No Image

Как работает индикатор твердомера роквелла

СОДЕРЖАНИЕ
212 просмотров
15 ноября 2019

Твердомеры незаменимое устройство в любом производстве. "Пионерами" в области твердометрии были приборы позволяющие проводить измерения благодаря оценке последствий целенаправленного разрушения образцов. В данном статье речь идет о существующих методах подобных измерений: Роквелла, Бринелля, Виккерса.
Вы также можете посмотреть другие статьи. Например, «Принцип определения твердости динамическими и ультразвуковыми методами» или «Методы проведения неразрушающего контроля».

Устройства, предназначенные для определения твёрдости объекта, носят название твердомеры и классифицируются по нескольким признакам (например, они могут быть портативными (мобильными) или стационарными, различаться по принципу действия).

Не так широко, как прежде, но до сих пор используются – «традиционные или классические» – методы измерения твёрдости, подразумевающие нарушение целостности образца (вдавливание индентора) – методы Бринелля, Роквелла и Виккерса. Для большинства производств при контроле твердости сейчас используются неразрушающие методы контроля, но в этой статье речь пойдет не о них.

Общим для всех традиционных методов является наличие индентора. Инденторами называются наконечники твердомеров, изготовленные из материалов, твёрдость которых значительно превышает твёрдость испытываемых образцов (к таким материалам относят алмаз, закалённую сталь и др.). Конструкция и принцип вдавливания индентора свой для каждого из рассматриваемых методов.

Твердомеры по Бринеллю

Реализующие метод Бринелля (метод измерения устанавливается стандартом ГОСТ 9012-59) приборы (например, изображённый на рисунке стационарный твердомер ТН600) используют для определения твёрдости мягких сплавов и цветных металлов, чугуна и незакалённых сталей – материалов, твёрдость которых не превышает 650 единиц.

Фотография и схема твердомера работающего по методу Бринелля.

Суть метода

В образец с определённой силой (так называемая испытательная нагрузка) вдавливается шарик из стали, твёрдого сплава или алмаза. Диаметр индентора определяется ГОСТ и составляет 2,5, 5или 10 мм.

По диаметру и глубине отпечатка (их измеряют, используя микроскоп) с помощью таблиц, приведённых в стандарте, определяется твёрдость вещества.

Твердомеры по Роквеллу

Устройства, реализующие метод Роквелла (один из таких приборов изображен на рисунке), предназначены для определения твёрдости легированных и углеродистых сталей, конструкционных пластмасс, цветных металлов. Исходя из ГОСТ 9013-59, устанавливающего описываемый метод измерения, шероховатость исследуемого объекта не должна превышать 2,5 мкм.

Фотография и схема твердомера работающего по методу Роквелла.

Суть метода

Твердосплавный (стальной) шарик или скруглённый алмазный конус внедряется в образец двумя последовательными усилиями. В ГОСТ параметры испытаний (размеры индентора и схемы приложения нагрузки оговариваются детальнее). После снятия испытательной нагрузки определяется глубина внедрения индентора, по ней – твёрдость образца.

Твердомеры по Виккерсу

Для определения твёрдости цветных и чёрных металлов, сплавов и образцов, покрытых цементированным, азотированным или другим слоем поверхностного упрочнения, используют твердомеры, реализующие метод измерения по Виккерсу. Один из таких приборов изображен на рисунке.

Фотография и схема твердомера работающего по методу Роквелла.

Суть метода

Порядок испытаний для определения твёрдости по Виккерсу определяется ГОСТ 2999-75.

Индентор, в роли которого выступает усеченная четырёхгранная алмазная пирамида, вдавливается в образец (нагрузка плавно возрастает и поддерживается в течение некоторого времени). После снятия нагрузки на образце остаётся отпечаток, имеющий форму квадрата, по длине диагоналей которого можно судить о твёрдости образца.

Если вам понравилась статья нажмите на одну из кнопок ниже

По Бриннелю нельзя испытывать закаленную сталь, имеющую твердость более 400-450 НВ, так как будет деформироваться шарик и результаты испытания будут неточными. По Бриннелю нельзя так же испытывать образцы после химико-термической обработки (азотирования, цементации и т.д.) ввиду малой толщины цементированного или азотированного слоя, (а также тонкие пластинки, фольгу и так далее) из-за продавливания шарика при большой нагрузке.

Эти обстоятельства привели к созданию других методов и приборов для определения твердости металлов. Одним из таких приборов является прибор Роквелла, который имеет широкое применение. Принципиальным отличием способа Роквелла является определение твёрдости по глубине отпечатка, получаемого при вдавливании алмазного конуса, а не площади отпечатка как у метода Бринелля.( рис 2.4..)

