Визначення твердості за методом Бринеля

Одним з поширених методів вимірювання твердості є метод Бринеля. При цьому частіше всього використовується твердомір моделі ТШ-2. Принцип його роботи полягає у вдавлюванні кульки в метал. Твердість визначається за величиною лунки, яка утворюється після вдавлювання.

Формула за якою визначається твердість така:

,

де D – діаметр кульки;

d – діаметр відбитка;

Р – навантаження.

Основною одиницею вимірювання твердості є Паскаль (Па) - це тиск, який спричиняє сила в 1Н на площу 1 м². Поскільки це дуже мала величина, то на практиці користуються МПа (МПа=10⁶ Па).

Твердомір ТШ-2 (рис.1.3) має масивний чавунний корпус, в якому розміщені основні його механізми.

Навантаження на кульку 18 утворюється вантажами 4, прикладеними до системи важелів 6 і 10.

Рис. 1.3 Прес Бринеля моделі ТШ-2

 

Цими вантажами створюється основне навантаження 1834, 2451, 7354, 9810, 29420 Н. Важіль 6 правим кінцем закріплений на осі 16 і за допомогою серги 9 з’єднаний з малим важелем 10, на якому закріплені призми 8 і 12. Призма 8 з’єднана з сергою 9, призма 12 упирається в жорстко закріплену на корпусі приладу подушку 11, а призма, яка розміщена в середині малого важеля 10, впирається в подушку, що запресована у верхній кінець штока 14. Він притискається до призми малого важеля 10 пружиною 15. На нижньому кінці штока 14 кріпиться оправка з кулькою 18.

Привід приладу здійснюється трьохфазним асинхронним електродвигуном 2, який включається кнопкою 22. Він через редуктор 2 приводить в рух кривошип 3, який повертається проти напрямку руху годинникової стрілки. Кривошип 3 опускає шатун 5 і лівий кінець коромисла 7. При цьому опускається важіль 6, який опирається на нього. В цей момент навантаження, що утворюється важелем 4, передається через важіль 6 і 10 на кульку 18. В корпусі преса встановлений перемикач, привід якого з’єднаний з кінематичною схемою. Після дії навантаження і певного часу витримки перемикач автоматично змінює напрямок обертання вала двигуна 1. При цьому
коромисло 7 піднімає важіль 6 і тим самим знімає
навантаження - електродвигун автоматично виключається.

Зразок 19, твердість якого вимірюють, встановлюється на столику 20, поворотом маховика 21 зразок притискують до кульки доти, доки він не доторкнеться до обмежувача 17, при цьому пружина 15, надіта на шток 14, створює попереднє навантаження 98,1 Н.

Діаметр кульки, основне навантаження під час витримки під навантаженням вибирають залежно від матеріалу та його товщини (таблиця 1.4).

 

Таблиця 1.4 Залежність діаметру кульки, навантаження і часу витримки від твердості та товщини досліджуваного зразку

Матеріал	Твердість за Бринелем (НВ), Н/мм^2	Товщина зразка, мм	Діаметр кульки D, мм	Навантаження	Співвід-ношення між Р і D	Вит-римка під наванта-женням, сек
кгс	Н
Чорні метали	140-450     <140	6-3 4-2 <2 >6 6-3 <3	2,5 2,5	187,5 62,5		Р=30D^2   Р=10D^2
Кольорові метали	> 130   35-130     8-35	6-3 4-2 <2 9-3 6-3 6-3	2,5 2,5 2,5	187,5 62,5 62,5 15,6		Р=30D^2   Р=10D^2     Р=2,5D^2

Час витримки встановлюється за допомогою пристрою, який розташований з правої сторони в корпусі. Встановлюється він за допомогою спеціальної ручки.

Діаметр лунки на зразку вимірюються за допомогою спеціальної лупи (рис. 1.4).

Лупа ставиться на зразок так, щоб лунка була по центру отвору в корпусі лупи, а виріз розміщений в сторону найбільшого освітлення в приміщенні. Дивлячись в окуляр спочатку добиваються чіткого бачення шкали, а потім лунки, далі суміщають початок шкали з краєм лунки і відраховують покази діаметру лунки.

Рекомендується лунку міряти у взаємоперпендикулярних напрямках, покази складають, ділять на два і таким чином визначають середній діаметр лунки.

Величину твердості зразка визначають за приведеною вище формулою, або за допомогою спеціальної таблиці.

 

1 – окуляр;

2 – сітка;

3 – установочне кільце;

4 – об’єктив;

5 – основа тубусу.

 

 

Рис. 1.4 Мікроскоп для вимірювання діаметру відбитка.

Точність вимірювання приладом ТШ-2 вища за виміряну приладом ТК-2. Це обумовлено тим, що вимірюванню за Бринелем підлягає більша площа зразка, ніж за Роквелом (точковий укол). Проте прилад ТШ -2 псує поверхню металу (робить лунку), тому ним не можна вимірювати готові деталі. Приладом ТШ-2 не можна вимірювати тонкі зразки, бо кулька продавлює їх і вимірювання буде дуже не точним.

Попереднє навантаження регулюється шляхом переміщення обмежувача. Його величина встановлюється за допомогою спеціального динамометра, або за допомогою спеціальної мітки на стискуючій пружині, яка при 98,1 Н повинна знаходитись по центру вікна, проробленого у верхній частині корпусу.

Діапазони вимірювання твердості приладами ТК-2 і ТШ-2 перекриваються, хоча на приладі ТШ-2 вимірюються більш м’які зразки. Це видно з діаграми
(рис. 1.5).

Рис.1.5 Співвідношення між

твердістю визначеною за мето-

дами Вікерса, Бринеля і Роквела