Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат

Министерство образования Русской Федерации

Таганрогский Муниципальный Радиотехнический Институт

Кафедра Механики

Реферат


Выполнил:

Студент гр. Р-99

Андриевский В. А.

Проверил:

доцент кафедры механики

Шаповалов Р. Г.

Таганрог 2001

Способы определения твердости металлов

Одной из более всераспространенных черт, определяющих качество металлов и сплавов, возможность их внедрения в разных конструкциях и при разных критериях работы, является твердость Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат. Тесты на твердость выполняются почаще, чем определение других механических черт металлов: прочности, относительного удлинения и др.

Твёрдостью материала именуют способность оказывать сопротивление механическому проникновению в его поверхностный слой другого твёрдого тела. Для определения твёрдости в поверхность материала с определённой силой вдавливается тело (индентор), выполненное в виде железного шарика, алмазного Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат конуса, пирамиды либо иглы. По размерам получаемого на поверхности отпечатка судят о твёрдости материала. Зависимо от метода измерения твёрдости материала, количественно её охарактеризовывают числом твёрдости по Бринелю (НВ), Роквеллу (HRC) либо Виккерсу (HV) . Обозначенные механические свойства связаны меж собой, потому их определенные значения могут быть найдены расчётным оковём на Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат базе данных о твёрдости при помощи формул, приобретенных для определенного материала с определённой термической обработкой. Так, к примеру, предел выносливости на извив сталей с твёрдостью 180-350 НВ равен приблизительно 1,8 НВ, с твёрдостью 45-55 HRC - 18 HRC+150, связь предела выносливости с пределом прочности стали описывается соотношениями: Определенным образчикам конструкционных материалов, также выполненным из Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат их изделиям, присуща особенность прочностных и упругих черт. Разброс их значений для разных образцов, выполненных из 1-го и такого же материала, обоснован статистической природой прочности твёрдых тел, различием структур снаружи схожих образцов. Из-за неопределённости реальных механических черт материала, неопределённости неких наружных нагрузок, действующих на технический объект, погрешности расчётов Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат для обеспечения неопасной работы проектируемых конструкций должны быть приняты надлежащие проектному шагу обеспечения надёжности меры предосторожности. В качестве таковой меры употребляется снижение в n раз относительно небезопасного напряжения материала (предела прочности, предела текучести, предела выносливости либо предела пропорциональности) величины очень допускаемых напряжений, применяемых в условии прочности. Величина n Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат получила заглавие нормативного коэффициента припаса прочности , который выбирается по таблице либо рассчитывается как произведениеn = n1 * n2 * n3 , где n1 -учитывает среднюю точность определения напряжений, n2 -учитывает неопределённость механических черт материала, n3 -учитывает среднююстепень ответственности проектируемой детали.

Существует несколько методов измерения твердости, различающихся по нраву воздействия наконечника. Твердость можно определять вдавливанием индентора Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат (метод вдавливания), ударом либо же по отскоку наконечника – шарика. Твердость, определенная царапаньем, охарактеризовывает сопротивление разрушению, по отскоку – упругие характеристики, вдавливанием сопротивление пластической деформации. Зависимо от скорости приложения нагрузки на индентор твердость различают статическую (нагрузка прикладывается плавненько) и динамическую (нагрузка прикладывается ударом).

Обширное распространение испытаний на твердость разъясняется Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат рядом их преимуществ перед другими видами испытаний:

- простота измерений, которые не требуют специального эталона и могут быть выполнены конкретно на проверяемых деталях;

- высочайшая производительность;

- измерение твердости обычно не тянет за собой разрушения детали, и после измерения ее можно использовать по собственному предназначению;

- возможность приблизительно оценить по твердости другие свойства металла Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат, сначала предел прочности.

Так, к примеру, зная твердость по Бринеллю (HB), можно найти предел прочности на растяжение (временное сопротивление).

,

где k – коэффициент, зависящий от материала;

k = 0,34 – сталь HB 120 … 175;

k = 0,35 – сталь HB 175 … 450;

k = 0,55 – медь, латунь и бронза отоженные;

k = 0,33 … 0,36 – алюминий и его сплавы.

Наибольшее применение получило измерение твердости вдавливанием в испытываемый Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат металл индентора в виде шарика, конуса и пирамиды (соответственно способы Бринелля, Роквелла и Виккерса). В итоге вдавливания довольно большой нагрузкой поверхностные слои металла, находящиеся под наконечником и поблизости него, пластически деформируются. После снятия нагрузки остается отпечаток. Величина внедрения наконечника в поверхность металла будет тем меньше, чем Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат тверже испытываемый материал.

Таким макаром под твердостью понимают сопротивление материала местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого тела – индентора.

Измерение твердости по Бринеллю

Твердость по способу Бринелля (ГОСТ 9012-59) определяют вдавливанием в испытываемый эталон железного шарика определенного поперечника D под действием данной нагрузки P в течение определенного времени Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат (Рис. 1). В итоге вдавливания шарика на поверхности эталона выходит отпечаток (лунка). Число твердости по Бринеллю, обозначаемое HB, представляет собой отношение нагрузки P к площади поверхности сферического отпечатка F и измеряется в кгс/мм2 либо МПа:

(2)

Площадь шарового сектора составит:

, мм2 (3)

где D –поперечник шарика, (мм);

h – глубина отпечатка, (мм).

Потому что глубину Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат отпечатка измерить тяжело, а проще измерить поперечник отпечатка d, выражают h через поперечник шарика D и отпечатка d:

, (мм) (4)

Тогда , (мм2 ) (5)

Число твердости по Бринеллю определяется по формуле:

, (кгс/мм2 ) (6)

Для перевода твердости по Бринеллю в единицы СИ нужно помножить число твердости в кгс/мм2 на 9,81, т.е Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат. HB=9,81*HB (МПа).

Для получения сравнимых результатов при определении твердости HB шариками различного поперечника нужно соблюдать условие подобия.

Подобие отпечатков при различных D и P будет обеспечено, если угол j остается неизменным (Рис. 1.1). Подставив в формулу (6) , получим последующее выражение:

Из этой формулы видно, что значение HB будет Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат оставаться неизменным, если и .

В практике при определении твердости не делают вычислений по формуле (6), а пользуются таблицами, составленными для установленных поперечников шариков, отпечатков и нагрузок. Шарики используют поперечником 10,5 и 2,5 мм. Поперечник шарика и нагрузка выбираются в согласовании с шириной и твердостью эталона (табл. 1). При всем этом для получения схожих чисел твердости 1-го Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат материала при испытании шариками различных поперечников нужно соблюдать закон подобия меж получаемыми поперечниками отпечатков. Потому твердость определяют при неизменном соотношении меж величиной нагрузки P и квадратом поперечника шарика D2 . Это соотношение должно быть разным для металлов разной твердости.

Способ Бринелля не рекомендуется использовать для материалов с Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат твердостью более 450 HB, так, как металлической шарик может приметно деформироваться, что занесет погрешность в результаты испытаний.

Таблица 1

Условия тесты металлов на твердость по Бринеллю

Число твердости по Бринеллю, измеренное при стандартном испытании (D = 10 мм, P = 3000 кгс), записывается так: HB 350. Если тесты проведены при других критериях, то запись будет иметь последующий вид Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат: HB 5/250/30-200, что значит – число твердости 200 получено при испытании шариком поперечником 5 мм под нагрузкой 250 кгс и продолжительности нагрузки 30 с.

При измерении твердости по способу бринелля нужно делать последующие условия:

- эталоны с твердостью выше HB 450 кгс/мм2 (4500 МПа) испытывать воспрещается;

- поверхность эталона должна быть плоской и чистой от окалины Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат и других сторонних веществ;

- поперечникы отпечатков должны находиться в границах 0,2D£d£0,6D;

- эталоны обязаны иметь толщину более 10 – кратной глубины отпечатка (либо наименее поперечника шарика);

- расстояние меж центрами примыкающих отпечатков и меж центром отпечатка и краем эталона должны быть более 4d.

Определение твердости HB делается на прессе Бринелля (твердомер типа ТШ) в Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат последующем порядке. Испытываемый эталон (деталь) устанавливают на столике 1 (Рис. 2) шлифованной поверхностью наверх. Поворотом маховика 2 по часовой стрелке столик прибора поднимают так, чтоб шарик 4 мог вмяться в испытываемую поверхность. Маховик 2 крутят до упора, и нажатием кнопки включают электродвигатель 6. Движок перемещает коромысло и равномерно нагружает шток с закрепленным в Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат нем шариком. Шарик под действием нагрузки 3, сообщаемой приведенным к коромыслу грузом, вдавливается в испытываемый материал. Нагрузка действует в течение определенного времени (10 … 60 с), задаваемого реле времени, после этого вал мотора, вращаясь в оборотную сторону, соответственно перемещает коромысло и снимает нагрузку. После автоматического выключения мотора, поворачивая маховик 2 против часовой стрелки, опускают Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат столик прибора и снимают эталон.

Поперечник отпечатка определяют с помощью отсчетного микроскопа (лупы Бринелля), на окуляре которого имеется шкала с делениями, надлежащими десятым толикам мм. Измерение проводят с точностью до 0,05 мм в 2-ух взаимно перпендикулярных направлениях; для определения твердости следует принимать среднюю из приобретенных величин.

Измерение твердости по ВиккерсУ

При испытании Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат на твердость по способу Виккерса в поверхность материала вдавливается алмазная четырехгранная пирамида с углом при верхушке a=1360 (Рис. 1.1). После снятия нагрузки вдавливания измеряется диагональ отпечатка d1 . Число твердости по Виккерсу HV подсчитывается как отношение нагрузки З к площади поверхности пирамидального отпечатка М:

Число твердости по Виккерсу обозначается эмблемой HV Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат с указанием нагрузки P и времени выдержки под нагрузкой, при этом размерность числа твердости (кгс/мм2 ) не ставится. Длительность выдержки индентора под нагрузкой принимают для сталей 10 – 15 с, а для цветных металлов – 30 с.

К примеру, 450 HV10/15 значит, что число твердости по Виккерсу 450 получено при P = 10 кгс (98,1 Н), приложенной к алмазной Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат пирамиде в течение 15 с.

Достоинства способа Виккерса по сопоставлению с способом Бринелля состоит в том, что способом Виккерса можно испытывать материаллы более высочайшей твердости из-за внедрения алмазной пирамиды.

Измерение твердости по Роквеллу

При всем этом способе индентором является алмазный конус либо металлической закаленный шарик. В отличие от Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат измерений по способу Бринелля твердость определяют по глубине отпечатка, а не по его площади. Глубина отпечатка измеряется в самом процессе вдавливания, что существенно упрощает тесты. Нагрузка прилагается поочередно в две стадии (ГОСТ 9013-59): поначалу подготовительная, обычно равная 10 кгс (для устранения воздействия упругой деформации и различной степени шероховатости), а потом основная (Рис Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат. 3).

После приложения подготовительной нагрузки индикатор, измеряющий глубину отпечатка, устанавливается на нуль. Когда отпечаток получен приложением конечной нагрузки, основную нагрузку снимают и определяют остаточную глубину проникания наконечника t.

Твердость определяют на приборе Роквелла (Рис. 4), в нижней части станции которого установлен столик 5. В высшей части станции индикатор 3, масляный регулятор 2 и шток 4, в каком Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат устанавливается наконечник с алмазным конусом (имеющим угол при верхушке 1200 и радиус закругления 0,2 мм) либо железным шариком поперечником 1,588 мм. Индикатор 3 представляет собой циферблат, на котором нанесены две шкалы (темная и красноватая) и имеются две стрелки – большая (указатель твердости) и малая – для контроля величины подготовительного нагружения, сообщаемого вращением маховика Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат 6. Столик с установленным на нем прототипом для измерений поднимают вращением маховика до того времени, пока малая стрелка не окажется против красноватой точки на шкале. Это значит, что наконечник вдавливается в эталон под подготовительной нагрузкой, равной 10 кгс.

После чего поворачивают шкалу индикатора (круг циферблата) до совпадения числа 0 на темной шкале с Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат большой стрелкой. Потом включают основную нагрузку, определяемую грузом 1, и после остановки стрелки считывают значение твердости по Роквеллу, представляющее собой цифру. Столик с прототипом опускают, вращая маховик против часовой стрелки.

Твердомер Роквелла определяет разность меж глубиной отпечатков, приобретенных от вдавливания наконечника под действием основной и подготовительной нагрузок. Каждое давление (единица шкалы Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат) индикатора соответствует глубине вдавливания 2 мкм. Но условное число твердости по Роквеллу (HR) представляет собой не обозначенную глубину вдавливания t, а величину 100 – t по темной шкале при измерении конусом и величину 130 – t по красноватой шкале при измерении шариком.

Числа твердости по Роквеллу не имеют размерности и того Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат физического смысла, который имеют числа твердости по Бринеллю, но можно отыскать соотношение меж ними при помощи особых таблиц.

Твердость по способу Роквелла можно определять:

- алмазным конусом с общей нагрузкой 150 кгс. Твердость измеряется по шкале С и обозначается HRC (к примеру, 65 HRC). Таким макаром определяют твердость закаленной и отпущенной сталей, материалов средней твердости Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат, поверхностных слоев шириной более 0,5 мм;

- алмазным конусом с общей нагрузкой 60 кгс. Твердость измеряется по шкале А, совпадающей со шкалой С, и обозначается HRA. Применяется для оценки твердости очень жестких материалов, тонких поверхностных слоев (0,3 … 0,5 мм) и тонколистового материала;

- железным шариком с общей нагрузкой 100 кгс. Твердость обозначается HRB Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат и измеряется по красноватой шкале B. Так определяют твердость мягенькой (отожженной) стали и цветных сплавов.

При измерении твердости на приборе Роквелла нужно, чтоб на поверхности эталона не было окалины, трещинок, выбоин и др. Нужно держать под контролем перпендикулярность приложения нагрузки и поверхности эталона и устойчивость его положения на столике прибора. Расстояние Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат отпечатка должно быть более 1,5 мм при вдавливании конуса и более 4 мм при вдавливании шарика.

Твердость следует определять более 3 раз на одном образчике, усредняя приобретенные результаты.

Преимущество способа Роквелла по сопоставлению с способами Бринелля и Виккерса состоит в том, что значение твердости по способу Роквелла фиксируется конкретно стрелкой Методы измерения твердости материалов по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу - реферат индикатора, при всем этом отпадает необходимость в оптическом измерении размеров отпечатка.

Перечень применяемой литературы

1. Геллер Ю.А. Рахштадт А.Г. Материаловедение. Способы анализа, лабораторные работы и задачки. М.: Металлургия, 1984г.

2. Металловедение и термообработка стали: Справ. М.Л Бернштейн, А.Г. Рахштадт М.: Металлургия, 1983г.



metodi-glubinnih-issledovanij.html
metodi-gosudarstvennogo-regulirovaniya-povisheniya-effektivnosti-predprinimatelskoj-deyatelnosti-kazahstanskij-opit.html
metodi-gosudarstvennogo-regulirovaniya.html