Способы испытаний и оценки твердости материалов

Теоретическая часть:

Под твердостью понимают свойство твердого тела сопротивляться пластическим деформациям при внедрении в него другого, более твердого тела. Внедряемое в ис­пытуемый материал тело должно иметь определенную форму и размеры и не полу­чать остаточную деформацию от действия прикладываемой к нему нагрузки.

При вдавливании твердого предмета в материал взаимное прикосновение их про­исходит по очень малым участкам поверхности (по сравнению с полной поверхно­стью детали или изделия). Поэтому твердость материала можно определять как на образцах, так и на готовых деталях. При этом, как правило, детали остаются пригод­ными для их использования по прямому назначению.

Существует несколько способов испытаний и оценки твердости материалов. Наибольшее распространение получили методы, основанные на вдавливании стан­дартного индентора (наконечника), изготовленного из высокопрочной стали или ал­маза, имеющего форму шарика, конуса или пирамиды. При проведении специальных исследований применяются, кроме того, метод царапанья стандартным резцом. Не­сколько отдельно стоит определение твердости методом упругого отскока стандарт­ного бойка (способ Шоры) и метод колебания стандартного маятника.

Характеристикой твердости материала является число твердости, которое опре­деляется различно в зависимости от конкретного способа (Бринелля, Роквелла, Виккерса и др.) Поэтому для одного и того же материала определенные различными способами числа твердости получаются разными как по величине, так и по размер­ности этой величины.

Однако имеется возможность достаточно точного пересчета чисел твердости, оп­ределенных различными способами. Это можно выполнить с помощью специальных таблиц, графиков и формул (эмпирических), получаемых в результате статистиче­ской обработки большого числа экспериментов с различными материалами.

Измерение твердости, как метод испытания материалов, в настоящее время полу­чило очень широкое распространение как в заводской практике, так и при проведе­нии научно-исследовательских работ.

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ

1 Измерение твердости по Бринеллю

Этот способ определения заключается во вдавливании стального шарика диамет­ром Dв поверхность испытуемого образца под действием нагрузки Р (рис. 7).

Число твердости по Бринеллю (НВ) определяется как частное от деления нагрузки, приложенной к шарику, на площадь поверхности сферического отпечатка:

после преобразования формула примет вид:

или

Для определения твердости по Бринелю применяются гидравлический и механи­ческий прессы. В настоящее время большое распространение получил механический пресс типа ТШ-2 (рис. 8)

 

Рис. 7 Схема испытания на            Рис. 8 Прибор для определения

твердость по Бринеллю              твердости. Схема пресса Бринелля

Образец 1 кладется на предметный столик 2, расположенный на подъемном винте 3. Вращением от руки маховичка 4 образец поднимается до соприкосновения с ша­риком 5. Шарик 5 закреплен в гнезде наконечника 6. С целью выборки всех люфтов и зазоров необходимо вращением маховичка 4 испытуемый образец прижать к ша­рику с достаточной силой (порядка 10 кГ), при этом пружина, установленная в ста­кане шпинделя, будет сжата.

Затем, нажатием пусковой кнопки 7 включают электромотор 8. Вращение от электромотора передается через червячный редуктор на кривошип 9, который мед-

ленно поворачивается в направлении, показанном на чертеже стрелкой.

Электромотор будет вращаться в одном направлении до тех пор, пока упор 15 не подойдет к рычагу переключателя 16 и произведет переключение на вращение элек­тромотора в противоположном направлении. Рычаг 10 начнет подниматься вверх, коснется рычага 11 и станет его поднимать, С этого момента нагрузка на шарик бу­дет уменьшаться. После снятия нагрузки с образца упор 17 подходит к рычагу пере­ключателя 16 и производит выключение электродвигателя.

Таким образом, весь процесс испытания является автоматизированным, а именно: нагружение, выдержка под нагрузкой, разгрузка, выключение. Время выдержки образ­ца под нагрузкой Р можно определить по продолжительности свечения сигнальной лампочки 18. После этого вращением маховичка 4 необходимо предметный столик 2 с испытуемым образцом 1 несколько переместить вниз и, смещая образец на столике, вновь повторить испытание в указанной выше последовательности еще 2 раза.

Образец, с нанесенными тремя отпечатками, снимается с предметного столика пресса Бринеля. Измерение диаметров отпечатков производится с помощью специ­ального отсчетного микроскопа на лабораторном столе. На рисунке 9 показано изо­бражение отпечатка, видимое в микроскоп (увеличение микроскопа обычно равно 24). Один из краев отпечатка необходимо совместить с нулевым штрихом шкалы и произвести отсчет по шкале с точностью до 1/2 деления.