Соотношения диаметра шарика, нагрузки и времени выдержки

7 
Таблица 1.2 
Числа твёрдости по Бринеллю 
Диаметр 
отпечат-
ка, мм 
Числа твёрдости  
при нагрузке Р, кгс 
Диаметр  
отпечатка, 
мм 
Числа твёрдости  
при нагрузке Р, кгс 
30 D
2
 
10 D
2
 
2,5 D
2
 
30 D
2
 
10 D
2
 
2,5 D
2
 
2,90 
2,95 
3,00 
3,05 
3,10 
3,15 
3,20 
3,25 
3,30 
3,35 
3,40 
3,45 
3,50 
3,55 
3,60 
3,65 
3,70 
3,75 
3,80 
3,85 
3,90 
3,95 
4,00 
4,05 
4,10 
4,15 
4,20 
4,25 
4,30 
4,35 
4,40 
4,45 
444 
429 
415 
401 
388 
375 
363 
352 
341 
331 
321 
311 
302 
293 
285 
277 
269 
262 
255 
248 
241 
235 
229 
223 
217 
212 
207 
201 
197 
192 
187 
183 
– 
– 
– 
– 
129,0 
125,0 
121,0 
117,0 
114,0 
110,0 
107,0 
104,0 
101,0 
97,7 
95,0 
92,3 
89,7 
87,2 
84,9 
82,6 
80,4 
78,3 
76,3 
74,3 
72,4 
70,6 
68,8 
67,1 
65,5 
63,9 
62,4 
60,9 
– 
– 
34,6 
33,4 
32,3 
31,3 
30,3 
29,3 
28,4 
27,6 
26,7 
25,9 
25,2 
24,5 
23,7 
23,1 
22,4 
21,8 
21,2 
20,7 
20,1 
19,6 
19,1 
18,6 
18,1 
17,6 
17,2 
16,8 
16,4 
16,0 
15,6 
15,2 
4,50 
4,55 
4,60 
4,65 
4,70 
4,75 
4,80 
4,85 
4,90 
4,95 
5,00 
5,05 
5,10 
5,15 
5,20 
5,25 
5,30 
5,35 
5,40 
5,45 
5,50 
5,55 
5,60 
5,65 
5,70 
5,75 
5,80 
5,85 
5,90 
5,95 
6,00 
179 
174 
170 
167 
163 
159 
156 
152 
149 
146 
143 
140 
137 
134 
131 
128 
126 
123 
121 
118 
116 
114 
111 
109 
107 
105 
103 
101 
99,2 
97,3 
96,5 
59,5 
58,1 
56,8 
55,5 
54,3 
53,0 
51,9 
50,7 
49,6 
48,6 
47,5 
46,5 
45,5 
44,6 
43,7 
42,8 
41,9 
41,0 
40,2 
39,4 
38,6 
37,9 
37,1 
36,4 
35,7 
35,0 
34,2 
33,7 
33,1 
32,4 
31,8 
14,9 
14,5 
14,2 
13,9 
13,6 
13,3 
13,0 
12,7 
12,4 
12,2 
11,9 
11,6 
11,4 
11,2 
10,9 
10,7 
10,50 
10,30 
10,10 
9,86 
9,66 
9,46 
9,27 
9,10 
8,93 
8,76 
8,59 
8,43 
8,26 
8,11 
7,96 
 
Примечание.  Диаметры  отпечатков в  таблице  даны для  шариков диаметром  10 мм. 
При определении чисел твёрдости с использованием шарика диаметром 5 мм, диаметр 
отпечатка необходимо умножить на 2, а при испытании шариком диаметром 2,5 мм – на 4. 

