Определение твёрдости металлов по Бринеллю

При испытании на твёрдость по методу Бринелля в поверхность материала вдавливается твердосплавный шарик диаметром Д под действием нагрузки Р, после снятия нагрузки измеряется диаметр отпечатка d (см. рисунок 5.1а).

Процесс измерения твёрдости по Бринеллю состоит из следующих основных последовательно выполняемых операций:

а) подготовка образцов материала к испытанию. Образец материала должен иметь параллельные поверхности (испытуемую и опорную), без окалины, ржавчины или каких-либо неровностей. При необходимости эти поверхности подвергают специальной зачистке при обработке наждачной бумагой, шлифовальным кругом или напильником, при этом образец не должен нагреваться выше 120–150 °С. Минимальная толщина образца материала должна быть не менее десятикратной глубины отпечатка;

б) находят по таблице 5.1 диаметр шарика Д, нагрузку Р и время выдержки под нагрузкой t;

Таблица 5.1 – Рекомендуемые параметры испытаний по Бринеллю

Материал	Интервал твёрдости в числах Бринелля	Толщина испытуемого образца, мм	Соотношение между нагрузкой Р и диаметром шарика Д	Диаметр шарика, мм	Нагрузка Р, числитель кГс, знаменатель Н	Выдержка под нагрузкой, с
Чёрные металлы	140–150	6-3 4-2 <2		10 5 2,5	3000/29400 750/7358 187,5/1839	10
То же	<140	>6 6-3 <2		10 5 2,5	1000/9810 250/2459 62,5/613	10
Цветные металлы	>130	6-3 4-2 <2		10 5 2,5	3000/29400 750/7358 187,5/1839	30
То же	35–130	9-3 6-3 <3		10 5 2,5	1000/9810 250/2459 62,5/613	60
То же	8–35	>6 5-3 <3		10 5 2,5	250/2453 62,5/613 15,6/153	60

в) подготовка твердомера ТШ к испытаниям. Шарик, выбранный по таблице 5.1, закрепляют в держателе 3 (см. рисунок 3.2) и устанавливают необходимую нагрузку Р на приборе. Нагрузка создаётся массой рычажной системы 13, подвески 11 и сменными грузами 12. В зависимости от формы испытуемого образца подбирают опорный столик 6. Твёрдость плоских образцов измеряют на плоском столике, а цилиндрических – на призматическом. После этого соответствующим перемещением подвижной чашки 8 по отношению шкалы, расположенной на станине прибора, устанавливают время выдержки образца под нагрузкой. Чашку 8 в нужном положении закрепляют винтом 9;

г) работа с прибором при испытании. Испытуемый образец материала 5 устанавливают на столике 6 таким образом, чтобы центр отпечатка располагался от края образца на расстоянии не менее 2,5 диаметра, а от центра соседнего отпечатка – не менее двух диаметров отпечатка. Затем подводят образец к шарику, для чего вращают маховик 10 до упора образца в ограничитель 4, а при отсутствии последнего – до сжатия пружины 20. Нажатием кнопки 7 включают электродвигатель 17, который через червячный редуктор 18, кривошипный вал 16 и шатун 15 отводит вниз ролик 14. Вследствие этого действие нагрузки Р через систему рычагов 13, стержень 19, шпиндель 21 сообщается шариковому наконечнику 22. Этот момент фиксируется загоранием лампочки 1. После соответствующей выдержки испытуемого образца под действием нагрузки Р вращение электродвигателя переключается автоматически на обратное: ролик 14 перемещается вверх, возвращает рычаг 13 в исходное до нагрузки шарика положение, электродвигатель автоматически отключается, и лампочка гаснет;

Рисунок 5.2 – Схема устройства твердомера ТШ

д) определение показателя твёрдости. Для определения числа твёрдости НВ по диаметрам отпечатка d пользуются специальной таблицей. Максимальная твёрдость испытуемых образцов металлов и сплавов не должна превышать 450 НВ. Испытание более твёрдых металлов повлечёт за собой деформацию шарика, твёрдость которого 650 НВ.

Испытание на твёрдость одного и того же образца производится дважды, при этом при каждом испытании диаметр отпечатка измеряется в двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью специального отсчётного микроскопа МПБ-2 с точностью до сотых долей миллиметра. Схема измерения диаметров d ₁и d ₂ приведена на рисунке 3.3.

При Д = 10 мм, Р= 29400 Н и времени выдержки под нагрузкой 10 с твёрдость по Бринеллю обозначается символом НВ с указанием числа твёрдости. При этом размерность (кГс/мм²) не ставится, например 200 НВ.

При использовании шариков других диаметров (2,5 и 5 мм) изменяется нагрузка вдавливания, а символ твёрдости НВ дополняется тремя индексами.

Например, 180 НВ _2,5/187,5/30  обозначает, что при Д = 2,5 мм, Р= 187,5 кГс (1839 Н) и времени выдержки под нагрузкой 30 с число твёрдости по Бринеллю равно 180.

0 1 2 3 4 5 6 7

2

1

d 1

d 2

Рисунок 5.3 – Схема измерения диаметра отпечатка c помощью отсчётного микроскопа