Перевод диаметра отпечатка в единицы микротвердости

Диаметр отпечатка	Число твердости при нагрузке а, кг	Диаметр отпечатка	Число твердости при нагрузке в, кг
30D^2	10D^2	2.5D^2	30D^2	10D^2	2.5D^2
3.00		-	34.6	4.55		58.1	14.5
3.05		-	33.4	4.60		56.8	14.2
3.10			32.3	4.65		55.5	13.9
3.15			31.3	4.70		54.3	13.6
3.20			30.3	4.75		53.0	13.3
3.25			29.3	4.80		51.9	13.0
3.30			28.4	4.85		50.7	12.7
3.35			27.6	4.90		49.6	12.4
3.40			26.7	4.95		48.6	12.2
3.45			25.9	5.00		47.5	11.9
3.50			25.2	5.05		46.5	11.6
3.55		97,7	24.5	5.10		45.5	11.4
3.60		95,0	23.7	5.15		44.6	11.2
3.65		92,3	23.1	5.20		43.7	10.9
3.70		89,7	22.4	5.25		42.8	10.7
3.75		87,2	21.8	5.30		41.9	10.5
3.80		84,9	21.2	5.35		41.0	10.3
3.85		82,6	20.7	5.40		40.2	10.1
3.90		80,4	20.1	5.45		39.4	9.86
3.95		78,3	19.6	5.50		38.6	9.66
4.00		76,3	19.1	5.55		37.9	9.46
4.05		74.3	18.6	5.60		37.1	9.27
4.10		72.4	18.1	5.65		36.4	9.10
4.15		7.06	17.6	5.70		35.7	8.93
4.20		68.8	17.2	5.75		35.0	8.76
4.25		67.1	16.8	5.80		34.3	8.59
4.30		65.5	16.4	5.85		33.7	8.43
4.35		63.9	16.0	5.90	99.2	33.1	8.26
4.40		62.4	15.6	5.95	97.3	32.4	8.11
4.45		60.9	15.2	6.00	95.5	31.8	7.96
4.50		59.5	14.9

 

Порядок выполнения работы

1. Получить образцы из разных материалов для испытаний.

2. По табл. 1 определить режим испытаний для каждого образца, заключающийся в выборе диаметра индентора и величины нагрузки, действующей на образец.

3. Используя микроскоп МПБ-2, определить диаметр отпечатка

4. По диаметру отпечатка определить величину твердости, используя табл. 2.

 

Контрольные вопросы

1. Назовите основные механические характеристики материалов.

2. Назовите основные виды механических испытаний.

3. Основные методы определения твердости.

4. Методика определение твердости по Бринеллю.

5. Устройство прибора для определения твердости по методу Бринелля.

 

Лабораторная работа № 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ПО МЕТОДУ РОКВЕЛЛА

Цель работы:

1. Изучить метод определения твердости по Роквеллу, и область его применения.

2. Изучить устройство твердомера и приобрести навыки пользования твердомером.

3. Определить твердость заданных образцов по шкале А, В, С.

Приборы, материалы, инструменты:

1) твердомер ТК-2;

2) образцы из разных материалов для измерения твердости;

3) сменные наконечники;

4) отвертка.

Определение твердости по методу Роквелла основано на вдавливании в испытуемый материал стального закаленного шарика диаметром 1,59 мм (1/16) или алмазного конуса с углом при вершине 120° и последующем измерении глубины отпечатка. Вдавливание производится последовательными нагрузками: предварительной нагрузкой, равной 100 Н, и основной, зависящей от твердости и испытуемого материала.

Твердость по Роквеллу определяется по формуле:

,

где К – постоянная величина, равная для алмазного конуса 0,2, для стального шарика 0,26; h₁ – глубина проникновения шарика (конуса), полученная после снятия основной нагрузки, мм; h – глубина проникновения шарика (конуса); С – цена деления индикатора, равна 0,002 мм.

