Свойства легированных сталей. Испытание на твёрдость по Бринеллю (стр. 6 из 6)
Этот вид механических испытаний не связан с разрушением металла и, кроме того, в большинстве случаев не требует приготовления специальных образцов.
Все методы измерения твердости можно разделить на две группы в зависимости от вида движения индентора: статические методы и динамические. Наибольшее распространение получили статические методы определения твердости.
Статическим методом измерения твердости называется такой, при котором индентор медленно и непрерывно вдавливается в испытуемый металл с определенным усилием. К статическим методам относят следующие: измерение твердости по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу (рис. 1).
Рис. 1. Схема определения твердости:
а) по Бринеллю; б) по Роквеллу; в) по Виккерсу
Измерение твёрдости по Бринеллю
Сущность метода заключается в том, что шарик (стальной или из твердого сплава) определенного диаметра под действием усилия, приложенного перпендикулярно поверхности образца, в течение определенного времени вдавливается в испытуемый металл (рис. 1а). Величину твердости по Бринеллю определяют исходя из измерений диаметра отпечатка после снятия усилия.
При измерении твердости по Бринеллю применяются шарики (стальные или из твердого сплава) диаметром 1,0; 2,0; 2,5; 5,0; 10,0 мм.
При твердости металлов менее 450 единиц для измерения твердости применяют стальные шарики или шарики из твердого сплава. При твердости металлов более 450 единиц - шарики из твердого сплава.
Величину твердости по Бринеллю рассчитывают как отношение усилия F, действующего на шарик, к площади поверхности сферического отпечатка.
Одинаковые результаты измерения твердости при различных размерах шариков получаются только в том случае, если отношения усилия к квадратам диаметров шариков остаются постоянными. Исходя из этого, усилие на шарик необходимо подбирать по следующей формуле:
Диаметр шарика D и соответствующее усилие F выбирают таким образом, чтобы диаметр отпечатка находился в пределах:
Если отпечаток на образце получается меньше или больше допустимого значения d, то нужно увеличить или уменьшить усилие F и произвести испытание снова.
Коэффициент К имеет различное значение для металлов разных групп по твердости. Численное, же значение его должно быть таким, чтобы обеспечивалось выполнение требования, предъявляемого к размеру отпечатка.
Толщина образца должна не менее, чем в 8 раз превышать глубину отпечатка.
Последовательность измерения твёрдости по Бринеллю
Подготовка образца, выбор условий испытания, получение отпечатка, измерение отпечатка и определение числа твердости производится в строгом соответствии ГОСТ 9012-59 (в редакции 1990 г.). Необходимые для замера твердости значения выбираются из таблиц этого ГОСТа.
Значение К выбирают в зависимости от металла и его твердости в соответствии с табл. 1.
Таблица 1
| Диаметр шарика D, мм | Прикладываемое усилие F, Н | ||||
| K=F/D^2 | |||||
| 30 | 10 | 5 | 2,5 | 1 | |
| 10 | 29420 | 9807 | 4903 | 2452 | 980,7 |
| 5 | 7355 | 2452 | 1226 | 612,9 | 245,2 |
| 2,5 | 1839 | 612,9 | 306,5 | 153,2 | 61,3 |
| 1 | 294,2 | 98,1 | 49,0 | 24,5 | 9,81 |
| Диапазон твердости HB | 55 – 650 | 35 – 200 | <55 | 8 – 55 | 3 – 20 |
| Измеряются | Сталь, чугун, медь и ее сплавы, легкие сплавы | Чугун, сплавы меди, легкие сплавы | Медь и ее сплавы, легкие сплавы | Легкие сплавы | Свинец, олово |
Усилие, F в зависимости от значения К и диаметра шарика D устанавливают в соответствии с табл. 1.
Рекомендуемое время выдержки образца под нагрузкой для сталей составляет 10 с, для цветных сплавов 30 с (при K=10 и 30) или 60 с (при K=2.5).
Протокол испытаний
| Марка металла | D шарика, мм | F, H (кгс) | Продол. выдержки, с | Диаметр отпечатка , мм | Среднее арифм., dср мм | HB (HBW) | |
| d1 | d2 | ||||||
1. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. М.: Металлургия, 1983.-384с.
2. ГОСТ 4543. Сталь легированная конструкционная. Технические условия. Изд. стандартов, 1990.- 64с.
3. Конструкционные материалы: Справочник. Под ред. Б.Н. Арзамасова. М.: Машиностроение, 1990. -688с.
4. Материаловедение и технология металлов: Учеб. Для студентов машиностроительных спец. вузов. Под ред. Г.П.Фетисова. - М.: Высш. шк. , 2002. - 638с.
5. Петренко Ю.А. Материаловедение. Методические указания по выполнению контрольных и курсовых работ для студентов специальностей 190603.65 (230100), 150408.65 (230300), 100101.65(2307.12). – СПб.: Изд-во СПбГУСЭ, 2006. – 115с.
6. Стерин И.С. Машиностроительные материалы. Основы материаловедения и термической обработки. Учебное пособие. - СПб.: Политехника, 2003. - 344с.
7. Фиргер Н.В. Термическая обработка сплавов: Справочник. Л.: Машиностроение, 1982. - 304с.