Материал: Испытание металлов на твёрдость

Метод Польди

Наряду с рассмотренными статическими методами, иногда для определения твердости крупногабаритных деталей применяется также и динамический метод Польди.

Определение твердости по методу Польди НР основано на сравнении диаметров отпечатков шарика, полученных одновременно на исследуемом образце и эталоне с известной твердостью в результате одного удара (рисунок 2.11).

Рисунок 2.11 Определение твердости по методу Польди

Удар производится ручным молотком по бойку, который прижат к эталону пружиной. Шарик находится между эталоном и образцом. При ударе шарик вдавливается и в образец, и в эталон.

Измерив диаметры отпечатков на образце и эталоне и зная твердость эталона, можно подсчитать твердость исследуемого образца

Прибор Польди дает приближенные результаты, так как твердость эталона Нэ определяется при статическом вдавливании по методу Бринелля, а твердость исследуемого образца НР- при динамическом вдавливании.

Для одного и того же материала динамическая твердость значительно больше статической. Для различных материалов отношение этих твердостей колеблется в пределах от 1,6 до 2,8.

Практически твердость по методу Польди после удара и измерения диаметров отпечатков не подсчитывается по приведенным формулам, а определяется по соответствующим таблицам.

Измерение твердости методом Шора

При измерении твердости по Шору груз вместе с укрепленным на нем индентором (обычно это стальной шарик) падает с высоты Нп на образец перпендикулярно его поверхности (рисунок 2.12). Твердость по Шору определяется по высоте отскока шарика Но. Шкала твердости разделена на 130 единиц. Она рассчитана таким образом, что твердость закаленной заэвтектоидной стали оказывается равной 100 единиц. Эти приборы используются для экспресс-анализов. Между твердостью по Шору и другими методами нет никакой взаимосвязи.

Рисунок 2.12 Схема определения твердости по Шору.

В некоторых случаях, когда применение перечисленных методов невозможно, твердость определяется с помощью тарированных напильников.

Этот метод менее точен, но прост и легко применим в цеховых условиях.

Порядок выполнения работы

Получите у лаборанта образцы металлов, подлежащие испытанию на твердость (ориентировочная величина твердости образцов должна быть известна) и при необходимости прошлифуйте на шлифовальной бумаге.

Проведение испытаний на твердость по Бринеллю на приборе ТШ-2

Используя данные таблицы 2.1, убедитесь, что диаметр шарика (рисунок 2.2) и величина нагрузки 2, установленные на приборе, соответствует характеристикам образца, подлежащего испытанию на твердость, учитывая, что рычажная система с подвеской создают нагрузку 1839 H (187,5 кгс).

Положите образец на стол 5 прибора и вращением маховика 7 по часовой стрелке подожмите его к шарику до тех пор, пока он не упрется в ограничитель 4.

Нажатием кнопки 8 включите электродвигатель привода прибора. По окончании испытания (после того как сигнальная лампа 6 погаснет TD0.0, а электродвигатель остановится) вращением маховика 7 против часовой стрелки опустите стол. Снимите образец со стола.

Измерьте диаметр отпечатка с помощью микроскопа МПБ-3.

Для этого:

• 1) установите микроскоп основанием колонки 5 (рисунок 2.3) на испытуемый образец так, чтобы отверстие в основании было концентрично с измеряемым отпечатком, а окно в колонке находилось против внешнего источника света;
• 2) наблюдая в окуляр 1 и вращая его вокруг продольной оси, установите резкое изображение шкалы сетки;
• 3) вращением установочного кольца 3 добейтесь получения резкого изображения отпечатка в поле зрения окуляра;
• 4) снимите отсчет по шкале с ценой деления 0,02 мм;

Рассчитайте среднее арифметическое двух измерений, по таблицам (ГОСТ 9012) определите твердость НВ образца и рассчитайте предел прочности материала.

Занесите данные в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 Результаты испытаний твердости

Проведение испытаний на твердость по Бринеллю на приборе ТП-2

Убедитесь, что нагрузка 17 (рисунок 2.7), установленная на приборе, составляет 613 Н (62,5 кгс). При этом следует иметь в виду, что подвеска передает нагрузку, равную 49 Н (5 кгс).

Включите прибор и проверьте освещенность.

Переводом рукоятки 13 вниз до защелкивания приведите привод прибора в состояние готовности к испытаниям.

Установите поворотную головку 5 в крайнее левое положение. При этом индентор 8 встанет по оси прибора.

Провести испытания на твердость образцов малоуглеродистой стали. Установите испытуемый образец стали на стол 10 и вращением маховика 11 поднимите стол до упора образца в торец защитного чехла 7.

Нажатием на клавишу 12 приведите прибор в действие. По окончании испытания (рычаг 13 поднимется в верхнее положение, а сигнальная лампа 14 погаснет) опустите маховиком стол до выхода образца из контакта с индентором.

Установите рукояткой поворотную головку 5 в крайнее правое положение. При этом объектив 6 микроскопа окажется точно над отпечатком, оставленном индентором на поверхности образца. Наблюдая в окуляр 2 и опуская стол, добейтесь четкого видения отпечатка.

С помощью измерительной системы микроскопа измерьте диаметр отпечатка. Измерение отпечатков производится с помощью двух штрихов, которые перемещаются вращением микрометрического винта 1 и барабанчика 4.

Вращением микрометрического винта 1 подведите нулевой штрих видимой в поле окуляра шкалы слева от отпечатка, вращением барабанчика 4 подведите подвижный штрих справа от отпечатка так, как это показано на рисунке 2.13.

1 -отпечаток; 2 -шкала окуляра; 3 -подвижный штрих

Рисунок 2.13 Схема измерения диаметра отпечатка

Снять показания: целые числа по шкале, видимой в поле окуляра, десятые и сотые - по шкале, нанесенной на боковой поверхности барабанчика 4 (рисунок 2.7).

По результатам трех измерений диаметров отпечатков по таблице (ГОСТ 10241 - 62) определить твердость HB. Определить среднее значение твердости.

Вычислить предел прочности стали, зная твердость HB.

Данные занесите в таблицу 2.2.

Проведение испытаний на твердость по Роквеллу на приборе ТК - 2

Перед испытанием на твердость по Роквеллу необходимо произвести контроль прибора с целью определения точности его показаний. Контроль прибора производят при помощи брусков, твердость которых заранее известна. При проверке показания прибора должны находиться в пределах чисел твердости, обозначенных на контрольных брусках. Если твердость по прибору не соответствует твердости контрольных брусков, то к показаниям прибора при испытании образцов вводится соответствующая поправка. Порядок проведения контроля аналогичен порядку проведения испытаний.

Убедитесь, что индентор и величина нагрузки, установленные на приборе (рисунок 2.9), соответствуют характеристикам образца, подлежащего испытанию на твердость. 2.4.3.3 Тумблером включите электродвигатель привода прибора.

Провести испытания на твердость образцов отожженной стали шариком (шкала В) при нагрузке 981 H (100 кгс) и закаленной стали алмазным конусом (шкала С) при нагрузке 1475 H (150 кгс). Допускается применение конусных инденторов из твердого сплава при твердости до 50 HRCэ.

Установите испытуемый образец на стол и вращением маховика плавно, ОСТОРОЖНО поднимите его до соприкосновения образца с индентором.

При быстром подъеме образца можно сломать кончик азмазного индентора.

Продолжая подъем стола, установите стрелки индикатора так, чтобы малая стрелка заняла положение у красной точки, а большая - положение, близкое к вертикальному (допустимо отклонение от вертикали не более, чем на 15 градусов).

Установочным диском совместите нулевую отметку черной шкалы индикатора с большой стрелкой. Нажатием клавиши приведите прибор в действие.

После того, как стрелки индентора установятся, произведите отчет по соответствующей шкале.

Вращением маховика отведите образец от индентора.

Твердость следует измерять не менее, чем в трех точках. Расстояние между центрами двух соседних отпечатков или от центра отпечатка до края образца должно быть не менее 3 мм. Определите среднее значение твердости.

Данные испытаний твердости занесите в таблицу 2.2.

Содержание отчета

В отчете должны быть изложены:

• 1) цель работы;
• 2) характеристика испытаний на твердость, как способа исследования металлов; краткое описание методов определения твердости по Бринеллю, Виккерсу, Роквеллу;
• 3) схемы испытания на твердость методами Бринелля, Виккерса и Роквелла;
• 4) заполненные таблицы с результатами измерения твердости по методам Бринелля и Роквелла; расчет предела прочности материалов, испытанных по методу Бринелля.