости ИТ 5010 (рис.1)
Назначение
Прибор универсальный для измерения твёрдости металлов и сплавов ИТ 5010 служит для измерения твёрдости металлов и сплавов по методам Виккерса и Бринелля.
2.Устройство и принцип работы.
Прибор представляет собой конструкцию с рычажной системой воспроизведения заданных нагрузок и нанесения отпечатка на образце.
Измерение отпечатка производится:
-в режиме работы по методу Виккерса с помощью встроенной отсчётно- проекционной системы;
-в режиме работы по методу Бринелля с помощью встроенной отсчётно- проекционной системы и микроскопа МПБ-3
3.Порядок работы.
Включить прибор в сеть тумблером 10. Установить на грузовую подвеску 14 набор испытательных грузов, соответствующий выбранной нагрузке по табл.
.
| Нагрузка Н (кгс) | Обозначения | |
| 49,3 (5) 98,07 (10) 153,2 (15,6) 196,1 (20) 245.2 (25) 294,2 (30) 490,3 (50) 612,9 (62,5) 980,7 (100) 1226 (125) 1839 (187.5) 2452 (250) |
В зависимости от выбранной нагрузки и метода испытания Виккерса или Бринелля установить испытательный наконечник 3.
Установить на столе 1 изделие и с помощью маховика 2 подвести его до соприкосновения с упором 4.
В зависимости от метода испытания (например, по методу Виккерса), выбранной нагрузки установить на реле 11 нужное время выдержки.
Отвести рукоятку 12 вправо и вывести её из зацепления. Штанги под действием пружины, рычага и грузов будут опускаться, а испытательный наконечник внедряться в испытуемое изделие. Загорится лампа 9 и включится реле времени. По окончании заданной выдержки времени сработает световая сигнализация. Рукоятку 12 ввести в зацепление.
Измерить диагонали отпечатка в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Для этого: с помощью маховика 2 отрегулировать резкость проекции отпечатка на экране, вращением левого микрометрического винта 16 подвести ближайшее большое деление прозрачной шкалы до совмещения с левым углом проекции отпечатка, вращением правого микрометрического винта 17 подвести ближайшее большое деление матовой шкалы до совмещения с правым углом проекции отпечатка, отсчитать длину диагонали отпечатка. Число больших делений, заключённых между углами проекции, даёт число десятых долей миллиметра, число делений нониуса матовой шкалы, заключённых между нулевыми делениями шкал, даёт число сотых долей миллиметра, а число делений на барабане правого микрометрического винта, находящегося против риски, нанесённой на корпусе винта, даёт число тысячных долей миллиметра.
Аналогично измерить длину второй диагонали отпечатка, повернув измерительную головку 15 на угол 90 град.
Подсчитать среднеарифметическое двух измерений и по таблице чисел твёрдости в соответствии с выбранной нагрузкой найти значение твёрдости испытуемого изделия.
Длину диагоналей можно измерить, подводя к углам проекции отпечатка малое деление, соответствующее половине большого деления, но в этом случае необходимо помнить, что каждое малое деление равно 0,05 мм в плоскости предмета.
По методу Бринелля диаметр отпечатка замерить в двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью микроскопа МПБ-3. Подсчитать среднеарифметическое двух измерений и по таблице чисел твёрдости в соответствии с выбранной нагрузкой найти значение твёрдости испытуемого изделия. По окончании работы тумблером 10 отключить прибор от сети.
Экспериментальная часть.
Результаты эксперимента заносят в приведённую ниже таблицу.
Твёрдость сталей, измеренная на твердомере ИТ5010 по Бринеллю и Виккерсу.
| № | Марка стали | HB | HV | Примечание |
| Сталь 20 | ||||
| Сталь 60 | ||||
| У9 | ||||
| Р6М5 |
Выводы по работе. Необходимо сравнить свойства конструкционных и
инструментальных сталей.
Вопросы для самопроверки.
1.Что понимается под термином твёрдость?
2..Какие приборы служат для измерения твёрдости?
3.Какова нагрузка на испытуемый материал при измерении твёрдости по Бринеллю,
Виккерсу?
4.Методика измерения твёрдости.
5.Как изменяется твёрдость углеродистых сталей с увеличением содержания в них
углерода?
6.Какая сталь более твёрдая: У12 или Р6М5?
7.Дать характеристики статической прочности металлов, их деление.
8.Чем обуславливается реальная прочность металлов?
9.Для каких металлов существует связь между пределом прочности и твёрдостью
металлов?
10. Что такое статическая, ударная и циклическая прочность металлов7
11. При каких условиях и на каких металлах проявляется ползучесть?
Вопросы для СРС.
Механические свойства металлов.
Разрушение металлов.
Библиографический список
1.Гуляев А.П. Металловедение. - М.:Металлургия,1977. – 647с..1989. – 384 с.
2. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. – М.: Металлургия,1989, - 384 с.
3. Солнцев Ю.П. Металловедение и технология металлов. – М.: Металлургия,1988. – 512 с.
4. Гарифуллин Ф.А. Лекции по материаловедению. – Казань, изд. «Фэн»,2005, -623 с.
5. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. – М.:Металлургия,1983. – 407 с.
6 Арзамасов Б.Н. Материаловедение. – М.: Металлургия,1986.
– 540 с.
7.Лахтин Ю.М., Леонтьева Е.П. Материаловедение. – Машиностроение,1990. –528 с.
8. ГОСТ 2999 – 75 Метод измерения твёрдости по Виккерсу.
9. ГОСТ 9012-59. Измерение твёрдости по Бринеллю.
10.Гарифуллин Ф.А., Ибляминов Ф.Ф. Лабораторный практикум по металловедению. -Профиль,2004.-128с.
