Определить твердость металла по бринеллю
Овладение практическими навыками по определению твёрдости методом Бринелля.
2 Вариант работы - ____ .
3 Материальное обеспечение.
3.1 Прибор ТШ – 2М.
3.2 Оптический микроскоп МПБ-2.
3.4 Образцы из стали, латуни и алюминия.
3.5 Переводные таблицы Бринелля.
4 Задачи и порядок работы.
4.1 Изучить устройство, основные характеристики и работу прибора ТШ – 3М.
4.2 Выбрать значение коэффициента «К» в зависимости от марки металла образца.
4.3 Определить диаметр шарика и нагрузку для выбранного коэффициента «К».
4.4 Установить на приборе требуемые диаметр и нагрузку или выбрать прибор с требуемыми шариком и нагрузкой.
4.5 Установить образец на подставку прибора. Ввести в соприкосновение шарика с образцом путём вращения маховика до упора, опеспечив предварительную нагрузку.
4.6 Включить прибор.
4.7 Только после автоматического выключения прибора освободить образец вращением маховика и снять образец.
4.8 Замерить в двух перпендикулярных направлениях диаметр отпечатка с помощью микроскопа МПБ-2. Результаты замеров занести в таблицу отчёта.
4.9 Определить твёрдость по переводной таблице Бринелля.
4.10 Рассчитать по формуле значение твёрдости и сравнить расчётные данные с табличными значениями. Занести данные в таблицу отчёта.
4.11 Составить отчёт с выводами по работе.
5 Теоретические предпосылки
При измерении твёрдости металлов и сплавов по Бринеллю стальной или из твёрдого сплава шарик вдавливается в образец (деталь) под действием нагрузки, приложенной в течение определённого времени, а после снятия нагрузки измеряется диаметр отпечатка, оставшегося на поверхности (как показано на рисунках 3 и 4 лабораторной работы МВ.ЛР-01). Число твёрдости по Бринеллю определяется по формуле
- диаметр шарика, мм ;
- диаметр отпечатка, мм .
Минимальная толщина образца S должна быть не менее десятикратной глубины отпечатка h отп и определяется по формуле :
В приложении 2 ГОСТ 9012-59 указывается минимальная толщина образца или детали в зависимости от предполагаемой твёрдости по Бринеллю, диаметра шарика и нагрузки. Поверхность образца (детали) должна быть ровной, гладкой, свободной от окисной плёнки. При подготовке поверхности для замера твёрдости необходимо принять меры, исключающие изменение свойств материала. Обработку поверхности можно проводить шлифовкой или напильником с мелкой насечкой. При определении твёрдости диаметром шарика 1мм поверхность должна быть отполирована.
На противоположной стороне образца не должно быть заметно следов деформации. Испытание проводят при температуре 10…35 градусов Цельсия. Образец должен находиться на подставке устойчиво, исключая возможность его перемещения или прогиба во время испытаний. Продолжительность выдержки под нагрузкой должна быть от 10 до15 секунд для чёрных металлов в зависимости от материала и его твёрдости.
Расстояние между центрами двух соседних отпечатков должно быть не менее 4 диаметров отпечатков, а расстояние от центра отпечатка до края детали не менее 2,5 диаметра отпечатка для материалов с твёрдостью менее 350 HB . Диаметр шарика и соответствующую нагрузку следует выбирать так, чтобы диаметр отпечатка находился в пределах от 0,25 до 0,6 D ш . При несоблюдении этих требований необходимо изменить условия испытаний (диаметр шарика и нагрузку). Диаметр отпечатка измеряют в двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью микроскопа или других приборов с погрешностью измерения 0,25 % (для шариков диаметром 5 и 10 мм) и 0,5 % (для шариков диаметром 1,2 и 2,5 мм) диаметра шарика и определяют среднее арифметическое двух измерений. При этом разность измерений диаметров одного отпечатка не должна превышать 2 % от меньшего из них.
Испытание проводят с применением нагрузок, зависящих от соотношений коэффициента К (см.таблица 2) и D ш 2
Твёрдость по Бринеллю при условиях испытания: диаметре шарика, равного 10 мм, нагрузке 3000кгс при продолжительности выдержки 10…15 секунд – обозначается цифрами, указывающими на величину твёрдости и буквами « HB », например, 185 HB .
При других условиях испытания после букв « HB » указываются условия испытания в следующем порядке: диаметр шарика, величина нагрузки и
продолжительность выдержки под нагрузкой, например,185 HB 5/750/20 (твёрдость 185 HB определена с применением шарика диаметром 5 мм, при нагрузке 750 кгс и продолжительностью выдержки под нагрузкой 20 секунд).
Буквы « HB » употребляются при применении стального шарика для металлов и сплавов с твёрдостью не более 450 HB , а буквы « HBW » при применении шарика из твёрдого сплава для металлов и сплавов с твёрдостью более 450 HB .
Таблица 1 Определение средней твердости по методу Бринелля
Числа твердости по Бринеллю при усилии F кгс, равном K ⅹ D ш 2
отпечатка d отп
Числа твердости по Бринеллю при усилии F кгс, равном K ⅹ D ш 2
Числа твердости по Бринеллю при усилии F кгс, равном K ⅹ D ш 2
Твердость по Бринеллю. Особенности и суть метода
Метод первопроходец. Звание заслуживает система определения твердости материалов, разработанная Августом Бринеллем. Это инженер из Швеции. Его метод стал первым стандартизированным и широко используемым. Шкалу Бринелля мир «взял на вооружение» в 1900-ом году. Разберемся, в чем суть системы, твердость каких материалов можно узнать с ее помощью, и есть ли у метода минусы.
Твердость по Бринеллю – суть метода
Для определения твердости используют прибор, составленный из измерительного блока и пресса. Наконечник пресса – стальной шарик. Его именуют индентором. Диаметр шарика соответствует ГОСТу 9012 – 59 (ИСО 6506-81, ИСО 410-82), установленному в 1990-лм году. Разрешены 3 показателя: 2,5, 5 и 10 миллиметров.
Нужный индентор выбирают так, чтобы отпечаток от него лежал в пределах 0,2-0,7 диаметра шарика. Измерение твердости по Бринеллю производится либо стальным шариком, либо шариком из карбида вольфрама. Последний, позволяет узнать твердость материалов, превышающих показатель обычной стали.
Карбидный индентор, как правило, нужен для инструментальных сплавов. Шарик из обычной стали используют, измеряя твердость древесины, меди, алюминия, дюраля, нержавейки, стекла. То есть, твердомер применяют не только к металлам.
Метод измерения твердости по Бринеллю состоит из 2-х нагрузок. Сначала, пресс опускают для пробной. Небольшим надавливанием устанавливают начальное положение индентора. После, сообщают уже солидный вес, держат определенное время, потом, измеряют диаметр следа. Звучит «стройно», но есть сложность.
По краям отпечатка образуются навалы и наплывы материала. Из-за них диаметр, глубина могут быть неточными. Твердость по методу Бринелля измеряют до упругого восстановления, то есть до возвращения материала в первоначальную форму. Это возвращение может быть неполным. Тогда, фиксируется его степень.
В схожем методе Роквелла упругого восстановления не дожидаются, да и в качестве индентора используют не только металлические шары, но и алмазные конусы. Это стоит учитывать, замеряя твердость по Бринеллю и Роквеллу. Для чистоты эксперимента можно добавить еще один метод, главное, соблюсти нюансы исследований и уметь соотнести их результаты. Об этом и поговорим.
Определение твердости по Бринеллю – о цифрах и буквах
Результаты исследований выражаются в буквенно-цифровой записи. Из букв в ней присутствуют либо HB, либо HBW. Первое обозначение актуально для стального шарика. Вторая запись указывает на то, что вдавливали сферу из карбида вольфрама. К буквам добавляют 2 или 3 числа. Первое – показатель твердости. Максимально возможный по Бринеллю – 650. Такой показатель измеряется карбидным индентором. Стальной вдавливается в материалы твердостью до 450-ти единиц.
Второе число в записи – диаметр шарика-наконечника. Он не указывается лишь в том случае, если максимальный, то есть равен 10-ти миллиметрам. Третье число в обозначении – сила, с которой давили на испытуемый образец. Рассмотрим такой перевод твердости по Бринеллю: 500 HBW 5/800. Запись HBW свидетельствует о применение карбидного шарика. Его диаметр составил 5 миллиметров.
Сила давления была равна 800-от килограммов силы (кгс). 500- итоговая твердость материала. Вычисляется она по формуле отношения приложенного усилия к площади отпечатка. Интересно, что со значениями шкалы Бринелля совпадает еще одна – Виккерса. Обе начинаются со 100 единиц. Правда наивысшая твердость по Виккерсу и Бринеллю разнится.
У Виккерса значения доходят до 1 200-от. Записи результатов отличаются лишь буквами. Шкала Виккерса обозначается HV. Стоит учитывать это, выбирая товары с указанием твердости. То, что по Бринеллю тверже стали, по Виккерсу – материал весьма податливый.
Кстати, согласно большинству словарей, твердость – это свойства пластичности, упругости и сопротивления деформациям, или иным разрушениям, при вдавливании в верхний слой испытуемого образца другого, более твердого вещества. Ну, вот, уточнили о чем речь. Пора разобраться, какая твердость и для каких материалов считается приемлемой.
Твердость по Бринеллю – таблица значений
Твердость стали по Бринеллю может быть от 103-ти до 200-от единиц. Показатель зависит от марки. Не стоит забывать, что существует мягкая, нержавеющая и закаленная сталь. Сплав Ст0, к примеру, занимает нижнюю планку твердости. СТ2пс – марка со 116-ю HB. У СТ3пс показатель равен 131. 170 HB отличают сталь СТ5Гпс и СТ5пс. 200 единиц у марок ВСт6сп, СТ6пс и СТ6сп.
Твердость металлов по Бринеллю, в том числе и их сплавов, к коим причисляется сталь, важна при эксплуатации многих предметов. Пример – подшипники. Они подвергаются трению. Будь сплав для подшипников мягким, машина не отходит и гарантийного срока. Сопротивляемость деталей износу, зависящая от твердости, важна и при конструировании космических аппаратов, летной техники, строительных конструкций.
Твердость стали по Брюнеллю для арматуры высотных зданий, к примеру, должна быть не ниже 150-ти единиц. Если брать усредненные цифры для металлов, то черные, как правило, маркируются числом 140 HB, а твердость цветных не превышает 130-ти. Драгоценные металлы одни из самых податливых.
Так, твердость платины по Бринеллю – всего 50. Выше говорилось, что шкала начинается со 100. Однако, современные технологи нередко дополняют ее, доводя до единицы. Твердость некоторых цветных металлов щелочноземельной группы составляет всего 30 HB.
Если вопрос не о строительстве и конструировании машин, а о ремонте, людей больше интересуют показатели древесины. Ее твердость тоже иногда измеряют по Бринеллю. Для сплавов металлов есть ГОСТы. Массы изначально «замешивают» в соответствии с техническими требованиями. Для древесины условия иные. Твердость зависит не только от породы, но и от условий произрастания.
Липа из разных местностей может отличаться на 10-20 баллов, как и сосна, дуб, ольха. Поэтому, лучше смотреть не из чего сделаны стол, или паркет, а какая твердость указана в документах к ним.
Для паркета берется древесина, как минимум, средней твердости. Если отбросить, погрешность на условия произрастания, точно подойдут блоки из белой акации, самшита, железной березы, граба и кизила.
Твердость этих пород приближенна к 100 HB. Это на торцах. Радиальный и тангенциальный показатели неизбежно ниже процентов на 30. Древесину по Бринеллю мерят в странах Европы. Россия к ним примыкает. Продукция из США соответствует шкале Янка. Этот тест узконаправлен, применим только к дереву.
В Америке прилагаемую к материалу силу записывают не в килограммах, а в фунтах. Диаметр металлического шарика выражен в дюймах, составляет 0,444. В миллиметрах это около 11-ти.
Итоговый результат измерений не бывает ниже 660 единиц. Высший показатель – 4 500. Таким «хвастается» гваяковое дерево. Оно одно из самых дорогих, поскольку из-за твердости сложно обрабатывается, к тому же, редко встречается.
В общем, число 4 500, даже на товарах из Штатов, встретишь редко. А вот значения Бринелля проставлены на большинстве продукции, изготавливаемой в России, и завозимой из-за рубежа. Это шкала, в премудростях которой стоит разобраться.
Определить твердость металла по бринеллю
Нужен полный текст и статус документов ГОСТ, СНИП, СП?
Попробуйте профессиональную справочную систему
«Техэксперт: Базовые нормативные документы» бесплатно
МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ
Метод измерения твердости по Бринеллю переносными твердомерами статического действия
Metals and alloys. Method of measuring Brinell hardness by static action portable hardness meters
Дата введения 1979-01-01
Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 31 октября 1977 г. N 2554 дата введения установлена 01.01.79
Ограничение срока действия снято по протоколу N 3-93 Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 5-6-93)
ПЕРЕИЗДАНИЕ. Апрель 2003 г.
Твердость по Бринеллю характеризуется средним напряжением в лунке при вдавливании шара нагрузкой, пропорциональной квадрату диаметра шара.
1.1. В качестве испытательной аппаратуры применяют переносные приборы статического действия, дающие возможность:
плавного возрастания нагрузки;
обеспечения постоянства приложенной нагрузки в течение требуемого времени. Погрешность прибора по значениям испытательной нагрузки не должна превышать ±1%;
приложения действующего усилия перпендикулярно к поверхности испытуемого изделия (образца).
1.2. Применяемые при измерении твердости по Бринеллю шары должны соответствовать следующим требованиям:
материал для шаров - термически обработанная сталь с твердостью по Виккерсу не менее 850 единиц - при измерении твердости по Бринеллю до 4410 МПа (450 кгс/мм) и карбид вольфрама - при измерении твердости по Бринеллю от 4413 до 5884 МПа (450-600 кгс/мм);
диаметр применяемых шаров - 1 и 2,5 мм. Допускается применять шары диаметром 5 и 10 мм, если это позволяет конструкция прибора;
предельные отклонения по диаметру стального шара должны соответствовать группе В ГОСТ 3722-81, а по диаметру шара из карбида вольфрама не должны превышать ±0,0035 мм. При использовании шара из карбида вольфрама диаметром 5 и 10 мм предельные отклонения не должны превышать соответственно ±0,0040 и ±0,0045 мм;
параметр шероховатости поверхности шара должен быть не более 0,040 мкм по ГОСТ 2789-73.
1.3. Стальной шар, показавший после измерения твердости остаточную деформацию, превышающую указанное в ГОСТ 3722-81 предельное отклонение для группы В, или какой-либо поверхностный дефект, а также шар из карбида вольфрама, показавший после измерения остаточную деформацию, превышающую предельное отклонение, указанное в п.1.2, должны быть заменены другими, а соответствующее измерение должно считаться недействительным.
1.4. Диаметр отпечатка измеряют с помощью микроскопа с погрешностью, не превышающей:
±0,003 мм - при измерении твердости шаром диаметром 1 мм;
±0,006 мм - при измерении твердости шаром диаметром 2,5 мм.
2. ПОДГОТОВКА К КОНТРОЛЮ
2.1. Параметр шероховатости поверхности изделия (образца) в месте испытания должен быть не более =0,32 мкм по ГОСТ 2789-73.
2.2. При подготовке поверхности испытуемого изделия (образца) необходимо принять меры, предотвращающие возможное изменение твердости испытуемого изделия (образца) вследствие нагрева или наклепа поверхности при механической обработке.
2.3. Испытуемое изделие (образец) не должно смещаться при измерении твердости.
2.5. Выбор диаметра шара , нагрузки , минимальной толщины изделия (образца) и продолжительности выдержки производится исходя из материала изделия, ожидаемой твердости и толщины изделия в месте измерения твердости с соблюдением условияЛабораторная работа: "Определение твердости металлов по Бринеллю"
2. Научится измерять твердость металлических образцов различными методами.
3. Ознакомиться с условиями применения того или иного метода определения твердости; подготовкой образцов для измерения твердости.
4. Проследить зависимость твердости металлов от состава сплава.
1. Оборудование и материалы, используемые при выполнении работы:
1. Динамический твердомер ТЭМП-2;
2. Образцы из алюминия, стали, бронзы;
3. Наждачный круг и абразивная бумага.
2. Порядок выполнения работы .
1. Изучить теоретическую часть работы.
2. Определить твердость образцов из различных материалов с помощью твердомера ТЭМП-2.
3. Определить расчетным путем твердость материалов.
3. Краткая теоретическая часть.
Определение твердости методом Бринелля
Твердость характеризует сопротивление материала большим пластическим деформациям. Наиболее распространенные методы определения твердости связаны с внедрением в испытуемый материал специального тела, называемогоиндентором, с таким усилием, чтобы произошла пластическая деформация. В материале при этом остается отпечаток индентора, по которому судят о величине твердости. Определение твердости — наиболее распространенный метод исследования свойств материала. Это объясняется рядом причин: определение твердости является неразрушающим методом, так как деталь после такого измерения может быть использована по назначению; испытания на твердость не требуют высокой квалификации; зная твердость, можно судить и о других механических свойствах.
Метод Бринелля. В качестве индентора используется стальной закаленный шарик, который вдавливают в испытуемый образец на специальном прессе ( рис.3.8). В результате на поверхности образца образуется отпечаток в виде сферической лунки ( рис. 3.9). Диаметр отпечатка измеряют в двух взаимно-перпендикулярных направлениях с помощью микроскопа Бринелля — лупы со шкалой. Число твердости НВ, кгс/м м², — это отношение приложенной нагрузки к площади поверхности отпечатка, его вычисляют по формуле НВ = 2P/D[D — (D2 — d2)]V, где Р — прилагаемая нагрузка; D и d — соответственно диаметр шарика и отпечатка.
На практике пользуются таблицей, в которой указаны значения твердости в зависимости от диаметра отпечатка. Диаметр шарика и нагрузку выбирают так, чтобы соблюдалось соотношение d= (0 ,25…0,5)D, т.е. для разных материалов эти параметры различны. При диаметре индентора 10 мм, нагрузке 3000 кгс (29430 Н) и времени выдержки под нагрузкой 10 с твердость обозначается только цифрами и латинскими буквами, например 200 НВ. Эти условия приняты для определения твердости сталей и чугунов. При изменении условий испытаний помимо значений твердости указываются диаметр шарика, усилие и время выдержки под нагрузкой. Например, 185 НВ/5/750/20, здесь 5 — диаметр шарика в мм, 750 — нагрузка в кгс (7 350 Н), 20 — время выдержки под нагрузкой в с.
Метод Бринелля не является универсальным. Он не позволяет испытывать материалы с твердостью более 450 НВ ( может деформироваться шарик), а также образцы толщиной менее десятикратной глубины отпечатка.
Между твердостью по Бринеллю и пределами прочности и текучести соблюдаются следующие примерные соотношения: для стали НВ/3, НВ/6; для алюминиевых сплавов 0,362 НВ; для медных сплавов 0,26 НВ.
Твёрдость по Бринеллю определяется по формуле, указанной в таблице 1(когда усилие выражено в кгс). При определении твёрдости по Бринеллю за диаметр отпечатка d принимают среднеарифметическое значение результатов измерений.
Обозначается твёрдость по Бринеллю численным значением и символом HB, после которых указывается диаметр шарика и приложенное усилие. Только когда твёрдость по Бринеллю определяется шариком диаметром 10 мм при усилии 3000 кгс и продолжительности выдержки 30 секунд, обозначение результата представляет собой лишь числовое значение и HB, например 285 HB.
Метод Роквелла — твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания металлического шарика или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Твёрдость, определённая по этому методу, является безразмерной и обозначается HR, HRB, HRC и HRA; твёрдость вычисляется по формуле HR = 100 (130) − kd, где d — глубина вдавливания наконечника после снятия основной нагрузки, а k — коэффициент. Таким образом, максимальная твёрдость по Роквеллу по шкалам A и C составляет 100 единиц, а по шкале B — 130 единиц.
Таблица некоторых (с точностью до 0,1) значений твёрдости по Бринеллю ,
диаметр шарика 10 мм; d (mm) - диаметр отпечатка шарика
Лабораторная работа по теме "Испытание на твердость по Бринеллю."
Ознакомиться с методикой определения твердости металлов по Бринеллю.
1.3.1 Провести испытание на твердость по Бринеллю образцов стали и сплавов цветных металлов различной толщины.
1 .3.2 Определить твердость.
1 .3.3 Изучить:
а) схему испытания (с зарисовкой) и величину твердости по
б) устройство автоматического рычажного пресса;
в) выбор диаметра шарика и нагрузки;
г) подготовку образца для испытания;
д) подготовку прибора и проведение испытания;
е) методику измерения отпечатка с помощью лупы (с зарисовкой
схемы отсчета по шкале лупы);
ж) определение твердости по таблице.
1.3.4 Результаты испытания оформить в виде протокола.
1.3.5 Написать отчет по работе.
1.4 Общие сведения
1.4.1 Приборы, материалы и инструмент.
Схема испытания на твердость по способу Бринелля
Для проведения работы необходимо иметь автоматический рычажный
пресс; образцы стали и сплавов цветных металлов различной толщины; лупу для измерения диаметра отпечатка; наждачное точило; напильник.
1.4.2 Схема испытания и величина твердости по Бринеллю.
Испытание на твердость по Бринеллю производится вдавливанием в испытуемый образец стального шарика определенного диаметра под действием заданной нагрузки в течение определенного времени.
Схема испытания на твердость по Бринеллю дана на рисунке 1.1. В результате вдавливания шарика на поверхности образца получается отпечаток (лунка). Отношение нагрузки Р, Н к поверхности полученного отпечатка (шарового сегмента) F , мм 2 , дает число твердости, обозначаемое НВ:
Поверхность F шарового сегмента
где D — диаметр вдавливаемого шарика, мм; h — глубина отпечатка, мм.
Так как глубину отпечатка h измерить трудно, а гораздо проще измерить диаметр отпечатка d , то целесообразно величину h, мм, выразить через диаметры шарика D и отпечатка d:
Тогда поверхность F шарового сегмента, мм 2 :
а число твердости по Бринеллю будет характеризоваться формулой:
1.4.3 Прибор для испытания на твердость по Бринеллю
Наиболее распространенным прибором для испытания на твердость по Бринеллю является автоматический рычажный пресс.
Автоматический рычажный пресс.
Схема автоматического рычажного пресса показана на рисунке 1.2. В верхней части станины 1 имеется шпиндель 7, в который вставляется наконечник с шариком 6. Может быть установлен один из трех наконечников — с шариком диаметром 10; 5 или 2,5 мм. Столик 4 служит для установки на нем испытываемого образца 5. Вращением по часовой стрелке рукоятки 15 приводят в движение винт 3, который, перемещаясь вверх, поднимает столик 4, и образец
5 прижимается к шарику 6. При вращении рукоятки 15 до тех пор, пока указатель 14 не станет против риски, пружина 8 сжимается до отказа и создается предварительная нагрузка 1000 Н (100 кгс).
 |
Электродвигатель 13, который включают нажатием кнопки, расположенной сбоку пресса, приводит во вращение эксцентрик 2. При вращении эксцентрика 2 шатун 9, перемещаясь вниз, опускает рычаг 10 и соединенную с ним подвеску 11 с грузами 12, создавая этим нагрузку на шарик, который вдавливается в образец. При дальнейшем вращении эксцентрика 2 шатун 9, перемещаясь вверх, поднимает рычаг 10 и подвеску 11 с грузами 12, снимая этим нагрузку с шарика. Когда рычаг и подвеска с грузами достигнут исходного положения, автоматически дается сигнал звонком и выключается электродвигатель.
Вращением рукоятки 15 против часовой стрелки опускают столик 4.
В зависимости от грузов, установленных на подвеске 11, создается различная нагрузка (таблица 1.1).
1.4.4 Выбор диаметра шарика и нагрузки.
Шарики различного диаметра ( D =10; 5 и 2,5 мм) применяют в зависимости от толщины испытываемого материала.
1.4.5 Подбор грузов для нагружения автоматического рычажного пресса
Таблица 1.1 - Подбор грузов для нагружения автоматического рычажного пресса
Читайте также: