Оборудование, материалы и инструмент

Для проведения работы необходимы: пресс типа Бринеля; прибор типа Роквелла; установка для заточки образцов; лупа для измерения отпечатков; при­способление для проведения испытаний на приборах твердости(столики для ис­пытаний круглых и плоских образцов); набор отожженных или нормализован­ных стальных образцов (для испытаний на прессе типа Бринеля), закаленных из твердых сплавов (для испытаний на приборе типа Роквелла); набор сплавов цветных металлов; шлифовальная бумага и напильник; ГОСТы по определению твердости (9012-59, 9013-59).

Теоретические сведения

Твердостью называется свойство металла оказывать сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела. Не получающего остаточной деформации. Твердость тесно связана с такими основными характеристиками металлов и сплавов как прочность. Износоустойчивость и является важной характеристикой металла для выбора режущих инструментов (напильников, метчиков и т.д.). Часто по измеренной твердости металла судят о его способности сопротивляться износу. Например, чем тверже сталь, тем меньше она изнашивается и наоборот.

Имеется несколько методов определения твердости. Широкое распространение получили следующие из них:

- вдавливание шарика из твердой стали (метод Бринеля) ГОСТ 9012-59;

- вдавливание вершины алмазного конуса (метод Роквелла) ГОСТ 9013-59;

- давливание вершины алмазной пирамиды (метод Виккерса) ГОСТ 2999-59

Для измерения твердости применяются стационарные и переносные приборы.

Метод Раквелла отличается от метода Бринеля тем, что измеряется не диаметр отпечатка т.е. лунки, а его глубин. Чем больше глубина вдавливания, тем меньше твердость испытываемого образца.

Определение твердости металлов

Твердость по Роквеллу — число отвлеченное и выражается в условных единицах. В зависимости от того, чем и при какой «на­грузке производится испытание, т. е. но какой шкале А, В или С, число твердости обозначается HRA, HRB, HRC. Например, HRC 50 (твердость 50 по шкале С).

Описание и работа прибора

Общий вид и схема прибора типа Роквелла показаны на рис.1, а и б. На сменный столик 1 подъемного винта устанавливается: испытуемый образец или изделие. Подъем винта производится вращением штурвала 2. Приложение предварительной нагрузки 10 кг к испытуемому предмету производится при помощи (алмаз) 3.

 

При вращении штурвала 2 сжимается пружина 4 и шарик или алмаз начинает вдавливаться в испытываемый образец, а стрелки поворачиваются по циферблату индикатора. Штурвал 2 враща­ют до тех пор, пока маленькая стрелка 1 (рис. 2, а) на цифербла­те не дойдет до красной точки 2, а большая стрелка 3 циферблата установится при этом приблизительно в вертикальном положении (фиг. 43, б), чем создается предварительная нагрузка 10 к г. Инди­катор имеет кольцо, с двумя шкалами — черной С и красной В. Кольцо может вращаться, чем достигается совмещение нуля чер­ной шкалы с большой стрелкой (рис. 2, б). Совмещение большой стрелки циферблата с нулем черной шкалы со значком С произво­дится независимо от того, что вдавливается в испытываемый обра­зец— шарик или алмазный конус. Совмещение большой стрелки с нулем красной шкалы со значком В не производится ни в коем слу­чае.

Рычажная система 6 (рис. 1, б) является рычагом второго ро­да с соотношением плеч 1: 20, поэтому действительный вес накла­дываемых грузов 7 — 9 в 20 раз меньше их условного веса. Постоян­ный груз 7 создает нагрузку 50 кг, если на постоянный груз 7 уста­новлен груз 8 (40 кг), имеющий на торце красный круг, то создает­ся нагрузка 90 кг; если на постоянный груз 7 установлены грузы 8 и 9 (50 кг), то создается нагрузка 140 к г. Для приложения основ­ной нагрузки освобождают рукоятку 5, тогда рычажная система вместе с грузами плавно опускается и наконечник 3 вдавливается в испытываемый предмет. Плавное опускание рычага 6 достигает­ся при помощи масляного тормоза 10.

 

После приложения основной нагрузки, отмечаемой остановкой, движения стрелки индикатора (рис. 2, г), для исключения упру­гих деформаций прибора и испытываемого предмета прибор приво­дится в то состояние, которое он имел до приложения основной на­грузки, т. е. оставляют одну предварительную нагрузку. Для этого рукоятку 5 возвращают в исходное положение. Большая стрелка индикатора перемещается и останавливается, указывая на шкале число твердости по Роквеллу (рис. 2, д).

При испытании шариком отсчет производится по красной шка­ле и твердость обозначается HRB; при испытании алмазным кону--сом под нагрузкой 150 кг отсчет производится по черной шкале и обозначается HRC; при испытании алмазным конусом под нагруз­кой 60 кг отсчет производится по черной шкале и обозначается HRA. Каждое деление шкалы соответствует единице твердости и рав­но глубине вдавливания шарика или алмазного конуса на 0,002 мм.

Числа на циферблате расположены в направлении, противопо­ложном вращению стрелки, так, что глубина вдавливания обратно пропорциональна величине отсчета.

Это означает, что чем тверже материал, тем выше отсчет.

Для работы на приборе сначала необходимо подобрать нако­нечник, вставить его в отверстие шпинделя и закрепить установоч­ным винтом, после чего выбрать шорный столик соответственно конфигурациииспытуемого образца или изделия и установить его в отверстие подъемного винта. Затем подвешивают груз соответст­венно выбранному наконечнику и шкале, по которой предполагает­ся вести испытание (по данным табл. 10.)

Таблица 1 - Выбор нагрузки и наконечника для испытаний

 

Обозначе-ние шкалы	Вид наконечника	Нагрузка в кг	Обозначе-ние твердости	Допускаемые пределы шкалы
В С А	Стальной шарик Алмазный конус то же		HRB HRC HRA	25—100 20—67 70—85

 

При испытании по шкале А никаких грузов на подвеску ус­танавливают, так как условный вес самой подвески равен 60 кг.

При испытании по шкале В на подвеску устанавливают груз, на котором обозначен условный вес 40 кг и нанесен красный круг.

При испытании по шкале С на подвеску добавляется еще одна груз с условным весом 50 кг, на котором нанесен черный круг, так что вся общая нагрузка равна 40 + 60 + 50= 150 кг.

Вращают штурвал, постепенно подводя испытываемую поверх­ность до соприкосновения с наконечником. После этого медленно вращают штурвал до тех пор, пока малая стрелка индикатора не совпадет с красной точкой на шкале, а большая стрелка не при­мет вертикального положения.

Отклонение от последнего может составлять ±5 делений.

В этом положении нагрузка 10 кг, создаваемая предварительно сжатой пружиной, будет приложена полностью. Если столик с об­разцом был случайно поднят слишком высоко, и малая стрелка ин­дикатора перешла за красную точку, необходимо выбрать на испы­туемой поверхности другую точку и начать испытание сначала. Затем повернуть ободок индикатора до тех пор, пока ноль черной шкалы (или деление ВЗО красной шкалы) не совпадет с большой стрелкой.

Основной «грузовой рычаг освобождают, нажимая слегка (толч­ком правого большого пальца) на рукоятку, находящуюся с пра­вой стороны прибора, при этом рычаг медленно опускается и на­гружает наконечник общей нагрузкой.

Отсчет производится после снятия основной нагрузки возвра­щением пусковой рукоятки в начальное положение при резком замедлении перемещении наконечника, что видно по движению стрелки индикатора.

Время выдержки под общей нагрузкой должно быть минимальным и не превышать 1 с.

 

Таблица 2 – Определение чисел твердости НВ по ГОСТ 9012-59

 

Диаметр отпечатка d10, или 2d5 или 4d2,5	Число твердости по Бринелю при нагрузке Р (кГ), равной	Диаметр отпечат-ка d10, или 2d5 или 4d2,5	Число твердости по Бринелю при нагрузке Р, кг, равной
30 D^2	10 D^2	2. 5D^2	30 D^2	10 D^2	2,5 D^2
4,44		61,2	15,3	4,79		52,1	13,0
4,45		60,9	15,2	4,80		51,9	13,0
4,46		60,6	15,2	4,81		51,7	12,9
4,47		60,4	15,1	4,82		51,4	12,9
4,48	ISO	60,1	15,0	4,83		51,2	12,8
4,49		59,8	15,0	4,84		51,0	12,8
4,50		59,5	14,9	4,85		50,7	12,7
4,51		59,2	14 8	4,86		50,5	12,6
4,52		59,0	14,7	4,87		50,3	12,6
4,53		58,7	14,7	4,88		50,1	12,5
4,54		58,4	14,6	4,89		49,8	12,5
4,55		58,1	14,5	4,90		49,6	12,4
4,56		57,9	14,5	4,91		49,4	12,4
4,57		57,6	14,4	4,92		49,2	12,3
4,58		57,3	14,3	4,93		49,0	12,3
4,59		57,1	14,3	4,94		48,8	12,2
4,60		56,8	14,2	4,95		48,6	12,2
4,61		56,5	14,1	4,96		48,4	12,1
4,62		56,3	14,1	4,97		48,1	12,0
4,63		56,0	14,0	4,98		47,9	12,0
4,64		55,8	13,9	4,99		47,7	11,9
4,65		55,5	13 9	5,00		47,5	11,9
4,66		55,3	13,8	5,01		47,3	11,8
4 67		55,0	13,8	5,02		47,1	11,8
4,68		54,8	13,7	5,03		46,9	П,7
5,04		46,7	11,7	5,39		40,4	Ю,1
5,05		46,5	11,6	5,40		40,2	10,1
5 06		46,3	11,6	5,41		40,0	10,0
5,07		46,1	11,5	5,42		39,9	9,97
5,08		45,9	11,5	5,43		39,7	9,94
5', 09		45,7	11,4	5,44		39,6	9,90
5,10		45,5	Н,4	5,45		39,4	9,86
5,П		45,3	11,3	5,46		39,2	9,82
5,12		45,1	11,3	5,47		39,1	9,78
5,13		45,0	11,3	5,48		38,9	9,73
5,14		44,8	11,2	5,49		38,8	9,70
5, 15		44,6	4 2	5,50		38,6	9,66
5,16		44,4	4,0	5,51		38,5	9,62
5,17		44,2	4,1	5,52		38,3	9,58
5,18		44,0	4,3	5,53		38,2	9,54
5,19		43,8	11,0	5,54		38,0	9,50
5,20		43,7	10,9	5,55		37,9	9,46
5,21		43,5	10,9	5,56	ИЗ	37,7	9,43
5,22		43,3	10,8	5,57		37,6	9,38