Материал: Испытание металлов на твёрдость

Приборы для испытания на твердость методами Виккерса и Бринелля

а - общий вид; б - схема;

• 1 - микрометрический винт; 2 - окуляр; 3 - микроскоп; 4 - барабанчик;
• 5 - поворотная головка; 6 - объектив; 7 - защитный чехол;
• 8 - индентор; 9 - рукоятка; 10 - стол; 11 - маховик; 12 - клавиша;
• 13 - рычаг; 14 - сигнальная лампа; 15 - промежуточный шпиндель;
• 16 - рабочий шпиндель; 17 - подвеска с грузом; 18 - станина.

Рисунок 2.7 Прибор ТП-2

Прибор ТП-2 (рисунок 2.7) предназначен для измерения твердости по Виккерсу по методу вдавливания алмазной пирамиды (ГОСТ 2999-75) при нагрузках, Н(кгс): 49(5); 98(10); 196(20); 294(30). Прибор позволяет производить испытания твердости по Бринеллю (ГОСТ 9012-59) в диапазоне до 140 HB стальным шариком диаметром 2,5 мм при нагрузках 153,2 H (15,5 кгс) и 613 H (62,5 кгс).

На приборе можно производить испытания как мягких металлов, так и металлов высокой твердости, а также цементованных, азотированных и др.

Все части прибора смонтированы на литой станине 18. Испытуемый образец устанавливают на стол 10, имеющий возможность перемещаться в вертикальном направлении с помощью маховика 11. Конструкция гидравлической системы привода прибора обеспечивает получение цикла испытания, при котором все операции (нагружение, выдержка под нагрузкой и снятие нагрузки) происходят автоматически. Подготовку привода к испытанию осуществляют путем заведения рычага 13. Включение привода производят клавишей 12. При этом нагрузка, создаваемая грузами 17, через рычажную систему и шпиндели 15 и 16 передается на индентор 8, который внедряется в поверхность испытуемого материала. В период нагружения горит сигнальная лампа 14, а рычаг 13 поднимается вверх.

Отпечаток индентора, остающийся на поверхности образца после снятия нагрузки, измеряют с помощью измерительного микроскопа 3, смонтированного на приборе и снабженного двумя сменными объективами, позволяющими получать общее увеличение, равное 50х и 125х.

В настоящее время ОАО «Точприбор» (г. Иваново) выпускает приборы для измерения твердости металлов по методу Бринелля ТБ 5004 и приборы универсальные ИТ 5010 для измерения твердости металлов и сплавов по методам Виккерса и Бринелля с цифровой индексацией.

Диапазоны измерения твердости прибора ТБ 5004:

• - наконечниками со стальными шариками от 4 до 450 HB;
• - с твердосплавными шариками от 4 до 650 HBW;

Испытательные нагрузки, H(кгс): 1839(1875,5); 2452(250); 4903(500); 7355(750); 9807(1000); 14710(1500); 29420(3000);

Продолжительность выдержки образца под нагрузкой регулируемая: от 5 до 300 с.

Диапазоны измерений твердости прибора ИТ 5010 по методу Виккерса, HV - 8 - 2000; по методу Бринелля, HB - 5 - 450.

ОАО «Точприбор» (г. Иваново) также выпускает приборы переносные ИТ 5160 для измерения твердости HV на плоских и криволинейных поверхностях изделий из сталей и их сплавов в лабораторных, цеховых и полевых условиях. Допускается применение приборов для измерения твердости чугунов и сплавов из цветных металлов. Прибор состоит из датчика, электронного блока и блока питания с соединительными устройствами. Прибор обеспечивает математическую обработку результатов испытаний, а именно:

• - вычисление среднего значения из серии до 255 измерений;
• - нахождение наименьшего значения в серии;
• - вычисление вариации (размаха) показаний в серии;
• - просмотр последовательно каждого результата испытания в серии;
• - исключение некорректного результата испытания из последующей статистической обработки;
• - сохранение настроечных параметров, введенных оператором, после выключения;
• - коррекцию градуировочной кривой.

Метод Роквелла

Этот метод измерения твердости (ГОСТ 9013-59) наиболее универсален и наименее трудоемок. Испытания проводят на приборе ТК-2. Здесь нужно измерять размеры отпечатка, так как числа твердости отсчитывают непосредственно по шкале. Отпечатки от конуса или шарика очень малы и поэтому можно испытывать без их порчи.

Определение твердости по методу Роквелла основано на вдавливании в исследуемый материал закаленного стального шарика диаметром 1,59 мм или алмазного конуса и последующем измерении глубины вдавливания (рисунок 2.8).

Рисунок 2.8 Схема измерения твердости по Роквеллу

Шарик или конус вдавливается в испытуемый образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок: предварительной P0 и основной P1.

