Wabashpress.ru

Техника Гидропрессы
5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Метод Роквелла

Метод Роквелла

Метод Роквелла является методом проверки твёрдости материалов. своей простоты этот метод является наиболее распространённым и основан на проникновении твёрдого наконечника в материал и измерении глубины проникновения.

Шкалы твёрдости по Роквеллу

Существует 11 шкал определения твердости по методу Роквелла (A; B; C; D; E; F; G; H; K; N; T), основанных на комбинации «индентор (наконечник) — нагрузка». Наиболее широко используются два типа индентеров: шарик из карбида вольфрама диаметром 1/16 дюйма (1,5875 мм) или такой же шарик из закаленной стали и конический алмазный наконечник с углом при вершине 120°. Возможные нагрузки — 60, 100 и 150 кгс. Величина твёрдости определяется как относительная разница в глубине проникновения индентора при приложении основной и предварительной (10 кгс) нагрузки.

Для обозначения твёрдости, определённой по методу Роквелла, используется символ HR, к которому добавляется буква, указывающая на шкалу по которой проводились испытания (HRA, HRB, HRC).

Наиболее широко используемые шкалы твердости по Роквеллу
ШкалаИнденторНагрузка, кгс
ААлмазный конус с углом 120° при вершине20 кгс
ВШарик диам. 1/16 дюйма из карбида вольфрама (или закаленной стали)100 кгс
САлмазный конус с углом 120° при вершине150 кгс
Формулы для определения твёрдости

Чем твёрже материал, тем меньше будет глубина проникновения наконечника в него. Чтобы при большей твёрдости материала не получалось большее число твёрдости по Роквеллу, вводят условную шкалу глубин, принимая за одно её деление глубину, равную 0.002 мм. При испытании алмазным конусом предельная глубина внедрения составляет 0.2 мм, или 0.2 / 0.002 = 100 делений, при испытании шариком — 0.26 мм, или 0.26 / 0.002 = 130 делений. Таким образом формулы для вычисления значения твёрдости будут выглядеть следующим образом:

  • при измерении по шкале А (HRA) и С (HRC):

    Разность представляет разность глубин погружения индентора (в миллиметрах) после снятия основной нагрузки и до её приложения (при предварительном нагружении).
  • при измерении по шкале B (HRB):
Проведение испытания
  • Выбрать подходящую для проверяемого материала шкалу (А, В или С).
  • Установить соответствующий индентор и нагрузку.
  • Перед тем, как начать проверку, надо сделать два неучитываемых отпечатка, чтобы проверить правильность посадки наконечника и стола.
  • Установить эталонный блок на столик прибора.
  • Приложить предварительную нагрузку в 10 кгс, обнулить шкалу.
  • Приложить основную нагрузку и дождаться до приложения максимального усилия.
  • Снять нагрузку.
  • Прочесть на циферблате по соответствующей шкале значение твёрдости (цифровой прибор показывает на экране значение твёрдости).
  • Порядок действий при проверке твёрдости испытуемого образца такой же, как и на эталонном блоке. Допускается делать по одному измерению на образце при проверке массовой продукции.
Факторы, влияющие на точность измерения
  • Важным фактором является толщина образца. Не допускается проверка образцов с толщиной менее десятикратной глубины проникновения наконечника.
  • Ограничивается минимальное расстояние между отпечатками (3 диаметра между центрами ближайших отпечатков).
  • Недопущение параллакса при считывании результатов с циферблата.
Сравнение шкал твёрдости

Простота метода Роквелла (главным образом, отсутствие необходимости измерять диаметр отпечатка) привела к его широкому применению в промышленности для проверки твёрдости. Также не требуется высокая чистота измеряемой поверхности (например, методы Бринелля и Виккерса включают замер отпечатка с помощью микроскопа и требуют полировку поверхности). К недостатку метода Роквелла относится меньшая точность по сравнению с методами Бринелля и Виккерса. Существует корреляция между значениями твёрдости, измеренной разными методами (см. рисунок — перевод единиц твёрдости HRB в твёрдость по методу Бринелля для алюминиевых сплавов). Зависимость носит нелинейный характер. Имеются нормативные документы, где приведено сравнение значений твёрдости, измеренной разными методами (например, ASTM ).

Читайте так же:
Чем шлифовать дерево перед покраской

Оценка механических свойств по испытаниям на твёрдость

Связь между результатами проверки на твёрдость и прочностными характеристиками материалов исследовались такими , как , и др. Используются методы определения предела текучести по результатам проверки на твёрдость вдавливанием. Такая связь была найдена, например, для высокохромистых нержавеющих сталей после различных режимов термообработки. Среднее отклонение для конического алмазного индентора составляло всего +0,9%. Были проведены исследования по нахождению связи между значениями твёрдости и другими характеристиками, определяемыми при растяжении, такими как предел прочности (временное сопротивление), относительное сужение и истинное сопротивление разрушению.

ГОСТ 9012 Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю.

Настоящий стандарт устанавливает метод измерения твердости по Бринеллю металлов с твердостью не более 650 единиц.

Сущность метода заключается во вдавливании шарика (стального или из твердого сплава) в образец (изделие) под действием усилия, приложенного перпендикулярно к поверхности образца, в течение определенного времени, и измерении диаметра отпечатка после снятия усилия.

Определения и обозначения приведены в приложении 1.

(Измененная редакция, Изм. N 4, 5).

1. ОТБОР ОБРАЗЦОВ

1.1. Толщина образца S должна не менее чем в 8 раз превышать глубину отпечатка h и определяется по формуле

( F выражена в H);

;(F выражена в кгс).

Минимальную толщину образца определяют в соответствии с приложением 2.

1.2. Поверхность образца должна быть плоской и гладкой.

Шероховатость поверхности образца (или площадки на изделии) Ra должна быть не более 2,5 мкм по ГОСТ 2789, если нет других указаний в нормативно-технической документации на металлопродукцию.

1.3. Образец должен быть подготовлен таким образом, чтобы не изменялись свойства металла в результате механической или другой обработки, например от нагрева или наклепа.

Разд. 1 (Измененная редакция, Изм. N 5).

Разд. 2 (Исключен, Изм. N 5).

3.1. Прибор для измерения твердости по ГОСТ 23677.

(Измененная редакция, Изм. N 4).

3.2. Шарик стальной диаметром 10,0; 5,0; 2,5; 2,0; 1,0 мм должен иметь твердость не менее 850 HV10;

шарик из твердого сплава диаметром 10,0; 5,0; 2,5; 2,0; 1,0 мм должен иметь твердость не менее 1500 HV10.

Предельные отклонения диаметра шарика от номинального приведены в табл. 1а.

Номинальный диаметр шарика, ммПредельное отклонение
10,0± 0,005
5,0± 0,004
2,5± 0,003
2,0± 0,003
1,0± 0,003

Требования к разноразмерности по диаметру, непостоянству единичного диаметра, отклонению от сферичности и шероховатости поверхности должны соответствовать шарикам степени точности 20 по ГОСТ 3722.

(Измененная редакция, Изм. N 5).

3.3. (Исключен, Изм. N 5).

4. ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ

4.1. Измерение твердости проводят при температуре
При разногласиях в оценке качества металлопродукции измерение твердости проводят при температуре (23±5) °С.

(Поправка, ИУС 4-2003).

4.2. При измерении твердости прибор должен быть защищен от ударов и вибрации.

4.3. Опорные поверхности столика и подставки, а также опорные и рабочие поверхности образца должны быть очищены от посторонних веществ (окалины, смазки и др.).

4.4. Образец должен быть установлен на столике или подставке устойчиво во избежание его смещения и прогиба во время измерения твердости.

4.5. При твердости металлов менее 450 единиц для измерения твердости применяют стальные шарики или шарики из твердого сплава;
при твердости металлов более 450 единиц — шарики из твердого сплава.

4.6. Значение выбирают в зависимости от металла и его твердости в соответствии с табл. 2.

