Испытание металла на твердость по Бринеллю
Схема испытания и величина твердости металлов по Бринеллю. Использование автоматического рычажного пресса, принцип его действия. Выбор диаметра шарика и нагрузки. Методика измерения отпечатка и определение твердости. Правила техники безопасности.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лабораторная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 05.11.2014 |
| Размер файла | 578,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Лабораторная работа
Испытание металла на твердость по Бринеллю
Содержание
- Введение
- 1. Описание лабораторной работы
- 1.1 Задание, цель работы. Приборы, материалы и инструмент
- 1.1.1 Задание
- 1.1.2 Цель работы
- 1.1.3 Приборы, материалы и инструмент
- 1.2 Схема испытания и величина твердости по Бринеллю
- 1.3 Прибор для испытания на твердость по Бринеллю
- 1.3.1 Автоматический рычажный пресс
- 1.3.2 Принцип действия пресса
- 1.4 Выбор диаметра шарика и нагрузки
- 1.5 Методика измерения отпечатка и определение твердости
- 2. Порядок выполнения работы
- 3. Правила техники безопасности при работе на оборудовании
- 4. Контрольные вопросы
Введение
Большинство методов определения твердости основано на принципе вдавливания. Вдавливаются стальной шарик, алмазный наконечник (конус) или четырехгранная пирамида.
Твердость - это способность материала оказывать сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела.
Твердость является одним из важнейших механических свойств металлов. По величине твердости металлов можно судить об их прочностных свойствах, не производя статических испытаний на растяжение. Твердость металлов тесно связана с их обрабатываемостью: чем тверже металл, тем большее усилие требуется для его обработки. От твердости зависит и износостойкость металлов, т.е. их способность сопротивляться истиранию, разрушению поверхности или изменению размеров под действием трения. Чем тверже поверхность изделия, тем меньше она будет изнашиваться в процессе работы. Вот почему по величине твердости металлов судят о возможности применения их для изготовления различных деталей машин. Твердость является также основной характеристикой при оценке качества режущих и измерительных инструментов.
Испытания металлических материалов на твердость получили широкое распространение на заводах и в научно-исследовательских лабораториях вследствие быстроты выполнения и простоты оборудования, необходимого для этого. Большое значение имеет и то, что испытаний на твердость не сопровождаются разрушением деталей. Существует много методов определения твердости металлов. Выбор того или иного метода зависит от твердости испытуемого металла, его толщины, размеров испытуемой поверхности и формы изделия.
На практике наибольшее распространение получили следующие методы определения твердости металлов:
а) вдавливанием стального шарика (метод Бринелля);
б) по глубине вдавливания алмазного конуса или стального шарика малого диаметра (метод Роквелла);
в) вдавливанием алмазной пирамиды (метод Виккерса).
испытание твердость металл пресс
1. Описание лабораторной работы
1.1 Задание, цель работы. Приборы, материалы и инструмент
1.1.1 Задание
Провести испытание на твердость по Бринеллю образцов стали и сплавов цветных металлов различной толщины. Определить твердость.
Изучить:
а) схему испытания (с зарисовкой) и величину твердости по Бринеллю;
б) устройство автоматического рычажного пресса;
в) выбор диаметра шарика и нагрузки;
г) подготовку образца для испытания;
д) подготовку прибора и проведения испытания;
е) методику измерения отпечатка с помощью лупы (с зарисовкой схемы отсчета по шкале лупы);
ж) определение твердости по таблице.
1.1.2 Цель работы
Ознакомится с методикой определения твердости металлов по Бринеллю и изучение устройства прибора для проведения лабораторной работы.
1.1.3 Приборы, материалы и инструмент
Для проведения работы необходимо иметь:
автоматический рычажный пресс;
образцы стали и сплавов цветных металлов различной толщины;
лупу для измерения диаметра отпечатка либо прибор - бривископ
наждачное точило;
напильник.
1.2 Схема испытания и величина твердости по Бринеллю
Испытание на твердость по Бринеллю производится вдавливанием в испытуемый образец (металл), стального закаленного шарика определённого диаметра под действием заданной нагрузки Р в течение определенного времени. После снятия нагрузки (вдавливания шарика) на поверхности испытуемого образца, заготовки или детали остается сферический отпечаток (лунка). Схема испытания на твердость по Бринеллю дана на рисунке 1.
Рисунок 1 ? Схема испытания на твердость по способу Бринелля
Отношение нагрузки Р (1Н ? 0,1 кгс) к поверхности полученного отпечатка (шарового сегмента) F (мм2) дает число твердости, обозначаемое НВ:
, МН/м2 (кгс/мм2) (1)
Площадь сферического отпечатка определяется по формуле (2):
, (2)
где D - диаметр вдавливаемого шарика, мм;
h - глубина отпечатка, мм.
Так как глубину отпечатка h измерить трудно, гораздо проще измерить диаметр отпечатка d, то целесообразно величину h выразить через диаметры шарика D и отпечатка d:
(3)
Тогда поверхность шарового сегмента определяется по формуле (4):
(4)
а число твердости по Бринеллю будет выражаться формулой (5):
(5)
Чтобы не производить сложных расчетов по приведенной выше формуле, к прессу Бринелля прикладываются таблицы перевода диаметра отпечатка в число твердости НВ (Табл.1). Так, например, если шарик диаметром 10 мм при нагрузке 3000 кгс оставил на образце отпечаток диаметром 3 мм, то число твердости НВ = 415.
Таблица 1 - Зависимость между диаметром отпечатка и числом твердости по Бринеллю (диаметры отпечатков даны для шарика диаметром 10 мм)
|
Диаметр отпечатка, мм |
Число твердости при нагрузке Р, кгс |
|||
|
30 D2 |
10 D2 |
2.5 D2 |
||
|
2,90 |
444 |
- |
- |
|
|
2,95 |
430 |
- |
- |
|
|
3,00 |
415 |
- |
34,6 |
|
|
3,05 |
401 |
- |
33,4 |
|
|
3,10 |
388 |
129 |
32,3 |
|
|
3,15 |
375 |
125 |
31,3 |
|
|
3, 20 |
363 |
121 |
30,3 |
|
|
3,25 |
352 |
117 |
29,3 |
|
|
3,30 |
340 |
114 |
28,4 |
|
|
3,35 |
332 |
110 |
27,6 |
|
|
3,40 |
321 |
107 |
26,7 |
|
|
3,45 |
311 |
104 |
25,9 |
|
|
3,50 |
302 |
101 |
25,2 |
|
|
3,55 |
293 |
97,7 |
24,5 |
|
|
3,60 |
286 |
95 |
23,7 |
|
|
3,65 |
277 |
92,3 |
23,1 |
|
|
3,70 |
269 |
89,7 |
22,4 |
|
|
3,75 |
262 |
87,2 |
21,8 |
|
|
3,80 |
255 |
84,9 |
21,2 |
|
|
3,85 |
248 |
82,6 |
20,7 |
|
|
3,90 |
241 |
80,4 |
20,1 |
|
|
3,95 |
235 |
78,3 |
19,6 |
|
|
4,00 |
229 |
76,3 |
19,1 |
Примечания:
1 Для определения числа твердости НВ при испытании шариком диаметром 5 мм диаметр отпечатка надо умножить на 2, а при испытании шариком диаметром 2,5 мм - на 4.
2 Для перевода значения силы, выраженной в кгс, в единицу системы СИ следует пользоваться соотношением 1 кгс ? 9,81 Н.
1.3 Прибор для испытания на твердость по Бринеллю
1.3.1 Автоматический рычажный пресс
Испытание на твердость по Бринеллю производят на специальных прессах. Наиболее распространенным прибором является автоматический рычажный пресс. Схема пресса показана на рисунке 2.
Органы управления: 1 - станина; 2 - вращающийся эксцентрик; 3 - винт; 4 - столик; 5 - испытуемый образец; 6 - наконечник с шариком; 7 - шпиндель; 8 - пружина; 9 - шатун; 10 - рычаг; 11 - подвеска; 12 - груз; 13 - электродвигатель; 14 - указатель; 15 - рукоятка.
Рисунок 2 - Схема автоматического рычажного пресса для определения твердости
1.3.2 Принцип действия пресса
В верхней части станины 1 имеется шпиндель 7, в который вставляется наконечник с шариком 6. Может быть установлен один из трёх наконечников - с шариком диаметром 10, 5 или 2,5 мм. Столик 4 служит для установки на нём испытываемого образца 5. Вращением по часовой стрелке рукоятки 15 приводят в движение винт 3, который, перемещаясь вверх, поднимает столик 4, и образец 5 прижимается к шарику 6. При вращении рукоятки 15 до тех пор, пока указатель 14 не станет против риски, пружина 8 сжимается до отказа и создается предварительная нагрузка 1000 Н (100 кгс). Электродвигатель 13, который включается нажатием кнопки, расположенной сбоку пресса, приводит во вращение эксцентрик 2. При вращении эксцентрика 2 шатун 9, перемещаясь вниз, отпускает рычаг 10 и соединенную с ним подвеску 11 с грузами 12, создавая этим нагрузку на шарик, который вдавливается в образец. При дальнейшем вращении эксцентрика 2 шатун 9 перемещается 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 даётся сигнал звонком и выключается электродвигатель. Вращением рукоятки 15 против часовой стрелки опускают столик 4. В зависимости от грузов, установленных на подвеске 11, создается различная нагрузка (см. таблицу 2) На приборе Бринелля можно измерять твердость до 450 кгс/мм2. Если твердость больше приведённой величины, то шарик начинает деформироваться и показания прибора становятся неправильными.
Таблица 2 - Побор грузов для нагружения автоматического рычажного пресса
|
Нагрузка, Н |
Наименование грузов, обеспечивающих необходимую нагрузку (Рис.2) |
Примечание |
|
|
1875 |
А |
А - подвеска, создающая нагрузку в 1875 Н; Б - малый груз (625 Н); В - средний груз (2500 Н); Г - большой груз (5000 Н). |
|
|
2500 |
А+Б |
||
|
5000 |
А+Б+В |
||
|
7500 |
А+Б+Г |
||
|
10000 |
А+Б+В+Г |
||
|
30000 |
А+Б+В+5Г |
1.4 Выбор диаметра шарика и нагрузки
Чтобы испытуемый материал (деталь или образец) при вдавливании шарика не прогибался, толщина его должна быть не менее чем в десять раз больше глубины отпечатка.
На приборе Бринелля используют шарики диаметром 2,5, 5 и 10 мм. Выбор диаметра стального шарика и нагрузки зависит от твердости испытуемого материала и его толщины (Таблица 3).
Нагрузку Р выбирают в зависимости от качества испытываемого материала по формуле (6):
Р = КD2 (6)
где К - постоянная для данного материала величина, равная 300; 100 или 25.
В Таблице 3 приведены данные по выбору диаметра шарика и нагрузки в зависимости от твердости (в МПа) и толщина испытываемого образца. При испытании шариками разных диаметров (10, 5 и 2,5 мм) применяют разные нагрузки; при испытании более мягких металлов нагрузка меньше. Материал образца, его толщину, условия испытания (диаметр шарика и нагрузку) записывают в протокол испытания.
Между твердостью металлов по Бринеллю и пределом прочности при растяжении существует определенная зависимость: для низкоуглеродистых сталей ув ? 0,34 НВ, для отожженной меди, латуни и бронзы ув ? 0,55 НВ.
Таблица 3 - Выбор диаметра шарика и нагрузки в зависимости от твердости и толщины испытываемого образца
|
Материал |
Пределы измерения в ед-цах твер-ти по Бринеллю |
Минимальная толщина испытуемого образца, мм |
Соотношение между нагрузкой Р и диаметром шарика D |
Диаметр шарика D, мм |
Нагрузка Р, Н |
Выдержка под нагрузкой |
|
|
Черные металлы |
<1400 |
6-3 <3 |
Р = 100D2 |
5,0 2,5 |
2500 625 |
10 |
|
|
1400-4500 |
6-3 4-2 <2 |
Р = 300D2 |
10,0 5,0 2,5 |
30000 7500 1875 |
|||
|
Цветные металлы |
80-350 |
>6 6-3 <3 |
Р = 25D2 |
10,0 5,0 2,5 |
2500 625 156 |
60 |
|
|
350-1300 |
9-6 6-3 <3 |
Р = 100D2 |
10,0 5,0 2,5 |
10000 2500 625 |
30 |
||
|
>1300 |
6-3 4-2 <2 |
Р = 300D2 |
10,0 5,0 2,5 |
30000 7500 1875 |
1.5 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.3а) имеет шкалу (Рис.3б), малое деление которой равно 0,1 мм. Лупа нижней опорной частью надо плотноустановить 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 былирезко очерчены.
а - внешний вид, б - шкала лупы
Рисунок 3 - Лупа для измерений отпечатков
а - правильное положение, б - неправильное положение
Рисунок 4 ? Положение лупы при измерении отпечатка
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 рисунке 5 диаметр отпечатка d = 4,30 мм). Затем лупу или образец надо повернуть на 90о и измерить диаметр отпечатка второй раз.
Среднее арифметическое значение диаметра отпечатка записывают в протокол испытания. Чтобы не прибегать к длительным вычислениям твердости по приведенной формуле, на практике пользуются специальной таблицей, которая дает перевод диаметра отпечатка в число твердости НВ. Полученное число твердости НВ также записывают в протокол испытания. Для получения правильной характеристики твердости данного материала необходимо провести еще два повторных испытания на твердость того же образца; полученные результаты записывают в протокол испытания (диаметры отпечатков, числа твердости), определяют средний результат и снова записывают в протокол. Приповторных испытаниях центр отпечатка находится на расстоянии не менее двух диаметров шарика.
Рисунок 5 - Отсчет по шкале лупы
2. Порядок выполнения работы
При обработке поверхности образец не должен нагреваться выше 100 - 150 оС. Получить у преподавателя образцы металлов, подлежащие испытанию на твердость (ориентировочная величина твердости образцов должна быть известна). 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. Подготовка поверхности образца необходима для получения правильного отпечатка и чтобы края его были отчетливо видны для измерения.
Используя данные таблицы 1, убедитесь, что диаметр шарика (см. рисунок 1) и величина нагрузки, установленные на приборе, соответствуют характеристикам образца, подлежащего испытанию на твердость, учитывая, что рычажная система с подвеской создают нагрузку 1839 Н (187,5 кгс). Подготовка прибора и проведение испытания:
1) Установить на подвеску 11 (см. рисунок 2) грузы 12, соответствующие выбранной для испытания нагрузке.
2) Наконечник с шариком вставить в шпиндель 7 и укрепить.
3) На столик 4 поместить испытываемый образец 5. Образец должен плотно лежать на столике, центр отпечатка должен находится от края образца на расстоянии не менее диаметра шарика.
4) Вращением рукоятки 15 по часовой стрелке поднять столик и прижать образец 5 к шарику 6, продолжать вращать рукоятку 15 до тех пор, пока указатель 14 не станет против риски.
5) Нажатием кнопки включить электродвигатель.
6) После сигнала звонков вращением против часовой стрелки рукоятки 15 опустить столик 4 и снять с него образец с полученным отпечатком.
7) Измерить полученный отпечаток лупой или микроскопом, установив их на данном оборудовании.
8) Определить твердость.
9) Занести данные в протокол испытания.
3. Правила техники безопасности при работе на оборудовании
· Проверить наличие и исправность инструмента, исправность оборудования;
· ознакомиться с технической документацией предстоящей работы;
· подготовить рабочее место: на рабочем месте не должно быть ничего лишнего, рабочее место должно содержаться в чистоте;
· по окончанию работы выключить оборудование.
4. Контрольные вопросы
1) Что понимается под твердостью металлов?
2) На чем основан метод Бринелля?
3) Как измеряется диаметр отпечатка?
4) Как обозначается твердость металла по Бринеллю и чем она характеризуется?
5) Как устроен и работает пресс Бринелля?
6) Твердость каких металлов испытывают по методу Бринелля?
7) Какая существует связь между твердостью металлических материалов и их обрабатываемостью на металлорежущих станках?
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Понятие твердости как способности металла сопротивляться деформации на поверхности образца или изделия. Cущность методики измерения твердости на приборах Бринелля, Роквелла, Виккерса и микротвердомере. Порядок выбора прибора, нагрузки и наконечника.
методичка [486,2 K], добавлен 27.11.2010Сущность и основные этапы изучения метода Бринелля, его назначение и сферы применения. Критерии и показатели твердости тела согласно теории Бринелля. Вычисление числа твердости по значениям диаметра отпечатка исследуемого тела и силы вдавливания.
лабораторная работа [12,4 K], добавлен 12.01.2010Испытание на твердость по методу Роквелла посредством вдавливания наконечника алмазного конуса или стального закаленного шарика в образец или деталь. Углубление конуса под последовательно прилагаемыми предварительной и общей нагрузками, глубина внедрения.
лабораторная работа [13,8 K], добавлен 12.01.2010Определение твердости металлов методами Бринелля, Роквелла и Виккерса. Составление диаграммы состояния железо - карбид железа. Описание структуры доэвтектоидного сплава при комнатной температуре. Изучение процессов закалки и отпуска хромистой стали.
контрольная работа [908,4 K], добавлен 21.07.2013Магистральные и промысловые нефтепроводы. Дефекты нефтепроводов при производстве и эксплуатации. Методы испытаний труб. Испытание на прочность и проверка герметичности. Последовательность выполнения испытания. Выбор оборудования и средств измерения.
