Определение твердости металлов и сплавов по методу Бринелля
Комитет по науке и высшей школе
Санкт-Петербургское государственное бюджетное образовательное
учреждение среднего профессионального образования
«Невский машиностроительный техникум»
Лабораторная работа 2ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЁРДОСТИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ПО МЕТОДУ БРИНЕЛЛЯ
МВ.ЛР-02._______ ._______.
группа № в группе
1 Цель работы.
Овладение практическими навыками по определению твёрдости методом Бринелля.
2 Вариант работы - ____ .3 Материальное обеспечение.
3.1 Прибор ТШ – 2М.
3.2 Оптический микроскоп МПБ-2.
3.3 Калькулятор.
3.4 Образцы из стали, латуни и алюминия.
3.5 Переводные таблицы Бринелля.
4 Задачи и порядок работы.
4.1 Изучить устройство, основные характеристики и работу прибора ТШ – 3М.
4.2 Выбрать значение коэффициента «К» в зависимости от марки металла образца.
4.3 Определить диаметр шарика и нагрузку для выбранного коэффициента «К».
4.4 Установить на приборе требуемые диаметр и нагрузку или выбрать прибор с требуемыми шариком и нагрузкой.
4.5 Установить образец на подставку прибора. Ввести в соприкосновение шарика с образцом путём вращения маховика до упора, опеспечив предварительную нагрузку.
4.6 Включить прибор.
4.7 Только после автоматического выключения прибора освободить образец вращением маховика и снять образец.
4.8 Замерить в двух перпендикулярных направлениях диаметр отпечатка с помощью микроскопа МПБ-2. Результаты замеров занести в таблицу отчёта.
4.9 Определить твёрдость по переводной таблице Бринелля.
4.10 Рассчитать по формуле значение твёрдости и сравнить расчётные данные с табличными значениями. Занести данные в таблицу отчёта.
4.11 Составить отчёт с выводами по работе.
5 Теоретические предпосылки
При измерении твёрдости металлов и сплавов по Бринеллю стальной или из твёрдого сплава шарик вдавливается в образец (деталь) под действием нагрузки, приложенной в течение определённого времени, а после снятия нагрузки измеряется диаметр отпечатка, оставшегося на поверхности (как показано на рисунках 3 и 4 лабораторной работы МВ.ЛР-01). Число твёрдости по Бринеллю определяется по формуле
HB=2FπDш×(Dш-dотп),
где F - нагрузка, кг.с;
Dш - диаметр шарика, мм;
dотп - диаметр отпечатка, мм.
Минимальная толщина образца S должна быть не менее десятикратной глубины отпечатка hотп и определяется по формуле :S>10×hотп=10×Fπ×Dш×HB .
В приложении 2 ГОСТ 9012-59 указывается минимальная толщина образца или детали в зависимости от предполагаемой твёрдости по Бринеллю, диаметра шарика и нагрузки. Поверхность образца (детали) должна быть ровной, гладкой, свободной от окисной плёнки. При подготовке поверхности для замера твёрдости необходимо принять меры, исключающие изменение свойств материала. Обработку поверхности можно проводить шлифовкой или напильником с мелкой насечкой. При определении твёрдости диаметром шарика 1мм поверхность должна быть отполирована.
На противоположной стороне образца не должно быть заметно следов деформации. Испытание проводят при температуре 10…35 градусов Цельсия. Образец должен находиться на подставке устойчиво, исключая возможность его перемещения или прогиба во время испытаний. Продолжительность выдержки под нагрузкой должна быть от 10 до15 секунд для чёрных металлов в зависимости от материала и его твёрдости.
Расстояние между центрами двух соседних отпечатков должно быть не менее 4 диаметров отпечатков, а расстояние от центра отпечатка до края детали не менее 2,5 диаметра отпечатка для материалов с твёрдостью менее 350 HB. Диаметр шарика и соответствующую нагрузку следует выбирать так, чтобы диаметр отпечатка находился в пределах от 0,25 до 0,6 Dш. При несоблюдении этих требований необходимо изменить условия испытаний (диаметр шарика и нагрузку). Диаметр отпечатка измеряют в двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью микроскопа или других приборов с погрешностью измерения 0,25 % (для шариков диаметром 5 и 10 мм) и 0,5 % (для шариков диаметром 1,2 и 2,5 мм) диаметра шарика и определяют среднее арифметическое двух измерений. При этом разность измерений диаметров одного отпечатка не должна превышать 2 % от меньшего из них.
Испытание проводят с применением нагрузок, зависящих от соотношений коэффициента К (см.таблица 2) и Dш2
F=K×Dш2Твёрдость по Бринеллю при условиях испытания: диаметре шарика, равного 10 мм, нагрузке 3000кгс при продолжительности выдержки 10…15 секунд – обозначается цифрами, указывающими на величину твёрдости и буквами «HB», например, 185 HB.
При других условиях испытания после букв «HB» указываются условия испытания в следующем порядке: диаметр шарика, величина нагрузки и
продолжительность выдержки под нагрузкой, например,185 HB 5/750/20 (твёрдость 185 HB определена с применением шарика диаметром 5 мм, при нагрузке 750 кгс и продолжительностью выдержки под нагрузкой 20 секунд).
Буквы «HB» употребляются при применении стального шарика для металлов и сплавов с твёрдостью не более 450 HB, а буквы «HBW» при применении шарика из твёрдого сплава для металлов и сплавов с твёрдостью более 450 HB.
Таблица 1 Определение средней твердости по методу БринелляДиаметр
отпечатка
dотпЧисла твердости по Бринеллю при усилии Fкгс, равном KⅹDш2 Диаметр
отпечатка dотпЧисла твердости по Бринеллю при усилии Fкгс, равном KⅹDш2 Диаметр
отпе-чаткаdотпЧисла твердости по Бринеллю при усилии Fкгс, равном KⅹDш2
30Dш2 10Dш2 30Dш2 10Dш2 30Dш2 10Dш2
2,00 946 315 3,55 293 97,7 5,05 140 46,5
2,05 899 300 3,60 205 94,9 5,10 137 45,5
2,10 856 285 3,65 277 92,3 5,16 134 44,6
2,15 817 272 3,70 269 89,7 5,20 131 43,7
2,20 780 260 3,75 262 87,2 5,25 128 42,8
2,25 745 248 3,80 255 84,9 5,30 126 41,9
2,30 712 237 3,85 248 82,6 5,35 123 41,0
2,35 682 227 3,80 241 80,4 5,40 121 40,2
2,40 653 218 3,95 235 78,3 5,45 118 39,4
2,45 627 209 4,00 229 76,3 5,50 116 38,6
2,50 601 200 4,05 223 74,3 5,55 114 37,9
2,55 578 193 4,10 217 72,4 5,60 111 37,1
2,60 555 185 4,15 212 70,6 5,65 109 36,4
2,65 534 178 4,20 207 68,8 5,70 107 35,7
2,70 514 171 4,25 201 67,1 5,75 105 35,0
2,75 495 165 4,30 197 65,5 5,80 103 34,3
2,80 477 159 4,35 192 63,9 5,85 101 33,7
2,85 461 154 4,40 187 62,4 5,90 99,2 33,1
2,00 444 148 4,45 183 60,9 5,95 97,3 32,1
2,95 429 143 4,50 179 59,5 6,00 95,5 31,8
3,00 415 138 4,55 174 58,1 6,05 93,7 31,2
3,05 401 134 4,60 170 56,8 6,10 92,0 30,7
3,10 388 129 4,65 167 55,5 6,15 90,3 30,1
3,15 375 125 4,70 163 54,3 6,20 88,7 29,6
3,20 363 121 4,75 159 53,0 6,25 87,1 29,0
3,25 352 117 4,80 156 51,9 6,30 85,5 28,5
3,30 341 114 4,85 152 50,7 6,35 84,0 28,0
3,35 331 110 4,90 149 49,6 6,40 82,5 27,5
3,40 321 107 4,95 146 48,6 6,45 81,0 27,0
3,45
3,50 311
302 104
101 5,00 143 47,5 6,50 79,6 26,5
Примечание. При диаметре шарика Dш5 мм, расчетный диаметр отпечатка увеличивать в 2 раза, а при диаметре шарика Dш 2,5 мм - в 4 раза. К - коэффициент, равный отношению усилия к квадрату диаметра шарика.
Таблица 2 Определение коэффициента К
Наименование металлов и сплавов Коэффициент К Твёрдость, HB
Железо, сталь и другие высокопрочные сплавы 30 96…450
Титан и его сплав 15 50…220
Алюминий, медь, никель и их сплавы 10 32…200
Магний и его сплавы 5 160…100
Подшипниковые сплавы 2,5 8…50
Олово, свинец 1 3,2… 20
Таблица 3 Выбор диаметра шарика и нагрузки
Диаметр
шарика,
мм Нагрузка для коэффициента К
кгс
30 15 10 5 2,5 1
1,0 30 - 10 5 2,5 1,0
2,0 120 - 40 20 10 4,0
2,5 187,5 - 62,5 31,2 15,6 6,2
5,0 750 - 250 125 62,5 25
10,0 3000 1500 1000 500 250 100
Определив нагрузку по таблице 3, коэффициент «К» по таблице 2, выбирают диаметр шарика и нагрузку по таблице 3.
В стандарте ГОСТ 9012 приводятся таблицы твёрдости по Бринеллю при диаметрах шариков 1, 2, 2,5, 5 и 10 мм и соотношениях между испытательной нагрузки и квадратом диаметра ( К ) 1, 2,5, 5, 10, 15 и 30 мм.
Величина твёрдости по Бринеллю не имеет точного перевода их в другие величины твёрдости или характеристик прочности на растяжение.
Ориентировочно между временным сопротивлением и твёрдостью по Бринеллю при продолжительности выдержки под нагрузкой 15 секунд следующие зависимости:
- для стали σв=3,6HB, МПа;- для латуни σв=5,5HB, МПа.
В отчёте данные по замерам твёрдости следует привести по форме таблицы 4.
Таблица 4 Результаты определения твёрдости по методу Бринелля
№
образца Материал
образца Шарик К,
кгс/мм2 F,
кгс dотп, мм HB
(HBW) σв,
МПа
Dш,
мм материал 1 2 ср. 1 2 3 4 5 6