Предварительно нагружают для того, чтобы исключить влияние упругой деформации и шероховатости поверхности образца на результаты измерений. Под действием предварительной нагрузки Pо, она всегда равна 98 H (10 кгс), индентор погружается в поверхность образца на величину hо (рисунок 2.8). Затем на образец подается основная нагрузка P1 (общая нагрузка Р будет равна сумме предварительной Ро и основной Р1 нагрузок).

Глубина вдавливания h после снятия основной нагрузки P1, когда на индентор вновь действует только предварительная нагрузка Pо, в условных единицах определяет число твердости по Роквеллу. Твердость по Роквеллу - величина безразмерная, выраженная в условных единицах.

Величину твердости определяют по индикаторной шкале, каждое деление которой соответствует глубине вдавливания 2 мкм. На циферблате имеются две шкалы: черная - при использовании алмазного конуса и красная - при использовании стального шарика. Стрелка индикатора отмечает не указанную глубину вдавливания h, а величину 100 - h по черной шкале при измерении твердости алмазным конусом и величину 130 - h по красной шкале при измерении шариком, где 100 и 130 - число делений на шкалах С и В индикатора.

Твердость на приборе Роквелла можно измерять:

- алмазным конусом с общей нагрузкой 1471 H (150 кгс), значение твердости характеризуется цифрой, показываемой стрелкой на черной шкале.

С циферблата. Обозначается символом HRC. Эту шкалу используют для твердых материалов с твердостью более 450 НВ, например, закаленных сталей. Предел измерений по шкале С - 20-67;

• - алмазным конусом с общей нагрузкой 589 H (60 кгс). Значение твердости в этом случае определяют по шкале А. Обозначают HRA и применяют для особо твердых материалов, например, для изделий из твердых сплавов с твердостью более HRC 70, а также для измерения тонких твердых поверхностных слоев (0,3-0,5 мм); изделий с поверхностной термической или химико-термической обработкой. Пределы измерений твердости по шкале А - 70-85;
• - стальным шариком с общей нагрузкой 981 H (100 кгс). Значение твердости определяют по красной шкале В. Обозначают HRB. Способ применяют для измерения сравнительно мягких материалов, например мягкой отожженной стали или цветных сплавов. Пределы измерения твердости по шкале В - 25-100.

При замере твердости по Роквеллу расстояние от центра отпечатка до края образца или до центра другого отпечатка должно быть не менее 1,5 мм при вдавливании конуса и 4 мм при вдавливании шарика. Толщина образца должна быть не менее 10-кратной глубины отпечатка. Твердость следует замерять не менее, чем в трех точках.

Сравнение чисел твердости по Роквеллу и по Бринеллю приведено в приложении А.

Приборы для измерения твердости по методу Роквелла

Прибор ТК-2 предназначается для определения твердости металлов и сплавов по методу вдавливания алмазного конуса или стального закаленного шарика под действием заданной нагрузки в течение определенного времени.

Испытания проводят в соответствии с ГОСТ 9013-59.

Схема прибора ТК представлена на рисунке 2.9. Основные механизмы: рычажное устройство, привод с электродвигателем, механизм подъема, щток нагрузки.

Рисунок 2.9 Прибор ТК-2

При измерении твердости в поверхность образца, установленного на столе 3, под действием предварительной нагрузки, создаваемой сжатием пружины и основной нагрузки 9, внедряется индентор 2. Глубина вдавливания индентора измеряется индикатором 1. Однако шкалы индикатора проградуированы не в единицах длины, а в единицах твердости, поэтому значение твердости читают непосредственно по одной из шкал индикатора.

АО «Точприбор» г. Иваново в настоящее время выпускает приборы для измерения твердости по методу Роквелла ТР 5006 и ТР 5006 - 02. Прибор ТР 5006 предназначен для измерения твердости по Роквеллу металлов и сплавов, графитов и металлографитов, пластмасс, клееной фанеры, прессованной древесины и других материалов. К прибору может дополнительно поставляться грузовая подвеска для обеспечения измерения твердости по методу Бринелля с нагрузками H(кгс): 612,9(62,5); 980,7(100); 1226(125); 1839(187,5). При этом обозначение прибора ТР 5006 - 02. Диапазон измерения твердости по методу Роквелла: шкала А, HRA - от 70 до 93; шкала B, HRB - от 25 до 100; шкала C, HRCэ - от 20 до 70. Продолжительность времени приложения основной нагрузки регулируемая, от 2 до 8 с.

Твердомер 2120ТР (рисунок 2.10) относится к группе полуавтоматических твердомеров. Особенностью конструкции является электромеханическое перемещение испытательного стола, предварительное обжатие испытуемого изделия, автоматизация приложения и снятия предварительной и основной нагрузок.

Рисунок 2.10 Твердомер 2120ТР.