 
8 
1.1.2. Измерение твёрдости методом Роквелла  
 
Измерение  твёрдости  методом  Роквелла  производится  вдавливанием 
индентора  (алмазного  конуса  с  углом  при  вершине  120
о
  и  радиусом  за-
кругления 0,2 мм или стального закаленного шарика диаметром 1,588 мм) в 
испытуемый  образец  под  действием  двух  последовательно  прилагаемых 
нагрузок  (предварительной  и  общей).  Общая  нагрузка  Р  равна  сумме 
предварительной Р
0
 и основной Р
1
. 
Предварительное  нагружение  производится  с  целью  исключения 
влияния упругой деформации и шероховатости поверхности на результаты 
измерений. 
Твёрдость  по  Роквеллу  выражается  в  условных  единицах,  соответст-
вующих осевому перемещению индентора на 0,002 мм. 
Схема 
определения 
твёрдости 
по 
Роквеллу 
приведена  на  рис.  1.3.  Ин-
дентор  вначале  вдавлива-
ется  в  испытуемый  мате-
риал  на  глубину  h
о
  под 
действием предварительной 
нагрузки 
Р
0
.  При  приложе-
нии основной нагрузки 
Р
1
 в 
течение  2…6  с  индентор 
вдавливается  на  глубину 
h
1
.  После  снятия  основной  нагрузки  остается 
глубина вдавливания 
h
. Величину твёрдости по Роквеллу можно опреде-
лить по формуле 
002
0
)
(
0
,
h
h
t
НR
max
.
                                   (1.2) 
 
где 
t
max
 
–  постоянная  величина,  устанавливаемая  в  зависимости  от  вида 
индентора  (для  алмазного  конуса  –  0,2  мм,  а  для  стального  шарика  – 
0,26 мм). 
Твердомер  Роквелла  (рис.  1.4)  оснащён  индикатором  часового  типа 
(рис. 1.5), шкала которого разделена на 100 частей. Каждое деление шкалы 
соответствует  осевому  перемещению  индентора  на  0,002  мм.  Индикатор 
имеет две шкалы с одинаковой ценой деления, которые размещены на од-
P
0
P
1
P
0
Р
P
0
h
0
h
1
h
 
Рис. 1.3. Схема определения твёрдости
 

9 
ном  циферблате:  черную  (наружную)  для  производства  испытаний  с  ал-
мазным (коническим) наконечником при нагрузках 60 или 150 кгс и крас-
ную  (внутреннюю)  для  производства  испытаний  с  шариковым  наконеч-
ником при нагрузке 100 кгс. Красная шкала смещена относительно нуле-
вого деления черной шкалы на 30 делений.  
Необходимость смещения вызвана тем, что при испытании шариком с 
нагрузкой 100 кгс глубина отпечатка не бывает меньше 0,06 мм и, следо-
вательно,  перемещение  стрелки  по  циферблату  не  бывает  меньше  30  де-
лений.  Кроме  того,  глубина  вдавливания  часто  достигает  0,26  мм,  т. е. 
стрелка делает поворот более, чем на 100 делений. 
 
 
 
Числа твёрдости по Роквеллу определяются с использованием индика-
тора по формулам:  
 при измерениях по чёрной шкале с нагрузкой 60 кгс (шкала А) 
;
002
0
100
0
,
h
h
HRA
                                          (
1.3)
 
6
2
1
4
3
5
7
8
6
1
4
3
5
7
8
2
Рис.  1.4.  Твердомер  Роквелла  ТК-2:  
1  –  индентор;  2  –  грузы;  3  –  стол;  4  –  об-
разец; 5 – маховик; 6 – индикатор; 7 – ба-
рабан; 8 – пусковая клавиша 
Рис. 1.5. Индикатор 

 
10 
 при измерениях по красной шкале с нагрузкой 100 кгс (шкала В) 
;
002
0
130
0
,
h
h
HRB
                                        (
1.4)
 
 при измерении по чёрной шкале с нагрузкой 150 кгс (шкала С) 
002
0
100
0
,
h
h
HRC
э
.                                      (
1.5) 
Шкала А используется для измерения твёрдости тонких изделий и очень 
твёрдых материалов (например, инструментальных твёрдых сплавов). 
Шкала В служит для испытания материалов средней твёрдости.  
Шкала  С  служит  для  измерения  твёрдости  закалённых  или  цементо-
ванных изделий. Пределы измерения твёрдости устанавливаются согласно 
табл. 1.3. 
Таблица 1.3 
Пределы измерения твёрдости 
 
