Лабораторная работа № 3
«Испытания твердости на приборе Роквелла»
Учебная цель: научится проводить испытания твердости металлов на приборе Роквелла (твердомере ТК-2).
Учебные задачи:
Изучить метод испытания твердости на приборе Роквелла.
Научиться испытывать твердость на приборе Роквелла.
Научиться переводить числа твердости по Роквеллу в числа твердости по Бринеллю.
Образовательные результаты, заявленные во ФГОС СПО третьего поколения:
Студент должен
уметь:
проводить исследования и испытания материалов;
знать:
способы и методы исследования и испытания материалов.
Задачи лабораторной работы № 3
Повторить краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме лабораторной работы.
Ответить на вопросы для закрепления теоретического материала по теме.
Выполнить задания лабораторной работы.
Оформить отчет.
Обеспеченность занятия (средства обучения):
1. Технические средства обучения:
прибор Роквелла (твердомер ТК-2);
шарик из закаленной стали диаметром – 1,588 мм;
алмазный конус с углом у вершины 120о;
образцы деталей с различной твердостью;
наждачная бумага,
напильник.
2. Учебно-методическая, справочная литература:
А.М.Адаскин Материаловедение: Учебник. – М.: Высшая школа, 2009.
Л.Д. Иванова Сборник методических указаний для студентов по выполнению лабораторных работ. – Самара: ГБОУ СПО «ПГК», 2014.
3. Лекционная тетрадь по материаловедению.
4. Тетрадь в клетку для выполнения лабораторных работ.
5. Калькулятор инженерный.
6. Ручка.
7. Карандаш простой.
8. Линейка.
9. Ластик.
Краткие теоретические и учебно-методические материалы
по теме лабораторной работы
Основные положения измерения твердости
по методу Роквелла
Твердость по методу Роквелла определяют по глубине вдавливания в испытуемую поверхность алмазного конуса с углом при вершине 1200 или стального закаленного шарика диаметром d = 1,588 мм.
Конус и шарик вдавливают двумя последовательными нагрузками:
предварительной Р0 = 10 кгс и основной Р1=90 кгс (шкала В);
P1=140 кгс (шкала С); Р1=50 кгс (шкала А). Общая нагрузка P равна их сумме
Р = Р0 + Р1 (5)
Предварительная нагрузка Р0 во всех случаях равна Р0 = 10 кгс.
Рисунок 7 - Схема определения твердости по Роквеллу
Пояснения к рисунку 7:
1 - Глубина внедрения h0 наконечника в испытуемый материал под давлением нагрузки Р0.
2 - Углубление конуса под общей нагрузкой Р, которая равна: Р = Р0 +Р1.
3 - Глубина внедрения h конуса под действием общей нагрузки Р, измеренная после снятия основной нагрузки Р1 с оставлением предварительной нагрузки Р0.
Pазнoсть глубин проникновения шарика или алмаза (h — h0) под нагрузкой Р характеризует твердость по Роквеллу. За единицу твёрдости принята величина, соответствующая осевому перемещению наконечника на 0,002 мм. Число твердости по Роквеллу выражается в условных единицах отвлеченным числом, связывается с углублением и определяется по формуле:
 , (6)
где К- постоянная величина: для шарика равна 0,26 мм, для конуса 0,2 мм;
(h-h0) - разность глубин проникновения наконечника;
С - цена деления циферблата индикатора, которым определяется глубина внедрения наконечника С=0,002. (Перемещение наконечника на 0,002 мм. соответствует 1 ед. твердости). Необходимости в проведении этих расчетов нет, практически индикатор твердомера измеряет сразу разности глубин (h – h0), т.к. после приложения нагрузки Р0 его стрелку ставят на 0.
Шкала циферблата проградуирована в условных единицах (цифрами, выражающими величину твердости). Число твердости отсчитывается по шкале индикатора после снятия основной нагрузки Р (предварительная Р0 при этом остается), и в зависимости от того, применяют ли шарик или алмазный конус, а также от нагрузки, при которой проводят испытание ( то есть по какой шкале: В, С или А), число твердости обозначают: HRB; HRC; HRA.
