Руководства, Инструкции, Бланки

образцы твердости для мпд по шкале бринелля img-1

образцы твердости для мпд по шкале бринелля

Рейтинг: 4.3/5.0 (1822 проголосовавших)

Категория: Бланки/Образцы

Описание

Метод Бринелля

Метод Бринелля

Метод Бриннеля — один из основных методов определения твёрдости.

Этот метод относится к методам вдавливания. Испытание проводится следующим образом: вначале дают небольшую предварительную нагрузку для установления начального положения индентора на образце, затем прилагается основная нагрузка, образец выдерживают под её действием, измеряется глубина внедрения, после чего основная нагрузка снимается. При определении твёрдости методом Бринелля, в отличие от метода Роквелла, измерения производят до упругого восстановления материала. Индентор (полированный закалённый стальной шарик) вдавливают в поверхность испытуемого образца (толщиной не менее 4 мм) с регламентированным усилием. Через 30 с после приложения нагрузки измеряют глубину отпечатка. В другом варианте усилие прилагается до достижения регламентированной глубины внедрения.

Твёрдость по Бринеллю HB рассчитывается как «приложенная нагрузка», делённая на «площадь поверхности отпечатка»:

,

,

Нормативными документами определены диаметры индентора, время экспозиции, глубина внедрения индентора.

  • В России регламентированные нагрузки 49 Н, 127 Н, 358 Н, 961 Н, диаметр шарика 5 мм, глубины внедрения от 0,13 до 0,35 мм. В разных спецификациях эти значения различны.
  • Наиболее распространённые диаметры шарика — 10, 5, 2,5 и 1 мм и нагрузки 187,5 кгс, 250 кгс, 500 кгс, 1 000 кгс и 3 000 кгс.
  • Для выбора диаметра шарика обычно используют следующее правило: диаметр отпечатка должен лежать в пределах 0,2—0,7 диаметра шарика.
  • В методиках ISO и ASTM объединены метод с одним шариком и разными нагрузками и метод с применением разных шариков, а также дана формула вычисления твёрдости, не зависящей от нагрузки.

Твёрдость по шкале Бринелля выражают в кгс/мм². Для определения твёрдости по методу Бринелля используют различные твердометры, как автоматические, так и ручные.

Типичные значения твёрдости для различных материалов Преимущества и недостатки
  • Метод можно применять только для материалов с твердостью до 450 HB, если применять стальной закаленный шарик. Как альтернатива, применяют шарики из твёрдого сплава на основе карбида вольфрама (WC), это позволяет повысить верхний предел измерения твёрдости до 600 HBW.
  • Твёрдость по Бринеллю зависит от нагрузки, так как изменение глубины вдавливания не пропорционально изменению площади отпечатка.
  • При вдавливании индентора по краям отпечатка из-за выдавливания материала образуются навалы и наплывы, что затрудняет измерение как диаметра, так и глубины отпечатка.
  • Из-за большого размера тела внедрения (шарика) метод неприменим для тонких образцов.
  • Зная твёрдость по Бринеллю, можно быстро найти предел прочности и текучести материала, что важно для прикладных инженерных задач:
    Для стали

    где — предел прочности.

    где — предел текучести.
    Для алюминиевых сплавов

    Для медных сплавов
  • Так как метод Бринелля — один из самых старых, накоплено много технической документации, где твёрдость материалов указана в соответствии с этим методом.
  • Данный метод является более точным по сравнению с методом Роквелла на более низких значениях твёрдости (ниже 30 HRC).
  • Также метод Бринеля менее критичен к чистоте подготовленной под замер твёрдости поверхности.
Перевод результатов измерения твёрдости различными методами

Результаты измерения твёрдости по методу Бринелля могут быть переведены с помощью таблиц в единицы твёрдости по методам Виккерса и Роквелла. В свою очередь, измерения твёрдости двумя последними методами могут быть переведены в единицы твёрдости по методу Бринелля. Следует отметить, что таблицы перевода в разных нормативных документах отличаются.

Другие статьи

Метод Бринелля

Метод Бринелля

Диаметр отпечатка измеряют специальным отсчетным микроскопом МПБ-2, на окуляре которого нанесена шкала с делениями, соответствующими десятым долям миллиметра, с точностью до 0,05 мм в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Принимают среднюю из полученных величин.

На рис. 2.2 показан способ измерения отпечатка по шкале отсчетного микроскопа. В рассматриваемом случае диаметр отпечатка равен 4,3 мм.

Измерив диаметр отпечатка, площадь поверхности отпечатка F определяют по формуле (2.2) и, зная величину приложенной силы Р, твердость определяют по формуле (2.1) или находят по табл. 2.2.

Рис. 2.2. Измерение отпечатка с помощью отсчетного

При измерении твердости шариком D=10 мм под нагрузкой Р=29430 Н (3000 кгс) с выдержкой t=10 с твердость по Бринеллю обозначают цифрами, характеризующими число твердости, и буквами НВ, например 175НВ (здесь175 – число твердости, кгс/мм 2. НВ – твердость по Бринеллю). При других условиях испытания после букв НВ указывают условия испытания в следующем порядке: диаметр шарика, нагрузка и продолжительность выдержки под нагрузкой, разделенные наклонной чертой, например 200НВ5/250/30.

Между числом твердости по Бринеллю НВ и пределом прочности sв существует примерная количественная зависимость

где K – коэффициент, определенный опытным путем (табл. 2.3).

Твердость по Бринеллю в зависимости от диаметра отпечатка

Диаметр отпечатка d, 2d * или 4d **. мм

При измерении твердости по Бринеллю необходимо соблюдать следующие условия:

1) действующее усилие перпендикулярно поверхности испытуемого образца;

2) поверхность образца должна быть плоской, чистой и гладкой;

3) образец должен лежать на подставке устойчиво;

4) минимальная толщина образца должна быть не менее 10-кратной глубины отпечатка;

5) расстояние от центра отпечатка до края образца должно быть не менее 2,5d, между центрами двух соседних отпечатков – не менее 4d, а для металлов с НВ < 350 – 3 d и 6 d;

6) диаметры отпечатков должны находиться в пределах 0,25D<d< 0,6D.

