Задание:

1.Провести испытание на твердость по Бринеллю образцов стали и сплавов цветных металлов различной толщины.

2.Определить твёрдость.

3.Изучить:

а) схему испытания (с зарисовкой) ( и величину) твёрдости по Бринеллю;

б) устройство автоматического рычажного пресса;

в) выбор диаметра шарика и нагрузки;

г) подготовку образца для испытания;

д) подготовку прибора и проведение испытания;

е) методику измерения отпечатка с помощью луны (с зарисовкой схемы отсчета по шкале лупы);

ж) определение твердости по таблице.

4. Результаты испытания оформить в виде таблицы 3

5.Письменно ответить на контрольные вопросы.

Оборудование и материалы: автомати­ческий рычажный пресс; образцы стали и сплавов цвет­ных металлов различной толщины; лупу для измерения диаметра отпечатка; наждачное точило; напильник.

Пояснения к работе

Схема испытания и величина твердости по Бринеллю

Испытание на твердость по Бринеллю производится вдавливанием в испытуемый образец стального шарика определенного диаметра под действием заданной нагруз­ки в течение определенного времени.

Схема испытания на твердость по Бринеллю да­на на рис.1. В результате вдавливания шарика на по­верхности образца получа­ется отпечаток (лунка). От­ношение нагрузки Р, Н, к поверхности полученного от­печатка (шарового сегмен­та) F, мм2, дает число твер­дости, обозначаемое НВ:

Рисунок- 1 Схема испытания на твёрдость по способу Бринелля

ПоверхностьF шарового сегмента

где D - диаметр вдавливаемого шарика, мм; h - глубина отпечатка, мм.

Так как глубину отпечатка hизмерить трудно, а го­раздо проще измерить диаметр отпечатка d, то целесообразно величину h, мм, выразить через диаметры шарика Dи отпечатка d:

Тогда поверхность Fшарового сегмента, мм²:

а число твердости по Бринеллю будет характеризоваться формулой

Прибор для испытания на твердость по Бринеллю

Наиболее распространенным прибором для испыта­ния на твердость по Бринеллю является автоматический рычажный пресс.

Автоматический рычажный пресс. Схема автоматиче­ского рычажного пресса показана на рис. 2. В верх­ней части станины 1имеется шпиндель 7, в который вставляется наконечник с шариком 6, Может быть установлен один из трех наконечников с шариком диаметром 10; 5 или 2,5мм. Столик 4служит для установ­ки на нем испытываемого образца 5. Вращением по ча­совой стрелке рукоятки 15 приводят в движение винт 3, который, перемещаясь вверх, поднимает столик 4, и об­разец 5прижимается к шарику 6. При вращении руко­ятки 15до тех пор, пока указатель 14не станет против

риски, пружина 8сжимается до отказа и создается предварительная нагрузка1000 Н (100 кгс).

Рисунок - 2. Схема автоматического рычажного пресса для определения твердости

Электродвигатель 13, который включают нажатием кнопки, расположенной сбоку пресса, приводит во вра­щение эксцентрик 2. При вращении эксцентрика 2 ша­тун 9, перемещаясь вниз, опускает рычаг 10и соединен­ную с ним подвеску 11 с грузами 12, создавая этим на­грузку на шарик, который вдавливается в образец. При дальнейшем вращении эксцентрика 2шатун 9, переме­щаясь вверх, поднимает рычаг 10 и подвеску 11 с груза­ми 12, снимая этим нагрузку с шарика. Когда рычаг и подвеска с грузами достигнут исходного положения, ав­томатически дается сигнал звонком и выключается элек­тродвигатель.

Вращением рукоятки 15против часовой стрелки опускают столик 4.

В зависимости от грузов, установленных на подвеске 11,создается различная нагрузка (табл. 1).

Выбор диаметра шарика и нагрузки. Шарики раз­личного диаметра (D=10; 5 и 2,5 мм) применяют в за­висимости от толщины испытываемого материала.

Таблица 1

Нагрузку Р выбирают в зависимости от качества ис­пытываемого материала по формуле

Р = KD²_y

где K— постоянная для данного материала величина, равная 300; 100 или 25.

В табл. 2 приведены данные по выбору диаметра шарика и нагрузки в зависимости от твердости (в МПа) и толщины испытываемого образца. При испытании ша­риками разных диаметров (10; 5 и 2,5мм) применяют разные нагрузки; при испытании более мягких металлов нагрузка меньше.

Материал образца, его толщину записать в графу 2, а условия испытания (диаметр шарика и нагрузку) в графу 3 протокола испытания.

Подготовка образца для испытания.

Перед испыта­нием поверхность образца, в которую будет вдавливать­ся шарик, обрабатывают наждачным камнем или напильником, чтобы она была ровной, гладкой и не было окалины или других дефектов.

Таблица 2.

При обработке поверхности образец не должен нагре­ваться выше 100—150°С.

Подготовка поверхности образца необходима для получения правильного отпечатка и чтобы края его были отчетливо видны для измерения.

Подготовка прибора и проведение испытания

1. Установить на подвеску 11(см. рис. 2) грузы 12, соответствующие выбранной для испытания на­грузке.

2. Наконечник с шариком вставить в шпиндель 7 и укрепить.

3. На столик 4поместить испытываемый образец 5. Образец должен плотно лежать на столике. Центр от­печатка должен находиться от края образца на рас­стоянии не менее диаметра шарика.

4. Вращением рукоятки 15по часовой стрелке поднять столик и прижать образец 5к шарику 6,про­должать вращать рукоятку 15 до тех пор, пока указа­тель 14не станет против риски.

5. Нажатием кнопки включить электродвигатель.

6. После сигнала звонком вращением против часо­вой стрелки рукоятки 15 опустить столик 4 и снять с него образец с полученным отпечатком.

7. Измерить полученный отпечаток.

8. Определить твердость.

Методика измерения отпечатка и определение твердости

Полученный отпечаток измеряют с помощью лупы или микроскопа в двух взаимно перпендикулярных направлениях, диаметр отпечатка определяется как среднее арифметическое из двух измерений. Лупа (рис. 3. а) имеет шкалу (рис. 3. б), малое деление которой равно 0,1 мм.

Рисунок - 3. Лупа для измерения отпечатков:а- внешний вид; б - шкала лупы

Рисунок -4. Положение лупы при измерении отпечатка: а — правильное положе­ние; б– неправильное положение

Лупу нижней опорной частью надо плотно установить на испытываемую поверхность образца над отпечатком (рис. 4.); если лупа не имеет специальной лампочки для освещения поверхности, вырез (окно) в нижней части лупы обратить к свету. Поворачивая окуляр, необходимо добиться, чтобы края отпечатка были резко очерчены.

Затем, передвигая лупу, надо один край отпечатка совместить с началом шкалы (рис. 5). Прочитать деление шкалы, с которым совпадает противоположный край отпечатка. Данный отсчет и будет соответствовать размеру диаметра отпечатка (на рис. 5 диаметр от печатка d = 4,30 мм). Затем лупу или образец надо повернуть на 90° и измерить диаметр отпечатка вто­рой раз.

Среднее арифметическое значение диаметра отпе­чатка записать в графу 4 протокола испытания. Чтобы не прибегать к длительным вычислениям твердости по приведенной выше формуле, на практике пользуются специальной таблицей, которая дает пе­ревод диаметра отпечатка в число твердости НВ.

Полученное число твер­дости НВ записать в графу 7 протокола испытания.

Для получения правиль­ной характеристики твер­дости данного материала необходимо провести еще два повторных испытания на твердость того же образ­ца; полученные результаты записать в графы 5 и 6 лупы (диаметры отпечатков) и 8 и 9 (числа твердости), определить средний результат и записать его в графу 10 протокола испытания. При пов­торных испытаниях центр отпечатка должен находиться от центра соседнего отпечатка на расстоянии не менее двух диаметров шарика.

Рисунок - 5. Отсчет по шкале

Испытания на твердость по Бринеллю Таблица 3

Тип пресса………………………………………………………………………………

Содержание отчета:

1. Титульный лист в соответствии СТП 1.2-2005

2. Цель работы

3. Оборудование

4. Задание

5. Выполнение лабораторной работы в соответствии с заданием

6. Ответы на контрольные

Контрольные вопросы:

1.К какой группе свойств металлов относится твердость?

2.Для чего при измерении твердости металлов применяется лупа?

3.Чем отличаются методы определения твердости друг от друга?

4.Для каких материалов какой метод определения твердости применяется?

5.Можно ли зная твердость по Роквеллу определить твердость по Бринеллю?

Лабораторная работа №2

Тема: Определение ударной вязкости стали

Цель работы: научиться определять ударную вязкость стали

Задание:

1. Провести испытание на ударную вязкость образ­цов стали после различной термической обработки.

2. Определить твердость.

3. Изучить:

а) определение ударной вязкости (с зарисовкой схемы испытания);

б) устройство маятникового копра;

в) подготовку образца для испытания (с зарисов­кой образца);

г) подготовку копра и проведение испытания;

д) определение ударной вязкости.

4.Письменно ответить на контрольные вопросы.

Оборудование и материалы: маятни­ковый копер; образцы для испытания на ударную вязкость; штангенциркуль; шаблоны.