курсовая работа [861,8 K], добавлен 12.05.2015Анализ кинематической схемы привода. Определение мощности, частоты вращения двигателя. Выбор материала зубчатых колес, твердости, термообработки и материала колес. Расчет закрытой цилиндрической зубчатой передачи. Силовая схема нагружения валов редуктора.
курсовая работа [298,1 K], добавлен 03.03.2016Изучение электрооборудования фрикционного пресса, принцип его действия. Навыки в выборе электрических аппаратов, расчет основных элементов электрической схемы. Пресс–машина неударного действия для обработки материалов давлением. Выбор электродвигателей.
дипломная работа [233,3 K], добавлен 21.01.2011Расчет Ш–образного электромагнита автоматического выключателя с разработкой эскиза конструкции, расчета основных его элементов и технических показателей. Расчет магнитных цепей инженерным методом. Схема автоматического выключателя и принцип действия.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 21.09.2010Испытание изоляции обмотки статора генератора повышенным выпрямленным напряжением. Определение работоспособности промежуточного реле с катушкой из медного провода, выбор реле. Расчет намагничивающей и контрольной обмоток для испытания стали статора.
курсовая работа [342,2 K], добавлен 30.11.2012Принципиальная схема и геометрический фактор бесконтактного магнитного реле. Выбор стандартного магнитопровода. Проведение расчёта номинальных параметров нагрузки. Выбор диодов В1-В4 в рабочей цепи. Определение числа витков и диаметра проводов обмоток.
курсовая работа [409,1 K], добавлен 04.09.2012Устройство, принцип действия, пригодность и электрическая схема реле РТ-40/0,6. Динамика сопротивления реостата при увеличении и уменьшении тока в цепи. Методика определения значения коэффициента возврата и погрешности (отклонения) тока срабатывания реле.
лабораторная работа [23,7 K], добавлен 12.01.2010Определение сжимающего усилия малого поршня и силу приложения к рычагу гидравлического пресса. Расчет напора насоса при известной объемной подаче. Схема и принцип действия радиально-поршневого насоса. Описание гидравлического оборудования машины ЛП-19.
контрольная работа [292,6 K], добавлен 08.07.2011Назначение завода и цеха. Устройство, основные сборочные единицы и принцип действия центробежного насоса. Автоматизация управления технологическими процессами. Ремонт деталей и узлов. Правила техники безопасности при обслуживании компрессорной установки.
дипломная работа [355,6 K], добавлен 07.02.2016Схема измерений при тепловом испытании газотурбинных установок. Краткое описание применяемых измерительных устройств. Преобразователи, конечные приборы, система сбора данных. Алгоритм обработки результатов теплового испытания газотурбинных установок.
лабораторная работа [2,3 M], добавлен 22.12.2009Изучение свойств и схемы реле, принцип его действия и назначение. Порядок испытания реле напряжения РН-54/160, критерии определения его пригодности. Заключение о пригодности реле путем сравнивания полученных результатов вычислений со справочными данными.
лабораторная работа [140,6 K], добавлен 12.01.2010Расчет удельной электрической нагрузки электроприемников квартир жилых зданий. Определение расчетной нагрузки трансформаторной подстанции. Величина допустимых потерь напряжения городских распределительных сетей. Выбор сечения проводов линии силовой сети.
контрольная работа [308,4 K], добавлен 13.07.2012Составление программы испытаний электрического турбогенератора и определение работоспособности промежуточного реле. Расчет начальной температуры обмотки статора и вычисление параметров намагничивающей и контрольной обмоток для испытания стали статора.
курсовая работа [9,5 M], добавлен 30.11.2012Кристаллизация как процесс перехода металла из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллической структуры. Схема образования шва при дуговой сварке. Ключевые факторы и условия, необходимые для начала роста кристаллов из жидкого металла.
презентация [324,7 K], добавлен 26.04.2015Устройство электромагнитных пускателей, принцип их действия и сферы применения. Техническое обслуживание магнитных пускателей, ремонт электрооборудования. Основные правила техники безопасности при обслуживании электроустановок напряжением ниже 1000 В.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 09.12.2009Определение и уточнение диаметра вала с целью оценки статической нагрузки на брус. Произведение расчета вала на прочность и жесткость при крутящем ударе и при вынужденных колебаниях. Выбор эффективных коэффициентов концентрации напряжений в сечении.
контрольная работа [735,9 K], добавлен 27.07.2010