Обозначение 
Индентор 
Нагрузка, кгс 
шкалы 
числа твёрдости 
Р
0 
Р
1 
Р 
А 
В 
С 
HRA 
HRB 
HRC 
Алмазный конус 
Стальной шарик 
Алмазный конус 
10 
10 
10 
50 
90 
140 
60 
100 
150 
 
При  измерении  твёрдости  поверхность  образца  или  изделия  должна 
быть  плоской.  Испытание  образцов  с  криволинейными  поверхностями 
допускается  только  при  радиусе  кривизны  не  менее  15  мм.  В  противном 
случае на образце делают лыску. 
Минимальная толщина образца должна быть не менее восьмикратной 
глубины внедрения наконечника после снятия основной нагрузки 
Р
1
. Она 
зависит от  ожидаемой твёрдости образца и меняется от  2 мм (при самой 
низкой твёрдости по шкале В) до 0,4 мм (при самой высокой твёрдости по 
шкале А). 
На обратной стороне испытуемого образца после измерения твёрдости 
не должно быть заметно следов деформации. 
Расстояния  между  центрами  двух  соседних  отпечатков  или  от  центра 
отпечатка до края образца должны быть не менее 3,0 мм. 

11 
Число  твёрдости  представляет  собой  среднее  арифметическое,  как 
минимум,  трёх  отдельных  измерений  и  указывается  непосредственно  за 
символом,  обозначающим  метод  испытания  и  использованную  шкалу:  
80 HRA, 70 HRB, 50 HRC. 
При необходимости числа твёрдости по Роквеллу можно приближённо 
перевести в числа твёрдости по Бринеллю (табл. 1.4). 
Таблица 1.4 
Соотношение чисел твёрдости при испытании  
различными методами 
 
По Роквеллу 
По Бринеллю 
По Роквеллу 
По Бринеллю 
HRB 
HRC 
HRA 
Диаметр 
отпечатка, 
мм 
HB 
HRB 
HRC 
HRA 
Диаметр 
отпечатка, 
мм 
HB 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
100 
98 
72 
67 
63 
59 
56 
52 
49 
47 
44 
41 
39 
37 
35 
33 
30 
28 
26 
24 
22 
89 
85 
83 
81 
79 
77 
76 
74 
73 
71 
70 
69 
68 
67 
66 
65 
64 
63 
62 
2,2 
2,3 
2,4 
2,5 
2,6 
2,7 
2,8 
2,9 
3,0 
3,1 
3,2 
3,3 
3,4 
3,5 
3,6 
3,7 
3,8 
3,9 
4,0 
782 
713 
652 
600 
555 
512 
477 
444 
415 
388 
363 
341 
321 
302 
281 
269 
255 
241 
229 
97 
95 
93 
91 
88 
86 
84 
82 
80 
76 
75 
72 
69 
67 
65 
62 
59 
57 
54 
20 
18 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
61 
60 
58 
57 
56 
55 
53 
52 
51 
50 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
– 
4,1 
4,2 
4,3 
4,4 
4,5 
4,6 
4,7 
4,8 
4,9 
5,0 
5,1 
5,2 
5,3 
5,4 
5,5 
5,6 
5,7 
5,8 
5,9 
217 
207 
197 
187 
179 
170 
163 
156 
149 
143 
137 
131 
126 
121 
116 
111 
107 
103 
99 
 
 
 

 
12 
1.2. Порядок выполнения работы 
 
1.2.1. Измерение твёрдости методом Бринелля на твердомере ТШ-2М 
 
1.  Подготовить  твердомер  ТШ-2М  (рис.  1.6)  к  работе,  для  чего  в  за-
висимости от условий испытания (табл. 1.1) установить соответствующий 
индентор 3 и необходимый груз 4. 
2.  Испытуемый  образец  установить  на  столик  2.  Вращением  по  часо-
вой стрелке маховика 1 подвести образец до соприкосновения с шариком 3 
и, продолжая вращение маховика, довести до упора, создавая этим пред-
варительную нагрузку. 
3.  Нажатием  кнопки  5  включить  электродвигатель.  Приложение  ос-
новной нагрузки, выдержка под нагрузкой и снятие нагрузки осуществля-
ется  автоматически.  В  момент 
начала  приложения  нагрузки 
загорается  сигнальная  лампа  и 
горит в течение времени, соот-
ветствующего  установленной 
длительности  выдержки  ша-
рика под нагрузкой. 
4.  После  остановки  элек-
тродвигателя  вращением  ма-
ховика  1  против  часовой 
стрелки  опустить  столик  2  и 
освободить образец. 
5.  Замерить  диаметр  отпе-
чатка  отсчётным  микроскопом 
МБП-2.  Замеры  производить  в 
двух перпендикулярных плоскостях с определением средней величины. 
6.  Каждый образец испытать трижды. За конечный результат принять 
среднее  арифметическое  из  трёх  измерений.  Результаты  занести  в  графы  
5, 6, 7, 8  табл. 1.5. 
7.  Найти числа твёрдости и результаты занести в графу 9 (табл. 1.5). 
 