Преимущества метода Бринелля – простота и надежность в работе приборов, применяемых для определения твердости, высокая точность определения твердости, так как при достаточно большом диаметре отпечатка исключается влияние локальных факторов.

- метод не может быть применен для испытания металлов с НВ > 450;

- метод неприменим для определения твердости листовых образцов

толщиной менее 0,5…1 мм и изделий малой жесткости;

- на поверхности испытуемого изделия остаются заметные отпечатки.

Для определения твердости по Бринеллю пользуются твердомером ТШ-2М (рис. 2.3). Прибор состоит из станины, в нижней части которой помещен винт 20 со сменными столиками 19 для испытуемых образцов. Перемещают винт вручную маховиком 21. В верхней части находится шпиндель 16 со сменными наконечниками 17. Основная нагрузка прикладывается к образцу посредством рычажной системы. На длинном плече основного рычага 6 имеется подвеска со сменными грузами 4. При нажатии пусковой кнопки освобождается рычаг и на шарик воздействует нагрузка. Время действия нагрузки устанавливается с помощью устройства, расположенного с правой стороны прибора.

Рис. 2.3. Твердомер ТШ-2М

Все темы данного раздела:

Порядок выполнения работы
1. Измерить диаметр испытуемых образцов; вычислить площадь F0 образцов; полученные результаты занести в табл. 1.2. 2. Занести в табл. 1.3 параметры машины. 3. Разорвать

Метод Роквелла
Измерение твердости металлов и сплавов по методу Роквелла осуществляется вдавливанием алмазного конуса или стального шарика с последующим определением твердости по глубине получаемого отпечатка (ГО

Порядок выполнения работы
1. Проверить соответствие образцов требованиям. 2. По табл. 2.4 выбрать шкалу, нагрузку и вид наконечника. 3. Включить прибор тумблером 8 (см. рис. 2.5), при этом должна загоретьс

Микроструктурный анализ металлов и сплавов
Микроструктурный анализ заключается в исследовании строения (структуры) металлов и сплавов с помощью оптических металлографических микроскопов с увеличением от 50 до 1500 раз или с помощью э

Объективов и окуляров микроскопа МИМ-7
Объективы На матовом стекле При визуальном наблюдении Окуляры 7

Вспомогательные устройства микроскопа
При проведении количественных исследований (определение величины зерна, глубины цементированного слоя и др.) пользуются окулярными вкладышами. Это стеклянные пластинки, на которые нанесены шкала, п

Механизм пластической деформации монокристаллов
Межатомные силы в кристаллических телах складываются из электростатических сил притяжения и отталкивания. Равнодействующая этих сил на некотором межатомном расстоянии равна нулю. При сближ

И сплавов
При нагреве пластически деформированные металлы постепенно восстанавливают свою структуру и свойства и переходят в устойчивое состояние. Этот переход можно разбить на две стадии: возврат и рекриста

Некоторые положения теории сплавов
Сплавом называется вещество, полученное сплавлением или спеканием двух или более компонентов. Способы получения одно­родной монолитной массы сплава могут быть различными: кристал­лизация из

Не растворяются друг в друге в твердом состоянии
Сплавы, затвердевающие в соответствии с данной диаграммой, характеризуются тем, что их компоненты: - в жидком состоянии растворяются друг в друге в любых со­отношениях; - в твердо

В твердом состоянии
Неограниченные твердые растворы замещения в твердом состоянии обра­зуют компоненты с однотипной кристаллической решеткой, имеющие небольшую разницу в параметрах решетки и близкие по физическим свой

Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов друг в друге в твердом состоянии
Сплавы, затвердевающие в соответствии с диаграммой состо­яния ограниченных твердых растворов, характеризуются тем, что в жидком состоянии компоненты растворяются друг в друге неогра­ниченно, а в тв

Теоретические сведения
К железоуглеродистым сплавам относят стали (содержание углерода - до 2,14%) и чугуны (содержание углерода - свыше 2,14%), которые по масштабу и многообразию своего применения имеют важное значение

Влияние углерода на строение и свойства сталей
Сталями называются сплавы железа с углеродом, содержащие углерода до 2,14%. Углерод является важнейшим элементом, определяющим как структуру, так и свойства углеродистых сталей, ее прочнос

Структура, свойства и применение чугунов
Сплавы железа с углеродом с содержанием углерода более 2,14% называются чугунами. В зависимости от условий кристаллизации и последующей об­работки углерод в чугунах может находиться в виде

Влияние легирования на структуру и свойства сталей
Легирующие элементы вводятся в стали для улучшения их меха­нических свойств. Путем легирования добиваются повышения прочности, вязкости, прокаливаемости, снижения порога хладноломкости, получают ко

По сравнению с углеродистыми
Нагревание легированных сталей протекает медленнее, макси­мальная температура выбирается выше, время выдержки при этой температуре больше. Это объясняется тем, что карбидообразущие легирующи

Влияние легирования на прокаливаемость сталей
Под прокаливаемостью понимают способность стали получать закаленный слой с мартенситной или троостито-мартенситной струк­турой и высокой твердостью и прочностью на ту или иную глубину. Почем

В титане
a-стабилизаторы – Al, Ga, La, Ge, C, N, O – повышают температуру полиморфного превращения a«b и расширяют температурную область существования a-фазы (рис. 9.1, I). Для упрочнения как однофаз

В равновесном состоянии. Особенности применения сплавов
a-сплавы ВТ1-00; ВТ1-0; ВТ1; ВТ5; ВТ5-1; ВТ18 и другие об­ладают высокой термической стабильностью, сопротивляемостью коррозии и газонасыщению поверхностного слоя до температуры 600°С, хорош

При закалке и старении
Закалкой и старением упрочняются двухфазные (a+b)-ти­тановые сплавы. Схема образования структур при закалке и старе­нии показана на рис. 9.2.

Превращения в сплавах при закалке
При закалке из b-области ряд сплавов будет претерпевать мартенситное превращение. На диаграмме нанесены линии начала ( Мн ) и конца (Мк ) мартенситного превращения. В

Превращения в закаленных сплавах при старении
При старении происходят фазовые превращения диффузионного характера, связанные с превращением закалочных фаз a¢(a¢¢), bн и w. Конечный продукт превращения - стабильная (a+

Дуралюмина Д1, х150.
Зерна твердого раствора и кристаллы CuAl2 по их границам

Твердость древесины по Бринеллю (шкала Бринелля)

Твердость древесины по Бринеллю (шкала Бринелля)

В зависимости от условий произрастания и породы дерева, различается твердость древесины. Показатели твердости могут быть различными даже у одной и той же породы деревьев. В Европе и РФ твердость дерева обозначается по шкале Бринелля, а в западных странах — по шкале Janka.

Как определить твердость древесного массива по шкале Бриннеля

По Бринеллю твердость определяется с помощью вдавливания древесины в образец стального шара с диаметром 1 см. Через полминуты после вдавливания проводятся замеры получившегося углубления. Исходя из этого рассчитываются показатели по шкале Бринелля: чем выше показатели, тем меньше размеры углубления. В итоге маленькие лунки свидетельствуют о высокой твердости дерева, а большие — о мягкости древесины.

Классификация массива по твердости

На твердость дерева влияют несколько факторов: вид распил, влажность древесины и др. Все породы деревьев можно разделить на три группы (по твердости материала):

    • мягкие — твердость до 38,6 Мпа (липа, сосна, осина, кедр, пихта, ель);
    • твердые — твердость 38,6-82,5 Мпа (бук, яблоня, береза, клен, лиственница);
    • очень твердые — твердость от 82,5 Мпа (самшит, акация, граб).
Какий массив дерева подходит в качестве напольного покрытия

Для паркета годится древесина со средней твердостью и выше. После прикладывания дерева к нагрузке, изменяется площадь вмятины. Важно помнить: часто твердость древесины зависит от распила. Грамотная работа с материалом может сделать дерево максимально твердым и устойчивым с механическому влиянию. В таблице твердости указаны средние показатели для некоторых пород древесины.

Название древесной породы

Меры твердости

Меры твердости

Меры твердости применяются при поверке приборов и измерения твердости материалов различными методами. Меры твердостиизготовляться в виде плиток прямоугольной или круглой формы из углеродистой или легированной стали. Образцовые меры твердости являются средством измерения, подлежащим обязательной поверке с периодичностью раз в два года. Мерам твердости посвящен ГОСТ 9031-75 в котором описаны основные характеристики, методы контроля и правила маркировки образцов. По размаху значений твердости, меры делятся на первый и второй разряды.

В соответствии с действующими поверочными схемами, меры первого разряда градуируются только на государственных эталонах твердости России (хранитель эталонов - ФГУП "ВНИИФТРИ" ). По образцовым мерам первого разряда поверяются твердомеры-компараторы с помощью которых аккредитованными органами градуируются меры 2-го разряда. По мерам второго разряда в свою очередь поверяются рабочие средства измерения твердости, такие как стационарные, переносные и портативные твердомеры .

Поверка и калибровка с применением мер твердости осуществляется по одной из систем измерения:

  • методом Роквелла (МТР)
  • методом Бриннеля (МТБ)
  • методом Виккерса (МТВ)
  • методом супер-Роквелла (МТСР)
  • методом Шора (МТШ)
  • методом Либа (HLD)

Меры твердости изготовляться в виде плиток прямоугольной или круглой формы из углеродистой или легированной стали. Образцовые меры твердости являются средством измерения, подлежащим обязательной поверке с периодичностью раз в два года. Мерам твердости посвящен ГОСТ 9031-75 в котором описаны основные характеристики, методы контроля и правила маркировки образцов.

По размаху значений твердости, меры делятся на первый и второй разряды. В соответствии с действующими поверочными схемами, меры первого разряда градуируются только на государственных эталонах твердости России (хранитель эталонов - ФГУП "ВНИИФТРИ" ). По образцовым мерам первого разряда поверяются твердомеры-компараторы с помощью которых аккредитованными органами градуируются меры 2-го разряда. По мерам второго разряда в свою очередь поверяются рабочие средства измерения твердости, такие как стационарные, переносные и портативные твердомеры.

Меры твердости МТБ-1

Комплект образцовых мер твердости по Бринеллю - МТБ-1 используется для поверки механических твердомеров по методу Бринелля. В отличие от метода Роквелла, измерение твердости по Бринеллю производят до упругого восстановления материала. Наконечник вдавливают в поверхность образца специальным прессом, через 30 секунд после приложения нагрузки измеряют сферический отпечаток, по размерам которого судят о твердости испытуемого материала.

В другом варианте усилие прилагается до достижения регламентированной глубины внедрения. Недостатком метода Бринелля является его применимость только для материалов с твердостью до 450 HB (при испытании более твердых образцов шарик может деформироваться) а также требование к толщине образца - не менее десятикратной глубины отпечатка. Ресурс мер твердости данного типа определяется правилом согласно которому расстояние от центра отпечатка до края испытуемого изделия должно быть не менее 2,5 диаметров отпечатка а расстояние между центрами двух соседних отпечатков - не менее 4 диаметров. Для металлов с твёрдостью до 35НВ эти расстояния должны быть равны 3 и 6 диаметрам соответственно.

Твёрдость образцов из комплекта МТБ-1 указывается в единицах НВ. Описание эталонов и поверочной схемы для средств измерения твердости по шкалам Бринелля содержится в ГОСТ 8.062-85. Данные о мерах твердости из набора МТБ-1 приведены в следующей таблице.

Обозначение меры твердости

Значения твердости меры в единицах твердости

Размах значений твердости, %, не более, для мер

2 Для шариков диаметром 10 мм. 3 Для шариков диаметром 5 мм. 4 Для шариков диаметром 2,5 мм. 5 По заказу потребителя допускается изготовлять меры типа МТБ с твердостью (30±20) ед. НВ и типа МТСР с твердостью (50±5) ед. по шкале Т из цветных металлов и сплавов.

Вместе с тремя мерами твердости в комплект поставки МТБ-1 входит упаковочная коробка и свидетельство о поверке. Вес комплекта - 4,5 кг. По специальному заказу возможна поставка мер твердости МТБ поштучно.

Меры твердости МТР-1

Комплект образцовых мер твердости МТР-1 используется для калибровки механических твердомеров по методу Роквелла. являющегося наиболее простым и распространенным способом проверки твёрдости материалов. Сущность метода заключается во внедрении в поверхность изделия алмазного конусного или стального сферического наконечника с последующим замером глубины его проникновения, после снятия основного усилия. Ресурс мер твердости определяется правилом согласно которому расстояние между центрами двух соседних отпечатков должно быть не менее четырех диаметров отпечатка (но не менее 2 мм), расстояние от центра отпечатка до края образца должно быть не менее 2,5 диаметра отпечатка (но не менее 1 мм). Описание испытаний методом Роквелла содержится в ГОСТ 9013-059 Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу .

Для маркировки мер твёрдости Роквелла, используется сокращение HR. В зависимости от прилагаемого усилия и типа используемого наконечника образцы из комплекта МТР-1 могут иметь следующую маркировку:

  • НRA - при использовании алмазного наконечника с усилием 60 кгс
  • НRB - при использовании стального наконечника с усилием 100 кгс
  • НRC - при использовании алмазного наконечника с усилием 150 кгс

Основные характеристики образов твердости из набора МТР-1 приведены в следующей таблице.

Обозначение меры твердости

1 Меры типа МТР с твердостью (45±5) ИКС и (25±5) ИКС должны иметь высоту не менее 10 (9) мм.

В комплект поставки МТР-1 входит 5 образцов, упакованных в пластиковую коробку и свидетельство о поверке. Вес набора – 1,25 кг.

Меры твердости МТВ-1

Комплект образцовых мер твердости МТВ-1 предназначен для поверки твердомеров по методу Виккерса. Принцип метода заключается во вдавливании в испытуемый материал четырёхгранной алмазной пирамиды с двугранным углом, равным 136°. Твердость по Виккерсу рассчитывается как отношение нагрузки Р к площади поверхности полученного отпечатка. Метод Виккерса позволяет определять твёрдость азотированных и цементированных поверхностей, а также тонких листовых материалов.

Основным недостатком метода Виккерса является зависимость измеряемой твердости от приложенной нагрузки или глубины вдавливания наконечника. Особенно сильно эта зависимость проявляется при малых нагрузках. Максимальное количество измерений ограничено расстоянием между краями соседних отпечатков которое должно быть не менее 2,5 длины их диагоналей. Хорошее совпадение значений твёрдости по Виккерсу и Бринеллю наблюдается в пределах от 100 до 450 НV.

Твёрдость образцов из набора МТВ-1, обозначается буквами HV. Метод Виккерса регламентируется ГОСТ 2999-75. Технические характеристики мер твердости МТВ-1 приведены в следующей таблице.

Обозначение меры твердости

Диапазон значений твердости

В стандартный комплект МТВ-1 входит 4 образца упакованных в пластиковую коробку и свидетельство о поверке. Вес комплекта – 1,2кг. Под заказ возможна поставка набора МТВ-5, состоящего из 5 мер твердости с диапазонами значений 100±25, 200±50, 400±50, 600±75, 800±50. Габаритные размеры мер из набора МТВ-5 – 120/75/16.

Меры твердости МТСР-1

Образцовые меры твердости МТСР-1 используются для поверки твердомеров при измерении твердости сталей по методу Супер-Роквелла. Измерение твёрдости методом Супер-Роквелла заключается во вдавливании наконечника с алмазным конусом или со стальным шариком в поверхность образца в два приёма с последующим измерением остаточного глубины внедрения наконечника. Ресурс мер твердости Супер-Роквелла ограничен расстоянием между центрами двух соседних отпечатков которое должно составлять не менее трёх диаметров отпечатка. Расстояние от центра отпечатка до края образца должно составлять не менее 2,5 диаметров отпечатка. Методу супер Роквелла полностью посвящен ГОСТ 22975-78.

Эталонные меры твердости МТСР-1 являются единственным средством измерения, позволяющим подтвердить правильность измерений любыми динамическими и ультразвуковыми твердомерами. Твёрдость по Супер-Роквеллу обозначается буквами HRN. Данные о мерах твердости МТСР-1 приведены в таблице

Обозначение меры твердости

Диапазон значений твердости

Вместе с шестью образцами твердости в комплект поставки входит упаковочная коробка и свидетельство о поверке. Общий вес набора – 1,25 кг.

Меры твердости МТШ

Образцовые меры твердости МТШ предназначены для поверки твердомеров по методу Шора. Сам метод имеет 2 разновидности - метод отскока и метод вдавливания. Первый используется для тестирования очень твёрдых материалов, и заключается в замере высоты отскока бойка падающего с определенной высоты. Второй применяется для измерения твердости низкомодульных материалов, обычно пластмасс и резины. Оба этих метода имеют совпадающие названия и обозначения шкал, при этом имеют принципиально разную методику испытаний и регламентируются разными стандартами. Подробнее - метод отскока. метод вдавливания .

Определению твердости материалов по методу Шора посвящены Российские стандарты:

Соответственно меры твердости для испытаний по методу Шора, изготавливаются из твердых сплавов или резины. Данные о стандартных наборах МТШ приведены в таблицах.

Комплект мер твердости HSD

Обозначение меры твердости

Меры твердости Либа (HLD)

Образцы твердости HLD используются для калибровки твердомеров по методу Либа (Leeb). Измерение твердости по методу Leeb схоже с методом Шора, но здесь за меру твердости принимается не высота отскока бойка, а его скорость. Соответственно чем тверже материала, тем выше скорость отскока. Преимущество измерения твердости методом Leeb заключается в том, что оно может быть выполнено непосредственно на объекте, не требуя отбора образцов для лабораторных испытаний. Недостатком метода является невозможность его применения на легких и тонких материалах. Изобретателем динамических твердомеров по Leeb является швейцарская компания Proceq, запатентовавшая метод в 1975г .

Измерение твердости по Либу (Leeb) в России не регламентировано, этому методу посвящены международные стандарты:

  • DIN 50156 Металлические материалы. Измерение твердости по методу Либа (Leeb)
  • ASTM A956 Измерение твердости металлических изделий методом Либа (Leeb)

Комплект мер твердости по Leeb состоит из трех образцов с диапазонами значений твердости 530±40 HLD, 630±40 HLD, 790±40 HLD.

Размер круглых образцов O88/55мм, вес 3кг.

Купить образцовые меры твердости МТР, МТБ, МТВ, МТСР, МТШ и другие приборы неразрушающего контроля вы можете по цене указанной в прайс-листе. Цена мер твердости указана с учетом НДС. Смотрите так же раздел - Твердомеры металла .

Меры твердости МТР, МТБ, МТВ, МТСР, МТШ можно купить с доставкой до двери или до терминалов транспортной компании в следующих городах: Москва, Санкт-Петербург, Екатеринбург, Саратов. Амурск, Ангарск, Архангельск, Астрахань, Барнаул, Белгород, Бийск, Брянск, Воронеж, Великий Новгород, Владивосток, Владикавказ, Владимир, Волгоград, Волгодонск, Вологда, Иваново, Ижевск, Йошкар-Ола, Казань, Калининград, Калуга, Кемерово, Киров, Кострома, Краснодар, Красноярск, Курск, Липецк, Магадан, Магнитогорск, Мурманск, Муром, Набережные Челны, Нальчик, Новокузнецк, Нарьян-Мар, Новороссийск, Новосибирск, Нефтекамск, Нефтеюганск, Новочеркасск, Нижнекамск, Норильск, Нижний Новгород, Обнинск, Омск, Орёл, Оренбург, Оха, Пенза, Пермь, Петрозаводск, Петропавловск-Камчатский, Псков, Ржев, Ростов, Рязань, Самара, Саранск, Смоленск, Сочи, Сыктывкар, Таганрог, Тамбов, Тверь, Тобольск, Тольятти, Томск, Тула, Тюмень, Ульяновск, Уфа, Ханты-Мансийск, Чебоксары, Челябинск, Череповец, Элиста, Ярославль и другие города. А так же Республики Казахстан, Белоруссия и другие страны СНГ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ - Студопедия

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ

Цель работы: Изучение методик и приобретение навыков определения твердости материалов.

Задача: Проведение испытаний на образцах различных конструкционных материалов и определение показателей их твердости заданными методами.

Оборудование: Твердомер Бринелля, твердомер Роквелла, отсчетный микроскоп, штангенциркуль.

Материалы: образцы металлов с различной твердостью.

Под твердостью понимается свойство поверхностного слоя материала сопротивляться упругой и пластической деформации или разрушению при местных контактных воздействиях со стороны другого, более твердого и не получающего остаточной деформации тела (индентора ) определенной формы и размеров.

Испытания на твердость отличаются простотой, высокой производительностью, отсутствием разрушения образца, возможностью оценки свойств поверхностных слоев на малой площади, легко устанавливаемой связью результатов с данными других испытаний.

В зависимости от скорости приложения нагрузки способы определения твердости делят на статические и динамические. по способу приложения нагрузки - на методы вдавливания. царапания и удара. а по времени выдержки под нагрузкой - на кратковременные и длительные. Наибольшее распространение получили методы, в которых используется принцип статического вдавливания индентора нормально поверхности образца с кратковременным (10-30 с) приложением нагрузки при комнатной температуре.

При испытании на твердость очень важно правильно подготовить поверхностный слой образца, все поверхностные дефекты (окалина, выбоины, вмятины, грубые риски и т.д.) должны быть удалены. Чем меньше глубина вдавливания индентора, тем выше требуется чистота испытуемой поверхности, тем более жесткие требования к технологии подготовки образцов.

Нагрузка прилагается по оси вдавливаемого индентора перпендикулярно к испытуемой поверхности, для чего эта поверхность должна быть строго параллельна опорной поверхности прибора. Неплоские образцы крепят на специальных опорных столиках, входящих в комплект твердомеров.

Определяя твердость всеми методами (кроме метода измерения микротвердости) измеряют суммарное сопротивление металла внедрению в него индентора, усредняющее твердость всех имеющихся структурных составляющих. Поэтому получающийся отпечаток должен быть по размерам значительно большим размеров зерен отдельных структурных составляющих испытуемого металла. Неизбежные различия в структуре различных участков образца приводят к разбросу получаемых значений твердости, который тем больше, чем меньше размер отпечатка.

Определение твердости по методу Бринелля

При стандартном (ГОСТ 9012-59) измерении твердости по Бринеллю стальной шарик диаметром D вдавливают в испытуемой образец под приложенной определенное время нагрузкой Р, после снятия нагрузки измеряют диаметр оставшегося на поверхности отпечатка (рис.1).

Рис.1. Схема измерения

твердости по методу Бринелля:

Р - нагрузка в Н (кгс); D - диаметр шарика, мм; d - диметр отпечатка, мм

Диаметр отпечатка получается тем меньше, чем выше сопротивление материала образца деформации, производимой индентором. Число твердости по Бринеллю (НВ) есть отношение нагрузки Р, действующей на шаровой индентор диаметром D, к площади F шаровой поверхности отпечатка:

Отношение d/D поддерживают в пределах 0,2-0,6. Для получения отпечатка оптимальных размеров необходимо правильно подобрать соотношение между нагрузкой и диаметром шарика. Рекомендуемые нагрузки и диаметры шариков для определения НВ различных металлических материалов с учетом ГОСТ 9012-59 приведены в таблице 1.

Рекомендуемое время выдержки образца под нагрузкой для сталей 10 с, для цветных металлов и сплавов 30 с (при P/D2=10 и 30) или 60 с (при P/D2=2,5). Зная заданные при испытании Р или D и измерив с помощью отсчетного микроскопа d, находят число твердости НВ по стандартным таблицам.

При использовании шаровых инденторов диаметрами 2,5; 5 и 10 мм, выполняемых из сталей с твердостью не менее 8500 МПа, можно испытывать материалы с твердостью от НВ 8 до НВ 450. При большей твердости образца шарик-индентор остаточно деформируется на величину, превышающую стандартизованный допуск, и показания твердости искажаются.

Нагрузки (Р) и диаметры (D) шариков, рекомендуемые

для испытаний твердости по Бринеллю

У малопластичных металлов и сплавов корреляция НВ и sв может отсутствовать: высокая твердость часто сочетается с низким пределом прочности. Это вполне естественно, если учесть совершенно разный физический смысл этих характеристик для хрупких материалов. Предел прочности таких материалов близок к истинному сопротивлению разрушению, а НВ остается критерием сопротивляемости значительной пластической деформации в условиях более мягкой схемы напряженного состояния.

Для измерения твердости по методу Бринелля используют специальные приборы типа ТШ, принципиальная схема которого приведена на рис.2.

Прибор смонтирован в массивной станине. На подъемном винте 2, перемещающемся при вращении маховика 1, устанавливаются сменные опорные столики 5 для испытуемых образцов. В верхней части станины расположен шпиндель 6, в который вставляют сменные наконечники с шариками разных диаметров (см.табл.3). Шпиндель опирается на пружину 9, предназначенную для приложения к образцу предварительной нагрузки 1000 Н для устранения смещений образца во время испытаний. Основная нагрузка прилагается через систему рычагов. На длинном плече основного рычага 15 размещена подвеска, на которую накладываются сменные грузы 18. Комбинацией грузов можно задать нагрузки от 625 до 30 000 Н (см.табл.3). Вращение вала электродвигателя 21 посредством червячной передачи сообщается шатуну 19, он опускается, и нагрузка передается на шпиндель прибора.

Рис.2. Схема прибора ТШ-2 для определения твердости

1 - маховик; 2 - подъемный винт;
3 - шкала для задания времени выдержки под нагрузкой; 4 - кнопка-выключатель; 5 - опорный столик;
6 - шпиндель для индикатора;
7 - упорный чехол; 8 - втулка;
9 - пружина; 10 - шпиндель;
11 - сигнальная лампа; 12, 15 - рыча-ги; 13 - серьга; 14 - микропереклю-чатель; 16 - вилка; 17 - шатун;
18 - грузы; 19 - кривошип; 20 - ре-дуктор; 21 - электродвигатель

Продолжительность испытания задается передвижным упором. Когда шатун доходит до него, срабатывает концевой переключатель и электродвигатель начинает вращаться в обратную сторону, шатун поднимается, и нагрузка снимается со шпинделя. По возращению шатуна в исходное положение электродвигатель автоматически выключается.

Порядок выполнения работы

1. По данному методическому пособию изучается методика определения твердости и производится знакомство с используемым оборудованием.

2. По материалу образца согласно ГОСТ 9012-59 из табл.1 выбирается диаметр шарика-индентора и коэффициент K (отношение нагрузки к квадрату диаметра шарика-индентора).

3. Производится проверка на минимальную толщину испытуемого образца (см.табл.3). При несоответствии меняются диаметр шарика и нагрузка.

4. Устанавливаются выбранные индентор и нагрузка.

5. Производится вдавливание шарика в испытуемый образец.

6. С помощью отсчетного микроскопа МПБ-2 определяется диаметр отпечатка.

7. По формулам 1 и 2 или из таблиц определяется значение твердости.

Минимальная толщина испытуемого образца, мм

Определение твердости по методу Роквелла

При измерении твердости по Роквеллу индентор - алмазный конус с углом при вершине 120° (ГОСТ 9013-59) и радиусом закругления 0,2 мм или стальной шарик диаметром 1,5875 мм (1/16 дюйма) - вдавливается в образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок: предварительной Р0 и общей Р=Р0+Р1, где Р1 - основная нагрузка. Схема определения твердости по Роквеллу при вдавливании алмазного конуса приведена на рис.3.

Рис.3. Схема измерения твердости по Роквеллу

Сначала индентор вдавливается в поверхность образца под предварительной нагрузкой Р0=100 Н, которая не снимается до конца испытания, что позволяет повысить точность испытаний, т.к. исключает влияние вибраций и тонкого поверхностного слоя. Под нагрузкой Р0 индентор погружается в образец на глубину h0. Затем на образец подается полная нагрузка Р=Р0+Р1, глубина вдавливания увеличивается. Последняя после снятия основной нагрузки Р1 (на индентор вновь действует только предварительная нагрузка Р0) определяет число твердости по Роквеллу (HR). Чем больше глубина вдавливания h, тем меньше число твердости HR.

Твердомер Роквелла автоматически показывает значения числа твердости в условных единицах по одной из трех шкал - А, В и С и соответственно они обозначаются как HRA, HRB и HRC. Выбор шкалы производится по предварительно известной твердости материала по Бринеллю из табл.5. Если сведений о твердости материала образца нет, то после ориентировочных замеров необходимо обратиться к табл.5 и затем произвести окончательные замеры твердости.

Примерная твердость по Бринеллю

Во всех случаях измерений значение предварительной нагрузки постоянно и равно Р0=100 Н.

Число твердости выражается формулами:

где (0,002 - цена деления шкалы индикатора твердомера Роквелла).

Таким образом, единица твердости по Роквеллу безразмерная величина, соответствующая осевому перемещению индентора на 0,002 мм.

Существует несколько типов приборов для измерения твердости по Роквеллу, но принципиальные схемы их работы аналогичны. На рис.4 приведена схема прибора типа ТК.

На станине 14 с одной стороны расположены две стойки 16, которые поддерживают поперечину 1. С другой стороны в направляющей втулке 13 со шпонкой 12 помещен подъемный винт 17, на котором устанавливают в зависимости от формы образца различные опорные столики 21-23 и 10. Винт со столиком и образцом поднимают вращением маховичка 11. Предварительную нагрузку к образцу прикладывают цилиндрической пружиной 19, действующей непосредственно на шпиндель 20. Грузовой рычаг второго рода 4, расположенный на поперечине 1, имеет опоры на призме 8. К длинному плечу рычага подвешивают грузы 15. В нерабочем положении прибора рычаг опирается на подвеску 2 и нагрузка на шпиндель не действует.

Для приложения основной нагрузки освобождают рукоятку 5. При этом подвеска 2 вместе с рычагом 4 плавно опускается и последний действует на шпиндель. Рычаг опускается плавно благодаря масляному амортизатору 18, позволяющему регулировать скорость приложения основной нагрузки вращением штока 3. Соотношение плеч у грузового рычага 1:20 и поэтому действительный вес сменных грузов в 20 раз меньше их условного веса.

Движение от шпинделя к стрелкам индикатора 9 передается рычагом 7 с соотношением плеч 1:5. Призма шпинделя упирается в винт 6 на рычажке. Винтом 6 регулируется натяжение пружины 19, создающей предварительную нагрузку.

Из рассмотренной методики определения твердости по Роквеллу видно, что это еще более условная характеристика, чем НВ. Наличие различных шкал твердости, определяемое без геометрического подобия отпечатков, условный и безразмерный численный результат испытания, сравнительно низкая чувствительность делают метод Роквелла лишь средством упрощенного технического контроля. В заводских условиях его ценность велика благодаря простоте, высокой производительности, отсчету чисел твердости прямо по шкале прибора, возможности полной автоматизации испытания.

Порядок проведения работы

1. По данному методическому пособию изучается методика определения твердости и производится знакомство с используемым оборудованием.

2. По материалу образца с указанием ориентировочной твердости по Бринеллю из табл.5 выбирается шкала.

3. По табл.6 уточняется толщина образца.

4. Перед началом проведения измерений проверяется исправность оборудования.

5. Проводятся измерения твердости и результаты оформляются в виде табл.7.

Рис.4. Схема прибора типа ТК для измерения твердости по Роквеллу:

1 - поперечина; 2 - подвеска; 3 - щиток; 4 - рычаг; 5 - рукоятка; 6 - винт;
7 - рычаг; 8 - призма; 9 - индикатор; 10, 21, 22, 23 - столики опорные; 11 - маховичок; 12 - шпонка; 13 - втулка направляющая; 14 - станина; 15 - грузы;
16 - стойка; 17 - винт подъемный; 18 - амортизатор масляный; 19 - пружина; 20 - шпиндель

Определение твердости по методу Виккерса

При стандартном измерении твердости по Виккерсу (ГОСТ 2999-75) в поверхность образца вдавливается алмазный индентор в форме четырехгранной пирамиды с углом при вершине a »136°. После удаления нагрузки
P (10¸1000 Н), действовавшей определенное время (10-15 с), измеряют диагональ отпечатка d. оставшегося на поверхности образца.

Число твердости HV определяют по формуле:

где Р - нагрузка в кгс, d - длина диагонали отпечатка в мм.

Число твердости записывается без единиц измерения, например 230 HV. Если число твердости выражают в МПа, то после него указывают единицу измерения, например HV=3200 МПа.

Относительно небольшие нагрузки и малая глубина вдавливания индентора обуславливают необходимость более тщательной подготовки поверхности, чем при измерении твердости по Бринеллю. Образцы, как правило, полируют, с поверхности снимается наклеп.

Измерения осуществляют на приборах марки ТП, принципиальная схема которого приведена на рис.5. Прибор смонтирован на станине 1. Образец помещают на опорный столик 5. Нагрузка прилагается к индентору 6 через установленный на призмах рычаг. Рычаг с подвеской 14 без сменных грузов 15 обеспечивает минимальную нагрузку 50 Н.

Рис.5. Схема прибора ТП для определения твердости по Виккерсу:

1 - станина; 2 - педаль грузового привода; 3 - маховичок; 4 - винт подъемный; 5 - столик опорный;
6 - индентор; 7 - рукоятка; 8 - шпин-дель; 9 - шпиндель промежуточный; 10 - микроскоп измерительный;
11 - призма; 12 - рычаг; 13 - штырь; 14 - подвеска; 15 - грузы сменные; 16 - шпиндель пустотелый; 17 - ры-чаг ломанный; 18 - винт регулиро-вочный; 19 - амортизатор масляный; 20 - груз; 21 и 22 - рычаги; 23 - руко-ятка

После установки образца на столик 5 совмещают перекрестие окуляра микроскопа 10 с тем местом на образце, твердость которого необходимо измерить. Наводят на резкость, устанавливают индентор над образцом, включают механизм грузового привода. Пока образец находится под нагрузкой, горит сигнальная лампочка, расположенная в верхней части передней панели твердомера.

После снятия нагрузки поворотную головку переводят в такое положение, чтобы полученный отпечаток вновь был виден в микроскоп. Затем с помощью барабанчика окуляр-микрометра замеряют длину диагонали отпечатка.

Физический смысл числа твердости по Виккерсу аналогичен НВ, величина HV тоже является усредненным условным напряжением в зоне контакта индентор - образец и характеризует обычно сопротивление материала значительной пластической деформации.

Числа HV и НВ близки по абсолютной величине только до 400-450 НV. Выше этих значений метод Бринелля дает искаженные результаты из-за остаточной деформации стального шарика. Алмазная же пирамида в методе Виккерса позволяет определять твердость практически любых металлических материалов. Еще более важное достоинство этого метода - геометрическое подобие отпечатков при любых нагрузках, поэтому возможно строгое количественное сопоставление чисел твердости НV любых материалов, испытанных при различных нагрузках.

Метод определения микротвердости предназначен для оценки твердости очень малых (микроскопических) объемов материалов. Его применяют для измерения твердости мелких деталей, тонкой проволоки или ленты, тонких поверхностных слоев, покрытий и т.д. Главное назначение - оценка твердости отдельных фаз или структурных составляющих сплавов, а также разницы в твердости отдельных участков этих составляющих.

При стандартном методе измерения микротвердости (ГОСТ 9450-76) используют чаще всего, как и в случае определения твердости по Виккерсу, правильную четырехгранную алмазную пирамиду с углом при вершине 136°. Эта пирамида плавно вдавливается в образец при нагрузках 0,05-5 Н. Число микротвердости Нm. МПа, определяется по формуле:

где Р - нагрузка, Н; d - диагональ отпечатка, обычно 7-50 мкм; d 2 /1,854 - площадь боковой поверхности полученного пирамидального отпечатка.

Число микротвердости, МПа, записывают без единицы измерения, например Нm - 1050.

Микротвердость массивных образцов измеряют на металлографических шлифах, приготовленных специальным образом. Глубина вдавливания индентора при определении микротвердости (d /7) составляет несколько микрометров и соизмерима с глубиной получаемого в результате механической шлифовки и полировки наклепанного поверхностного слоя. Поэтому методика удаления этого слоя, проводимая по одному из трех методов (электрополировка, отжиг готовых шлифов в вакууме или инертной атмосфере и глубокое химическое травление), имеет особенно важное значение.

Для определения микротвердости применяют серийно выпускаемый прибор марки ПМТ-3 (рис.6, а ). На чугунном основании 1 закреплена колонна 3 с резьбой, а на ней - кронштейн с микроскопом и нагружающим устройством. Для установки кронштейна на требуемой высоте служат гайка 4 и стопорный винт. Микроскоп состоит из тубуса 8, окуляр-микрометра 7, сменного объектива 10 (40- или 8-кратного) и осветительного устройства 9. Для грубой наводки на резкость микроскоп можно перемещать по высоте относительно кронштейна винтом 6, связанным с реечным устройством. Прежде чем вращать винт 6, необходимо ослабить винт, расположенный на правой части кронштейна. Для тонкой наводки на резкость микроскоп перемещают в вертикальном направлении вращением микрометрического винта 5. К нижней части тубуса микроскопа прикреплен механизм нагружения 14 (рис.6, б ). Грузики в виде дисков с прорезями надевают на стержень 17, в нижнем конце которого крепится оправка с алмазным индентором 16. Стержень подвешен к кронштейну на двух плоских пружинах 20 и 21. При повороте рукоятки 18 на себя стержень 17 освобождается и перемещается под действием грузов вниз, вдавливая индентор в поверхность образца.

На основании прибора установлен предметный столик 11, который может перемещаться в двух взаимно перпендикулярных направлениях при помощи микрометрических винтов 12 и 13. Кроме того, столик можно поворачивать рукояткой 2 вокруг своей оси на 180°. Для нанесения отпечатка испытуемый образец устанавливают под микроскопом и выбирают на нем место, в котором необходимо измерить микротвердость. Затем перемещают образец так, чтобы выбранное место оказалось под острием алмазной пирамиды (поворотом предметного столика на 180° до упора). После вдавливания индентора и снятия нагрузки с образца последний вновь переводят под микроскоп и измеряют длину диагонали отпечатка.

Для обеспечения точного замера микротвердости прибор должен быть тщательно юстирован. Задача юстировки - точное совмещение оптической оси с осью нагружения при повороте предметного столика на 180°. Иными словами, необходимо добиться, чтобы отпечаток наносился именно на том месте, которое было выбрано под микроскопом. Центрирующее устройство, позволяющее перемещать объектив в горизонтальной плоскости, приводится в действие винтами 15 (см. рис.6, а ). Вторая задача юстировки - правильная установка по высоте механизма нагружения. При этом острие алмаза (см. рис.6, б ) должно касаться поверхности образца, а микроскоп сфокусирован на эту поверхность. Юстировка по высоте осуществляется гайкой 19. Необходимо добиться такого положения, чтобы без нагрузки на поверхности шлифа из какого-нибудь мягкого металла (например, алюминия или олова) не появлялось отпечатка, а при нагрузке 0,005 Н появился бы очень маленький отпечаток. Юстировку по высоте можно проводить на эталоне с точно известной твердостью (например, на кристалле NаСl ). Поднимая или опуская нагружающий механизм, необходимо добиться получения отпечатка с такой диагональю, которая бы соответствовала микротвердости эталона.

Фактически метод микротвердости - это разновидность метода Виккерса и отличается от него только использованием меньших нагрузок и соответственно меньшим размером отпечатка, поэтому физический смысл числа микротвердости аналогичен НV.

Требования к отчету

1. Отчет выполняется на листах белой бумаги форматом А4 (297´210 мм) с рамкой и соответствующими штампами.

2. В водной части указываются: цель работы, применяемое оборудование, краткие теоретические сведения по теме.

3. Приводятся сведения по выполнению указаний методики: обоснования выбора вида индентора, шкалы, нагрузки и т.д.

4. Приводятся результаты замеров в виде таблиц и краткие выводы.

5. Приводится список использованной литературы.


Рис.6. Прибор ПМТ-3 для измерения микротвердости:

1 - станина; 2 - рукоятка; 3 - колонна; 4 - гайка; 5 - микрометрический винт;
6 - винт реечный; 7 - окуляр-микрометр; 8 - тубус; 9 - осветительное устройство; 10 - сменный объектив; 11 - предметный столик; 12, 13 - микрометрические винты; 14 - механизм нагружения; 15 - винты центровочные; 16 - оправка; 17 - стержень; 18 - рукоятка поворотная; 19 - гайка; 20, 21 - плоские пружины

1. Что понимают под твердостью материала.

2. Назвать достоинства испытаний на твердость.

3. Назвать основные способы определения твердости материалов.

4. Что такое индентор, из каких материалов они выполняются.

5. Назвать требования, предъявляемые к испытуемой поверхности образца и к его толщине.