Измерение твердости методом Бринелля

Метод основан на том, что в плоскую поверхность металла на прессе Бринелля (рис 4) вдавливается под постоянной нагрузкой F твердый стальной шарик.

 

Рис. 4. Схема пресса Бринелля: 1 – маховик; 2 – опора образца;

3 – шарик; 4 – метки; 5 – рычаг 1:4; 6 – рычаг 1:10; 7 – подвижная

опора; 8 – грузы; 9, 12 – кулачки; 10 – кнопка пуска; 11 – концевой

переключатель; 13 – электродвигатель; ч - часть

 

Диаметр шарика D зависит от марки исследуемого материала и его предполагаемой твердости и может выбираться из ряда: 10, 5, 2,5, 2, 1 мм. Нагрузка F может составлять 30000 Н, 10000 Н или 7500 Н в зависимости от материала. Время выдержки под нагрузкой составляет 10 с для черных металлов и 30, 60 – для цветных. После снятия нагрузки в испытуемом материале образуется отпечаток (лунка). Чем тверже материал, тем меньше диаметр отпечатка d, который измеряется с помощью лупы или отсчетного микроскопа с точностью до 0,05 мм в двух взаимно перпендикулярных направлениях. По двум измерениям находят их среднее арифметическое, по которому определяют твердость по Бринеллю, кгс/мм² по формуле:

 

;

 

где F – величина нагрузки;

D – диаметр шарика;

d – диаметр лунки.

На практике расчеты по приведенной формуле не выполняют. Твердость по Бринеллю определяют из таблиц, прилагаемых к прибору. Метод Бринелля не рекомендуется применять для металлов с твердостью более НВ 450, так как шарик может деформироваться, что приведет к неправильному результату.

 

4.1.2. Измерение твердости методом Роквелла

 

Принципиальное отличие измерения твёрдости по способу Роквелла от измерения по способу Бринелля состоит в том, что её измеряют не по диаметру, а по глубине отпечатка, получаемого в результате вдавливания наконечника с инденторами – алмазного конуса с углом при вершине α = 120° или стального шарика диаметром 1,5875 мм в испытуемый образец (изделие) под действием последовательно прилагаемой предварительной F ₀ (P ₀) и основной F ₁ (P ₁) нагрузок на глубину h ₀ или h ₁ соответственно (рис. 5).

 

Рис. 5. Схема определения твёрдости по Роквеллу

 

Величина твердости определяется разностью между глубиной впадин, получаемых на испытуемом изделии от вдавливания алмазного конуса или стального шарика под основной и предварительной нагрузкой. За единицу твердости принята величина, соответствующая осевому перемещению наконечника на 0,002 мм.

Твердость по Роквеллу обозначается цифрами и буквами HR с указанием шкалы твёрдости (А, В, С). Шкала А используется при испытании алмазным конусом под нагрузкой 600 Н; шкала С – также при испытании алмазным конусом, но под нагрузкой 1500 Н; шкала B – при испытаниях стальным шариком под нагрузкой 1000 Н. Значения твердости сразу считываются по шкале прибора.

Схема пресса Роквелла представлена на рис. 6.

 

Рис. 6. Схема пресса Роквелла:

1 – электродвигатель; 2 – червячный редуктор;

3 – грузы; 4 – корпус; 5 – шток; 6 – грузовой рычаг;

7 – индикатор; 8 – рычаг; 9 – пружина; 10 – индентор;

11 – подъёмный столик; 12, 13 – пара винт-маховик;

14 – механизм подъёмного столика;

15 – кнопка «Пуск»; 16 – кулачковый блок;

17 – трос управления индикатором

 

4.1.3. Измерение твердости методом Виккерса

 

Существует еще один метод определения твердости металла – по Виккерсу (HV). Метод используют для определения твердости деталей малой толщины и тонких поверхностных слоев, имеющих высокую твердость. Твердость определяют вдавливанием в испытуемую поверхность четырехгранной алмазной пирамиды. Твердость по Виккерсу определяется с помощью специальных таблиц в зависимости от величины отпечатка.