13358

Визначення чисел твердості металів на приладі ТК-2 (типу Роквелла)

Лабораторная работа

Производство и промышленные технологии

Лабораторна робота №8 Визначення чисел твердості металів на приладі ТК2 типу Роквелла Мета роботи: Ознайомитися з основними методами вимірювання твердості металів та сплавів ознайомитися з будовою і принципом роботи приладу ТК2 для випробування металів на тве

Украинкский

2013-05-11

2.6 MB

24 чел.

Лабораторна робота №8

Визначення чисел твердості металів на   приладі ТК-2 (типу Роквелла)

Мета роботи: Ознайомитися з основними методами вимірювання твердості металів та сплавів, ознайомитися з будовою і принципом роботи приладу ТК-2 для випробування металів на твердість за методом Роквелла. Визначити випробуванням на твердість різні зразки сталі; знайти співвідношення між числами твердості HRCE та числами твердості НВ, HV, НRA, НRВ. За числами твердості НВ і емпіричними коефіцієнтами визначити границю міцності [] на розтяг виміряних матеріалів.

Обладнання, інструменти, матеріали: Прилад ТК-2, відпалені і загартовані зразки конструкційної та інструментальної вуглецевої та легованої ..сталі, шліфувальна шкірка,тверді сплави.

Теоретичні відомості

Твердість характеризує здатність металу чинити опір проникненню в нього твердішого тіла. Здебільшого твердість вимірюють на приладах типу Брінеля (ШІ-2), типу Роквелла (ТК-2) або Віккерса. Також'використовують прилади типу Польді і типу Шора, а також універсальні прилади для випробування твердості типу УПТ-1 та мікротвердості ПМТ-3; ПМТ-5.

  1.  Сутність основних способів вимірювання твердості

1.1 На приладі Брінелля у випробовувальний матеріал вдавлюють кульку діаметром 2,5; 5 або 10 мм під певним навантаженням. За діаметром відбитка рис.1, одержаного на випробувальному матеріалі, за спеціальними таблицями

визначають число твердості, яке позначають літерами  НВ.

Число твердості:

      

        

Де Р - навантаження на кульку, кгс;

D - діаметр вдавлюваної кульки, мм;

d - діаметр відбитка, мм;

S - площа поверхні відбитка, ;

Або  НВ= Р/9,8-106S  за Брінеллем, де P виражено в H, S  в .

На практиці площу поверхні відбитка не підраховують, а значення НВ визначають залежно від діаметра відбитка й навантаження за таблицями (додаток 1-2) в яких вміщено значення НВ для різних діаметрів відбитків, одержаних при нормованих навантаженнях на кульки різних діаметрів. Між діаметром кульки і навантаженням існує певна залежність. Для чорних металів Р=ЗОД2; для міді, бронзи, латуні Р=10Д2; "для алюмінію і підшипникових сплавів Р=2,5Д2.

Розмірність [сила/площа] біля числа твердості не ставлять наприклад, число твердості за Брінеллем 350 позначається НВ350 (хоча в абсолютному розумінні це значення можна надати і у вигляді 3500 МПа або 350 кгс/мм2) . Міжчислами твердості по Брінеллю НВ і границею міцності  на   розтяг   існує   наступне   співвідношення,   одержане емпіричним шляхом.

              Сталь (НВ1250-1750)                      

              Сталь (НВ>1750)МПа                       

              Алюмінієве литво                         

              Бронза і латунь відпалені               

 

              Сірий чавун                                 

              Цинкові сплави                              

     1.2 На приладі Роквелла. У випробовуваний матеріал вдавлюють конус (алмазний, або з твердого сплаву), з кутом при вершині 120° , або стальну кульку діаметром 1,588 мм. Величину навантаження й вид наконечника вибирають залежно від твердості металів.

               

               

     Рис.2 Схема випробування за Роквеллом

де: Р0- попереднє навантаження 98Н (Юкгс);

                                         рі - основне навантаження;

                              Р - загальне навантаження Р=

     Твердість по Роквеллу вимірюють в умовних одиницях. За одиницю твердості прийнята величина, відповідна основному переміщенню наконечника на 0,002мм.Ка практиці число твердості за Роквеллом відраховують по циферблату індикатора. Він має дві шкали: чорну (шкала С) і червону (шкала В). 

