Определение твердости методом бринелля

Содержание

Определение твердости методом бринелля

Определение твердости методом бринелля

Чтобы определить твёрдость материала, чаще всего используется изобретение шведского инженера Бринелля – метод, измеряющий свойства поверхности и дающий дополнительные характеристики полимерных металлов.

Оценка материала

Именно благодаря этому открытию сейчас оцениваются пути наиболее эффективного применения пластиков.

Не слишком высокой твёрдости пластмассы проверяются на эластичность и мягкость, чтобы быть использованными как герметизирующий, уплотнительный и прокладочный материал.

Разработка Бринелля – метод, позволяющий определить прочность и твёрдость материала, который будет служить в важных конструкциях – в зубчатых колёсах и венцах, подшипниках под тяжёлой нагрузкой, деталях резьбовых соединений и т.д.

Оценку прочности наиболее точно даёт именно этот способ. Значение параметра, который обозначается Р1В, трудно переоценить. Наиболее часто для этой цели применяется разработка Бринелля – метод, при котором пятимиллиметровый стальной шарик вдавливается в материал. По глубине вдавливания шарика и определяется ГОСТ.

История

В 1900 году инженера из Швеции Юхана Августа Бринелля метод, предложенный им мировому материаловедению, сделал знаменитым. Он не только был назван в честь изобретателя, но и стал наиболее широко использоваться, стандартизировался.

Что такое твёрдость? Это особое свойство материала, не испытывающего пластическую деформацию от контактного местного воздействия, которое чаще всего сводится к внедрению индектора (более твёрдого тела) в материал.

Восстановленная и невосстановленная твёрдость

Метод Бринелля помогает измерить восстановленную твёрдость, которая определяется отношением величины нагрузки к объёму отпечатка, площади проекции или площади поверхности.

Таким образом, твёрдость бывает объёмная, проекционная и поверхностная. Последняя определяется отношением: нагрузка к площади отпечатка.

Объёмная твёрдость измеряется отношением нагрузки к объёму его, а проекционная – нагрузка к площади проекции, которую оставил отпечаток.

Невосстановленная твердость по методу Бринелля определяется по тем же параметрам, только основной измеряемой величиной становится сила сопротивления, отношение которой к площади поверхности, объёму или проекции показывает внедрённый в материал индектор. Таким же образом рассчитывается объёмная, проекционная и поверхностная твёрдость: отношением силы сопротивления либо к площади поверхности внедрённой части индектора, либо к площади проекции его, либо к объёму.

Определение твёрдости

Способность к сопротивлению пластической и упругой деформации при воздействии на материал более твёрдого индектора – это определение твёрдости, то есть, фактически это тест материала на вдавливание.

Метод измерения твердости по Бринеллю – измерение, насколько глубоко индектор проник в материал. Чтобы знать точное значение твёрдости данного материала, нужно измерить глубину проникновения.

Для этого существует метод Бринелля и Роквелла, реже применяется метод Виккерса.

Если метод Роквелла определяет непосредственно глубину проникновения шарика в материал, то Виккерс и Бринелль измеряют отпечаток по площади его поверхности.

Получается, что чем глубже индектор в материале, тем отпечаток получается большей площади.

На твёрдость можно тестировать абсолютно любые материалы: минералы, металлы, пластмассы и тому подобное, но определяется твёрдость каждого из них собственным методом.

Как найти способ

Метод определения твердости по Бринеллю очень хорош для неоднородных материалов, для сплавов, которые не слишком тверды. Не только вид материала определяет способ измерения, но и сами параметры, которые нужно определить.

Твёрдость сплавов измеряется как бы усреднённо, поскольку в них соседствуют материалы с разными характеристиками. Например, чугун.

У него очень неоднородная структура, там присутствуют цементит, графит, перлит, феррит, а потому измеренная твёрдость чугуна – величина усреднённая, слагающаяся из твёрдости всех составляющих.

Измерение твердости металлов по методу Бринелля проводится с использованием большого индектора, чтобы отпечаток получился на большей площади образца.

Таким образом и на чугуне можно получить в этих условиях значение, являющееся средним по многим и разным фазам.

