Определение твердости металлов и сплавов по методу Бринелля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определение твердости металлов и сплавов по методу Бринелля

Цель работы:

1) освоение метода Бринелля измерения твёрдости металлических образцов;

2) ознакомление с условиями применения метода Бринелля и подготовки образцов для измерения твёрдости;

3) ознакомление с прибором Бринелля для измерения твёрдости;

4) выяснение зависимости твёрдости металлов от состава сплава.

Оборудование и материалы, используемые при выполнении работы:

1. Прибор Бринелля;

2. Образцы различных железоуглеродистых сплавов (сталей и чугунов);

3. Образцы из меди, алюминия и сплавов на их основе;

4. Лупа Бринелля.

Краткое описание методов определения твёрдости и область их применения. Большинство методов определения твёрдости основано на принципе вдавливания в испытуемый материал твёрдых тел (закаленного шарика) и последующего измерения размеров отпечатков. Поэтому часто твёрдость определяют, как способность материала сопротивляться внедрению в него другого тела. Испытания на твердость широко применяется в лабораторных и заводских условиях для характеристики механических свойств металлов и сплавов. Наиболее широко практикуются испытания твёрдости по Бринеллю, по Роквеллу, по Виккерсу и метод определения микротвердости.

По Бринеллю определяют твёрдость относительно мягких материалов: цветных металлов и их сплавов, отожженной стали, чугунов (кроме белого).

По Роквеллу чаще всего определят твердость очень твёрдых металлов: закалённых сталей, твёрдых сплавов, керамики, твёрдых покрытий, в том числе наплавленных слоёв достаточной глубины на сталях и чугунах.

Метод Виккерса используется для испытания твердости деталей малой толщины или тонких поверхностных слоев, имеющих высокую твердость.

Методом микротвердости измеряется твердость в пределах отдельных зерен или очень тонких слоев.

Определение твёрдости по Бринеллю основано на вдавливании в испытуемый материал стального шарика и последующего измерения диаметра отпечатка (рис. 1).

Рис. 1

Твёрдость по Бринеллю (НВ) выражается отношением взятой нагрузки Р к площади поверхности отпечатка F:

. (1)

Если вычислить поверхность отпечатка, имеющего форму шарового сегмента, то НВ определится формулой

, (2)

твердость металл сплав бринелль

где Р - приложенная нагрузка, кгс; D - диаметр шарика, мм; d - диаметр отпечатка, мм.

Размер шарика выбирается в зависимости от толщины испытуемого образца: шарики стандартных размеров имеют диаметры 10 мм, 5 мм или 2,5 мм.

Нагрузка на шарик выбирается в зависимости от рода материала и должна быть пропорциональна квадрату диаметра шарика. Условные стандартные нормы, принятые для различных материалов:

для стали и чугуна Р = 30D2,

для меди и медных сплавов P = 10D2,

для баббитов и свинцовистых бронз Р = 2,5D2.

Диаметр отпечатка измеряют с помощью лупы Бринелля или микроскопа в двух взаимно перпендикулярных направлениях и определяют как среднее арифметическое из двух измерений.

По результатам измерения диаметра отпечатка на данном материале твёрдость по Бринеллю определяется с помощью формулы (2) или по таблице определения чисел твёрдости по Бринеллю.

Предел прочности определяется по формуле:

[МПа],

где С - коэффициент пропорциональности.

Для сталей (при 0,1-0,7 % C) С = 3,3…3,4

Для сталей (при 0,8-1,3 % C) С = 3,5…3,6

Для алюминия С = 4,0

Для меди С = 4,8

Для дуралюмина С = 3,7

Для латуни, бронзы С = 5,3

Для определения предела прочности серого чугуна пользуются следующей эмпирической формулой:

[МПа]

Значение метода испытания для определения свойств металлов и сплавов:

Твёрдость имеет большое практическое значение, так как она отражает многие рабочие свойства материала, например, сопротивляемость истиранию, режущие свойства, способность обрабатываться шлифованием или резанием, выдерживать местные давления и т. д.

При проектировании и производстве машин, механизмов, инструментов те или иные детали должны обладать определенными механическими свойствами. Механические свойства металлов характеризуют сопротивление материала деформации и разрушению под действием внешних нагрузок.

Таблица экспериментальных данных

Механические свойства и физические свойства зависят от многих факторов: от состава материала, вида обработки (пластической деформации, термической обработки). Поэтому в процессе изготовления тех или иных деталей необходимо контролировать свойства, особенно механические. Обычные методы испытания механических свойств не могут быть использованы на промежуточных стадиях изготовления деталей вследствие длительности и дороговизны изготовления образцов, длительности самого процесса испытания. В этом случае пользуются методами определения твёрдости.

Выводы по экспериментальным данным:

В ходе выполнения лабораторной работы приобрели практические навыки по испытанию на твердость металлов по методу Бринелля.

Так как твердость - это способность материала сопротивляться внедрению в него другого тела, следовательно, чем больше сопротивление материала пластической деформации, тем на меньшую глубину проникает индикатор, в зависимости от нагрузки, и тем выше твердость. На основании проведенных испытаний мы можем сделать вывод, что из черных металлов и сплавов, самой высокой твердостью обладает сталь У12, а низкой -серый чугун; из цветных металлов и сплавов самой высокой твердостью обладает латунь, а низкой - алюминий. Так же можно сделать вывод, что металлы в чистом виде обладают меньшей твердостью, чем сплавы.

Размещено на Allbest.ru