М які матеріали (мідь, латунь, незагартована стань) випробуються стальною кулькою під дією загального навантаження 980Н (ІООкгс).

Відлік показників твердості ведуть по червоній шкалі, а твердість позначають НКВ.

Тверді матеріали (загартовані сталі) випробують алмазним конусом і навантаженням 1470Н (150кгс). Відлік твердості ведуть по чорній шкалі, а твердість позначають НКСЕ.

Для випробування дуже твердих матеріалів, які мають незначну товщину, застосовують алмазний конус під навантаженням 588Н (бОкгс), Відлік показників твердості ведуть по чорній шкалі, а твердість позначають НКА.

Примітка. На практиці використовують прилади Роквелла з ручним (РВ) і електричним (ТК-2) приводом. З метою забезпечення єдності вимірювань в 1980р було введено спеціальний державний еталон і єдина шкала твердості СЕ по Роквеллу (ГОСТ 8.064-79). Всі зразкові і робочі засоби налаштовані та повіряються по шкалі СЕ, відтворену цим еталоном, позначають НКСЕ, на відміну від НКС, раніш вживану у промисловості (додаток 3).

     1.3 На приладі Віккерса. У випробувальний матеріал вдавлюють алмазну піраміду з кутом між протилежними гранями 136° . Випробування проводять при навантаженні від 49 до 981Н (від 5 до ІООкгс). Одержаний відбиток має форму ромба (рис. 3).

Твердість       по       Віккерсу       (НV) розраховують за формулою:

                                      

   Де: Р - навантаження, кгс;

    кут між протилежними гранями

  піраміди 136°;

середнє арифметичне значення довжин двох діагоналей відбитка після зняття навантаження, мм. 

Найбільш поширено цей метод застосовують для визначення твердості деталей малої товщини та тонких поверхневих шарів, які мають високу твердість. Числа          твердості по Віккерсу і Брінеллю до 4000 одиниць співпадають.

При більших значеннях числа твердості по Віккерсу                    перевищують числа твердості по Брінеллю (додаток 1-2).

  1.  На приладі Шора.

  При випробуванні твердості по Шору, тягар разом з закріпленим на ньому індентором (стальна кулька або алмазний бойок) падає з висоти Нп на зразок перпендикулярно його поверхні рис.4. Твердість по Шору визначають по висоті відскоку тягаря.

.

Рис. 4. Схема визначення твердості по Шору

 Шкала твердості поділена на 130 позначок і розрахована таким чином, що твердість загартованої евтектоїдної сталі (вміст вуглецю 0,8%) відповідає позначці 100 і твердості 100 одиниць. Цей метод використовують для експрес аналізів. Між твердістю по Шору та іншими методами нема ніякого зв язку і співвідношень. Твердість по Шору умовна, безрозмірна величина.

 

1.5 На приладі Польді. 

Визначення   твердості здійснюють динамічним (ударним) вдавлюванням кульки. Прилад має в своєму склаі еталонний зразок з наперед відомою твердістю НВ. Випробування проводять ударом молотка по  бойку  приладу,  при цьому кулька робить відбиток, як у виробі так і у еталоні. Порівнюючи діаметри одержаних відбитків, по таблицям визначають твердість випробуваного виробу.

1.6 Універсальні прилади для визначення твердості типу УПТ-1 дозволяють проводити випробування як за методом Брінелля і Вікерса, так і за методом Роквелла.

1.7 Мікротвердоміри ПМТ-3 та ПМТ-5 суміщують в собі механізм вдавлювання у випробуваний матеріал піраміди і металографічний мікроскоп. Такими приладами вимірюють твердість   дуже   тонких   шарів   матеріалу   і   окремих структурних складових.

 1.8 Метод тарированих напилків.    В деяких випадках, коли    застосування    перелічених    методів    неможливе, твердість визначають за допомогою тарированих напилків. Цей метод не дуже точний, але зручний і простий, його легко можна використовувати в умовах цеху чи майстерні.

   Висновок:

Таким чином числа твердості ніазначають по одній з наступних шкал:

НВ - для нормування твердості всіх матеріалів, ГОСТ 9012-75;

НУ - для нормування твердості тонких зразків товщиною 0,3-0,5мм або поверхневих шарів товщиною 0,03-0,05 мм ГОСТ2999-86;

нк.се - для нормування твердості твердих матеріалів (термообробленої сталі, в тому числі загартованої) ГОСТ 9013-75;

НКА - для нормування твердості дуже твердих матеріалів (твердих сплавів) ГОСТ 90ІЗ-75.

НКВ - для нормування твердості м'яких матеріалів (незагартована сталь) ГОСТ 9013-75.

  1.  Призначення приладу ТК-2

 Прилад ТК-2 призначений для визначення твердості металів вдавлюванням в зразок конуса (алмазного або твердого сплаву) з кутом при вершині 120° або стальної загартованої кульки діаметром 1,588мм під дією завданого навантаження на протязі завданого часу. Випробування виконують у відповідності з ГОСТом 9013-86 «Измерение твердости по Роквеллу».

2.1 Технічна характеристика приладу ТК-2.

  1.  Випробувальні навантаження в кгс:

а) попередні              10

б) основні                 50;90;140

в) загальні                60; 100; 150

 

  1.  Допустимі похибки:

 

а) основних навантажень від їх номінальних значень ± 0,5%

б) попереднього навантаження в кгс ± 0,2

в)    середнього   значення   числа   твердості   в   одиницях твердості: (не більше)  ± 1

  1.  Розміри виробів, що випробуються обмежуються:

а) найбільшою висотою в мм                                   200

б) відстанню від центра відбитка до станини в мм       130

  1.   Габаритні розміри в мм та вага в кг

      а) висота,                720

      б) довжина               470

      в) ширина                210

г) вага                   70

2.2 Короткий опис і принцип дії приладу ТК-2.

В конструкцію приладу входять такі основні вузли та механізми, змонтованіі чавунній литій станині закритого типу 1 (рис.5, рис.6):

Рис.5 Загальний вигляд приладу ТК-2

     1 - корпус; 2 - механізм підйому; 3 - приладу; 4 - клавіша; 5 - подовжувач; 6 - кулачок; 7 - кулачок прискореного робочого циклу; 8 - наконечник; 9 - барабан; 10 - маховик; 11 - стіл; 12 - оправка; 13 - гвинт; 14 - обмежувач; 15 - напрямна втулка; 16 - обойма; 17 - пружина; 18 - шпиндель; 19 - важільний блок; 20 - плаваюча підвіска; 21 - планка; 22 - гвинт; 23 - вимірювальний важіль; 24 - тягар; 25 - індикатор;26 - тросик; 27 - вантажний важіль; 28   -   підвіска; 29 - тягар; ЗО - шток; 31 - тумблер; 32 - лампочка; 33 - защілка; 34 - собачка; 35 - храпове колесо; 36 - рукоятка; 37 - панель; 38 - опора.

                     

 

  1.  Важільний механізм для створення випробувальних навантажень і вимірювання глибини відбитка за допомогою індикатора 25.
  2.  Привод приладу 3 з електродвигуном змінного однофазного струму на 220в.
  3.  Механізм підйому 2 зі столом для установки виробів, що випробовуються.
  4.  Шток ЗО за допомогою якого здійснюють накладання і зняття випробувального навантаження.

Механізм навантаження складається:

а)  підвіски 28 з тягарями, яка забезпечує за допомогою важеля    27     створення    потрібного     випробувального навантаження;

б)  малого вимірювального важеля 23, який є збільшувачем ходу індикатора 25;

в)шпинделя 18 на кінці якого за допомогою гвинта 13 закріплюється оправка 12 з кулькою або

алмазним конусом;

г)пружини 17, яка призначена для відтворення попереднього навантаження (10кгс). Остаточне регулювання величини попереднього навантаження (10кгс) здійснюють за допомогою тягаря 24, встановленого на вимірювальному важелі. Пружина 17 забезпечує одночасну установку

шпинделя відносно конусного гнізда, розташованого в напрямній втулці 15.

Обмежувач 14 дозволяє прикладати попереднє навантаження без спостереження за показами індикатора.

Точну установку індикатора на нуль виконують за допомогою барабана 9, змонтованого в механізмі підйому, і тросика 26, який закріплений на ранті індикатора.

Випробування здійснюють за допомогою привода приладу З, який працює від конденсаторного однофазного двигуна (МЗОвт; п=1430 об/хв).

Механізм привода складається з черв'ячного редуктора і робочих кулачків 6 і 7, профіль яких розраховано на проведення випробувань як рормальної тривалості циклу випробування (4сек.) при розташуванні рукоятки 36 покажчика навпроти літери «Н», так і з прискореним циклом випробування (2сек) при розташуванні рукоятки покажчика навпроти літери «У»

Двигун приладу працює безперервно і вимикається за допомогою тумблера 31 тільки при довгих перервах в роботі приладу.

Кулачки вмикаються за допомогою храпового механізму 34 і 35, керування роботою якого здійснюють за допомогою клавіши 4.                                                                ?

По закінченні циклу випробувань кулачковий блок автоматично вимикається і фіксується в початковому стані роликом, встановленим в фіксаторі з натяжною пружиною.

У випадку різкого опускання, підвіски 28 з тягарями 29 необхідно зняти кришку з лівого боку приладу та підтягнути гайку з накаткою до тих пір, поки не припиниться опускання.

  1.  Результати вимірювань твердості металу на приладі ТК 2

Матеріал

Шкала СЕ

Шкала А

Твердість HRCE (HRA)

Переведення в твердість

Співвідношення між числами. Твердості HRCE , HRA, HB, HV, див. дод. 1 - 2.

1

2

3

Середнє значення

HB

HRA

HV

Легована

інструментальна

сталь9ХС (ножівочне полотно )

HRCE

62-64

63

64

64

63,7

652

763

Швидко ріжуча

сталь

Різець Р6М5

Фреза

 HRCE

68-70

66

66

67

67

65

65

66

66

683

683

820

820

       

        

Твердий сплав

Т15К6

ВК3

HRA

80-90

92

92

91

93

92

91

91,3

92

 

Мінерало кераміка

ЦМ-322

HRA

92-96

95

91

94

93,3

Висновок. На даній лабораторній роботі, я ознайомився з основними методами вимірювання твердості металів та сплавів, ознайомився з будовою і принципом роботи приладу ТК-2 для випробування металів на твердість за методом Роквелла. Визначив випробуванням на твердість різні зразки сталі; знайшов співвідношення між числами твердості HRCE та числами твердості НВ, HV, НRA, НRВ. За числами твердості НВ і емпіричними коефіцієнтами визначив границю міцності [] на розтяг виміряних матеріалів.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

73704. Электростатика проводников 156.5 KB
  В проводнике заряды могут двигаться при наложении маленьких полей в пределе бесконечно малых. Проводник это такая среда содержащая свободные заряды которые можно перемещать по объему без совершения работы идеальный проводник. Такие проводники в природе существуют.
73705. Конденсатор. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов 110 KB
  Можно выбрать сколько угодно проводников диэлектриков и подать на два выбранных проводника некоторые противоположные заряды и померить разность потенциалов между выбранными проводниками. Зарядим обе сферы равными по модулю и противоположными по знаку зарядами. Помещаем на платинах разноимённые заряды . Если представить что мы создали данную разность потенциалов на каждом конденсаторе отдельно а потом соединили их то сумма зарядов при присоединении не изменится ни справа ни слева .
73707. Постоянный электрический ток, Электрический ток, плотность тока, сила тока 323.5 KB
  Электрический ток плотность тока сила тока. Основными характеристиками электрического тока являются плотность тока векторная характеристика и сила тока скалярная величина. Плотность электрического тока заряд проходящий через единичную площадку перпендикулярную потоку за единицу времени. Сила электрического тока через поверхность с заранее выбранным направлением нормали это заряд протекающий через единицу времени.
73708. Поле проводника с постоянным током 70.5 KB
  Из условия стационарности делаем вывод что цепь постоянного тока замкнута. Рассмотрим проводник тока малый настолько что его можно считать трубкой тока. Выберем положительное направление обхода в направлении потока тока. произведение алгебраической величины тока на сопротивление равна разности потенциалов и ЭДС сторонних сил.
73709. Закон Джоуля-Ленца для участка цепи 387 KB
  Проводимость шариков много больше проводимости земного шара. Будем считать что в среде выполняется закон Ома в дифференциальной форме где проводимость среды в данной точке. Проводимость анизотропных сред. линейная проводимость квадратичная проводимость.
73710. Постоянное магнитное поле. Сила Лоренца 227.5 KB
  Постоянное магнитное поле. Можно полагать что в процессе движения заряд создает некоторое поле которое называется магнитное поле. Если один заряд или система зарядов создали поле с вектором то на другой заряд движущийся в этом поле действует сила. Поместим проводник в магнитное поле.