Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Измерение твердости по Бринеллю (ГОСТ 9012-86)

Пояснения к работе

Твердость - свойство материала, определяющее сопротивление его поверхности местной упругой или пластической деформации или разрушению, возникающему при воздействии на него более твердого тела (индентора).

Измерение твердости является весьма распространенным видом испытания материалов благодаря ряду существенных преимуществ:

1. испытания просты, дешевы и кратковременны;

2. не требуется изготовление специальных образцов, а подготовка поверхности материала не вызывает затруднений;

3. пластическая деформация участков поверхности материала очень мала, что позволяет измерять твердость готовых деталей;

4. испытаниям можно подвергать тонкие пластины или покрытия;

5. для большинства пластичных материалов между твердостью, прочностью и выносливостью существует количественная связь.

Разработано много способов определения твердости, которые по скорости приложения нагрузки к индентору подразделяются на динамические и статические. К динамическим относятся методы царапания, ударного отскока, ударного отпечатка, резания (сверлом или напильником) и др. В статических методах осуществляют плавное вдавливание индентора, образующего вмятину (отпечаток) на поверхности тела. Размеры отпечатка характеризуют сопротивление материала пластической деформации.

В настоящее время наибольшее распространение получили статические методы испытания материалов, основными из которых являются методы Бринелля, Роквелла и Виккерса.

Измерение твердости по Бринеллю (ГОСТ 9012-86)

Твердость по Бринеллю определяют для металлов и полимерных материалов при температуре 20 °С. Сущность метода состоит в том, что шарик определенного диаметра D в течение установленного времени вдавливается с определенной силой Р в испытуемый образец (рис. 1), После снятия нагрузки измеряется диаметр отпечатка d, оставшегося на поверхности образца.

Твердость по Бринеллю НВ=0,102Р/F где

Р - нагрузка, Н; F - nDh~ площадь поверхности отпечатка, мм2. Глубина сферического отпечатка h=1/2(D2-d2), здесь d - диаметр отпечатка, мм. Тогда твердость НВ=P/F=2P/пиD(D-D2-d2).

Рис.1.

Число твердости по Бринеллю зависит от нагрузки, прилагаемой к шарику. Анализ результатов вдавливания шариков различного диаметра показал, что для их сравнимости необходимо соблюдать определенное отношение нагрузки к квадрату диаметра шарика K=P/D2, т.е. степень нагружения. Кроме этого, для сохранения геометрического подобия сферического отпечатка необходимо выбирать шарик такого диаметра, при котором диаметр отпечатка d = (025... 0,6)D. Поэтому испытания проводят с применением нагрузок, зависящих от соотношения К и D.

Для испытаний различных металлов и сплавов, имеющих разную твердость, ГОСТ рекомендует выбирать определенное К (см. табл. 1).

Таблица 1

Металлы и сплавы	К=0,102Р/D²	Интервал твердости НВ
Железо, сталь, чугун и др. прочные сплавы		96...450
Титан и его сплавы		50...220
Алюминий, медь, никель и их сплавы		32...200
Магний и его сплавы		16... 100
Подшипниковые сплавы	2,5	8...50
Олово, свинец и их сплавы		3,2...20

Продолжительность выдержки под нагрузкой должна составлять 10... 15 с для черных металлов и сплавов и 10... 180 с - для цветных.

В связи с тем, что стандарт допускает применение шариков разного диаметра при различных нагрузках и продолжительности их действия, условия испытаний должны указываться в обозначении чисел твердости. Например: 185 НВ 5/750/20, где 185 НВ - число твердости по Бринеллю; 5 - диаметр шарика D, мм; 750 - нагрузка Р, кгс (или 0,102Р, Н); 20 - время выдержки τ, с. Если твердость определена шариком диаметра D=10 мм под нагрузкой Р=3000 кгс при продолжительности τ= 10...15 с, то данные условий испытаний в обозначении не указываются (например, 185 НВ).

Для измерений твердости по методу Бринелля используют стационарные или переносные твердомеры (ГОСТ 25698-79). Стационарный твердомер типа ТШ-2 имеет литой чугунный корпус, в котором смонтированы механизмы подъема стола, рычажного нагружения, подъемно-реверсивное устройство и привод (рис. 2).

Механизм нагружения состоит из подвески с грузами 5, рычагов 6 и 9 (передаточное отношение 1:50), связанных серьгой 8, шпинделя с пружиной 10, конической втулки 11, ограничителя 12 и оправки с шариковым индентором 13. Процесс вдавливания индентора происходит при опускании системы рычагов 3, 4 и 7 подъемного устройства, которое

Рис.2. осуществляется с помощью привода, включающего электродвигатель 1 и двухступенчатый червячный редуктор 2. Автоматический режим снятия действия нагрузки на индентор обеспечивается системой электрических контактов реверсирования двигателя. Рис. 1.

Испытания проводят следующим образом. Образец устанавливают на предметный столик 14 и с помощью винта 15 и гайки с маховиком 16 поднимают его до упора в ограничитель (при этом оправка с шариком через коническую втулку сжимает пружину, создающую предварительную нагрузку). Затем кнопкой запускают двигатель, и механизм нагружения освобождается от опоры подъемной системы. При этом загорается сигнальная лампа, извещающая о начале действия полной нагрузки. После определенной выдержки включается реверс двигателя и подъемная система, возвращаясь в первоначальное положение, поднимает рычаг механизма нагружения. Сигнальная лампа при этом гаснет. После отключения привода образец снимают с прибора и с помощью микроскопа МПБ-2 измеряют диаметр полученного отпечатка d в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Твердость определяют по приведенным выше формулам или таблицам.

Основными недостатками метода Бринелля являются:

1. несоблюдение геометрического подобия сферического отпечатка различной глубины;

2. ограничение твердости материала, так как при НВ>450 стальной закаленный шарик значительно деформируется и измерение считается недействительным;

3. значительная пластическая деформация поверхностного слоя материала при испытании шариками диаметром D > 2 мм;

4. относительно большая продолжительность определения твердости.

12 3 4 Следующая ⇒