МатериалТвердость по БринеллюK
Сталь, чугун, высокопрочные сплавы (на основе никеля, кобальта и др.)До 14010
140 и более30
Титан и сплавы на его основеОт 5015
Медь и сплавы на ее основе, легкие металлы и их сплавыМенее 355
От 3510
Подшипниковые сплавыОт 8 до 502,5
Свинец, олово и другие мягкие металлыДо 201
Читайте так же:
Через замкнутый кольцевой сердечник трансформатора понижающего напряжение

Усилие Fв зависимости от значения Kи диаметра шарика Dустанавливают в соответствии с табл. 3.
Таблица 3

4.7. Диаметр шарика Dи соответствующее усилие Fвыбирают таким образом, чтобы диаметр отпечатки находился в пределах от 0,24 до 0,6d.

4.8. При измерении твердости наконечник плавно приводят в соприкосновение с поверхностью образца и плавно прикладывают заданное усилие Fдо тех пор, пока оно не достигнет необходимой величины.

Продолжительность выдержки наконечника под действием заданного усилия должна соответствовать табл. 4, если не имеется других указаний в нормативно-технической документации на металлопродукцию.

Твердость по Бринеллю НВ, HBWПродолжительность выдержки, с
До 10180
до 35120
35 » 10030
10010-15

Время от начала приложения усилия до достижения им заданной величины должно составлять 2-8 с.

4.9. Расстояние между центром отпечатка и краем образца должно быть не менее 2,5 диаметров отпечатка d; расстояние между центрами двух смежных отпечатков должно быть не менее четырех диаметров отпечатка; для металлов с твердостью до 35 НВ (HBW) эти расстояния должны быть соответственно 3d и 6d.

При разногласиях в результатах измерения твердости на образцах с криволинейной поверхностью длина и ширина изготовленной плоской площадки должны быть не менее двух диаметров Dшарика.

4.10. После измерения твердости на обратной стороне образца не должно наблюдаться пластической деформации от отпечатка.

4.11. Диаметр отпечатка dизмеряют с помощью микроскопа или других средств измерения с предельной погрешностью:

±0,5% (при применении шариков диаметром 1,0; 2,0 или 2,5 мм);

±0,25% (при применении шариков диаметром 5,0 и 10,0 мм) от диаметра шарика.

4.12. Диаметры отпечатков d1 и d2 измеряются в двух взаимно перпендикулярных направлениях. За диаметр отпечатка d принимается среднеарифметическое значение результатов измерений. При этом разность измерений диаметров одного отпечатка не должна превышать 2% меньшего из них.
Для анизотропных металлов разность измерений диаметров отпечатка должна быть указана в нормативно-технической документации на металлопродукцию.

4.13. Количество отпечатков при измерении твердости и способ обработки результатов измерений указывают в нормативно-технической документации на металлопродукцию.

4.14. Твердость по Бринеллю определяют по формулам приложения 1 или таблицам приложения 3.

Разд. 4 (Измененная редакция, Изм. N 5).

5. ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ

В протоколе измерения твердости должно быть указано:

число твердости для каждого отпечатка;

число твердости, полученное в результате обработки результатов измерений.

Разд. 5 (Измененная редакция, Изм. N 5).

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (обязательное). Определения и обозначения

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Обязательное

Глубина отпечатка, вычисляемая по формуле

, мм

Отношение усилия к квадрату диаметра шарика

Твердость по Бринеллю НВ (HBW) численно равна отношению приложенного усилия к площади сферического отпечатка и рассчитывается по формулам


когда усилие Fвыражено в Н;

когда усилие F выражено в кгс.

Твердость по Бринеллю обозначают символом НВ (HBW), которому предшествует числовое значение твердости из трех значащих цифр, и после символа указывают диаметр шарика, значение приложенного усилия (в кгс), продолжительность выдержки, если она отличается от 10 до 15 с.

250 НВ 5/750 — твердость по Бринеллю 250, определенная при применении стального шарика диаметром 5 мм, при усилии 750 кгс (7355 Н) и продолжительности выдержки от 10 до 15 с;

575 HBW 2,5/187,5/30 — твердость по Бринеллю 575, определенная при применении шарика из твердого сплава диаметром 2,5 мм, при усилии 187,5 кгс (1839 Н) и продолжительности выдержки 30 с.

При определении твердости стальным шариком или шариком из твердого сплава диаметром 10 мм при усилии 3000 кгс (29420 Н) и продолжительности выдержки от 10 до 15 с твердость по Бринеллю обозначают только числовым значением твердости и символом НВ или HBW: например, 185 НВ, 600 HBW.

Читайте так же:
Соединение проводов через клеммник

Обозначения параметров приведены на чертеже.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (рекомендуемое). Минимальная толщина образца

Диаметр отпечатка, ммМинимальная толщина образца при диаметре шарика, мм
122,5510
0,20,08
0,30,18
0,40,33
0,50,540,25
0,60,800,370,29
0,70,510,40
0,80,670,53
0,90,860,67
1,01,070,83
1,11,321,02
1,21,601,230,58
1,31,460,69
1,41,720,80
1,52,00,92
1,61,05
1,71,19
1,81,34
1,91,50
2,01,67
2,22,04
2,42,461,17
2,62,921,38
2,83,431,60
3,04,01,84
3,22,10
3,42,38
3,62,68
3,83,00
4,03,34
4,23,70
4,44,08
4,64,48
4,84,91
5,05,36
5,25,83
5,46,33
5,66,86
5,87,42
6,08,00

Приложения 1, 2 (Измененная редакция, Изм. N 5).

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 (обязательное). Таблицы величин твердости по Бринеллю

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством черной металлургии СССР

2. Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 468-88, ИСО 410-82, ИСО 6506-81

3. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылкаНомер пункта
ГОСТ 2789-731.2
ГОСТ 3722-813.2
ГОСТ 23677-793.1

5. Ограничение срока действия снято по протоколу N 4-93 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС N 4-94)

6. ИЗДАНИЕ (август 2006 г.) с Изменениями N 1, 2, 3, 4, 5, утвержденными Пост. N 1716 от 16.05.79; Пост. N 3573 от 12.10.84; в марте 1986 г., октябре 1989 г. (ИУС 6-63, 7-79, 1-85, 6-86, 2-90), с Поправками (ИУС 4-2001, 1-2003)

О компании

МЕТОЛАБ производит современные высокоточные твердомеры для измерения по методам Роквелла, Бринелля, Виккерса.

ТКМ (Вальтер А.И.)_1 / Лабор. заоч.-2 / твердость

Изучить устройство приборов Бринеля и Роквелла для измерения твердости и приобрести навыки в работе с этими приборами.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Существует много методик измерения твердости металлов и сплавов. Из всех известных наиболее широко на машиностроительных и металлургических предприятиях используют прибор Бринеля и прибор Роквелла.

2.1. Измерение твердости на приборе Бринеля

Твердость по методу Бринелля определяется путем вдавливания стального шарика диаметром D, равным 10; 5 или 2,5 мм, в испытуемую плоскую поверхность под действием заданной нагрузки Р в течение определенного времени t. Схема испытания приведена на рис. 1.

Рис.1. Схема измерения твердости по Бринеллю

После снятия нагрузки измеряется диаметр полученного на испытуемой поверхности отпечатка. Число твердости по Бринеллю НВ (твердость Н и по Бринеллю В) определяется по формуле

где Р- нагрузка на шарик , Н;

F- поверхность отпечатка , мм 2 ;

D- диаметр шарика , мм;

d- диаметр отпечатка , мм.

Диаметр шарика, величину нагрузки и время выдержки под нагрузкой выбирают в зависимости от материала и толщины испытуемого изделия по стандартным таблицам (табл. 1). Чтобы результаты испытаний были одинаковы при любом диаметре шарика, необходимо учитывать кратность нагрузки

,(2) где к — коэффициент кратности; к=30 для сталей и чугунов, К = 10 для цветных металлов и сплавов и К = 2,5 для очень мягких материалов.

Выбор диаметра шарика, нагрузки и времени выдержки

в зависимости от толщины изделия

металлы (медь,латунь, бронза)

металлы (алюминий, подшипнико-

Диаметр отпечатка измеряется при помощи лупы, имеющей шкалу с ценой деления 0,1 мм (рис. 2). Лупу устанавливают на образец так, чтобы вырез нижней части был обращен к свету. Край отпечатка совмещают с началом шкалы и читают деление шкалы, совпадающее с противоположным краем отпечатка. Измерение производится в двух взаимно перпендикулярных направлениях и диаметр отпечатка определяется как среднее арифметическое из двух измерений.

Читайте так же:
Мир самоделок инструмент и приспособления видео

Рис.2. Измерение диаметра отпечатка

На практике во избежание сложных вычислений число твердости по Бринеллю в зависимости от диаметра отпечатка определяют по стандартной таблице (табл. 2). К прибору прилагается лупа и прилагаются таблицы.

Толщина металла под отпечатком должна быть не менее десятикратной глубины отпечатка, а расстояние от центра отпечатка до края поверхности образца — не менее диаметра шарика

Метод Бринелля можно применять для металлов с твердостью не более 450 НВ во избежание остаточной деформации самого шарика (твердость которого 650 НВ).

Между твердостью по Бринеллю и пределом прочности металла существует зависимость

(3)

где k — переводной коэффициент, зависящий от свойств материала (для отожженной стали k=3,5; для меди и ее сплавов k=4,0; для алюминия и его сплавов k=3,7).

2.2. Измерение твердости по Роквеллу

Твердость по методу Роквелла определяют по глубине вдавливания в испытуемую поверхность индентора (стального закаленного шарика диаметром 1,588 мм — для материалов средней твердости или алмазного конуса с углом при вершине 120 — для твердых материалов).

Нагрузки: предварительная Р, основная Р1, и общая Р. Схема измерения твердости по методу Роквелла представлена на рис. 3.

Рис.3. Схема определения твердости по Роквеллу вдавливанием

Предварительная нагрузка Р=0,1 кН (10 кг), она дается с целью установления плотного соприкосновения наконечника с образцом и уменьшения влияния шероховатости поверхности образца на результаты измерения.

При испытании стальным шариком основная нагрузка Р1=0,9кН (90 кг), а при испытании алмазным конусом Р1=1,4 кН (140 кг).

Глубина внедрения наконечника h (см. рис. 3), измеренная после снятия основной нагрузки Р1 с оставлением предварительной нагрузки Р, является мерой пластической деформации, то есть критерием оценки твердости материала.

Число твердости по Роквеллу в условных единицах указывается стрелкой прибора-индикатора (рис. 4).

Рис.4. Индикатор прибора Роквелла

Круговая шкала индикатора имеет 100 делений, на которые нанесены цифры: черные шкала С (А) для испытания конусом и красные – шкала В для испытания шариком. Цена деления индикатора 0,002 мм.

При измерении твердости особо твердых и тонких материалов во избежании повреждения алмазного наконечника иногда основную нагрузку уменьшают до 5,0 кН (50 кг). В остальном испытания выполняют так же, как и по шкале С. Число твердости в этом случае обозначается HRA, например HRA 75 (где Н – твердость, R – Роквелл, А, С, В – шкалы). см стр 10.

Между числами твердости по Бриненелю и Роквеллу есть зависимость и составлены таблицы, прилагаемые к прибору для переводу чисел твердости по Бринелю в числа твердости по Роквеллу.

ОБОРУДОВАНИЕ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. Пресс Бринелля.

3.2. Плакат со схемой устройства пресса Бринелля.

3.3. Отсчетный микроскоп (лупа) для измерения диаметров отпечатков.

3.4. Образцы из цветных металлов или сплавов для определения твердости по методу Бринелля.

3.5. Прибор Роквелла.

3.6. Плакат со схемой устройства прибора Роквелла.

3.7. Образцы из углеродистой стали с различным содержанием углерода для определения твердости по методу Роквелла.

ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ

4.1. Ознакомиться с методами определения твердости материалов.

4.2. Изучить по плакату устройство пресса Бринелля.