Рекомендации по выбору наконечника и нагрузки при испытании на твердомерах типа TK см. в табл. 4
Таблица 4
Вид наконечника
|
Шкала
|
Общая нагрузка (кгс)
Р = Р0 +Р1
|
Обозначение твердости
|
Допустимые параметры и пределы шкалы
|
Стальной шарик диаметром
d =1,588 мм
|
В
|
100
|
HRB
|
HRB 25…100 ипользуется для измерения твердости незакаленных сталей, цветных металлов и сплавов и изделий толщиной 0,8-2 мм (т.е. тех тонких сплавов и изделий, измерение твердости которых методом Бринелля не может быть выполнено).
|
Алмазный ко-нус с углом при вершине 1200 ± 1,5.
Радиус зак-ругления вершины
0,2 – 0,002 мм
|
С
|
150
|
HRC
|
HRC 20…67. применяется для измерения твердости закаленных сталей и твердости тонких поверхностных слоев толщиной 0,5 мм.
|
То же
|
А
|
60
|
HRA
|
HRA 68…85. Измеряют твердость изделий с твердым поверхностным слоем (цементируемых, цианированных и др.) твердых сплавов (ВК; ТК; ТТК).
|
Примечание: При измерении твердости по шкале А с нагрузкой P=60 кгс значение твердости читают по черной шкале С, но обозначают HRA, т.к. число HRA можно перевести в HRC по формуле: HRC=2НRA -104.
Достоинства и недостатки метода Роквелла
Достоинства:
Высокая производительность, т.к испытание выполняется легко
и быстро (30-60 с).
Точность измерения, при этом отпечатки очень малы, и можно испытывать готовые детали.
Не требуется никаких дополнительных измерений. Число твердости читается прямо по шкале.
Значение твердости по Роквеллу можно перевести в значение твердости по Бринеллю.
 (7)
Недостатки:
Не рекомендуется применять для определения твердости неоднородных по структуре сплавов (чугуна).
Вопросы для закрепления теоретического материала
Дайте определение твердости.
В чем отличие определения твердости на приборе Роквелла от определения
твердости на приборе Бринелля?
Что такое предварительная нагрузка на приборе Роквелла, и чему она равна?
Чему равна общая нагрузка по шкале А; по шкале В; по шкале С?
Назовите достоинства и недостатки исследования твердости методом Роквелла.
Задания для лабораторной работы № 3
Задание № 1: Ознакомиться с основными положениями испытания твердости методом Роквелла. Зарисовать в тетрадь схему испытания с определением числа твердости.
Задание № 2: Изучить устройство и работу прибора Роквелла (твердомера ТК-2).
Задание № 3: Испытать твердость образцов, заполнить таблицу результатов испытания.
Задание № 4: Перевести число твердости НR по Роквеллу в число твердости HВ по Бринеллю.
Задание № 5: Составить отчет по лабораторной работе.
Инструкция по выполнению заданий лабораторной работы № 3
Ознакомиться с основными положениями измерения твердости по методу Роквелла.
Изучить устройство и работу прибора Роквелла ТК-2.
Устройство и работа твердомера ТК-2
        
1
2
31
431
531
76 31
631
831
931
Рисунок 8 - Твердомер Роквелла (а-общий вид, б-шкала прибора).
Прибор имеет литое основание 3 и литую головку 1, скрепленные между собой стойкой 2. В нижнем основании монтируется втулка, в которой с помощью маховика 4 перемещается подъемный винт 6 со сменным столиком 7. В головке 1 монтируется рычажная система, предназначенная для передачи нагружения, которая обеспечивает плавное, без толчков, нагружение за время 3-6 сек. Усилие от рычажной системы передается на шпиндель, который приводит в движение индикатор 9. На циферблате индикатора нанесены две шкалы - черная "С" и красная "В". Имеются две стрелки - большая и малая. Циферблат разделен на 100 делений, каждое из которых соответствует глубине вдавливания 0,002 мм. Большая стрелка служит для указания твердости, а малая - для контроля величины предварительного нагружения Р0.
Испытать твердость образцов на твердомерах типа ТК-2. Изучив устройство прибора и правила обращения с ним, произвести испытания в следующей последовательности:
Подготовить образцы к испытанию. Поверхность их должна быть чистой и ровной, без следов масла и других загрязнений. Окалина, гальванические покрытия должны быть удалены.
Подобрать опорный столик в соответствии с профилем испытуемого образца. Поверхность опорного столика должна быть чистой.