Значение твердости на приборе Роквелла снимают непосредственно со шкалы индикатора, градуировка которой является величиной безразмерной. Прибор имеет три шкалы – В, С и А.

Шкала В (красная) предназначается для испытания твердых материалов, имеющих твердость по Бринеллю до 2300 МН/м. Для вдавливания применяется стальной шарик; основная нагрузка 1000 Н; твердость обозначается HRВ.

Шкала С (черная) предназначается для испытания твердых материалов, имеющих твердость по Бринеллю от 2300-7000МН/м. Для вдавливания применяется алмазный конус; основная нагрузка 1500 Н; твердость обозначается HRC.

Шкала А (черная) предназначается для испытания очень твердых материалов НВ > 7000 МН/м или тонких слоев. Для вдавливания применяется тот же алмазный конус; основная нагрузка 600 Н; твердость обозначается HRA.

Метод Роквелла является более совершенным, чем метод Бринелля, и благодаря высокой производительности и точности получил широкое применение в промышленности. Пользуясь специальными таблицами числа твердости по Роквеллу, можно перевести в числа твердости по Бринеллю.

Поверхность испытуемого образца должна быть плоской. Если испытанию подвергается изделия с изогнутыми поверхностями, то радиус кривизны последних должен быть снят и установлен призматический. На испытуемой и опорной поверхностях образца не должно быть окалины, трещин и выбоин, а также грязи или смазки. Для удаления указанных дефектов образец зачищают наждачной бумагой, напильником или мелкозернистым наждачным кругом, при этом температура образца не должна быть выше 100°С. Опорная поверхность образца должна обеспечивать плотное и устойчивое прилегание его к опорному столику. В зависимости от испытуемого металла испытание производится по соответствующей шкале согласно табл. 3.

Шкала А и С совмещены. На приборе отчет твердости берем непосредственно со шкалы. Толщина испытуемого образца должна быть не менее десятикратной глубины внедрения, чтобы на опорной поверхности не появлялась выпуклость или другие признаки действия нагрузки. В противном случае испытание считается недействительным.

Если по приложению предварительной нагрузки указатель отклонится более чем на 5 делений от вертикального положения, испытание считается недействительным.

 

Таблица 3

Таблица выбора режимов работы твердомера

Примерная твердость по Бринеллю, МН/м	Обозначения шкалы	Вид наконечника	Нагрузка Н	Обозначения твердости по Роквеллу	Допускаемые предельные изменения
600-2300	В	Стальной шарик		HRB	25-100
2300-7000	С	Алмазный конус		HRC	20-67
Свыше 7000	А	Алмазный конус		HRA	Свыше70

 

Расстояние центра отпечатка от края образца или от центра другого отпечатка при испытании по шкале А и С должно быть не менее 2,5 мм, по шкале В – не менее 4 мм. За число твердости принимается результат каждого испытания, причем на каждом образце должно быть произведено не менее трех испытаний и вычислено среднее арифметическое.

Схема прибора и измерения твердости по методу Роквелла показана на рис. 16. В зависимости от твердости испытуемого образца выбирают нагрузку и индентор по табл. 3. Нагрузку обеспечивает набор грузов, состоящий из одного постоянного 13 и двух переменных 12 и 11, каждый из которых дает соответственно нагрузку 500 Н, 400 Н и 500 Н. Твердостьобразца определяют по шкале индикатора 9. При испытании алмазным конусом под нагрузкой 1500 Н отсчет производят по черной шкале С, а под нагрузкой 600 Н – по черной шкале А; при испытании стальным шариком отсчет осуществляется по красной шкале В.

 

 

Рис. 16. Схема прибора ТР.

 

 

 

а) б) в)

Рис. 17. Шкала индикатора прибора ТР.

 

 

ВНИМАНИЕ!

Независимо от выбранной шкалы испытаний –

установка на ноль по шкале С.