Определение твёрдости по методу Роквелла имеет широкое применение потому, что этот прибор даёт возможность испытывать как мягкие, так и твёрдые материалы. Отпечатки от конуса очень малы и не портят детали. Испытание легко выполнимо и занимает всего несколько секунд, к тому же не требует никаких измерений, так как число твёрдости читается прямо по шкале прибора. Значения твёрдости легко переводятся в значения твёрдости по Бринеллю или Викерсу при помощи специальных таблиц

Читайте также:  Какими параметрами определяются типы чугунов

Рис.2.4 Схема испытания на твёрдость по способу Роквелла

Испытание на твердость по Роквеллу производят вдавливанием в испытываемый образец алмазного или твердосплавного конуса с углом 120° (шкала С и А) или стального закаленного шарика диаметром1,588 мм (шкала В). Наконечник (шарик или конус) вдавливается в испытываемый материал под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок – предварительной Р, и основной Р1. Общая нагрузка Р будет равна сумме Р и Р1нагрузок: Р=Р1. Она выбирается в зависимости от условий испытаний и устанавливается в соответствии со шкалой индикатора (таблица 2.3.).

Предварительная нагрузка Р во всех случаях равна 100 Н. Эта нагрузка даётся для того, чтобы предварительно выбрать все зазоры в механизмах прибора.

Значение твердости по Роквеллу – число отвлеченное и выражается в условных единицах. За единицу твердости принята величина, соответствующая осевому перемещению наконечника на 0,002 х 10 -3 м. . Число твёрдости по Роквеллу определяется по формулам:

Величина e определяется по формуле:

где h-глубина внедрения наконечника в испытуемый материал под действием общей нагрузки

h глубина внедрения наконечника в испытуемый материал под действием предварительной нагрузки.

На практике никаких расчётов не делается, так как они учтены в конструкции прибора. Величина твердости определяется непосредственно по шкале индикатора. Твердость по Роквеллу обозначается HRА 75, HRC 55 и HRВ 40. Цифры указывают твердость по соответствующей шкале (А, С или В). .

ПРИМЕЧАНИЕ: Число твердости по шкале А отсчитывают по черной шкале со значком «С».

Таблица2.3. Выбор шкалы индикатора, наконечника и нагрузки

Шкала индикатора Наконечник Общая нагрузка, Н. Условия применения
А Алмазный конус Для металлов с твердостью выше HRC 70 (например, твердых сплавов) и тонкого твердого листового материала
С Алмазный или твердосплавный конус Для закаленных сталей с твердостью HRC 20 ÷70
В Стальной шарик Для отожженной стали и цветных металлов и сплавов.

Устройство твердомера Роквелла.

Твердость по Роквеллу определяется на приборе ТК-2 (рис. 2.5.)

Циферблат индикатора имеет черную (С) и красную (В) шкалы. Независимо от того, что вдавливается в испытываемый образец – алмазный конус или стальной шарик, с большой стрелкой индикатора всегда совмещается нуль черной шкалы со значком «С». Большую стрелку с нулевым штрихом красной шкалы со значком «В» не совмещают ни в коем случае.

Рис.2.5. Схема устройства твердомера ТК 2 типа Роквелла.

В шпиндель 1 закрепляется оправка 3 с шариком или конусом. Основная нагрузка создается постоянными 4 (600 Н) и сменными 5 и 6 (400 и 500 Н) грузами Испытываемый образец 8 установленный на стол 7 вращением маховика 9 поджимается к наконечнику до тех пор, пока малая стрелка индикатора не станет против красной точки 2, а большая 3 установится приблизительно в вертикальном положении с погрешностью ± 5 делений. При этом сжатием пружины создается предварительная нагрузка, равная 100 Н. Установку шкалы индикатора на нуль производят при помощи барабана с тросиком, закрепленным на рамке индикатора. Электродвигатель привода 16 работает непрерывно и отключается с помощью тумблера только при длительных перерывах в работе. Плавным нажатием клавиши 18 включается в работу механизм привода 16 кулачкового блока 19. При этом шток 21, опускаясь, обеспечивает действие основной нагрузки (сменных грузов 4-5-6) на испытуемый образец через рычаг 20.

Под действием основной нагрузки наконечник проникает в испытываемый образец. При этом большая стрелка поворачивается против часовой стрелки. После окончания цикла основная нагрузка автоматически снимается. При этом большая стрелка индикатора перемещается по часовой стрелке, и после остановки указывает твердость по соответствующей шкале. При испытании алмазным конусом под общей нагрузкой 1500 или 600 Н отсчет производится по черной шкале, а при испытании шариком под нагрузкой 1000 Н по красной шкале

Читайте также:  Конус морзе как работает

Подготовка образца к испытанию.

Поверхности образца, как испытуемая, так и опорная, должны быть плоскими, параллельными друг к другу и не должны иметь таких дефектов, как трещины, окалина, масло, грязь, различные покрытия др. Все дефекты поверхности образца должны быть удалены наждачным кругом, наждачной шкуркой или напильником. При обработке поверхности образец не должен нагреваться выше 150 ° С.

Порядок проведения испытания

1. Зачистить испытываемую и опорную поверхности на наждачном круге или наждачной бумагой.

2. В зависимости от твердости испытываемого образца выбрать шкалу и установить соответствующую нагрузку.

3. Закрепить выбранный наконечник в шпиндель прибора.

4. Установить испытываемый образец на столик.

5. Вращением маховика 9 поджать образец к наконечнику до тех пор, пока малая стрелка индикатора станет против красной точки, а большая, с погрешностью ± 5, на нуль черной шкалы. Если большая стрелка будет отклоняться больше, чем на ± 5 делений относительно нуля, необходимо вращением маховика против часовой стрелки опустить стол и производить испытание в другом месте образца.

6. Вращением барабана 14 установить нуль шкалы С против большой стрелки индикатора.

7. Плавным нажатием руки на клавишу 18 включить в работу привод механизма нагружения.

8. После окончания цикла нагружения произвести отсчет по шкале индикатора. Полученный результат записать в протокол.

9. Вращением маховика 9 против часовой стрелки снять предварительную нагрузку и повторить испытание в другом месте. На каждом образце рекомендуется производить не менее трех испытаний.

10. Определить среднее значение твердости по Роквеллу.

Результаты измерений твердости по Роквеллу заносятся в таблицу 2.4.

Таблица 2.4.. Протокол испытаний на твердость по Роквеллу

№ п.п Материал образца Шкала Твердость НR
Первое измерение Второе измерение Третье измерение Среднее

Содержание отчёта.

1. Составить сравнительную таблицу испытаний по Бриннелю и Роквеллу (табл.2.5).

2. Схема испытания на твёрдость (рис.2.3).

3. Порядок проведения испытаний.

Метод Бриннеля Метод Роквелла
индентор
условия испытания Dш,м, Рнаг,кН, t,с
схема испытания
материал
единицы измерения
ограничения
вывод :преимущества или недостатки

2.6. Контрольные вопросы.

1. Какие существуют методы определения твёрдости металлов

2. Что такое твёрдость металлов

3. В чём отличие способа измерения твёрдости по Бриннелю от других способов?

4. Как подготовить образец к испытаниям на твёрдость по Бриннелю?

5. Устройство и работа твердомера Бриннеля.

6. Какова методика измерения твёрдости на приборе Бриннеля?

7. Как осуществляется выбор параметров при проведении испытания на твёрдость по Бриннелю?

8. Какие существуют формулы для определения твёрдости по методу Бриннеля?

9. Какая существует методика определения диаметра отпечатка с помощью лупы Бриннеля?

10. Как определяется твёрдость табличным и расчётным путём?

11. В чём отличие метода измерения твёрдости по Роквеллу от других методов?

12. Для измерения твёрдости каких деталей предназначен метод Роквелла?

13. Какие формулы существуют для определения твёрдости по Роквеллу?

14. Как выбираются параметры испытания на твёрдость (шкалы, нагрузки и др.) ?

15. Как устроен и работает прибор ТК 2?

16. Как готовится образец к испытаниям?

17. Методика проведения испытания на твёрдость по Роквеллу.

Схема измерения. Измерение твёрдости по Роквеллу производят вдавливанием в испытуемый образец (или деталь) алмазного конуса с углом при вершине или стального шарика диаметром 1,5875 .

Вдавливание индентора осуществляется действием двух последовательно прилагаемых нагрузок: предварительной и общей .

(2)

где , – основная нагрузка, равная 50, 90 или 140 .

Число твёрдости по Роквеллу измеряют в условных единицах, и оно является мерой глубины вдавливания индентора под определённой нагрузкой. Схема определения твёрдости приведена на рис.2.

Рис.2. Схема измерения твердости по Роквеллу.