 
 
 
4
3
2
1
6
5
1
2
5
4
3
6
 
 
 
Рис  1.6  Твердомер  Бринелля  ТШ-2М:  
1  –  маховик;  2  –  столик;  3  –  индентор;  
4  –  грузы;  5  –  кнопка  включения  элек-
тродвигателя; 6 – сигнальная лампа 

13 
 1.2.2. Измерение твёрдости методом Роквелла на твердомере ТК-2 
 
1. Подготовить  твердомер  Роквелла  ТК-2  (см.  рис.  1.4)  к  работе,  для 
чего  в  зависимости  от  условий  испытаний  установить  соответствующий 
наконечник  1, необходимый груз  2,  включить электродвигатель прибора, 
нулевое  значение  черной  шкалы  индикатора  (см.  рис.  1.5)  установить  в 
строго вертикальное положение. 
2. Установленный  на  столе  3  образец  4  вращением  маховика  5  по  ча-
совой стрелке привести в соприкосновение с индентором 1 и дальнейшим 
подъемом стола вместе с образцом приложить предварительную нагрузку 
Р
0 
= 10 кгс. Установку предварительной нагрузки считать законченной при 
совмещении малой стрелки с красной точкой на индикаторе  6. При этом 
большая стрелка не должна отклоняться от вертикального положения более 
чем на 5 делений в ту или другую сторону. В случае большего отклонения 
предварительная  нагрузка  должна  быть  снята,  а  измерение  твёрдости 
производится  в  другой  точке  образца.  При  отклонении  большой  стрелки 
индикатора  от  нулевого  значения  менее  чем  на  5  делений  требуется  их 
совместить перемещением барабана 7 (см. рис. 1.4). 
3. Создать общую нагрузку нажатием клавиши 8. После окончания вдав-
ливания  основная  нагрузка  автоматически  снимается,  большая  стрелка  ин-
дикатора указывает на соответствующей шкале число твёрдости по Роквеллу. 
4. Вращением  против  часовой  стрелки  маховика  5  стол  3  опускается, 
освобождая образец 4. 
5. Испытания  каждого  образца  производится  не  менее  трёх  раз.  При 
этом значения твёрдости трёх измерений не должны отличаться более чем 
на пять единиц. В случае большего  отклонения замеры необходимо про-
должить до соблюдения данного условия.  
6. Результаты измерений занести в табл. 1.5 (графы 10–17). 
 
1.2.3. Обработка результатов измерений  
 
1.  По  табл.  1.4  перевести  числа  твёрдости,  полученные  измерением 
методом Роквелла, в числа твердости НВ. Результаты занести в графу 18 
(табл. 1.5). 
2.  В координатах "твёрдость НВ – содержание углерода в образцах С %" 
построить  графические  зависимости.  При  этом  зависимость,  полученную 
измерением  методом  Бринелля,  изображают  сплошной  линией,  а  зависи-
мость, полученную методом Роквелла, – штриховой.  

 
14 
 
Таблица 1.5 
Протокол измерений твёрдости 
 
Марка 
стали 
Испытания методом Бринелля 
Испытания методом Роквелла 
Твёр-
дость, 
НВ 
Д
иаметр 
 
шарик
а , м
м
 
Нагрузк
а, к
гс
 
Врем
я 
  
вы
держ
ки, с
 
Результаты измерений 
Твёрдост
ь 
 
НВ
 
Результаты измерений 
1 
2 
3 
Среднее
  
значени
е 
1 
2 
3 
Среднее 
значение 
HRC  HRB 
HRC  HRB  HRC  HRB  HRC  HRB 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
11 
12 
13 
14 
15 
16 
17 
18 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
14
 
 

15
 
3.  В  заключение  дать  сравнительную  оценку  измерения  твёрдости 
методами Бринелля и Роквелла. 
 