Руководствуясь данными, приведенными в табл. 4:
выбрать вид наконечника: алмазный (или из твердого сплава) конус или шарик и закрепить в шпинделе винтом 8;
набором грузов установить необходимую нагрузку (60 кг, 100 или 150 кг) соответственно выбранному наконечнику и применительно к шкале, по которой предполагается вести испытания.
Установить испытуемый образец на столик прибора. Поверхность образца должна плотно прилегать к опорному столику и располагаться перпендикулярно оси шпинделя.
В ращением маховика 4 постепенно подвести испытуемую поверхность образца до соприкосновения с наконечником, а затем дальнейшим вращением маховика произвести предварительное нагружение до тех пор, пока малая стрелке индикатора не совпадет с красной точкой, а большая стрелка примет приблизительно вертикальное положение ±5 делений. Затем повернуть ободок барабана (который находится между маховиком 4 и клавишей 5) до совпадения нуля выбранной шкалы (C или В) с большой стрелкой на индикаторе.
Рисунок 9 - Схема установки стрелок.
ПРИМЕЧАНИЯ:
Если малая стрелка индикатора перейдет за красную точку, то необходимо на испытуемой поверхности выбрать другую точку и испытание начать сначала.
Подводить маховиком испытуемый образец до соприкосновения с алмазным конусом и давать предварительное нагружение нужно медленно и внимательно, чтобы не вывести прибор из строя.
-
После установки большой стрелки на 0 сообщают наконечнику основную нагрузку, для чего включают штепсель прибора в сеть 220 В и включают тумблер «пуск прибора». После этого нажимаем клавишу 5, электромотор через рычажную систему производит нагружение наконечника на образец. При нагружении большая стрелка вращается против часовой стрелки, время нагружения составляет 3-6 сек.
Цифра, против которой остановится большая стрелка, укажет число твердости по Роквеллу (наблюдать следует по той же шкале, которая выбрана для измерения твердости).
Вращением маховика 4 против часовой стрелки снимают предварительную нагрузку, опускают столик и берут образец.
Испытания следует проводить 2-3 раза. Расстояние между соседними отпечатками и краем образца не должно быть менее 3-х мм.
Результаты испытания внести в таблицу испытания.
-
Отчет о работе представляется письменно и должен отражать:
Название работы, ее цель и задачи.
Краткое описание процесса определения твердости по Роквеллу с изложением теоретических положений.
Назначение прибора Роквелла и схему его испытания.
Таблицу результатов испытания на твердость по методу Роквелла (см.образец выполнения отчета).
Перевод числа твердости НR по Роквеллу в число твердости HВ по Бринеллю по формуле.
Контрольные вопросы для защиты отчета
по лабораторной работе № 3
Укажите назначение стрелок циферблата индикатора
Для чего предназначены маленькая и большая стрелки циферблата индикатора?
В какой последовательности производится исследование твердости методом
Роквелла?
Как осуществляется перевод твердости по Роквеллу в твердость по Бринеллю?
Образец отчета по лабораторной работе № 3
Отчет
по лабораторной работе № 3
«Испытание твердости на приборе Роквелла»
Учебная цель: научится проводить испытания твердости металлов на приборе Роквелла (твердомере ТК-2).
Учебные задачи:
Изучить метод испытания твердости на приборе Роквелла.
Научиться испытывать твердость на приборе Роквелла.
Научиться переводить числа твердости по Роквеллу в числа твердости по Бринеллю.
Задание № 1: зарисованная в тетрадь схема испытания твердости на приборе Роквелла с характеристикой нагрузок, в зависимости от вида испытуемого материала.
Задание № 2: здесь должны быть указаны достоинства и недостатки метода Роквелла.
Задание № 3: результаты испытаний твердости образцов должны быть представлены в виде заполненной таблицы 5.
Таблица 5
Материал-марка
|
Вид на-конечника
|
Шкала отчета твердости
|
Нагрузка в кг
|
Измерение твер-дости по Роквеллу
НRС
|
Твердость по Бринеллю
|
Р0
|
Р1
|
Р
|
I
|
II
|
Средн.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задание № 4: здесь Вы должны перевести число твердости НR по Роквеллу в число твердости HВ по Бринеллю по формуле 7:
.
|
