Определение твердости по Бринеллю

Практическая работа №1

Механические свойства металлов и методы их определения

Цель работы - ознакомиться с одним из механических свойств металлов – твердостью, приборами для ее определения, изучить основные методы определения твердости по Бринеллю и Роквеллу.

Общие сведения

Одним из важнейших механических свойств металлов является твердость– способность противодействовать при вдавливании проникновению в материал другого, более твердого материала.

Твердость имеет качественную и количественную связь с другими механическими свойствами – прочностью, пластичностью, длительной прочностью и т.д., что позволяет определить их через твердость, т.е. неразрушающими методами. В связи с развитием неразрушающих или безобразцовых методов определения механических свойств металлов и сплавов, необходимо более глубокое знакомство как с теоретическими принципами определения твердости, так и с практическим проведением испытаний.

Существуют различные методы качественной и количественной оценки твердости материалов.

При определении макротвердости наиболее часто применяются методы Бринелля и Роквелла. Иногда применяется также метод Виккерса, при котором испытание на твердость производится вдавливанием в образец алмазной пирамиды с углом при вершине 136°. По нагрузке, приходящейся на единицу поверхности отпечатка, определяется число твердости НВ, МПа (кгс/мм²).

Определение твердости по Бринеллю

Испытание на твердость по Бринеллю производится вдавливанием в образец стального шарика определенного диаметра под действием заданной нагрузки в течение определенного времени. Схема испытания на твердость по Бринеллю дана на рисунке 1.1. В результате вдавливания шарика на поверхности образца получается отпечаток (лунка). Отношение нагрузки Р к поверхности полученного отпечатка (шарового сегмента) – дает число твердости по Бринеллю, обозначается HB. Поверхность шарового сегмента F=πDn,

где D – диаметр вдавливаемого шарика (мм),

n - глубина отпечатка, мм.

Рисунок 1.1 - Схема определения твердости по Бринеллю

Целесообразно величину n выразить через диаметр шарика D и отпечатка d, т.к. измерять F затруднительно

n = , мм

Тогда число твердости по Бринелю можно определить по формуле

НВ = , кгс/мм²

Чтобы не производить длительных вычислений по формуле, на практике пользуются специальной таблицей, которая дает перевод диаметра отпечатка в число твердости НВ. Можно пользоваться также для характеристики твердости НВ диаметром отпечатка d без перевода в число твердости НВ.

Схема прибора типа ТШ для определения твердости по Бринеллю приведена на плакате в лаборатории.

В зависимости от материала и толщины испытываемого образца выбирается диаметр шарика и нагрузка при испытании.

В зависимости от толщины образца применяют шарики диаметрами 10; 5 и 2,5 мм. Нагрузка Р выбирается в зависимости от качества исследуемого материала по формуле Р = КD², где К – постоянная для данного материала величина, равная 30 для черных металлов и сплавов, 10 для твердых и 2,5 для мягких цветных металлов и сплавов. Данные по выбору диаметра шарика и нагрузки приведены в таблице 1.1.

Перед испытанием поверхность образца обрабатывается, чтобы она была ровной и гладкой для получения правильного отпечатка с отчетливыми для измерения краями.

Чтобы при вдавливании шарика не происходило передавливания материала, его толщина должны быть менее десятикратной глубины отпечатка n.

Таблица 1.1- Выбор диаметра и нагрузки в зависимости от твердости и толщины испытываемого образца

* В современных приборах время выдержки устанавливается автоматически