Учебно-методический комплекс по дисциплине «Материаловедение»

Скачать 1.82 Mb.

Название	Учебно-методический комплекс по дисциплине «Материаловедение»
страница	4/13
Дата публикации	29.10.2014
Размер	1.82 Mb.
Тип	Учебно-методический комплекс

100-bal.ru > Право > Учебно-методический комплекс

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 13

Методы измерения твёрдости

Для измерения твёрдости существует несколько методов измерения:

Метод Бринелля — твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому шариком из закаленной стали, вдавливаемым в поверхность. Диаметр отпечатка измеряют с помощью лупы со шкалой. Твёрдость вычисляется как отношение усилия, приложенного к шарику, к площади отпечатка (причём площадь отпечатка берётся как площадь части сферы, а не как площадь круга)- на практике используются таблицы; размерность единиц твердости по Бринеллю кгс/мм². Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HB, где H = hardness (твёрдость, англ.), B — Бринелль;

Можно использовать для материалов твердостью до 4500. Толщина образца должна быть не менее 2 мм, иначе он будет продавлен шариком.

Метод Роквелла — твёрдость определяется по глубине вдавливания металлического шарика (шкала В) или алмазного конуса (шкалы А и С) в поверхность тестируемого материала. Твёрдость, определённая по этому методу, является безразмерной и обозначается HR, HRB, HRC и HRA; твёрдость вычисляется по формуле HR = 100 − kd, где d — глубина вдавливания наконечника после снятия основной нагрузки, а k — коэффициент. Таким образом, максимальная твёрдость по Роквеллу соответствует HR 100.

Необходимо тщательно готовить поверхность образца.

Метод Виккерса — твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение усилия, приложенного к пирамидке, к площади отпечатка (причём площадь отпечатка берётся как площадь части поверхности пирамиды, а не как площадь ромба); размерность единиц твёрдости по Виккерсу кгс/мм². Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HV; используются таблицы, по которым твердость определяется по расстоянию диагоналей отпечатка.

Необходимо тщательно готовить поверхность образца.

Рис. 6 Определение твердости металла методами Бринеллн (а), Роквелла (б) и Виккерса (в)
Метод Шора — при определении твердости металлов и сплавов боек определенной массы с алмазным наконечником свободно и вертикально падает с определенной высоты на испытуемую поверхность. Высота отскока бойка принимается за характеристику твердости и измеряется в условных единицах. Твёрдость менее твердых материалов (резины, пластмассы и т.п.) определяется по глубине введения закаленной стальной иглы под действием пружины. Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HSD;

Шкала твердости разделена на 130 единиц (твердость закаленной эвтектоидной стали = 100 ед.).

Величина твердости по Шору не имеет точного метода перевода ее на другие величины твердости или прочности при растяжении.

Метод Кузнецова — Герберта — Ребиндера — твёрдость определяется временем затухания колебаний маятника, опорой которого является исследуемый металл;

Метод Польди (двойного отпечатка шарика) — твердость оценивается в сравнении с твердостью эталона, испытание производится путем ударного вдавливания стального шарика одновременно в образец и эталон;

Шкала Мооса — твердость определяется по тому, какой из десяти стандартных минералов царапает тестируемый материал, и какой материал из десяти стандартных минералов царапается тестируемым материалом.

Шкала́ Мо́оса (минералогическая шкала твёрдости) — набор эталонных минералов для определения относительной твёрдости методом царапания. В качестве эталонов приняты 10 минералов, расположенных в порядке возрастающей твёрдости.

Предложена в 1811 году немецким минералогом Фридрихом Моосом. Значения шкалы от 1 до 10 соответствуют 10 достаточно распространённым минералам от талька до алмаза. Твёрдость минерала измеряется путём поиска самого твёрдого эталонного минерала, который он может поцарапать; и/или самого мягкого эталонного минерала, который царапает данный минерал. Например, если минерал царапается апатитом, но не флюоритом, то его твёрдость находится в диапазоне от 4 до 5.

Предназначена для грубой сравнительной оценки твёрдости материалов по системе мягче-твёрже. Испытываемый материал либо царапает эталон и его твёрдость по шкале Мооса выше, либо царапается эталоном и его твёрдость ниже эталона. Таким образом, шкала Мооса информирует только об относительной твёрдости минералов. Например, корунд (9) в 2 раза твёрже топаза (8), но при этом почти в 4 раза менее твёрдый, чем алмаз (10).

В представленной ниже таблице приведено соответствие твёрдости по шкале Мооса с абсолютной твёрдостью, измеренной склерометром.

Твёрдость по Моосу	Минерал	Абсолютная твёрдость	Изображение	Обрабатываемость
1	Тальк (Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂)	1		Царапается ногтем
2	Гипс (CaSO₄·2H₂O)	3		Царапается ногтем
3	Кальцит (CaCO₃) Известковый шпат медь	9		Царапается медной монетой
4	Флюорит (CaF₂)	21		Царапается ножом, оконным стеклом
5	Апатит (Ca₅(PO₄)₃(OH-,Cl-,F-)) Никель	48		Царапается ножом, оконным стеклом
6	Ортоклаз (KAlSi₃O₈) Полевой шпат	72		Царапается напильником
7	Кварц (SiO₂) Кремний фарфор	100		Поддаётся обработке алмазом, царапает стекло
8	Топаз (Al₂SiO₄(OH-,F-)₂) Наждак	200		Поддаётся обработке алмазом, царапает стекло
9	Корунд (Al₂O₃) Хром	400		Поддаётся обработке алмазом, царапает стекло
10	Алмаз (C)	1600

Различные шкалы твёрдости нельзя однозначно соотнести друг с другом. Практикой приняты несколько более точных систем измерения твёрдости материалов, ни одна из которых не покрывает весь спектр шкалы Мооса.

В России стандартизированы четыре первые шкалы твёрдости. Первые три перечисленных метода относятся к методам вдавливания, методы Шора и Кузнецова — Герберта — Ребиндера — к динамическим методам определения твёрдости. Значения твёрдости, определённые по методам вдавливания, можно пересчитать из одной шкалы в другую. Конкретный способ определения твёрдости выбирается исходя из свойств материала, имеющейся аппаратуры и др.

Вопросы для самопроверки:

Что такое твердость?
Какие существуют методы измерения твердости?
Как определяется твердость по методу Бринелля?
Каким образом производится выбор диаметра шарика при измерении твердости по методу Бринелля?
Какова зависимость между числами твердости НВ и пределом прочности металлов σ_в?
Недостатки метода Бринелля.
Как определяется твердость по методу Роквелла?
Каким образом производится выбор наконечника при измерении твердости по методу Роквелла?
Достоинства метода Роквелла по сравнению с методом

Бринелля.

Какова зависимость между числами твердости HRC и НВ?

Литература: [1,2,6,8].
Лабораторная работа № 6
Определение твердости материалов методом Бринелля
Цель работы: ознакомление с основными методами определения твердости материалов; с устройством и работой твердомеров.

Оборудование и материалы: твердомеры, образцы материалов;

ГОСТ 22761-77 «Метод измерения твердости по Бринеллю переносными твердомерами статического действия».
По методу Бринелля твердость металла определяют вдавливанием в испытуемый образец (изделие) закаленного стального шарика (рис. 6, а) диаметром 10, 5 или 2,5 мм под действием заданной нагрузки в течении определенного времени и выражают числом твердости НВ, полученный путем деления приложенной нагрузки Р в кг на поверхность образовавшегося на образце отпечатка шарика (шарового сегмента) F в мм:

, [кг / мм² ]

где Р - нагрузка в кг; D - диаметр шарика в мм; d - диаметр отпечатка шарика в мм.

Диаметр шарика, нагрузку и длительность выдержки под нагрузкой выбирают в зависимости от твердости и толщины образца (табл. 6.1).

Чем тверже металл, тем меньше диаметр отпечатка и тем выше число твердости по Бринеллю.

Диаметр отпечатка измеряется при помощи специальной лупы, имеющей шкалу с ценой деления 0,1 мм или 0,05мм (рис. 6.2 б).
При диаметре шарика 10 мм и нагрузке 3000 кг твердость обозначается цифрами перед символом HB, например 250 HB, что означает твердость по Бринеллю 250 кг / мм².

Во избежание сложных вычислений числа твердости для каждого отпечатка на практике используются готовыми таблицами.
Таблица 6.1

Материал	Интервал твердости в числах Бринелля	Минимальная толщина испытуемого образца, мм	Соотношение между нагрузкой Р и диаметром шарика D	Диаметр шарика D, мм	Нагрузка Р, кг	Выдержка под нагрузкой, сек
Черные металлы	140-450	От 6 до 3	Р=30D²	10	3000	10
		От 4 до 2		5	750
		Менее 2		2,5	187,5
Черные металлы	Менее 140	Более 6	Р=10D²	10	1000	10
		От 6 до 3		5	250
		Менее 3		2,5	62,5
Цветные металлы	Более 130	От 6 до 3	Р=30D²	10	3000	30
		От 4 до 2		5	750
		Менее 2		2,5	187,5
Цветные металлы	35-130	0т 9 до 5	Р=10D²	10	1000	30
		От 6 до 3		5	250
		Менее3		2,5	62,5
Цветные металлы	8-35	Более 6	Р=2,5D²	10	250	60
		От 6 до 3		5	62,6
		Менее3		2,5	15,6

Между числами твердости по Бринеллю и пределом прочности σ_в металлов существует следующая приближенная зависимость:

_σ_в_≈_k_∙_HB_[кг/мм²_],

где k - коэффициент, определяемый по таблице:

Сталь легированная	0,34
Сталь углеродистая	0,36
Алюминий отожженный	0,4
Дуралюминий	0,37
Медь холоднокатаная	0,35
Медь отожженная	0,48

Наиболее распространенными стандартными условиями при испытании твердости являются: нагрузка 3000 кг, диаметр шарика 10 мм и длительность выдержки 10 сек.

Для определения твердости по Бринеллю используются твердомером типа ТШ (рис. 6.3).

Прибор имеет станину 1, в нижней части которой помещен винт 2 со сменными столиками 4 для испытуемых образцов. Перемещения винта осуществляется вручную маховиком 3. В верхней части станины находится шпиндель 6 со сменными наконечниками, в которые вставляются шарики 5. Основная нагрузка прикладывается к образцу посредством рычажной системы. На длинном плече основного рычага 7 имеется подвеска 8 с грузами 9. Комбинацией грузов можно осуществить нагрузки 187,5; 250; 750; 1000 и 3000 кг. Нагрузка прилагается автоматически с помощью электродвигателя 11, находящегося внутри станины, при нажатии пусковой кнопки. Для установки продолжительности испытания служит передвижной упор переключателя 10, устанавливающийся до начала испытания в положение, соответствуующее требуемой выдержке (10, 30 или 60 сек).

Недостатки метода Бринелля:

- невозможность испытания материалов, имеющих твердость более 450 НВ, так как шарик будет деформироваться и показания будут неточными;

- невозможность испытания твердости тонкого поверхностного слоя и пластин (менее 1-2 мм), так как шарик будет продавливать тонкий слой материала;

- после испытания остаются заметные следы на поверхности изделия.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 13

Похожие:

	Учебно-методический комплекс по дисциплине Материаловедение ...		Учебно-методический комплекс ростов-на-Дону 2009 Учебно-методический... Учебно-методический комплекс по дисциплине «Адвокатская деятельность и адвокатура» разработан в соответствии с образовательным стандартом...
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «Макроэкономика» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Методы оптимальных решений» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных, практических и лабораторных...
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «Медиапсихология» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Искусствоведение» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психофизиология» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «судебная медицина» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...
	Примерная структура, состав и содержание учебно-методического комплекса... Учебно-методический комплекс по дисциплине «Социология рекламной деятельности» составлен в соответствии с требованиями Государственного...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психология стресса» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,...
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психодиагностика» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Основы патопсихологии» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,...
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «Анатомия цнс» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психофизиология» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «земельное право» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Основы нейропсихологии» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,...

Школьные материалы