Випробування металів та сплавів на твердість за методом. Лабораторна робота №2

Мета роботи – ознайомитися з будовою й принципом дії твердоміра Брінеля типу ТБ 5004; навчитися обирати режими випробувань; виконувати дослідження на твердість за Брінелем зразків сталей та кольорових металів.
Обладнання, матеріали та інструмент – автоматичний важільний прилад ТБ 5004; зразки для виконання дослідів; шліфувальний папір; штангенциркуль; мікроскопи МПБ-2.
Зміст роботи – вивчити теоретичні відомості. Ознайомитися з будовою та принципом дії твердоміра Брінеля. Виконати випробування на твердість. Навчитися вимірювати твердість за Брінелем. Оформити протокол досліджень, намалювати необхідні рисунки.

Короткі теоретичні відомості
Твердість – це властивість матеріалу опиратися
місцевому пластичному деформуванню при контактній
дії на нього більш твердого тіла (стандартного індентора), який не деформується при втискуванні.
Метод Брінеля зводиться до статичного вдавлювання у поверхню вимірюваного матеріалу під навантаженням Рв (кГс) загартованої сталевої кульки певного діаметру D, мм. За величиною відбитка кульки d, мм (глибина h) визначають число твердості, користуючись формулою: HB = P/F,
де F – площа поверхні відбитка кульки, мм2.
Позначивши площу сферичного відбитка через діаметр кульки
одержимо формулу, за якою можна визначити твердість:

Твердість за Брінелем (НВ) визначається у кгс/мм2 або в МПа. Навантаження, його тривалість та діаметр кульки обирають відповідно до таблиці. Діаметр кульки залежить від товщини виробу. Для випробувань використовують стальні загартовані кульки діаметром 2,5, 5 та 10 мм. Для невеличких виробів враховуються також розміри поверхні і відстань від центру відбитка до краю виробу повинна складати не менше 2,5d, а між центрами сусідніх відбитків – не менше 4d (якщо В < 350, то ці відстані складають відповідно 3d та 6d).
Рис. 2.1 Схема випробувань на твердість за Брінелем

Навантаження обирають залежно від діаметра кульки та вимірюваної твердості, яку оцінюють приблизно з урахуванням природи матеріалу та способу його обробки.
Таблиця 2.1
Залежність діаметра кульки й навантаження від твердості й товщини зразка

Таблиця 2.2

До переваг цього методу відносять його надійність та конструктивну простоту використаних приладів. Крім того, на основі твердості за Брінелем можна приблизно визначити межу міцності при розтягуванні: σ = k*HB, де k – перевідний безрозмірний коефіцієнт, який залежить від матеріалу (для сталі, наприклад, він дорівнює 0,34…0,36).
Недоліки: цей метод не дозволяє випробувати матеріали з твердістю понад 4500 Мпа (може деформуватися загартована кулька) або товщиною менше 1 мм. Необхідно ретельно шліфувати поверхню зразка, регулювати час витримки під навантаженням, вести пошук за результатами випробувань у таблицях тощо.

Техніка безпеки
Перед початком роботи перевірити заземлення.
Забороняється регулювання й настроювання приладу під час роботи.
Вантажі на підвісці розташовувати пазами під 90о відносно один одного.
Забороняється самостійно працювати на приладі без спеціального інструктажу та дозволу викладача.

Порядок виконання роботи:
1. Ознайомитися з будовою та принципом дії твердоміра Брінеля.
Підготувати зразок до випробувань: бруд, окалину, фарбу та інше
видалити дрібним шліфувальним папером.
Знаючи марку сталі або сплаву зразків, визначити передбачену твердість
(табл. 2.2.).
4. Виміряти товщину зразка.
5. Керуючись таблицею 2.1 підібрати режим випробування: навантаження Р, діаметр кульки d, час витримки під навантаженням t.
6. Установити на підвіску вантаж відповідно до обраного навантаження. Закріпити в оправці кульку потрібного діаметра. Установити необхідну витримку.
7. Покласти деталь (зразок) на предметний столик. Обертаючи маховик, підвести зразок до контакту з кулькою (до клацання). Тим самим буде прикладене попереднє навантаження силою 1 кН, що необхідно для забезпечення однакових зусиль навантаження зразків.
8. Увімкнути прилад. У момент прикладання повного навантаження засвітиться сигнальна лампочка. На початку розвантажування вона погасне. Дещо пізніше зупиниться електродвигун.
9. Обертаючи маховик проти годинникової стрілки, звільнити зразок й зняти його зі столика.

Порядок виконання роботи:
Виміряти мікроскопом МПБ-2 діаметр відбитка кульки у двох напрямках (під кутом 90 град.) і визначити dср.
11. В [3, додаток 1] знайти число твердості за Брінелем, заповнити протокол випробувань
Рис. 2.2 Схема відліку за шкалою мікроскопа

Таблиця 2.3

Звіт про виконану роботу
повинен містити:
Формулу визначення твердості за
Брінелем із необхідними поясненнями;
Протокол випробувань (табл. 2.3), рис. 2.3.;
Висновки;
4. Письмові відповіді на контрольні питання.