Лабораторная работа по материаловедению, по теме: "Определение твердости деталей и заготовок переносным ультразвуковым твердомером."

Лабораторная работа № 1

Тема: Определение твердости деталей и заготовок переносным ультразвуковым твердомером.

1. Цель работы

1. Приобрести навыки в определении твёрдости металлов на переносном ультразвуковом твердомере.

2. Ознакомиться с условиями применения того или иного метода определения твердости; подготовкой образцов для измерения твердости.

2.  Оборудование и материалы, используемые при выполнении работы:

 1. Переносной ультразвуковой твердомер, два комплекта отожжённых образцов и два комплекта закалённых и отпущенных образцов.

3. Задание к работе

3.1. Изучить теоретическую часть работы.

3.2.Произвести испытание на твёрдость по Бринеллю.

3.3. Произвести испытание на твёрдость по Роквеллу

3.5. Составить отчёт о работе

4 Общие сведения

4.1 Твёрдость является одним из основных механических свойств любого конструкционного материала. Твёрдостью называется сопротивление материала проникновению в него другого тела более твёрдого. Существуют следующие методы испытания твёрдости: метод: вдавливания и метод упругой отдачи.

При испытании твёрдости методом вдавливания применяются приборы Бринелля и Роквелла. Прибор Бринелля применяется для определения твёрдости отожжённых стальных изделий, а также изделий из цветных металлов и сплавов. Прибор Роквелла более универсальный, он применяется для определения твёрдости отожженных и закаленных стальных изделий.

Твердость определяется электронным способом, посредством измерения изменения ультразвуковой частоты (в случае использования ультразвукового датчика) и на определении отношения скоростей бойка, находящегося внутри датчика, до и после удара ( в случае использования динамического датчика).

Метод наиболее подходит для контроля твердости однородных материалов и для тонких или легких по весу изделий, где другие портативные методы испытаний оказываются ненадежными или неприменимыми.

Ультразвуковой датчик в основе своей использует стальной стержень с алмазной пирамидой Виккерса (угол между гранями 136⁰), который является акустическим резонатором встроенного генератора ультразвуковой частоты.

При внедрении пирамиды в контролируемое изделие под действием фиксированного усилия калиброванной пружины, происходит изменение собственной частоты резонатора, определяемое твёрдостью материала. Относительное изменение частоты резонатора преобразуется электронным блоком в значение твёрдости выбранной шкалы и выводится на дисплей.

Метод отскока очень прост, производителен, не требует специальных навыков. Подходит для измерений твёрдости на массивных изделиях, изделиях с крупнозернистой структурой, кованых и литых изделиях.

Боек, расположенный в динамическом датчике, имеет на конце твердосплавный шарик, непосредственно контактирующий с контролируемой поверхностью в момент удара. Внутри бойка находится постоянный магнит. Боёк, после нажатия спусковой кнопки, при помощи предварительно взведенной пружины, выбрасывается на измеряемую поверхность.

При этом боёк перемещается внутри катушки индуктивности и своим магнитным полем наводит в ней ЭДС. Сигнал с выхода катушки индуктивности подается на вход электронного блока, где преобразуется в значение твёрдости выбранной шкалы и выводится на дисплей.

Твердомер состоит из электронного блока и двух сменных датчиков: ультразвукового и динамического.

Обозначение датчика		Наименование датчика		Усилие прижима датчика,  Н (кгс)
У10		Ультразвуковой		9,8 (1)
У15		Ультразвуковой		14,7 (1,5)
У50		Ультразвуковой		49,0 (1,5)
У100		Ультразвуковой		98,0 (10)
У15К		Ультразвуковой короткий		14,7 (1,5)
У50К		Ультразвуковой короткий		49,0 (5)
Д		Динамический		-
ДК		Динамический короткий		-
Шкала твердости	Диапазон измерений		Пределы допускаемой  абсолютной погрешности  твердомера
Шкала "С" Роквелла	(20-70) HRC		±2 HRC
Шкала Бринелля	(75-450) НВ		±12 НВ
Шкала Виккерса	(75-1000) HV		±15 HV
Шкала Шора	(23-102) HSD		± 3HSD

Таблица 3

Твёрдость по Бринеллю		Твёрдость по Роквеллу			Твёрдость определяе мая вдавлива нием алмазной пирамиды HV	Предел прочности стали при растяжении,  кгс
Диаметр отпечатка в мм	Число твёрдости	Ш к а л ы
		С	А	В		Углеродистый	Хромис тый	Никеле-вой и хром- никелевой
1	2	3	4	5	6	7	8	9
2,2	780	72	89	-	1224	-	-	-
2,25	745	70	87	-	1116	-	-	-
2,3	712	68	86	-	1022	-	-	-
2,35	682	66	85	-	941	-	-	-
2,4	653	64	84	-	868	-	-	-
2,45	627	62	83	-	804	-	-	-
2,5	601	60	82	-	746	-	-	-
2,55	578	58	81	-	694	-	-	-
2,6	555	56	79	-	649	-	-	-
2,65	534	54	78	-	606	-	-	-
2,7	514	52	77	-	587	-	-	-
2,75	495	50	76	-	551	178	173	168
2,8	477	49	76	-	534	172	167	161
2,85	461	48	75	-	502	165	-	-
2,9	444	46	74	-	473	100	156	-
2,95	429	45	73	-	400	155	150	146
3	415	44	72	-	435	149	145	141
3,02	409	43	72	-	423	147	143	139
3,05	401	42	71	-	412	144	139,5	136,5
3,1	388	41	71	-	401	139,5	136	132
3,15	375	40	70	-	390	135	131,5	127,5
3,2	363	39	70	-	380	130,5	127	123,5
3,25	352	38	69	-	361	126,5	123	119,5
3,3	341	37	68	-	344	122,5	119	116
3,35	331	36	68	-	335	119,5	116,5	113
3,4	321	35	67	-	320	115,5	112	109
3,45	311	34	67	-	312	111,5	108,5	105,5
3,5	302	33	67	-	305	108,5	105,5	102,5
3,55	293	31	66	-	291	105,5	102,5	100
3,6	286	30	66	-	285	103,5	100	97,5
3,65	277	29	65	-	278	99,5	97	94
3,7	269	28	65	-	272	97	94	91,5
3,75	262	27	64	-	261	94,5	92	89,5
3,8	255	26	64	-	255	92	89	86,5
3,85	248	25	63	-	250	89,5	87	84,5
3,9	241	24	63	100	240	87	84,5	82
3,95	235	23	62	99	235	84,5	82,5	80,5
1	2	3	4	5	6	7	8	9
3,95	235	23	62	99	235	84,5	82,5	80,5
4	228	22	62	98	226	82,5	80	77,5
4,05	223	21	61	97	221	80	77,5	76,5
4,1	217	20	61	97	217	78	76	74
4,15	212	19	60	96	213	76	74	72
4,2	207	18	60	95	209	74,5	72,5	70,5
4,25	202	16	59	94	201	72	71	68,5
4,3	196	15	58	93	197	70,5	68,5	66,5
4,35	192	15	58	92	190	69	67	65
4,4	1878	-	57	91	186	67,5	65,5	63,5
4,45	183	-	56	89	183	66	64	62,5
4,5	179	-	56	88	177	64	62,5	60,5
4,55	174	-	55	87	174	62,5	61	59
4,6	170	-	-	86	171	61	59,5	58
4,65	166	-	-	85	165	60	58,5	57
4,7	163	-	-	84	162	58,5	57	55,5
4,75	159	-	-	83	159	57,5	55,5	54,5
4,8	156	-	-	82	154	56	54,5	53
4,85	153	-	-	81	152	55	53,5	52
4,9	149	-	-	80	149	53,5	52	50,5
4,95	146	-	-	78	147	52,5	51	50
5	143	-	-	76	144	51	49,5	48,5
5,05	140	-	-	76	-	50	49	47,5
5,1	137	-	-	75	-	49,5	48	46,5
5,15	134	-	-	74	-	48,6	47	45,5
5,2	131	-	-	72	-	47	45,5	44,5
5,25	128	-	-	71	-	46,25	44,75	43,5
5,3	126	-	-	69	-	45	43,5	42,5
5,35	124	-	-	69	-	44	43	42
5,4	121	-	-	67	-	43,5	42,5	41
5,45	118	-	-	66	-	42,5	41,5	40
5,5	116	-	-	65	-	41,75	40,75	39,25
5,55	114	-	-	64	-	41,25	40,25	38,75
5,6	112	-	-	62	-	40,5	39,5	38,5
5,65	109	-	-	61	-	39	-	-
5,7	107	-	-	59	-	38,5	-	-
5,75	105	-	-	58	-	38	-	-
5,8	103	-	-	57	-	37	-	-
5,85	101	-	-	56	-	36,5	-	-
5,9	99	-	-	54	-	35,5	-	-
5,95	97	-	-	53	-	33	-	-
6	96	-	-	52	-	34,5	-	-

Определение числа твёрдости НВ по ГОСТ (9012-59)

Таблица 4

Диаметр отпечат- ка d10  или 2d5 или 4d2,5	Число твёрдости по Бринеллю при нагрузке Р(кгс) равной:			Диаметр Отпечатка d 10 или 2d5   или 4d2,5	Число  твёрдости по Бринеллю  при нагрузке Р (кгс)
	30D2	10 D2	2,5 D2		30 D2	10 D2	2,5 D2
2,9	444	-	-	4,45	183	60,9	15,2
2,95	429	-	-	4,5	179	59,5	14,9
3	415	-	34,6	4,55	174	58,1	14,5
3,05	401	-	33,4	4,6	170	56,8	14,2
3,1	388	129	32,3	4,65	167	55,5	13,9
3,13	380	127	31,7	4,7	163	54,3	13,6
3,15	375	125	31,3	4,75	159	53	13,3
3,2	363	121	30,3	4,8	156	51,9	13
3,25	352	117	29,3	4,85	152	50,7	12,7
3,3	341	114	28,4	4,9	149	49,6	12,4
3,35	331	110	27,6	4,95	146	48,6	12,2
3,4	321	107	26,7	5	143	47,5	11,9
3,45	311	104	25,9	5,05	140	46,5	11,6
3,5	302	101	25,2	5,1	137	45,5	11,4
3,55	293	97,7	24,5	5,15	134	44,6	11,2
3,6	285	95	23,7	5,2	131	43,7	10,9
3,65	277	92,3	23,1	5,25	128	42,8	10,7
3,7	269	89,7	22,4	5,3	126	41,9	10,5
3,75	262	87,2	21,6	5,35	123	41	10,3
3,8	255	84,9	21,2	5,4	121	40,2	10,1
3,85	248	82,6	20,7	5,45	118	39,4	9,86
3,9	241	80,4	20,1	5,5	116	38,6	9,66
3,95	235	78,3	19,6	5,55	114	37,9	9,46
4	229	76,3	19,1	5,6	111	37,1	9,27
4,05	223	74,3	18,6	5,65	109	36,4	9,1
4,1	217	72,4	18,1	5,7	107	35,7	8,93
4,15	212	76	17,6	5,75	105	35	8,76
4,2	207	68,8	17,2	5,8	103	34,3	8,59
4,25	201	67,1	16,8	5,85	101	33,7	8,43
4,3	197	65,5	16,4	5,9	99,2	33,1	8,26
4,35	192	63,9	16	5,95	97,3	32,4	8,11
4,4	187	62,4	15,6	6	96,5	31,8	7,96

6          

Примечание: Обозначение 2d₅ и 4d_2,5 указывают, что для отыскания по таблице числа твёрдости, при испытании шариком диаметром 5 мм, диаметр отпечатка надо умножить на два, а при испытании шариком диаметром 2,5 мм – умножить на  четыре.

Протокол испытания на твёрдость твердомером

Таблица 1.

Характеристика образцов			Значение твёрдости по Роквеллу, HRC	Твёрдость по Бринеллю (перевод). НВ
Название детали	Материал детали	содержание углерода, в %

5. Составление отчёта.

Отчёт о проделанной работе должен содержать следующее:

1. Задание

2. Цель работы

3. Определение твёрдости на  твердомере.

4. Вывод

6. Контрольные вопросы

6.1. Что называется твёрдостью металлов?

6.2. Методы определения твёрдости.

6.3. Как определяется твёрдость по Роквеллу

6.4. Какие наконечники вдавливаются в металл при испытании на Бринелля и Роквелла.

6.5. Для каких материалов применяются методы Бринелля и Роквелла.

7. Список литературы:

7.1. Материаловедение: электронный образовательный ресурс - М.: Академия, 2013

7.2. Адаскин А.М., Зуев В.М. Материаловедение и технология метериалов. М.: ФОРУМ, 2010. - 336 с. ил.

7.3. Сеферов Г.Г., Батиенков В.Т., Сеферов Г.Г., Фоменко А.Л. Материаловедение: Учебник.- М.: ИНФРА-М. 2012.- 150 с.

7.4. Стуканов В.А. Материаловедение: учебное пособие – М.: ИД «ФОРУМ»: ИНФРА-М, 2012. – 368 с.: ил