1.3.  Содержание отчёта 
 
1.  Описание цели работы. 
2.  Физическая  сущность  единиц  твёрдости  при  измерении  методами 
Бринелля и Роквелла. 
3.  Таблица результатов испытаний твёрдости сталей различных марок. 
4.  График зависимости твёрдости стали от содержания углерода. 
5.  Вывод по результатам исследований. 
 
1.4. Контрольные вопросы 
 
1.  Что такое твёрдость? 
2.  Что принимается за единицу твёрдости по Бринеллю? 
3.  Как осуществляется выбор нагрузки? 
4.  Условия выбора диаметра шарика. 
5.  Как определяется твёрдость по методу Бринелля? 
6.  Способ записи числа твёрдости по Бринеллю. 
7.  Каковы преимущества метода Бринелля?  
8.  Каковы недостатки метода Бринелля?  
9.  На каком расстоянии должны находиться отпечатки от края образца 
и друг от друга при измерении твёрдости методом Бринелля и Роквелла? 
10. Что принимается за единицу твёрдости по Роквеллу? 
11. Как выбирается индентор (наконечник) для испытания при исполь-
зовании метода Роквелла? 
12. Как  обеспечивается  предварительная  нагрузка  при  испытании  на 
твердомере Роквелла? 
13. Чему  равна  нагрузка  (предварительная,  основная  и  общая)  при  из-
мерении твёрдости по шкалам А, В, С? 
14. Для измерения каких материалов служат шкалы А, В, С? 
15. Как записывается твёрдость по Роквеллу? 
 
 
 Рекомендуемая литература [1–3, 9]. 
 

 
16 
2. ИСПЫТАНИЕ СПЛАВОВ НА УДАРНЫЙ ИЗГИБ 
 
Цель работы: изучить способ и приобрести практические навыки ис-
пытания сплавов на ударный изгиб при комнатной температуре. 
Приборы  и  оборудование:  копёр  маятниковый  модели  2010  КМ-30, 
комплект лабораторных образцов. 
 
2.1. Краткие теоретические сведения  
 
Метод  основан  на  разрушении  образца  с  концентратором  в  средней 
части  одним  ударом  маятникового  копра.  В  результате  испытания  опре-
деляют полную работу, затраченную на удар, или ударную вязкость. 
Ударный изгиб образцов с надрезом  – самое простое и наименее тру-
доёмкое  из  механических  испытаний,  достаточно  хорошо  выявляющие 
многие  хрупкие  структурные  составляющие  металла,  на  которые  прихо-
дится наибольшее число аварийных случаев разрушения конструкций при 
эксплуатации. 
При  испытании  образец  4  
(рис.  2.1)  устанавливается  го-
ризонтально  на  опоры  5  копра 
так,  чтобы  концентратор  рас-
полагался  симметрично  отно-
сительно  опор.  Образец  разру-
шается ударом ножа 1 маятника 
2, который закреплен на штанге 
3  и  вращаясь  вокруг  оси  О, 
свободно  падает  с  высоты  Н, 
определяемой  углом  подъема 
маятника 
α
.  Направление  уда-
ра –  поперёк  образца,  со  сто-
роны,  противоположной  над-
резу. 
Маятник,  поднятый  на  оп-
ределенный  угол  обладает  за-
пасом  энергии.  Запас  энергии 
определяется  как  произведение 
O
H
H
1
1
2
5
4
3
 
 
Рис  2.1. Кинематическая схема  маятнико-
вого  копра:  1  –  нож;  2  –  маятник;  
3 – штанга; 4 – образец; 5 – опоры
 

17
 
веса маятника на высоту подъёма его центра тяжести. В конце свободного 
падения  маятник,  встретившись  с  образцом,  затратив  на  его  разрушение 

жүктеу/скачать 4,3 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: