Измерение твердости по Польди

 

Цель работы. ознакомиться с устройством и работой прибора Польди; приобрести навыки измерения твердости по Польди.

 

Краткие сведения из теории

Испытание на твердость динамическим вдавливанием шарика производится с помощью переносного прибора Польди, схема которого приведена на рисунке 4. В корпус 4-5 встроены шарик 2, боек 7 и пружина 6. В нижней части корпуса имеется окно, в которое между шариком и бойком вставляется эталонный образец 3. Пружина 6, действуя на боек, плотно прижимает эталонный образец к шарику. Прибор устанавливается на испытуемый металл 1 и по бойку молотком наносится удар произвольной силы. Эталонный образец изготавливается из стали в виде бруска квадратного сечения 12х12 мм. Диаметр вдавливаемого шарика обычно принимается равным 10 мм. Для последующих испытаний эталон в корпусе сдвигается так, чтобы соседние отпечатки отстояли друг от друга на расстоянии не менее 15 мм.

 

Рисунок 4 – Схема прибора Польди

 

Определение твердости методом Польди состоит в следующем: одновременно в испытуемый металл и в эталонный образец, твердость которого известна, под действием ударной (динамической) нагрузки вдавливается стальной закаленный шарик.

Твердость по Польди измеряется в тех же единицах, что и твердость по Бринеллю, и определяется сопоставлением значений диаметров отпечатков эталонного образца и испытуемого металла по формуле

, (5)

или по приближенной формуле

 

, (6)

где НВ _мет, НВ _эт - твердости по Бринеллю соответственно испытуемого металла и эталона;

d _мет, d _эт - диаметры отпечатков на испытуемом металле и эталоне, мм;

D _ш - диаметр шарика, мм.

В целях экономии времени определение твердости производится по таблицам, рассчитанным заранее по формулам (5) и (6).

Прибор Польди прост и удобен в работе. Однако метод Польди дает значительные ошибки (7-15, а иногда 30 %), что является его существенным недостатком и ограничивает область применения. Приближенность получаемых значений твердости связана главным образом с тем, что шарик вдавливается динамически, а твердость HB определяется по методике статического испытания. К методу Польди прибегают в следующих случаях:

а) для ориентировочных суждений о твердости металла;

б) при необходимости определения твердости массивных изделий (станин, конструкций, крупных поковок и отливок, которые не могут быть установлены на прессе Бринелля);

в) при проведении полевых испытаний.

Оборудование и материалы

Прибор Польди. Эталонный образец. Молоток. Наковальня. Образцы металла для измерения твердости. Отсчетный микроскоп (лупа Бринелля).

 

Порядок выполнения работы

1 Ознакомиться с описанием прибора Польди.

2 Вставить эталонный образец между шариком и бойком прибора.

3 Проверить подготовку поверхности испытуемого образца. Она должна быть выровнена и зачищена до металлического блеска.

4 Положить испытуемый образец на наковальню.

5 Выбрать на образце место для получения отпечатка.

6 Установить прибор и удерживать его в строго вертикальном положении.

7 Ударить молотком по бойку.

8 Извлечь эталонный образец из прибора.

9 Измерить с помощью лупы Бринелля диаметр полученного отпечатка на испытуемом и эталонном образцах. Измерения произвести в двух взаимно перпендикулярных направлениях (d ₁ и d ₂). Определить расчетный диаметр отпечатка d _ср. как среднее арифметическое двух измерений.

10 По формуле (5) или (6) определить число твердости по Польди, пользуясь расчетным диаметром отпечатка.

11 Результаты занести в таблицу отчета.

Содержание отчета

1. Цель работы

2. Схема определения твердости по Польди.

3. Область применения испытаний методом Польди

4. Сравнение результатов полученных методами Бринелля и Польди. Относительное погрешность метода Польди

 

Измерение микротвердости

 

Цель работы. ознакомиться с устройством прибора ПМТ-3 и порядком измерения микротвердости материалов с его помощью.

 

Испытание на микротвердость применяется для определения твердости объектов, которые не могут быть испытаны обычными методами (по Бринелю, Роквеллу, Виккерсу): мелких деталей приборов, тонких полуфабрикатов (лент, фольги, проволоки), тонких слоев, получающихся в результате химико-термической обработки (азотирования, цианирования и др.), гальванических покрытий, поверхностных слоев металла изменивших свои свойства в результате снятия стружки, давления, трения и отдельных структурных составляющих сплавов.

Оборудование и материалы

Для испытания на микротвердость применяется прибор ПМТ-3.

Основание 1 (рис. 5) прибора имеет стойку 2, по которой гайкой 3 при ослабленном винте 4 можно перемещать кронштейн 5 с тубусом 6 микроскопа. Кронштейн 5 имеет направляющие, по которым можно перемещать тубус 6. Грубое перемещение тубуса 6 осуществляется вращением винта 7 (макроподача), а малое перемещение – вращением винта 8 (микроподача). Тубус имеет наклонную трубку с окуляром 9 и объектив 10. К тубусу прикреплен механизм нагружения 11 с алмазной пирамидой 12. На основании 1 расположен предметный столик 13, верхнюю часть которого при помощи винтов 14 и 15 можно перемещать в двух взаимно-перпендикулярных направлениях (координатное перемещение) и рукояткой 16 поворачивать вокруг оси приблизительно на 180° от одного упора до другого (полукруговое перемещение). На столик 13 устанавливается образец 17.

 

Рис.5 Прибор ПМТ-3

Для нагружения применяются специальные грузы в форме шайб с вырезом весом 2, 5, 10, 20, 50, 100 и 200 г. При испытании один из грузов (шайба 18) устанавливается вырезом на шток нагружающего механизма. Вдавливание алмазной пирамиды 12 в образец 17 под действием груза, находящегося на штоке, осуществляется поворотом рукоятки 19 приблизительно на пол-оборота. Измерение диагонали полученного отпечатка производится окулярным микрометром 20.

Образцы ленты и фольги испытывают без подготовки. При определении твердости отдельных структурных составляющих поверхность образца должна быть подготовлена так же, как для металлографического исследования, т. е. должен быть приготовлен микрошлиф.

Порядок выполнения работы

1. Установить и закрепить (прижимными лапками или пластилином) образец или шлиф 1 (рис. 6, а) на предметном столике 2 под объективом 3. Столик должен быть повернут в крайнее правое положение до упора.

2. Навести на фокус поверхность образца (шлифа) 1 вращением винтов 7 и 8 (рис. 5) макроподачи и микроподачи.

3. Установить на резкость нити окулярного микрометра вращением глазной линзы окуляра 9 (рис. 5).

4. Вращением барабана 21 установить двойной штрих (перекрестие нитей) окулярного микрометра в центре поля зрения на делении 4 шкалы. Полный оборот барабана (100 малых делений на барабане) соответствует перемещению двойного штриха (перекрестия нитей) на одно деление шкалы.

5. Выбрать на образце 1 (рис. 6, а) место для нанесения отпечатка и подвести его, перемещением столика винтами 14 и 15 (рис. 5), под перекрестие нитей.

6. Окончательно навести на фокус поверхность образца 1 (рис. 6, а) вращением винта 8 микроподачи (рис. 7). Выбрать груз 4 (рис. 6, а)и поместить его на шток нагружающего механизма.

7. Повернуть рукояткой 5 предметный столик вокруг оси 00 в крайнее левое положение до упора (рис. 6, б). Поворачивать нужно осторожно без удара об упор, чтобы не сместить образец.

8. Произвести вдавливание алмазной пирамиды 6, для чего медленно и равномерно, одним пальцем, повернуть на себя рукоятку 7 арретира (рис. 6, в).

9. Дать выдержку 5 – 7 сек.

10. Снять нагрузку, для чего равномерно, одним пальцем, повернуть от себя рукоятку 7 арретира (рис. 6, б).

11. Повернуть рукояткой 5 предметный столик вокруг оси 00 в крайнее правое положение до упора (рис. 6, а). Поворачивать нужно осторожно, без удара об упор, чтобы не сместить образец.

12. Измерить окулярным микрометром диагональ полученного отпечатка.

 

Рис. 6. Схема испытания на микротвердость на приборе ПМТ-3

Определение твердости

Если Р нагрузку выразить в граммах, а d в микрометрах, то число твердости Н можно определить по формуле:

,

Чтобы не прибегать к длительным вычислениям твердости по приведенной выше формуле, практически пользуются специальными таблицами, рассчитанными на нагрузки 20, 50 и 100 г.

Например, если указанная выше длина диагонали отпечатка 39 мкм была получена при нагрузке 100 г, то по таблице 2 для данной диагонали отпечатка получаем число твердости 122 кг/мм².

Центрирование прибора

 

Центрировать прибор необходимо для того, чтобы отпечаток алмазной пирамиды получался при испытании точно в том месте образца, которое выбрано для его нанесения.

Для центрирования прибора необходимо:

1. Двойной штрих (перекрестие нитей) окулярного микрометра установить в центре поля зрения на делении 4 шкалы (рис. 7, а).

2. Выбрать на образце место для нанесения отпечатка и подвести его перемещением столика двумя винтами 14 и 15 (рис. 5) под перекрестие нитей (рис. 7, б).

3. Произвести отпечаток (рис. 7, в). Полученный отпечаток х вследствие того, что прибор не центрирован, допустим, расположился не на выбранном месте, а в стороне от перекрестия нитей.

4. Вращением центрировочных винтов 22 и 23 (рис. 5) совместить центр отпечатка х с перекрестием нитей (рис. 7, г).

5. Перемещением столика двумя винтами вновь установить под перекрестие нитей то место образца, на котором желательно сделать отпечаток (рис. 6, д).

6. Нанести отпечаток (рис. 7, е). Нанесенный отпечаток y расположился на выбранном месте образца и в перекрестии нитей

Содержание отчета

1. Цель работы

2. Схема измерения микротвердости на приборе ПМТ-3

3. Определение значения микротвердости расчетным путем и сравнение полученной величины с табличным значением

4. Область применения; индентор для измерения микротвердости.

 

а – перекрестие нитей окулярного микрометра установлено в центре поля зрения микроскопа на делении 4; 6 – место желательного нанесения отпечатка на предмете подведено путем перемещения столика двумя винтами под перекрестие нитей; в – нанесенный отпечаток х расположился в стороне от перекрестия; г – отпечаток х подведен к перекрестию центрировочными винтами; д – установлено прежнее место для испытания на предмете; е – вновь сделанный отпечаток у расположился в перекрестии нитей и на выбранном месте предмета. Рис. 7. Центрирование прибора ПМТ-3:

 

Таблица 2

Числа твердости в кг/мм.² при испытании алмазной квадратной пирамидой с двугранным углом при вершине 136° для нагрузки Р, равной 100 г

d мкм		I
	—   74,2 51,5   37,8 29,0 22,9   18,5 15.3 12,9   11,0 9,46 8,24   7,24 6,42 5,72   5,14 4,64 4,20   3,83 3,50 3,22   2,97 2,74 2,54   2,36 2,21 2,06	—   71,3 49,8   36,8 28,3 22,4   18,2 15,1 12,7   10,8 9,33 8,13   7,15 6,34 5,66   5,08 4,58 4,16   3,80 3,48 3,19   2,94 2,72 2,53   2,35 2,19 —	—   68,6 47,8   35,8 27,6 21,9   17,8 14,7 12,5   10,6 9,20 8,03   7,07 6,27 5,60   5,03 4,54 4,12   3,76 3,44 3,17   2,92 2,70 2,51   2,33 2,18 —	—   66,0 46,7   34,8 26,9 21,4   17,5 14,5 12,3   10,5 9,07 7,92   6,98 6,20 5,54   4,98 4,50 4,08   3,74 3,42 3,14   2,90 2,68 2,49   2,32 2,16 —	—   95,8 63,6 45,3   33,9 26,3 21,0   17,1 14,3 12,1   10,3 8,94 7,82   6,90 6,13 5,48   4,93 4,46 4,06   3,70 3,38 3,11   2,87 2,66 2,47   2,30 2,15 —	91,6 61,3 43,9   33,0 25,7 20,5   16,8 14,0 11,9   10,2 8,82 7,72   6,81 6,06 5,42   4,88 4,42 4,02   3,66 3,36 3,09   2,85 2,64 2,45   2,28 2,13 —	87,6 59,1 42,6   32,1 25,1 20,1   16,5 13,8 11,7   10,0 8,70 7,62   6,73 5,99 5,36   4,83 4,38 3,98   3,64 3,34 3,06   2,83 2,62 2,43   2,27 2,12 —	84,0 57,1 41,3   31,3 24,5 19,7   16,2 13,5 11,5   9,88 8,58 7,52   6,65 5,92 5,30   4,78 4,32 3,94   3,60 3,30 3,04   2,81 2,60 2,42   2,25 2,10 —	80,5 55,1 40,1   30,5 24,0 19,3   15,9 13,3 11,3   9,74 8,47 7,43   6,57 5,85 5,25   4,73 4,28 3,90   3,56 3,28 3,02   2,79 2,58 2,40   2,24 2,09 —	77,2 53,3 39,0   29,7 23,4 18,9   15,6 13,1 11,1   9,60 8,35 7,34   6,49 5,79 5,19   4,68 4,24 3,86   3,54 3,24 2,99   2,76 2,56 2,38   2,22 2,07 —

 

4 Измерение твердости по Роквеллу (ИСО 6508–86)

 

Цель работы. ознакомиться с устройством и работой прибора Роквелла, приобрести практические навыки измерения твердости по Роквеллу.