Сначала индентор вдавливается в поверхность образца под предварительной нагрузкой , которая не снимается до конца испытания. Это обеспечивает повышенную точность испытания, т.к. исключает влияние тонкого поверхностного слоя. Под нагрузкой индентор вдавливается в образец на глубину . Затем на индентор подаётся общая нагрузка , и глубина вдавливания увеличивается. Глубина вдавливания после снятия основной нагрузки , когда на индентор действует только предварительная нагрузка , и определяет число твёрдости по Роквеллу . Чем больше глубина вдавливания , тем меньше число твёрдости . За единицу твёрдости принимают величину, равную осевому перемещению индентора на 0,002

Читайте также:  Можно ли расплавить алюминий на газовой плите

При вдавливании алмазного конуса твёрдость определяют по двум шкалам А и С. При измерении по шкале А: , , . При измерении по шкале С. , и .

При вдавливании стального шарика число твёрдости определяют по шкале В при , и

Число твёрдости по Роквеллу записывается так:

80, или 45, или 76 и т.д.

Определение твердости по Роквеллу используется очень широко, так как этот метод позволяет измерять твёрдость различных материалов как твёрдых, так и мягких. Отпечатки от индентора на испытуемой поверхности очень малы, поэтому можно испытывать готовые детали без их порчи. Испытание легко выполнимо, не требует никаких вычислений и занимает всего несколько секунд. Число твёрдости по Роквеллу читается прямо на соответствующей шкале индикатора и может быть легко переведено в число твёрдости по Бринеллю с помощью таблицы 2.

Методика измерения. Поверхности образца, как испытуемая, так и опорная, должны быть параллельны и не иметь таких дефектов, как окалина, забоины, грязь и т.п. Все дефекты должны быть удалены мелкозернистым наждачным кругом или напильником. В процессе обработки поверхность не должна нагреваться выше , так как это может привести к изменению её твёрдости.

Величину нагрузки и тип индентора (алмазный конус или стальной шарик) выбирают в зависимости от предполагаемой твёрдости испытуемого материала, пользуясь табл.4.

Условия испытания на твёрдость по Роквеллу в зависимости от характеристик материала.

Характеристика испытуемого материала Шкала Тип индентора Нагрузка Р, кгс Обозначение твёрдости Пределы измерения
Отожжённые стали, серый чугун, цветные металлы и их сплавы Стальной шарик 25…100
Закалённые или закаленные и отпущенные стали Алмазный конус 20…67
Твердые сплавы Алмазный конус 70…85

Выбрав необходимый индентор, нагрузку и установив их на твердомер, приступают к проведению испытаний.

Измерение твёрдости по Роквеллу рекомендуется проводить в следующем порядке:

  1. Включением тумблера подать напряжение на электродвигатель.
  2. Подготовленный образец установить на предметный стол твердомера.
  3. Вращением маховика по часовой стрелке плавно поднять стол с образцом до тех пор, пока индентор окажется вдавленным в образец с предварительной нагрузкой кгс. Этот момент будет достигнут, когда маленькая стрелка на вспомогательном лимбе индикатора совпадет с красной точкой на шкале.
  4. Вращением барабана, расположенного под маховиком, установить нулевую отметку чёрной шкалы (шкалы ) против конца большой стрелки.
  5. Плавным нажатием руки на клавишу включить привод механизма нагружения. При этом на индентор подаётся общая нагрузка, и большая стрелка индикатора вращается против часовой стрелки. После окончания вдавливания основная нагрузка автоматически снимается, и на индентор действует только предварительная. При этом большая стрелка индикатора перемешается по часовой стрелке и в момент остановки указывает на соответствующей шкале число твёрдости по Роквеллу. При испытании алмазным конусом под нагрузкой 60 или 150 кгс отсчёт производят по чёрной шкале, а при испытании стальным шариком под нагрузкой 100 кгс – по красной шкале.
  6. Записав полученное значение твёрдости в таблицу (см.табл.5), повторяют испытание в другом месте образца. Предварительно вращением маховика против часовой стрелки опускают стол твердомера вместе с образцом и тем самым снимают предварительную нагрузку.
  7. На каждом образце рекомендуется делать не менее трёх замеров в разных точках и подсчитывать среднее значение твёрдости.

8. Полученное среднее значение твёрдости по Роквеллу перевести в число твёрдости по Бринеллю, пользуясь таблицей перевода (табл.2).

Результаты измерения твёрдости по методу Роквелла.

№ образца Материал (сталь отожжённая, сталь закалённая, чугун и т.п.) Шкала Роквелла Тип индентора Общая нагрузка Р, кгс Число твёрдости Число твёрдости по Бринеллю, полученное путём перевода (НВ)
Номера замеров Среднее
I II III

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: При сдаче лабораторной работы, студент делает вид, что все знает; преподаватель делает вид, что верит ему. 9130 – | 7232 – или читать все.

Комментировать
212 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Инструменты
0 комментариев
No Image Инструменты
0 комментариев
No Image Инструменты
0 комментариев
Adblock detector