Визначення твердості методом Брінеля

Лабораторна робота №1

 

Тема: « Визначення твердості металів за Брінеллем »

 

Мета роботи :  Ознайомитися з методикою визначення твердості металів за Брінеллем.

 

Завдання

1.  Провести  випробування на твердість за Брінеллем зразків сталі та сплавів кольорових металів різної товщини.
2.  Визначити твердість.
3.  Вивчити :

3.1) схему випробування  (із замальовкою) та величину твердості по Брінеллю;

3.2) устрій автоматичного важільного пресу ;

3.3) вибір діаметру кулі навантаження ;

3.4) підготовку  зразка для випробування;

3.5) підготовка пристрою до проведення випробування

3.6) методика вимірювання відбитка

3.7) визначення твердості по таблиці

3.8)  контроль прибору ;

проведення випробування.

4. Результати випробувань оформити в вигляді протоколу.
5. Написання звіту з роботи

 

 

 

 

 

Прилади, матеріали та інструменти

1. Автоматичний важільний прес
2. Зразки сталі та сплавів кольорових металів різної товщини
3. Лупа для вимірювання діаметру відбитка
4. Наждачне точило
5. Напилок

Схема випробування величини твердості за Брінеллем

         Випробування величини твердості за Бінеллем  проводиться втисканням в зразок що випробовується стального шару певного діаметру  під дією заданого навантаження на протязі певного часу.

        Схема випробування на твердість Брінеллю дана на малюнку 1. В результаті втискання кола на поверхні зразка отримується відбиток (лунка) відношення навантаження Р (кулявого сегмента )  F,мм²  дає число твердості позначаємо НВ. Дивіться малюнок 1.

Малюнок 1. Схема випробування на твердість за методом Брінелля.

Поверхня кульового сегменту.

F = πDh, де

D – діаметр кулі що втискається, мм;

h – глибина відбитка, мм

          Так як глибину відбитка h виміряти складно, а набагато легше виміряти  діаметр відбитка d, то доцільно величину h, мм виразити через діаметр кулі D та відбитка d.

Тоді поверхня F кулявого сегменту, мм² :

А  число твердості за Брінеллем буде характеризуватися формулою

 

Прилад для випробування на твердість за Брінеллем

           Найбільш поширеним пристроєм для випробування на твердість за Брінеллем є автоматичний важільний прес.

 

Автоматичний важільний прес

          Схема автоматичного важільного преса зображена на малюнку 2 в верхній частині сторінки 1 є шпиндель 7, в який вставляється наконечник із кулею 6.  Може бути встановлений один з трьох наконечників – із кулею діаметром 10; 5 або 2,5 мм.

          Столик 4 слугує для встановлення на ньому зразка який випробовується 5. Обертання рукоятки 15 призводять в рух гвинт 3, який переміщується до гори, піднімає столик та зразок 5 стискає кульку 6. При обертанні рукоятки 15 до тих пір, поки вказівник 14 не стане напроти риски, пружина стискається до відмови та створюється попереднє навантаження 1000 Н (100кгс).

 

Малюнок 2. Схема автоматичного важільного пресу для визначення твердості.

         Електродвигун 13, який вмикається за допомогою натискання кнопки, розташованої з боку пресу, приводить до обертання ексцентрика 2. При обертанні ексцентрика 2, шатун 9 переміщається до низу та опускає важіль 10 та з’єднується з ним підвіску 11 з вантажем 12, створює цим навантаження на кульку, яка втискається в зразок.  При подальшому обертанні ексцентрика 2 шатун 9, переміщається до гори, піднімається важіль 10 та підвіску 11 з вантажем 12, знімає цим навантаження з кульки. Коли важіль і підвіски з вантажем досягне вихідного положення, автоматично подається сигнал дзвінком та вимикається електродвигун.

       Обертання рукоятки 15 проти годинникової стрілки опускають столик 4 .  В залежності  від вантажів, встановлених на підвісці 11, створюється різноманітне навантаження ( таблиця 1).

 

Вибір діаметра кульки навантаження

            Кульки різноманітного діаметра (10,2,2.5 мм) застосовуються в залежності від товщини випробовує мого матеріалу..

 

 

Таблиця 1. Підбір вантажів для навантаження автоматичного важільного пресу

Навантаження	Найменування вантажів забезпечуючи необхідне навантаження	Примітка
1875	А	А – підвіска, що створює навантаження в 1875Н; Б  - малих вантажів створює навантаження в 625Н; В – середній вантаж, створює навантаження в 2500Н; Г -  великий вантаж, створює навантаження в 5000Н
2500	А+Б
5000	А+Б+В
7500	А+Б+Г
10000	А+Б+В+Г
30000	А+Б+В+5Г

 

Матеріал	Межі вимірювання в одиниці твердості за Брюнеллем	Мінімальна товщина зразка що випробовується , мм	Відношення між навантаженням Р та діаметром кулі	Діаметр кулі, мм	Навантаження Р, Н	Витяг під навантаженням
Чорні матері мат	1400-4500	6-3 4-2 <2	Р = 300D2	10.0 5.0 2.5	30000 7500 1875	10
	<1400	>6 6-3 <3	Р = 100D2	10.0 5.0 2.5	10000 2500 625	10
Кольорові матеріали	1300	6-3 4-2 <2	Р = 300D2	10.0 5.0 2.5	30000 7500 1875	30
	350-1300	9-3 6-3 <3	Р = 100D2	10.0 5.0 2.5	10000 2500 625	30
	80-350	>6 6-3 <3	Р = 25D2	10.0 5.0 2.5	2500 625 156	60

 

            Навантаження Р обирає в залежності від якості випробовує мого матеріалу за формулою :

, де

К – постійна для даного матеріалу величина, рівна 300; 100 та 25.

              В таблиці 2 приведенні данні з вибору діаметра кулі та навантаження в залежності від твердості (в МПа) і товщини зразка що випробовується.  При випробуванні кульками різних діаметрів (10;5 і 2,5 мм) застосовують різні навантаження; при випробуванні більш м’яких металів навантаження менше.

             Матеріал зразка, товщину записати у графу 2, в умовах випробовувань ( діаметр кульки і навантаження) в графу 3 протоколу випробовувань.

 

 

Підготовка зразка для випробовування.

               Перед випробовуванням поверхні зразка, в яку буде вливатися кулька, обробляють наждачним каменем або напилком, щоб вона була рівна, гладкою та не було окалини або інших дефектів.

              Підготовка поверхні зразка необхідна для отримання правильного відбитка і щоб краї його були чітко видно для вимірювання.

 

Підготовка пристрою та проведення випробовування.

1. Встановити на  підвіску 11 ( малюнок 2) вантажі 12, відповідні обраній для випробовування навантаженню.
2. Наконечник з кулею встановити шпиндель 7 та закріпити.
3. На столик 4 помістити зразок що потрібно випробувати 5. Зразок повинен щільно лежати на столику. Центр відбитка повинен знаходитись від краю зразка на відстані не менше діаметру кулі
4. Обертання рукоятки 15 за годинниковою стрілкою підняти столик та натисніть зразок 5 до кулі 6, продовжувати обертання рукоятки 15 до тих пір, поки вказівник 14 не стане напроти риски.
5. Натисканням кнопки ввімкнути електродвигун.
6. Після сигналу дзвінком обертанням проти годинникової стрілки рукоятки І₀, опустити 4 і зняти з нього зразок з отриманням відбитка.
7. Виміряти отриманий відбиток
8. Визначити твердість.

 

Методика вимірювання відбитка та визначення твердості.

            Отриманий відбиток виміряють за допомогою лупи в двох взаємно перпендикулярних направленнях, діаметра відбитка визначається як середнє арифметичне із двох вимірів. Лупа ( малюнок 3) має шкалу ( малюнок 3), малий тиск яке рівне 0,1 мм.

 

Малюнок 3 Лупа для вимірювання відбитка

а-зовнішній вигляд; б-шкала лупи.

           Лупу нижньої опорної частини треба плотво встановити на випробовувану поверхню зразка над відбитком, якщо лупа не має спеціальної лампочки для освітлення поверхні, виріз у нижній частині лупи, зверніться до світла. Повертає окуляр, необхідно досягти, щоб краї відбитка були  різко очорнене.

          Тоді, переміщуючи лупу, треба один край відбитка поєднати з початком шкали( малюнок 4). Прочитати ділення шкали, з яким співпадає протилежний край відбитка. Даний відлік буде відповідати розміру відбитка (на малюнку 4 діаметр відбитка  d = 4,30 мм). Тоді лупу або зразок потрібно повернути на 90º та виміряти діаметр відбитка другий раз.

         Середнє арифметичне значення діаметру відбитка записати в графу 4 протоколу випробовування.

          Щоб не прибігати до довгочасним вираховуванням твердості  по приведеній вище формулі,  на практиці користуються спеціальною таблицею, яка дає переклад діаметру відбита в число твердості НВ.

          Отримане число твердості НВ записати в графу 7 протоколу випробування.

           Для отримання правильної характеристики твердості даного матеріалу необхідно провести  ще два повторних випробування на твердість того ж зразка; отримані результати записати в графи 5,6 ( діаметри відбитків ) і 8 та 9 ( числа твердості ), визначити середній результат та записати в графу 10 протоколу випробування. При повторних випробуваннях центр відбитка повинен знаходитися від центру  сусіднього відбитка на відстані не менше двох діаметрів кульки.

 

 

Малюнок 4 відлік по шкалі лупи

 

Протокол випробування на твердість по Брінеллю.

Тип пресу ___________________________________

№	Матеріал, товщина зразка, мм	Умови випробовування  ( діаметр кулі в мм та навантаження а Н)	Діаметр відбитка, мм			Твердість НВ
			відбиток			Відбиток			Середнє
			1й	2й	3й	1й	2й	3й
1	Сталь	10,0	4,8	4,6	5,0	519	568	475	520