ID: 69601

Название работы: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ

Категория: Лабораторная работа

Предметная область: Физика

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

Язык: Русский

Дата добавления: 2014-10-07

Размер файла: 580 KB

Работу скачали: 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 - √D2 – d2)    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