 

 

В шпиндель 8 закрепляют оправку с индентором 6. Образец 5 устанавливают на столик 4 и, вращая по часовой стрелке маховик 3, поднимают столик до упора образца в ограничительный чехол 7 индентора, что создает предварительную нагрузку 100 Н (10 кгс). В момент упора образца в ограничительный чехол маленькая стрелка индикатора (рис. 17 а) должна дойти до точки, а большая стрелка установиться около нуля черной шкалы С. Совмещают большую стрелку индикатора с нулем шкалы С, вращая барабан 2. Такое совмещение производится при испытании всеми инденторами с любыми нагрузками. При нажатии на клавишу 1 электродвигатель опускает рычаг 10 с подвеской и грузами – создается общая нагрузка: предварительная + основная. При этом индентор углубляется в образец, а большая стрелка индикатора поворачивается против движения часовой стрелки (рис. 17 б). Длительность цикла испытания устанавливают рукояткой 14. Нормальный цикл испытания – 4 с, а ускоренный – 2 с. После окончания вдавливания основная нагрузка автоматически снимается. При этом большая стрелка индикатора поворачивается по часовой стрелке и указывает на соответствующей шкале число твердости по Роквеллу (рис. 17 в). Вращая маховик 3 против часовой стрелки, опускают стол 4 и освобождают образец 5. Пример оформления результатов проведенных испытаний представлен табл. 4

 

Порядок выполнения работы

1. Получить образцы из разных материалов для проведения испытаний.

2. Выбрать режимы испытаний для каждого образца по табл. 3.

3. Для каждого образца трижды произвести измерения твердости и определить среднее значение твердости.

4. Результаты испытаний занести в табл. 4. При этом значения твердости для каждого образца перевести в единицы Бринелля.

 

Контрольные вопросы

1. Что понимают под твердостью материалов?

2. Объясните принцип измерения твердости по методу Роквелла.

3. Настроить твердомер Роквелла для определения твердости на незакаленном образце из стали 45.

4. Настроить твердомер Роквелла для определения на закаленном образце из стали 50.

5. Настроить твердомер Роквелла для определения твердости на образце после цементации и закалки из стали 20.

6. Выбрать наконечник и нагрузку при определении твердости по шкале С.

7. Выбрать наконечник и нагрузку при определении твердости по шкале В.

8. Выбрать наконечник и нагрузку при определении твердости по шкале А.

9. Порядок проведения испытаний на твердомере Роквелла.

10. Как настроить твердомер на режим ускоренного испытания?

11. Какое практическое значение имеет определение твердости материалов?

 

Таблица 4

Таблица результатов испытаний

Шкала	Материал испытуемого образца	Нагрузка Н	Наконечник	Твердость по Роквеллу	Твердость по Бринеллю (перевод)
			средняя
А
B
C

 

Лабораторная работа № 8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ микротвердости
на микротвердомере ПМТ-3

Цель работы: ознакомиться с устройством микротвердомера ПМТ-3М и методикой определения микротвердости.

Приборы, материалы, инструменты:

1) микротвердомер ПМТ-3М;

2) образцы из стали для измерения микротвердости.

Микротвердомер ПМТ-3 представляет собой прибор, предназначенный для измерения микротвердости металлов, сплавов, стекла, абразивов, керамики и минералов вдавливанием алмазных наконечников.

Оптическая схема. Принцип действия микротвердомера основан на вдавливании алмазного наконечника (пирамиды) в исследуемый материал под определеннойнагрузкой и измерении линейной величины диагонали полученного отпечатка. Число микротвердости определяется делением нормальной нагрузки, приложеннойк алмазному наконечнику, на условную площадь боковой поверхности полученного отпечатка:

.

Оптическая схема микроскопа показана на рис. 18.

Осветительное устройство позволяет рассматривать исследуемый предмет как в светлом, так и в темном поле.

При исследовании предметов в светлом поле луч от источника света через конденсор 2, светофильтр 3, коллективную линзу 4 и ирисовую диафрагму 5 падает на отражательную пластинку 6. Далее луч проходит в объектив 7, попадает на исследуемый предмет 8, отражается от него, снова попадает в объектив 7 и, пройдя отражательную пластинку 6, ахроматическую линзу 9 и призму 10, образует изображение предмета в фокальной плоскости окулярного микрометра.

Освещенность предмета при наблюдении в светлом поле регулируется изменением диаметра диафрагмы 5.

Призма 10 отклоняет луч на 45°, что создает удобство при работе на приборе.

Переход к работе в темном поле осуществляется поворотом держателя 12 отражательной пластинки и зеркала при помощи рукоятки 13. При работе в темном поле луч проходит светофильтр 3, кольцевую диафрагму 11 и попадает на отражательное зеркало 15. Далее, пройдя кольцевую диафрагму 16, луч отражается от параболического зеркала 17, попадает на исследуемый предмет 8, отражается от него и проходит тот же путь, что и при наблюдении и светлом поле.

 

Рис. 18. Оптическая схема микроскопа

 

Конструкция микротвердомера ПМТ-3М. Основными частями микротвердомера являются штатив с предметным столиком и головка с механизмом нагружения.

Штатив состоит из основания 18 (рис. 19 а) и колонки 19, имеющей снаружи ленточную резьбу для перемещения в вертикальном направлении кронштейна 20 с тубусом при помощи гайки 21. Кронштейн закрепляется на колонке при помощи разрезной втулки винтом 22, который при работе должен быть зажат.

В кронштейне размещены механизмы грубого и микрометрического движения тубуса микротвердомера. Вращая барашки 23 грубого движения и барашек 24 микрометрического движения, можно перемещать тубус вверх и вниз.

Ход механизма грубого движения можнорегулировать. Если один барашек грубого движения немного развернуть относительно другого, ход движения тубуса будет тяжелее или легче в зависимости от того, в какую сторону развернуты барашки. Кроме того, механизм грубого движения можно застопорить при помощи рукоятки 25. На барашке 24 с обратной стороны прибора имеется шкала, одно деление которой соответствует 0,002 мм подъема при опускания тубуса.

а)

б)

Рис. 19. Микротвердомер ПМТ-3:
а) общий вид, б) комплект вспомогательного оборудования.

Предметный столик 27 укреплен на основании штатива тремя винтами. Верхняя часть столика, на которую устанавливается предмет, может перемещаться в двух взаимноперпендикулярных направлениях с помощью винтов 28 и 29. Отпустив стопорный винт 30, можно за рукоятку поворачивать столик от упора до упора.

Призма 31 (см. рис.19 б) применяется при исследовании поверхностей цилиндрических предметов. На пластинку 32 с помощью пластилина 35 можно поместить предмет любой конфигурации.

Механизм нагружения состоит из штока 33, укрепленного на двух пружинах, расположенных внутри корпуса механизма. В держатель 34 (см. рис. 19 а) вставляется алмазный наконечник, а на утолщенную часть штока кладется гиря из разновеса. Для получения отпечатка шток опускают плавным вращением рукоятки 36 арретира против часовой стрелки.

Осветитель 37 укреплен па тубусе микроскопа и служит для освещения исследуемого предмета. При повороте рукоятки 13 от упора-до упора осветитель позволяет рассматривать предмет как в светлом, так и в темном поле. Равномерное освещение достигается перемещением и разворотом патрона с лампой 38.

При установке патрона с лампой необходимо соблюдать осторожность, так как сдвиг осветителя вызовет нарушение юстировки прибора.

Светофильтры 3 осветителя предназначены для повышения контрастности исследуемого предмета.

Лампа осветителя питается от сети через блок питания 39 (рис. 19 б).