4.3. Изучить методику определения твердости материалов на прессе Бринелля.

4.4. Изучить по плакату устройство прибора Роквелла.

4.5. Изучить методику измерения твердости на приборе Роквелла.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

5.1. Определить твердость образца из цветного металла или сплава методом Бринелля, соблюдая следующую последовательность действий:

— пользуясь таблицей 1, выбрать параметры определения твердости на прессе Бринелля в зависимости от толщины образца;

Читайте так же:
Сколько стоит хороший шуруповерт

— поместить образец на столик пресса так, чтобы отпечаток получился ближе к центру образца, поднять столик до полного соприкосновения с образцом ;

— приложить нагрузку, дать выдержку;

— снять нагрузку, опустить столик;

— измерить диаметр полученного отпечатка при помощи лупы (рис. 2);

— по таблице 2 определить НВ, и сделать перевод на HRB ;

— по зависимости (3) определить приблизительный предел прочности испытуемого материала ;

Сталь 20 — конструкционная углеродистая качественная

Сталь 20 относится к разряду обогащенных углеродом конструкционным сталям высокого уровня качества. На производства поставляется в нескольких вариациях – серебрянка, калиброванная, кованная или горячекатаная. Можно выделить пять типов данной разновидности стали по требованиям к ее механическим свойствам.

Типы стали по требованию к механическим свойствам:

  • Первый тип представляет собой сталь всех используемых видов обработки, но без проведенных испытаний по растяжению и ударной вязкости.
  • Второй тип – это образцы нормализованной стали всех типов обработки размеров в двадцать пять миллиметров, которые подвергаются испытаниям на растяжение и ударную вязкость.
  • Третий тип представляет собой все те же образцы, на которых проводятся вышеупомянутые испытания. Единственное отличие – это их размер. В этом типе он составляет от двадцати шести до ста миллиметров.
  • Четвертый тип представляет собой образцы из заготовок с размером — до сотни миллиметров, которые были обработаны термическим путем. Они также применяются для проведения испытаний над материалом.
  • Пятый тип – это также образцы, которые изготовлены из отожженных или выскоопущенных сталей. Еще одно технологическое решение – это образцы из нагартованной стали.

Сталь 20 может быть при необходимости заменена схожими материалами марок 15 и 25.

Технологические свойства стали 20

Для начала процесса ковки достаточно разогреть сталь до +1280 градусов Цельсия, а завершаться процесс должен при температуре -750 градусов Цельсия, при том что охлаждение поковки производится воздушным способом. Сталь марки 20 относится с типу нефлокеночувствительных, а также она не склонна к отпускной способности. Возможность сваривания данного типа стали ничем не ограничена, за исключением тех деталей, которые подвергались химико-термической обработке.

Сталь 20 зачастую используется в процессе производства тех деталей, которые работают со сравнительно небольшим нагружением. Это могут быть оси, пальцы или шестерни, а также и те детали, которые будут подвергаться цементированию для продления срока службы. Помимо всего, такой тип стали может быть использован в процессе изготовления особо тонких деталей, в большинстве своем работающих на истирание. Без термической обработки этот вид стали используется в производстве крюков подъемных кранов, а также прочих деталей, эксплуатация которых производится под некоторым давлением в диапазоне температур от -40 до +450 градусов Цельсия. Химико-термическая обработка наделяет сталь 20 всеми необходимыми свойствами для использования ее в качестве основы для деталей, главной особенностью которых является высокий уровень прочности поверхности.

Химический состав стали 20

Состав марки стали 20 очень разнообразен, ведь в нем представлен углерод, марганец, кремний, медь, мышьяк, никель, фосфор и сера. По сути своей данный тип стали представляет собой очень интересную смесь, в составе которой имеется феррит и перлит. В процессе термической обработки структуру материала можно изменить до пакетного мартенсита. Стоит отметить, что данные преобразования структуры приведут к тому, что прочность стали увеличиться, а ее пластичность, наоборот, уменьшиться. Если сталь 20 подвергнуть термической обработке, после этого она может быть использована в процессе изготовления особой продукции метизного типа.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector