69601

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ

Лабораторная работа

Физика

Цель работы. Связь твердости со структурой и прочностными свойствами. Измерение твердости позволяет проверить правильность приведенной термической обработки определяет возможность износа детали возможность механической обработки.

Русский

2014-10-07

580 KB

2 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ

Цель работы.

Ознакомление студентов с методами измерения твердости материалов и                                       приобретение навыков проведения измерений  на приборах.

Связь твердости со структурой и  прочностными свойствами.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Твердостью называют свойство материала оказывать сопротивление пластической деформации при вдавливании в его поверхность твердого наконечника – индентора.

Измерение твердости позволяет проверить правильность приведенной  термической обработки, определяет возможность износа детали,  возможность механической  обработки.  Между твердостью некоторых металлов и другими механическими свойствами (главным образом прочность) существует количественная  зависимость.   Поскольку при измерении  твердости в большинстве случаев детали не разрушается,  то эти измерения можно применять для сплошного контроля деталей, в то время как определение характеристик прочности проводят в качестве выборочного контроля. Возможность оценки перечисленных характеристик материала по измерению твердости наряду с простотой и быстротой измерения сделали этот метод широко распространенным в  заводской практике и  лабораторных исследованиях.

В  зависимости от формы индентора  (шар,   конус,   пирамида)   и измеряемой величины (отношение нагрузки к площади полученного отпечатка, глубина вдавливания) различает три вида определения твердости материала.

I.   ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ПО БРИНЕЛЛЮ (НВ).

В плоскую поверхность металла на прессах вдавливается под постоянной нагрузкой  закаленный  шарик диаметром  D. После снятия нагрузки появляется отпечаток формы сферического сегмента  с диаметром d. Твердость по Бринеллю определяется как отношение приложенной нагрузки к площади полученного отпечатка  (F).

HB  =  P  =                     2P              кгс

          F          π D (D - √D2d2)    мм2

При малой  и большой глубине вдавливания шарика  не существует подобия между прилагаемыми нагрузками и диаметром получаемого отпечатка для одного и того же материала,  поэтому для материалов с различной твердостью (например, чугун, сплавы алюминия) измерения проводят при определенных отношениях

Диаметры шариков 10 мм,   5 мм,  2,5 мм.   Нагрузку определяет из условия по таблице:

Толщина образца, мм

Диаметр шарика

Нагрузка

(кгс)

чугун, сталь 30

медь латунь бронза 10

Сплавы алюминия,

свинца, олова

         2,5

более 6

10

3000

1000

250

от 6 до 3

5

750

250

62,5

менее 3

2,5

167,5

62,5

15,6

Диаметр отпечатка  измеряют лупой,  на  окуляре которой  нанесена шкала с делениями,  соответствующими десятым долям миллиметра.  Измерения проводят с точностью до 0,05 мм в двух взаимно перпендикулярных направлениях:  для определения твердости следует принимать среднее из полученных величин.  По значению  d по формуле (I) или по таблицам определяют число твердости в кг/мм2.   Недостатки метода:

I.   Нельзя измерять твердость высокотвердых материалов   ( HB m 450 кгс )

из-за упругой деформации шарика мм2

2.   Нельзя измерять твердость тонкого поверхностного слоя (толщиной менее 1-2 мм).

3.   Нельзя измерять твердость окончательно готовых изделий.

II.   ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ПО РОКВЕЛЛУ (HRA, HRB, HRC)

 Инденторами служат алмазный,  твердоплавный  конусы и стальной шарик диаметром    D  = 1,588 мм.  Алмазный  конус применяется для материалов высокой твердости,  шарик - для низкой.   Твердость определяется по глубине отпечатка.

Инденторы вдавливают последовательными нагрузками:   предварительной Р0 = 10 кгс  и  основной,  предварительное нагружение производят для того,  чтобы исключить влияние упругой деформации и различной степени шероховатости поверхности образца на результаты измерений, Основную нагрузку берут равной Р1, - 90 кгс, для шарика и отсчет твердости проводят по шкале в,  140 кгс для алмазного конуса - отсчет по шкале С, 50 кгс для алмазного конуса при очень твердых и более тонких материалах - отсчет по шкале А.  Твердость по Роквеллу измеряет в условных единицах. Шкалы А и С показывают значения твердости, равные 100 -е; шкала В показывает значения твердости, равные 130-е, где – е = _h__   ; глубина погружения индентора.(см.рис.2)

              0,02

Числа НRА можно перевести на числа HRC по формуле  HRC = 2 НRА – I04.                              

Твердость следует измерять не менее, чем в трех  точках.  Для расчета  принимают среднее значение результатов второго и третьего измерений.

Рис. 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ПО ВИККЕРСУ (HV)

В шлифованную поверхность материала вдавливается под постоянной  нагрузкой четырехгранная алмазная пирамида с углами при вершине α = 136°.

Твердость по Виккерсу определяется как отношение приложенной нагрузки к площади полученного отпечатка ( F ).

HV = 2P Sin α / 2 = 1.854  P   кгс

                    d2                     d2  мм2  

 d - среднее арифметическое длины обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки.

Длину диагонали полученного отпечатке определяет с помощью микроскопа,   закрепленного на станине твердомере.  В приборе применяет нагрузки в  I,  3, 5 , 10, 30,   50,  100,  120 кгс.   Для измерения твердости тонких  слоев применяют меньшие нагрузки: 5 или 10 кгс.  Методом Виккерса можно измерять твердость поверхностных слоев толщиной до 0,03 - 0,05 мм.

Примечание:  числа твердости по Виккерсу и по Бринеллю имеют одинаковую равномерность и для материалов твердостью до НВ 450 практически совпадает.

Материал образца

Тип прибора

Тип и характеристики индекатора

Величина нагрузки
Р, кгс

Шкала

Диаметр отпечатка

Толщина образца

Среднее число твердости

Сталь 20

Роквелл

Алмазный конус

150

С

-

-

HRC

Сталь 45

Роквелл

- ‘’ -

- ‘’ -

С

-

-

HRC

Сталь У8

Роквелл

- ‘’ -

- ‘’ -

С

-

-

HRC

Алюминий

Роквелл

Шарик ǿ 1,588 мм

100

В

-

-

HRB

Медь

Роквелл

- ‘’ -

- ‘’ -

В

-

-

HRB

Латунь

Бринелль

Шарик ǿ 10 мм

1000

-

      мм

>6

 HB

                              HRS

29

24

14

0

%, C

                                              0.2                   0.45                                0.8  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

1905. ХОЛОКОСТ НА ЮГЕ РОССИИ В ПЕРИОД ВЕЛИКОЙ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ВОЙНЫ (1941-1943 гг.) 1.22 MB
  Идеологическое обоснование гитлеровцами политики холокоста. Создание фабрик смерти для окончательного решения расового вопроса. Преследование евреев и других жертв холокоста в Краснодарском крае. Нацистский геноцид в Ростовской области. Холокост на территории Сталинградской области, Кабардино-Балкарии, Северной Осетии и Калмыкии
1906. Основы технической диагностики автомобилей 1.21 MB
  Разработка диагностической структурно-следственной модели. Диагностирование цилиндропоршневой группы и газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания. Диагностирование электрооборудования прибором мод. Э-214. Проверка технического состояния свечей зажигания и высоковольтных проводов системы зажигания.
1907. Общие сведения по электроснабжению горных предприятий 77.22 KB
  Общие сведения по электроснабжению горных предприятий. Производство, передача и распределение электроэнергии. Электроснабжение горных предприятий. Рационализация электропотребления на горных предприятиях.
1908. Электрооборудование трансформаторных подстанций горных предприятий 175.51 KB
  Выбор силовых трансформаторов главное понизительной подстанции. Соображения по выбору числа и мощности цеховых подстанций. Конструкции распределительных устройств и цеховых трансформаторных подстанций. Аппараты высокого напряжения.
1909. ПРИНЦИП ВРЕМЕННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ КАНАЛОВ. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СП С ВРК 109.59 KB
  Непрерывный сигнал Сi(t) каждого из каналов поступает на ФНЧ, где проводится ограничение спектра частотой. Электронные ключи (ЭК) периодически замыкаются с частотой дискретизации fд на время длительности импульса.
1910. Равномерное квантование 63.22 KB
  Равномерным (линейным) называется квантование, если шаг квантования остается постоянным в допустимых пределах возможных значений.
1911. НЕРАВНОМЕРНОЕ КВАНТОВАНИЕ 60.88 KB
  Неравномерным называется квантование, если шаг квантования изменяется в допустимых пределах амплитудных значений, возрастая с увеличением уровня сигнала.
1912. Структура временного цикла и сверхцикла 32.45 KB
  В ЦСП цифровой групповой сигнал представляет собой непрерывную последовательность следующих друг за другом циклов.
1913. Регенератор однополярного цифрового сигнала 29.34 KB
  Искаженный ЦЛС подается на КУ, который обеспечивает частичную или полную коррекцию формы импульса. РУ построен в виде пороговой схемы, которая срабатывает, если уровень сигнала на его входе превышает пороговый уровень РУ.