Приложение
| Диагональ отпечатка, мм |
Значения твердости 
| ||||||||||||||||||
| 0,000 | 0,001 | 0,002 | 0,003 | 0,004 | 0,005 | 0,006 | 0,007 | 0,008 | 0,009 | ||||||||||
| 0,30 | |||||||||||||||||||
| 0,31 | |||||||||||||||||||
| 0,32 | |||||||||||||||||||
| 0,33 | |||||||||||||||||||
| 0,34 | |||||||||||||||||||
| 0,35 | |||||||||||||||||||
| 0,36 | |||||||||||||||||||
| 0,37 | |||||||||||||||||||
| 0,38 | |||||||||||||||||||
| 0,39 | |||||||||||||||||||
| 0,40 | |||||||||||||||||||
| 0,41 | |||||||||||||||||||
| 0,42 | |||||||||||||||||||
| 0,43 | |||||||||||||||||||
| 0,44 | |||||||||||||||||||
| 0,45 | |||||||||||||||||||
| 0,46 | |||||||||||||||||||
| 0,47 | |||||||||||||||||||
| 0,48 | 237,5 | 236,5 | 235,5 | 234,6 | 233,6 | 232,6 | |||||||||||||
| 0,49 | 231,7 | 230,8 | 229,8 | 228,9 | 228,0 | 227,0 | 226,1 | 225,2 | 224,3 | 223,4 | |||||||||
| 0,50 | 222,5 | 221,6 | 220,8 | 219,9 | 219,0 | 218,1 | 217,3 | 216,4 | 215,6 | 214,7 | |||||||||
| 0,51 | 213,9 | 213,0 | 212,2 | 211,4 | 210,6 | 209,8 | 208,9 | 208,1 | 207,3 | 206,5 | |||||||||
| 0,52 | 205,7 | 204,9 | 204,2 | 203,4 | 202,6 | 201,8 | 201,1 | 200,3 | 199,5 | 198,8 | |||||||||
| 0,53 | 198,0 | 197,3 | 196,6 | 195,8 | 195,1 | 194,4 | 193,6 | 192,9 | 192,2 | 191,5 | |||||||||
| 0,54 | 190,8 | 190,1 | 189,4 | 188,7 | 188,0 | 187,3 | 186,6 | 185,9 | 185,2 | 184,6 | |||||||||
| 0,55 | 183,9 | 183,2 | 182,6 | 181,9 | 181,3 | 180,6 | 180,0 | 179,3 | 178,7 | 178,0 | |||||||||
| 0,56 | 177,4 | 176,8 | 176,1 | 175,5 | 174,9 | 174,3 | 173,7 | 173,0 | 172,4 | 171,8 | |||||||||
| 0,57 | 171,2 | 170,6 | 170,0 | 169,4 | 168,8 | 168,3 | 167,7 | 167,1 | 166,5 | 165,9 | |||||||||
| 0,58 | 165,4 | 164,8 | 164,2 | 163,7 | 163,1 | 162,6 | 162,0 | 161,5 | 160,9 | 160,4 | |||||||||
| 0,59 | 159,8 | 159,3 | 158,7 | 158,2 | 157,7 | 157,1 | 156,6 | 156,1 | 155,6 | 155,0 | |||||||||
| 0,60 | 154,5 | 154,0 | 153,5 | 153,0 | 152,5 | 152,0 | 151,5 | 151,0 | 150,5 | 150,0 | |||||||||
| 0,61 | 149,5 | 149,0 | 148,5 | 148,0 | 147,6 | 147,1 | 146,6 | 146,1 | 145,7 | 145,2 | |||||||||
| 0,62 | 144,7 | 144,3 | 143,8 | 143,3 | 142,9 | 142,4 | 142,0 | 141,5 | 141,1 | 140,6 | |||||||||
| 0,63 | 140,2 | 139,7 | 139,3 | 138,8 | 138,4 | 138,0 | 137,5 | 137,1 | 136,7 | 136,2 | |||||||||
| 0,64 | 135,8 | 135,4 | 135,0 | 134,6 | 134,1 | 133,7 | 133,3 | 132,9 | 132,5 | 132,1 | |||||||||
| 0,65 | 131,7 | 131,3 | 130,9 | 130,5 | 130,1 | 129,7 | 129,3 | 128,9 | 128,5 | 128,1 | |||||||||
| 0,66 | 127,7 | 127,3 | 126,9 | 126,6 | 126,2 | 125,8 | 125,4 | 125,0 | 124,7 | 124,3 | |||||||||
| 0,67 | 123,9 | 123,6 | 123,2 | 122,8 | 122,5 | 122,1 | 121,7 | 121,4 | 121,0 | 120,7 | |||||||||
| 0,68 | 120,3 | 120,0 | 119,6 | 119,3 | 118,9 | 118,6 | 118,2 | 117,9 | 117,5 | 117,2 | |||||||||
| 0,69 | 116,8 | 116,5 | 116,2 | 115,8 | 115,5 | 115,2 | 114,8 | 114,5 | 114,2 | 113,9 | |||||||||
| 0,70 | 113,5 | 113,2 | 112,9 | 112,6 | 112,2 | 111,9 | 111,6 | 111,3 | 111,0 | 110,7 | |||||||||
| 0,71 | 110,4 | 110,0 | 109,7 | 109,4 | 109,1 | 108,8 | 108,5 | 108,2 | 107,9 | 107,6 | |||||||||
| 0,72 | 107,3 | 107,0 | 106,7 | 106,4 | 106,1 | 105,8 | 105,5 | 105,3 | 105,0 | 104,7 | |||||||||
