Ознакомление с методами определения твердости и устройством приборов для её измерения; выбор условий испытаний для конкретных материалов и образцов

Лабораторная работа №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ

Цель работы: ознакомление с методами определения твердости и устройством приборов для её измерения; выбор условий испытаний для конкретных материалов и образцов; практичес- кое измерение твердости различными методами.

Твердость, являющаяся характеристикой механических свойств, в некоторых случаях явля-ется определяющим свойством: от неё зависит, например, износостойкость, контактная выносливость, режущая способность материала.

Испытания на твердость относятся к числу неразрушающих методов исследования меха- нических свойств. Простота, быстрота и удобство их выполнения, в том числе при стопроцентном контроле готовых изделий в массовом производстве, объясняют весьма широкое применение различных методов измерения твердости для контроля качества продукции в заводских условиях, а также в научно-исследовательской практике: испытания на твердость используются для контроля структурных изменений, происходящих в металле при термической обработке, наклепе, рекристаллизации.

Под твердостью подразумевается способность материала оказывать сопротивление при местных контактных воздействиях пластической деформации или хрупком разрушении в поверхностном слое. Разработано большое количество методов измерения твердости, которые основываются на том, что в испытуемый материал вдавливают индентор ( тела из мало- деформирующегося материала) и образующаяся при этом пластическая и упругая деформа- ция рассматривается как мера твердости материала. Внедрение индентора вызывает возникновение области напряженного состояния неравномерного трехосного сжатия. Однако наличие трехосного сжатия при испытаниях на твердость отличает их от испытаний на рас-   тяжение, при которых в материале существует напряженное состояние одноосного растяже-ния. Поэтому твердость, определенную методом вдавливания, нельзя пересчитать в обычные показатели прочности, хотя и твердость, и прочность характеризуют способность материала сопротивляться пластической деформации. Тем не менее, на практике для достаточно пластичных материалов используют примерные количественные зависимости между числами твердости и пределом прочности, установленные статистическим путем.

Способы измерения твердости можно подразделить на прямые или контактные и косвенные или бесконтактные. Прямые методы осуществляются вдавливанием индентора под действи- ем статической и динамической нагрузки- в этом случае физический смысл твердости характеризует собой величину пластической или упругой деформации материала. Косвенные методы основаны на измерении электромагнитных характеристик материала, изменяющихся в зависимости от режима термической обработки.

Наиболее  широко применяются следующие способы измерения твердости:

1)  вдавливанием стального шарика (метод Бринелля);

2)  вдавливанием алмазного конуса (метод Роквелла);

3)  вдавливанием алмазной пирамиды (метод Виккерса);

4)  определение микротвердости вдавливанием  алмазной пирамиды (метод Хрущева-Берковича)

5)  определение твердости методом ударного отпечатка (метод Польди)

6)  определение твердости по методу упругого отскока (метод Шора).

Измерение  твердости по методу Бринелля (ГОСТ 22761-77)

Этот способ используется для определения твердости как металлов, так и полимерных материалов. Определение твёрдости осуществляется вдавливанием стального закаленного шарика под действием заданной нагрузки в течение определенного времени. После снятия нагрузки на испытуемом образце остаётся отпечаток, по диаметру которого судят о твердо - сти материала (рис. 1). Число твёрдости по Бринеллю, обозначаемое НВ, определяется путем деления нагрузки, на площадь поверхности сферического отпечатка, и может быть определенна, по формуле:   

НВ=,

    где Р- нагрузка на шарик, кгс; F- поверхность отпечатка, мм²; D- диаметр вдавливаемого шарика, мм; d-диаметр отпечатка, мм.

При измерении твердости по методу Бринелля расчет числа твердости по приведенной выше формуле почти не выполняют, а пользуются заранее составленными таблицами, указываю-  щими число НВ в зависимости от диаметра отпечатка  d и соотношения между нагрузкой Р и диаметром шарика D. Диаметр шарика, величину нагрузки и время выдержки выбирают в зависимости от материала и толщины испытуемого образца, в соответствии с нормами  ГОСТ 9012-59

Между приделом прочности σ_в и числом твердости НВ различных металлов существует определенная зависимость:

Сталь твердостью:

120-175 НВ                                                   σ_в =0,343НВ

175-450НВ                                                    σ_в =0,362НВ

серый чугун                                                  σ_в =(НВ-40)/6НВ

медь, латунь, бронза:

отожженная                                                  σ_в =0,55НВ

наклепанная                                                 σ_в =0,40НВ

алюминий и его сплавы:

литые                                                             σ_в =0,26НВ

с твердостью НВ20-45                                σ_в =(0,33-1,36)НВ

дуралюмин отожженный                            σ_в =0,36НВ

дуралюмин после старения                        σ_в =0,35НВ

цинковые сплавы                                         σ_в =0,09НВ

       

Лабораторная работа №2

Измерение твердости по методу Роквелла.

Прибор измеряет разность между глубиной отпечатков, полученных от вдавливания индентора под действием общей нагрузки    Р, и предварительной нагрузки Р.Число твердости по Роквеллу - число отвлечённое и выражается в условных единицах. За единицу твёрдости принята вел-на, соответствующая осевому перемещению наконечника (индентора) на 0,002 мм (цена деления индентора прибора).

Число твёрдости по Роквеллу, выраженное в условных единицах, в зависимости от вида индентора, определяют по формулам:

НRC=100-℮  

При изменении твёрдости по шкалам А и С алмазным конусом при нагрузках соответственно

 60 и 150 кгс;

HRB=130-℮

При изменении твёрдости по шкале В стальным закаленным шариком при нагрузки 100 кгс.

величина  ℮ определяется по формуле:

℮=