Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Метод Бринелля
|
|
Метод измерения твердости металлов и сплавов по Бринеллю регламентируется ГОСТ 9012-59 (СТ СЭВ 468-77).
Сущность метода заключается во вдавливании стального закаленного шарика диаметром 2, 5; 5, 0 или 10 мм в испытываемый образец (изделие) под действием нагрузки, приложенной перпендикулярно к поверхности образца в течение определенного времени, и измерении диаметра отпечатка после снятия нагрузки (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Схема получения отпечатка
Твердость по Бринеллю определяется отношением приложенной нагрузки Р (кгс) к площади поверхности отпечатка F (мм2):
. (2.1)
Площадь поверхности в виде шарового сегмента определяется выражением
, (2.2)
где D – диаметр шарика, мм;
d – диаметр отпечатка, мм.
Твердость выражается в МПа или кгс/мм2. При определении твердости по Бринеллю нагрузка и диаметр шарика должны соответствовать закону подобия
Р=кD2, (2.3)
где к – постоянная для данного материала величина, равная 30, 10 или 2, 5, которая выбирается в зависимости от вида материала, его предполагаемой твердости и толщины испытываемого образца.
Диаметр шарика D, нагрузку Р и длительность выдержки t выбирают в соответствии с ГОСТом в зависимости от вида материала, его ориентировочной твердости НВ и толщины образца d (табл. 2.1). В табл. 2.1 приведены также значения коэффициента к.
Таблица 2.1
Выбор диаметра шарика, нагрузки и длительности выдержки
| Материал | Твердость по Бринеллю | Толщина образца d, мм | Коэффициент К | Диаметр шарика D, мм | Нагрузка Р, кгс | Выдержка под нагрузкой t, с |
| Черные металлы | > 140-150 | 6-3 3-2 < 2 | 10, 0 5, 0 2, 5 | 187, 5 | ||
| -«- | < 140 | > 6 6-3 < 2 | 10, 0 5, 0 2, 5 | 62, 5 | ||
| Цветные металлы | > 130 | 6-3 4-2 < 2 | 10, 0 5, 0 2, 5 | 187, 5 | ||
| -«- | 35-130 | 9-5 6-3 < 2 | 10, 0 5, 0 2, 5 | 62, 5 | ||
| -«- | 8-35 | > 6 6-3 < 3 | 2, 5 | 10, 0 5, 0 2, 5 | 62, 5 15, 6 |
Диаметр отпечатка измеряют специальным отсчетным микроскопом МПБ-2, на окуляре которого нанесена шкала с делениями, соответствующими десятым долям миллиметра, с точностью до 0, 05 мм в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Принимают среднюю из полученных величин.
На рис. 2.2 показан способ измерения отпечатка по шкале отсчетного микроскопа. В рассматриваемом случае диаметр отпечатка равен 4, 3 мм.
Измерив диаметр отпечатка, площадь поверхности отпечатка F определяют по формуле (2.2) и, зная величину приложенной силы Р, твердость определяют по формуле (2.1) или находят по табл. 2.2.
Рис. 2.2. Измерение отпечатка с помощью отсчетного
микроскопа
При измерении твердости шариком D=10 мм под нагрузкой Р=29430 Н (3000 кгс) с выдержкой t=10 с твердость по Бринеллю обозначают цифрами, характеризующими число твердости, и буквами НВ, например 175НВ (здесь175 – число твердости, кгс/мм2, НВ – твердость по Бринеллю). При других условиях испытания после букв НВ указывают условия испытания в следующем порядке: диаметр шарика, нагрузка и продолжительность выдержки под нагрузкой, разделенные наклонной чертой, например 200НВ5/250/30.
Между числом твердости по Бринеллю НВ и пределом прочности sв существует примерная количественная зависимость
sв = K × НВ,
где K – коэффициент, определенный опытным путем (табл. 2.3).
Таблица 2.2
Твердость по Бринеллю в зависимости от диаметра отпечатка
| Диаметр отпечатка d, 2d* или 4d**, мм | Число твердости при нагрузке Р, кгс | Диаметр отпечатка d, 2d* или 4d**, мм | Число твердости при нагрузке Р, кгс | ||||
| 30D2 | 10D2 | 2, 5D2 | 30D2 | 10D2 | 2, 5D2 | ||
| 3, 00 | 34, 6 | 4, 55 | 58, 1 | 14, 5 | |||
| 3, 05 | 33, 4 | 4, 60 | 56, 8 | 14, 2 | |||
| 3, 10 | 32, 3 | 4, 65 | 55, 5 | 13, 9 | |||
| 3, 15 | 31, 3 | 4, 70 | 54, 3 | 13, 6 | |||
| 3, 20 | 30, 3 | 4, 75 | 53, 0 | 13, 3 | |||
| 3, 25 | 29, 3 | 4, 80 | 51, 9 | 13, 0 | |||
| 3, 30 | 28, 4 | 4, 85 | 50, 7 | 12, 7 | |||
| 3, 35 | 27, 6 | 4, 90 | 49, 6 | 12, 4 | |||
| 3, 40 | 26, 7 | 4, 95 | 48, 6 | 12, 2 | |||
| 3, 45 | 25, 9 | 5, 00 | 47, 5 | 11, 9 | |||
| 3, 50 | 25, 2 | 5, 05 | 46, 5 | 11, 6 | |||
| 3, 55 | 97, 7 | 24, 5 | 5, 10 | 45, 5 | 11, 4 | ||
| 3, 60 | 95, 0 | 23, 7 | 5, 15 | 44, 6 | 11, 2 | ||
| 3, 65 | 92, 3 | 23, 1 | 5, 20 | 43, 7 | 10, 9 | ||
| 3, 70 | 89, 7 | 22, 4 | 5, 25 | 42, 8 | 10, 7 | ||
| 3, 75 | 87, 2 | 21, 8 | 5, 30 | 41, 9 | 10, 5 | ||
| 3, 80 | 84, 9 | 21, 2 | 5, 35 | 41, 0 | 10, 3 | ||
| 3, 85 | 82, 6 | 20, 7 | 5, 40 | 40, 2 | 10, 1 | ||
| 3, 90 | 80, 4 | 20, 1 | 5, 45 | 39, 4 | 9, 86 | ||
| 3, 95 | 78, 3 | 19, 6 | 5, 50 | 38, 6 | 9, 66 | ||
| 4, 00 | 76, 3 | 19, 1 | 5, 55 | 37, 9 | 9, 46 | ||
| 4, 05 | 74, 3 | 18, 6 | 5, 60 | 37, 1 | 9, 27 | ||
| 4, 10 | 72, 4 | 18, 1 | 5, 65 | 36, 4 | 9, 10 | ||
| 4, 15 | 70, 6 | 17, 6 | 5, 70 | 35, 7 | 8, 93 | ||
| 4, 20 | 68, 8 | 17, 2 | 5, 75 | 35, 0 | 8, 76 | ||
| 4, 25 | 67, 1 | 16, 8 | 5, 80 | 34, 3 | 8, 59 | ||
| 4, 30 | 65, 5 | 16, 4 | 5, 85 | 33, 7 | 8, 43 | ||
| 4, 35 | 63, 9 | 16, 0 | 5, 90 | 99, 2 | 33, 1 | 8, 26 | |
| 4, 40 | 62, 4 | 15, 6 | 5, 95 | 97, 3 | 32, 4 | 8.11 | |
| 4, 45 | 60, 9 | 15, 2 | 6, 00 | 95, 5 | 31, 8 | 7, 96 | |
| 4, 50 | 59, 5 | 14, 0 |
* 2d берется при использовании шарика диаметром 5 мм.
** 4d берется при использовании шарика диаметром 2, 5 мм.
Таблица 2.3
Значения коэффициента K для некоторых материалов
| Материал | Состояние материала | Условия испытаний (D=10 мм) | 
|
| Латунь | Отожженая наклепанная | Р = 10D2 | 0, 50 0, 41 |
| Алюминий | Холоднокатаный при обжатии 5% при обжатии 10% при обжатии 90% отожженный | Р – 2, 5D2 | 0, 37 0, 35 0, 40 0, 40 |
| Дюралюминий | Отожженный закаленный и состаренный | Р=10D2 Р=30D2 | 0, 36-0, 37 0, 34-0, 36 |
| Сталь легированная 220-400 НВ | - | Р=30D2 | 0, 33 |
| Сталь углеродистая и легированная НВ< 250 | - | Р=30D2 | 0, 34 |
При измерении твердости по Бринеллю необходимо соблюдать следующие условия:
1) действующее усилие перпендикулярно поверхности испытуемого образца;
2) поверхность образца должна быть плоской, чистой и гладкой;
3) образец должен лежать на подставке устойчиво;
4) минимальная толщина образца должна быть не менее 10-кратной глубины отпечатка;
5) расстояние от центра отпечатка до края образца должно быть не менее 2, 5d, между центрами двух соседних отпечатков – не менее 4d, а для металлов с НВ < 350 – 3 d и 6 d;
6) диаметры отпечатков должны находиться в пределах 0, 25D< d< 0, 6D.
Преимущества метода Бринелля – простота и надежность в работе приборов, применяемых для определения твердости, высокая точность определения твердости, так как при достаточно большом диаметре отпечатка исключается влияние локальных факторов.
Недостатки метода:
- метод не может быть применен для испытания металлов с НВ > 450;
- метод неприменим для определения твердости листовых образцов
толщиной менее 0, 5…1 мм и изделий малой жесткости;
- на поверхности испытуемого изделия остаются заметные отпечатки.
Для определения твердости по Бринеллю пользуются твердомером ТШ-2М (рис. 2.3). Прибор состоит из станины, в нижней части которой помещен винт 20 со сменными столиками 19 для испытуемых образцов. Перемещают винт вручную маховиком 21. В верхней части находится шпиндель 16 со сменными наконечниками 17. Основная нагрузка прикладывается к образцу посредством рычажной системы. На длинном плече основного рычага 6 имеется подвеска со сменными грузами 4. При нажатии пусковой кнопки освобождается рычаг и на шарик воздействует нагрузка. Время действия нагрузки устанавливается с помощью устройства, расположенного с правой стороны прибора.
Рис. 2.3. Твердомер ТШ-2М