Винтовой окулярный микрометр 11 закрепляется на трубке насадки винтом 40.

Работа на приборе.

1. Закрепите при помощи прессика 43 (рис. 19 б)испытуемый предмет пластилином на пластинке 32 (рис. 19 а)так, чтобы его исследуемая поверхность расположилась параллельно рабочей плоскости столика, па которой устанавливается пластинка с испытуемым предметом. Поверхность испытуемого предмета должна быть плоской, чистой, с шероховатостью не грубее 9-го класса разряда «а», т.е. среднее арифметическое отклонение профиля – (Ra) – не должно быть более 0,32 мкм.

При измерении микротвердости изделий с криволинейной поверхностью, когда размер отпечатка на одни-два порядка меньше радиуса кривизны испытуемого изделия, числа микротвердости имеют относительное значение.

При подготовке поверхности испытуемого изделия необходимо принять меры, исключающие возможность изменения твердости испытуемой поверхности вследствие нагрева или наклепа в результате механической обработки.

На рабочей поверхности алмазного наконечника и поверхности испытуемого изделия не должно быть смазки.

2. Поместите на утолщенную часть штока груз.

3. При положении столика, показанном на рис. 19 а, выберите место на предмете для нанесения отпечатка. Расстояние от центра отпечатка до края предмета или между центрами соседних отпечатков должно быть не менее трех длин диагоналей отпечатка, минимальная толщина предмета или слоя должна превышать глубину отпечатка не менее чем в 10 раз. При исследовании отдельных структурных составляющих металлических сплавов действуют те же правила. Границей предмета служит граница исследуемого зерна.

4. За рукоятку 41 плавно поверните предметный столик против часовой стрелки до упора, не допуская толчков при подведении к упору. Закрепите столик в этом положении винтом 30.

5. Медленным поворотом рукоятки 36 против часовой стрелки опустите шток так, чтобы алмаз коснулся поверхности исследуемого предмета. Рукоятку поворачивать приблизительно на 180° в течение 10-15 сек. После выдержки в течение 5 сек. под нагрузкой поверните рукоятку в исходное положение.

6. Отожмите винт 30, поверните предметный столик в прежнее положение до упора. Чтобы избежать удара об упор и смещения предмета относительно установленного положения, столик нужно поворачивать очень осторожно.

7. Измерьте диагональ отпечатка при помощи окулярного микрометра. Винтами 28 и 29 столика и вращением барабанчика окулярного микрометра 42 подведите центр перекрестия к одному краю диагонали отпечатка (рис. 20 а) и произведите отсчет по шкалам окулярного микрометра.

 

а) б)

Рис. 20. Схема измерения отпечатка.

 

Затем вращением барабанчика окулярного микрометра в ту же сторону (перемещением центра перекрестия по диагонали отпечатка) совместите центр перекрестия со вторым краем диагонали (рис. 20 б) и снова производите отсчет по шкалам окулярного микрометра.

Разность отсчетов, умноженная на действительноезначение цены деления барабанчика, даст истинную величину диагонали отпечатка.

Число микротвердости можно подсчитать по формуле

,

где – нормальная нагрузка, приложенная к алмазному наконечнику, Н (кгс); d – среднее арифметическоедлин обеих диагоналей квадратного отпечатка, мм.

 

 

ВНИМАНИЕ!

Проверку работоспособности прибора производят

по 2-3 отпечаткам на кристалле поваренной соли (NaCl)

Порядок выполнения работы

1. Получить образцы из стали для проведения испытаний.

2. На каждом образце выполнить три отпечатка и измерить их диагонали; найти их среднее значение.

3. Число микротвердости рассчитать по формуле.

 

Контрольные вопросы

1. Что такое микротвердость?

2. На чем основан способ измерения микротвердости?

3. Микротвердость каких материалов можно определить при помощи прибора
ПМТ-3?

4. Устройство микротвердомера ПМТ-3.