Прибор ТШ-2 для испытания металлов на твердость по методу Бринелля

Прибор ТШ-2 (рисунок 2.2) предназначается для измерения твердости по методу вдавливания стального шарика в соответствии с методикой ГОСТ 9012-59.

Рисунок 2.2 - Прибор ТШ-2

При испытаниях на твердость применяют шарики диаметром 10; 5 или 2,5 мм в зависимости от толщины испытуемого материала.

Механизмы прибора смонтированы на литой чугунной станине 1.

Механизм нагружения состоит из подвески с грузами 2, которые через систему рычагов создают необходимые испытательные нагрузки на шаровом инденторе 3.

Механизм привода, состоящий из электродвигателя и червячного редуктора, обеспечивают работу механизма нагружения и возврата его в исходное состояние. Работа прибора протекает в автоматическом цикле.

Механизм подъема стола состоит из сменного стола 5, винта 6 и маховика 7. Включение прибора осуществляется пусковой кнопкой 8.

Перед проведением испытания следует, в зависимости от твердости материала, выбрать величину испытательной нагрузки и, соответствующий индентор (таблица 2.1).

Таблица 2.1 - Ориентировочные параметры испытаний.

Для шарика диаметром 10 мм при стандартном испытании применяют нагрузку 29420 H (3000 кгс).

В случае шарика меньшего диаметра необходимо сохранять постоянное соотношение нагрузки к квадрату диаметра шарика.

Рисунок 2.3 - Общий вид микроскопа МПБ-3

Диаметр шарика и соответствующую нагрузку следует выбирать так, чтобы диаметр отпечатка находился в пределах от 0,2 до 0,6.

Твердость испытуемого образца определяется путем измерения диаметра отпечатка при помощи микроскопа МПБ-3 (рисунок 2.3) и подсчета по формуле (2.1) или по таблицам (ГОСТ 9012-59).

Метод Виккерса.

При измерении твердости по Виккерсу в поверхность шлифованного материала вдавливают алмазный индентор в форме правильной четырехгранной пирамиды. Испытания проводят на приборе ТП-2. После снятия нагрузки P измеряют диагонали отпечатка в виде квадрата, оставшегося на поверхности образца (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 - Схема измерения твердости по методу Виккерса

Твердость HV (МПа) определяют как отношение нагрузки P к площади боковой поверхности F пирамидального отпечатка:

где P – нагрузка, H;

d – среднее арифметическое значение длины обеих диагоналей отпечатка, мм.

На практике число твердости определяют по специальным таблицам по значению диагонали отпечатка при выбранной нагрузке.

По Виккерсу можно испытывать как мягкие, так и высокотвердые металлы, можно измерять твердость образцов толщиной до 0,3 – 0,5 мм. Числа твердости по Виккерсу можно перевести в числа твердости по Роквеллу, а также в числа твердости по Бринеллю по таблицам (Приложение А).

Числа твердости по Виккерсу и Бринеллю имеют одинаковую размерность и для материалов с твердостью до 450 HB практически совпадают.

Измерение микротвердости.

Методом определения микротвердости оценивают твердость отдельных структурных составляющих: отдельных зерен карбидов, металлических соединений или тонких слоев, получающихся в результате химико-термической обработки и гальванических покрытий, тонких полуфабрикатов . Для этих целей используют приборы моделей ПМТ – 3, (рисунок 2. 5), ПМТ-5.

Рисунок 2.5 – Прибор ПМТ-3

Определение микротвердости основано на вдавливании под нагрузкой от 0,005 H (5 гс) до 2 H (200 гс) в испытуемый образец алмазной четырехгранной пирамиды и последующем измерении диагонали отпечатка с помощью микроскопа при увеличении до 485 раз.

Поверхность исследуемого образца должна быть отполирована и подвергнута травлению. Значения микротвердости определяют по специальным таблицам (ГОСТ 9450-76) или по той же формуле (2.3), что и твердость по Виккерсу.

На рисунке 2.6 показаны отпечатки, полученные на отдельных структурных составляющих углеродистой стали, содержащей 0,4 % углерода, большой отпечаток (а) получен на мягком феррите, а отпечаток меньших размеров (б) – на твердом перлите.

Рисунок 2.6 - Отпечатки, полученные при определении микротвердости