Очень хорош этот метод при измерении твёрдости сплавов – чугуна, цветных металлов, меди, алюминия и тому подобного. Достаточно точно этот метод показывает значение твёрдости пластмасс.

Метод Роквелла в сравнении

Он хорош для твёрдых и сверхтвёрдых металлов, и полученное значение твёрдости тоже усреднено. Индектором служит такой же стальной шарик или конус, но кроме них используется и алмазная пирамида. Отпечаток на материале при измерении по методу Роквелла тоже получается большим, а число твёрдости по разным фазам усреднено.

Методы Бринелля и Роквелла различаются в принципе: у первого результат представлен в виде частного после деления силы вдавливания на поверхность площади отпечатка, а вот Роквелл вычисляет соотношение глубины проникновения к единице шкалы прибора, измеряющего глубину. Именно поэтому твёрдость по Роквеллу практически безразмерна, а по Бриннелю она чётко измеряется в килограммах на квадратный миллиметр.

Метод Виккерса

Если образец маловат или необходимы измерения объекта меньшего, чем величина отпечатка индектора, которыми измеряется твёрдость по Роквеллу или Бринеллю, нужно использовать методы микротвёрдости, среди которых самый популярный – метод Виккерса. Индектором служит алмазная пирамида, а отпечаток изучается и измеряется оптической системой, похожей на микроскоп. Будет известно тоже усреднённое значение, но твёрдость вычисляется по значительно меньшей площади.

Если масштаб измеряемого объекта совсем мал, то используется микротвердомер, умеющий сделать отпечаток в отдельном зерне, фазе, слое, и нагрузку вдавливания можно выбрать самостоятельно.

Металловедение позволяет с использованием этих методов определить и твёрдость, и микротвёрдость металлов, а материаловедение таким же образом определяет микротвёрдость и твёрдость материалов неметаллических.

Диапазон

Существует три диапазона для измерения твёрдости. В макродиапазоне регламентируется величина нагрузки от 2 Н до 30 кН. Микродиапазон ограничивает не только нагрузку на индектор, но и глубину внедрения. Первая величина не превышает 2 Н, а вторая – более 0,2 мкм. В нанодиапазоне регламентируется только глубина внедрения индектора – менее 0,2 мкм. Результат даёт нанотвёрдость материала.

Параметры измерений зависят, прежде всего, от нагрузки, которая прикладывается к индектору. Эта зависимость даже получила особое название – размерный эффект, по английски – indentation size effect. Характер размерного эффекта можно определить формой индектора.

Сферический – твёрдость увеличивается с увеличением нагрузки, стало быть, этот размерный эффект обратный. Пирамида Виккерса или Берковича уменьшает твёрдость с увеличением нагрузки (здесь обычный или прямой размерный эффект).

Конус-сфера, который используется для метода Роквелла, показывает, что увеличение нагрузки сначала приводит к увеличению твёрдости, а затем, при внедрении сферической части, уменьшается.

Материалы и методы измерения

Самые твёрдые на сегодняшний день из существующих материалов – две модификации углерода: лонсдейлит, вполовину превосходящий алмаз по твёрдости, а также фуллерит, который превосходит алмаз в два раза. Практическое применение этих материалов только начинается, а пока из распространённых самым твёрдым является алмаз. Именно с его помощью устанавливается твёрдость всех металлов.

Методы определения (самые популярные) были перечислены выше, но, чтобы уяснить их особенности и понять суть, нужно рассмотреть и другие, которые можно условно поделить на динамические, то есть ударные, и статические, которые были уже рассмотрены. Метод измерения иначе называется шкалой. Необходимо напомнить, что самой популярной является всё-таки шкала Бринелля, где твёрдость измеряется по диаметру отпечатка, который оставляет стальной шарик, вдавливаемый в поверхность материала.

Определение числа твёрдости

Метод Бринелля (ГОСТ 9012-59) позволяет записать число твёрдости без единиц измерения, обозначая её НВ, где Н – твёрдость (hardness), а В – собственно Бринелль. Площадь отпечатка измеряется как часть сферы, а не площадь круга, как это делает шкала Мейера например.

Метод Роквелла отличает то, что определением глубины вошедшего в материал шарика или конуса из алмаза твёрдость получается безразмерной. Обозначается она HRA, HRC, HRB или HR. Формула вычисленной твёрдости выглядит так: HR = 100 (130) − kd.

Здесь d является глубиной вдавливания, а k – коэффициентом.

Методом Виккерса твёрдость можно определить по отпечатку, оставленному четырёхгранной пирамидой, вдавливаемой в поверхность материала, в соотношении с нагрузкой, которая была приложена к пирамиде. Площадь отпечатка – не ромб, а часть площади пирамиды.

Размерностью единиц по Виккерсу следует считать кгс на мм2, обозначается единица HV. Также существует метод измерения по Шору (вдавливание), чаще используется для полимеров и имеет двенадцать шкал измерения.

Соответствующие Шору шкалы Аскер (японская модификация для материалов мягких и эластичных) во многом похожи на предыдущий метод, только параметры измерительного прибора отличаются и используются другие индекторы.

Ещё один метод по Шору – с отскоком – для высокомодульных, то есть очень твёрдых материалов. Отсюда можно сделать вывод, что все методы, измеряющие твёрдость материала, делятся на две категории – динамические и статические.

Инструменты и приборы

Приборы для определения твёрдости называются твёрдомерами, это измерения инструментальные. Тестирование по-разному воздействует на объект, поэтому методы могут быть разрушающими его и не разрушающими. Между всеми этими шкалами прямой взаимосвязи нет, поскольку ни один из методов не отражает фундаментальных свойств материала целиком.

Тем не менее построены в достаточной мере приближённые таблицы, где связываются шкалы и разные методы для категорий материалов и отдельных их групп. Создание этих таблиц стало возможно после проведения ряда экспериментов и тестирований.

Однако теорий, которые бы позволяли одним из расчётных методов переходить от одного способа к другому, пока не существует.

Конкретный метод, которым определяется твёрдость, обычно выбирают, исходя из имеющейся аппаратуры, задач измерения, условий проведения его, и, конечно, из свойств самого материала.

.ru

1. Определение твердости по Бринеллю

Метод Бринелля заключается во вдавливании стального закаленного (иногда твердосплавного) шарика диаметром D(10,0; 5,0; 2,5; 2,0 или 1,0 мм) в испытуемый материал под фиксированной нагрузкойР(3000, 1500, 1000, 750, 500, 250, … 1 кгс)12в течение заранее выбранного времени (10…180 с) – см. рис. 10.1.

Мерой твердости по Бринеллю является диаметр отпечатка d, который измеряется с помощью оптического устройства, входящего в комплект прибора.

Рис. 10.1. Схема определения твердости по Бринеллю

Твердость по Бринеллю обозначается НВ и может быть рассчитана по формуле:

гдеF– площадь поверхности отпечатка – шарового сегмента.

Источник: https://zna4enie.ru/opredelenie/opredelenie-tverdosti-metodom-brinellja.html

Бринелля метод: особенности и суть

Определение твердости методом бринелля

Чтобы определить твёрдость материала, чаще всего используется изобретение шведского инженера Бринелля – метод, измеряющий свойства поверхности и дающий дополнительные характеристики полимерных металлов.

Твердость по Бринеллю. Особенности и суть метода

Определение твердости методом бринелля

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.

Источник: https://tvoi-uvelirr.ru/tverdost-po-brinellyu-osobennosti-i-sut-metoda/

Метод Бринелля

Определение твердости методом бринелля

Метод Бриннеля — один из основных методов определения твёрдости.

Этот метод относится к методам вдавливания. Испытание проводится следующим образом: вначале дают небольшую предварительную нагрузку для установления начального положения индентора на образце, затем прилагается основная нагрузка, образец выдерживают под её действием, измеряется глубина внедрения, после чего основная нагрузка снимается.

При определении твёрдости методом Бринелля, в отличие от метода Роквелла, измерения производят до упругого восстановления материала. Индентор (полированный закалённый стальной шарик) вдавливают в поверхность испытуемого образца (толщиной не менее 4 мм) с регламентированным усилием. Через 30 с после приложения нагрузки измеряют глубину отпечатка.

В другом варианте усилие прилагается до достижения регламентированной глубины внедрения.

Твёрдость по Бринеллю HB рассчитывается как «приложенная нагрузка», делённая на «площадь поверхности отпечатка»:

  ,

где — приложенная нагрузка, H;

— диаметр шарика, мм;

— диаметр отпечатка, мм,

или по формуле:

  ,

где — глубина внедрения индентора.

Нормативными документами определены диаметры индентора, время экспозиции, глубина внедрения индентора.

  • В России регламентированные нагрузки 49 Н, 127 Н, 358 Н, 961 Н, диаметр шарика 5 мм, глубины внедрения от 0,13 до 0,35 мм. В разных спецификациях эти значения различны.
  • Наиболее распространённые диаметры шарика — 10, 5, 2,5 и 1 мм и нагрузки 187,5 кгс, 250 кгс, 500 кгс, 1 000 кгс и 3 000 кгс.
  • Для выбора диаметра шарика обычно используют следующее правило: диаметр отпечатка должен лежать в пределах 0,2—0,7 диаметра шарика.
  • В методиках ISO и ASTM объединены метод с одним шариком и разными нагрузками и метод с применением разных шариков, а также дана формула вычисления твёрдости, не зависящей от нагрузки.

Твёрдость по шкале Бринелля выражают в кгс/мм². Для определения твёрдости по методу Бринелля используют различные твердометры, как автоматические, так и ручные.

Типичные значения твёрдости для различных материалов

МатериалТвёрдость
Мягкое дерево, например сосна1,6 HBS 10/100
Твёрдое деревоот 2,6 до 7,0 HBS 10/100
Алюминий15 HB
Медь35 HB
Дюраль70 HB
Мягкая сталь120 HB
Нержавеющая сталь250 HB
Стекло500 HB
Инструментальная сталь650—700 HB

Преимущества и недостатки

Недостатки

  • Метод можно применять только для материалов с твердостью до 450 HB, если применять стальной закаленный шарик. Как альтернатива, применяют шарики из твёрдого сплава на основе карбида вольфрама (WC), это позволяет повысить верхний предел измерения твёрдости до 600 HBW.
  • Твёрдость по Бринеллю зависит от нагрузки, так как изменение глубины вдавливания не пропорционально изменению площади отпечатка.
  • При вдавливании индентора по краям отпечатка из-за выдавливания материала образуются навалы и наплывы, что затрудняет измерение как диаметра, так и глубины отпечатка.
  • Из-за большого размера тела внедрения (шарика) метод неприменим для тонких образцов.

Преимущества

  • Зная твёрдость по Бринеллю, можно быстро найти предел прочности и текучести материала, что важно для прикладных инженерных задач: Для стали где — предел прочности.    где — предел текучести. Для алюминиевых сплавов Для медных сплавов
  • Так как метод Бринелля — один из самых старых, накоплено много технической документации, где твёрдость материалов указана в соответствии с этим методом.
  • Данный метод является более точным по сравнению с методом Роквелла на более низких значениях твёрдости (ниже 30 HRC).
  • Также метод Бринеля менее критичен к чистоте подготовленной под замер твёрдости поверхности.

Перевод результатов измерения твёрдости различными методами

Результаты измерения твёрдости по методу Бринелля могут быть переведены с помощью таблиц в единицы твёрдости по методам Виккерса и Роквелла. В свою очередь, измерения твёрдости двумя последними методами могут быть переведены в единицы твёрдости по методу Бринелля. Следует отметить, что таблицы перевода в разных нормативных документах отличаются.

Источник: https://tochpribor-nw.ru/articles/metod_brinellya/

Лабораторная работа:

Определение твердости методом бринелля

Лабораторно-практическая работа.

Определение твердости металлов по Бринеллю

Цель работы:

  1. Ознакомиться с методами определения твердости по Бринеллю и Роквеллу.

  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; и — 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 1.

Таблица некоторых (с точностью до 0,1) значений твёрдости по Бринеллю
диаметр шарика 10 мм; d (mm) – диаметр отпечатка шарика

d (mm)

Druckkraft P (kp)

3000

1000

500

250

2

945,76

315,25

157,63

78,81

2,1

856,93

285,64

142,82

71,41

2,2

779,93

259,98

129,99

64,99

2,3

712,75

237,58

118,79

59,40

2,4

653,79

217,93

108,96

54,48

2,5

601,76

200,59

100,29

50,15

2,6

555,61

185,20

92,60

46,30

2,7

514,50

171,50

85,75

42,87

2,8

477,71

159,24

79,62

39,81

2,9

444,65

148,22

74,11

37,05

3

414,85

138,28

69,14

34,57

3,1

387,88

129,29

64,65

32,32

3,2

363,40

121,13

60,57

30,28

3,3

341,10

113,70

56,85

28,43

3,4

320,75

106,92

53,46

26,73

3,5

302,11

100,70

50,35

25,18

3,6

285,00

95,00

47,50

23,75

3,7

269,25

89,75

44,88

22,44

Формулы для определения твёрдости

Чем твёрже материал, тем меньше будет глубина проникновения наконечника в него. Чтобы при большей твёрдости материала не получалось большее число твёрдости по Роквеллу, вводят условную шкалу глубин, принимая за одно её деление глубину, равную 0.002 мм.

При испытании алмазным конусом предельная глубина внедрения составляет 0.2 мм, или 0.2 / 0.002 = 100 делений, при испытании шариком — 0.26 мм, или 0.26 / 0.002 = 130 делений.

Таким образом формулы для вычисления значения твёрдости будут выглядеть следующим образом:

а) при измерении по шкале А (HRA) и С (HRC):

Разность  представляет разность глубин погружения индентора (в миллиметрах) после снятия основной нагрузки и до её приложения (при предварительном нагружении).

б) при измерении по шкале B (HRB):

Факторы, влияющие на точность измерения

  1. Важным фактором является толщина образца. Не допускается проверка образцов с толщиной менее десятикратной глубины проникновения наконечника

  2. Ограничивается минимальное расстояние между отпечатками (3 диаметра между центрами ближайших отпечатков)

  3. Недопущение параллакса при считывании результатов с циферблата

Сравнение шкал твёрдости

Простота метода Роквелла (главным образом, отсутствие необходимости измерять диаметр отпечатка) привела к его широкому применению в промышленности для проверки твёрдости. Также не требуется высокая чистота измеряемой поверхности (например, методы Бринелля и Виккерса включают замер отпечатка с помощью микроскопа и требуют полировку поверхности).

К недостатку метода Роквелла относится меньшая точность по сравнению с методами Бринелля и Виккерса. Существует корреляция между значениями твёрдости, измеренной разными методами (см. рисунок — перевод единиц твёрдости HRB в твёрдость по методу Бринелля для алюминиевых сплавов). Зависимость носит нелинейный характер.

Имеются нормативные документы, где приведено сравнение значений твёрдости, измеренной разными методами .

Задание:

  1. Определить твердость металла расчетным путем и проследить зависимость твердости металлов от состава сплава.

  2. Сравнить расчетные значения со значениями, измеренными с помощью динамического твердомера ТЭМП-2.

Решение задачи: подставляем в формулу :

значения величин, данных в задании и определяем твердость металла расчетным путем.

D = 5 мм D = 10 мм

d = 3 мм d = 6 мм

Материал:

1.Сталь: Р = 30*D2

2. Бронза: Р = 10*D2

3. Алюминий: Р = 2,5*D2

Отчет о проделанной работе.

  1. Название и цель лабораторной работы.

  2. Описание методов определения твердости по Бринеллю и Роквеллу.

  3. Сравнить значения параметров твердости, определенных расчетным и практическим путем.

  4. Вывод.

Контрольные вопросы:

. Что такое твердость?

2. Классификация методов измерения твердости.

3. Сущность измерения твердости по Бринеллю.

4. До какого значения твердости при испытании по Бринеллю используются стальные шарики?

5. Какого диаметра шарики используются при испытании на твердость по Бринеллю?

6. Из каких условии выбирается диаметр шарика при испытании на твердостьпо Бринеллю?

7. Пример записи твердости по Бринеллю?

8. Сущность измерения твердости по Роквеллу?

Литература:

Никифоров В.М., Технология металлов и конструкционные материалы, М. Машиностроение, 1987г.

Источник: https://infourok.ru/laboratornaya-rabota-opredelenie-tverdosti-metallov-po-brinellyu-809665.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.