Твердість металу або сплаву дуже впливає на тривалість роботи

Деталей. Від твердості значною мірою залежить міцність деталі і стійкість поверхні її до спрацювання. На твердість випробовують усі відповідальні деталі. Для двигунів внутрішнього згоряння випробовують поршні, поршневі пальці, шатуни, шатунні болти, колінчасті вали, клапани та інші деталі.

На практиці найпоширенішими є такі методи визначення твердості металів: вдавлювання сталевої кульки (метод Брінелля); Вдавлювання алмазного конуса (метод Роквелла); Вдавлювання алмазної піраміди (метод Віккерса).

Метод Брінелля.

Для випробування твердості металів за цим методом застосовують прилад типу ТШ (твердомір кульковий). До нього додаються загартовані кульки з легованої сталі таких діаметрів: 2,5; 5; 10 мм (табл.).

Таблиця Вибір діаметра кульки і навантажень залежно від товщини зразка

Будова і принцип дії  Твердоміра ТШ-2. Твердомір приводиться в дію від електродвигуна 20 (рис. ) потужністю 0,27 кВт, частотою обертання 1400 хв_1. Для зменшення передатного відношення (1: 1600) вмонтовано двоступінчастий черв'ячний редуктор 19.

Механізм навантаження має два важелі 2 і 4, Сергу З, Комплект тягарів 8 На підвісці 7, Планку 6, Кривошип 12 З шатуном 11, Причіпний шатун 10, Закріплені у станині.

Загальна вага тягарів 8 Становить 600 Н, а через систему важелів з передатним числом 1 : 50 сила збільшується в 50 разів. Зміною набору тягарів можна забезпечити навантаження: 1875; 2500; 7500; 10 000 і 30 000 Н. Тягар вагою 625 Н, що є в комплекті, застосовують як компенсувальний: 625 + 1875 = 2500 Н. Отже, для вдавлювання кульки вагою менше ніж 1875 Η твердомір ТШ-2 не пристосований.

При повільному обертанні кривошипа 12 Ролик 9 Верхньої головки шатуна 11, Шарнірно з'єднаного з причіпним шатуном 10, Повільно піднімається вгору і опускається вниз. Під час опускання ролика 9 Важіль 4 Також опускається і кулька 26 Вдавлюється в зразок 25. Під час піднімання шатуна 11 З роликом 9 Відбувається розвантаження. Частота обертання кривошипа 12 Дуже мала — 0,875 хв-1, адже за рахунок редуктора зменшується передатне число (у 1600 разів) обертів електродвигуна (1400 хв1) Тоді одержимо 1400 : 1600 = 0,875.

Механізм зміни напрямку обертання двигуна (реверсування) працює за принципом зміни фаз (при зміні фаз у трифазному двигуні — напрямок обертання ротора зміниться на протилежний). Фази змінюються автоматично упорами 13 і 15, які почергово повертають рукоятку 14 мікроперемикача.

Тривалість витримки (10, 30 або 60 с) встановлюють на шкалі 17 механізму реверсування, повертаючи рухому чашку 16 гвинтом з ручкою 18 (разом з упором 15) відносно нерухомої шкали 17.

Електродвигун вмикають натисненням на кнопку 23, а зупиняється він автоматично (після дотику важеля 4 до мікровимикача 5).

Протягом усього періоду навантаження або витримування кульки під навантаженням горить контрольна лампочка 33.

Механізм піднімання предметного столика 24 складається з гвинта 22 і гайки-маховика 21. Кулька 26 вставлена у кулькотримач 28, закріплений гвинтом 29, і затиснена обмежником 27. На шпинделі 32 з втулкою ЗО розміщена пружина 31.

Тверді матеріали витримують під навантаженням 10 с, а м'які — 30 і 60 с.

Рис.  Твердомір ТШ-2: А — загальний вигляд; Б— кінематична схема

За методом Брінелля випробовують незагартовані вироби (твердість яких не перевищує 450 НВ), оскільки при випробуванні матеріалів з більшою твердістю сталева кулька при вдавлюванні деформуватиметься і результати досліду будуть неправильними (неточними). Схему вдавлювання зображено на рис. .

Унаслідок вдавлювання на поверхні зразка утворюється заглибина — Відбиток Діаметром D, Мм (рис.).

Діаметр відбитка вимірюють бінокулярним мікроскопом МПБ-2 (рис.). Цей мікроскоп застосовують для вимірювання відбитків при випробуванні кульками діаметром 5 і 10 мм. Мікроскоп МПБ-2 вимірює відбиток з точністю до 0,05 мм (див. рис.), оптична система збільшує його в 24 рази. Для вимірювання відбитків, зроблених кулькою діаметром 2,5 мм, слід застосовувати мікроскоп з точністю вимірювання до 0,01 мм.

Твердість на приладі ТПІ-2 визначають у такій послідовності: користуючись табл., вибрати відповідний режим випробування — діаметр D навантаження Ρ Кульки і тривалість витримки T; Встановити відповідно до навантаження тягарі на підвіску; закріпити кулькотримач з відповідним діаметром кульки; покласти зразок на предметний столик, підвести його до зіткнення з кулькою і ввімкнути прилад; після зняття зразка виміряти мікроскопом МПБ-2 (або лупою зі шкалою поділок десятих міліметра); розрахувати число твердості за Брінеллем:

НВ =

Де Ρ — навантаження при випробуванні, Н; D — діаметр кульки. мм; DCp — середнє значення діаметра відбитка, мм.

Залежність між діаметром відбитка і числом твердості за Брінеллем (діаметри відбитка подано для кульки діаметром 10 мм) наведено в табл. 2.3.

Таблиця 2.3. Числа твердості за НВ

Для визначення числа твердості НВ при випробуванні кулькою діаметром 5 мм діаметр відбитка потрібно помножити на 2, а при випробуванні кулькою діаметром 2,5 мм — на 4, а потім знайти в табл. 2.3 відповідну твердість.

Метод Роквелла. Цей метод застосовують для визначення твердості загартованих сталей та інших матеріалів, які мають високу твердість >450 НВ.

Для визначення твердості за Роквеллом застосовують прилад типу ТК (твердомір конусний).

Будова і принцип дії твердоміра ТК-2. Механізм навантаження складається з важеля З (рис. 2.11), підвіски 2, яка разом з важелем створює навантаження трьох тягарів.

Механізм приводу складається з електродвигуна 16, редуктора 17, кулачків 19 та 20 і штока 21. Поворотом рукоятки 18 можна встановити ролик штока проти кулачка 19 або 20. Якщо рукоятку 18 встановити проти позначки «Н», швидкість вдавлювання буде нормальною — протягом 4 с, а якщо проти позначки «У», то вдавлювання здійснюватиметься прискорено — протягом 2 с. Кулачки 191 20 включаються в дію натисненням на клавішу 13 перед кожним вдавлюванням. Електродвигун 16 працює безперервно, а кулачки — періодично.

Під час обертання кулачка 20 Він через ролик піднімає вгору шток 21 І важіль 3 З підвіскою 2 Та тягарцями і. Далі під час обертання кулачка шток разом із важелем 3 І тягарцями 1 Опускається, а конус 8 Вдавлюється в зразок.

Механізм піднімання стола 10 Складається з гвинта 15 і Гайки І І, на стіл кладеться зразок 9.

Шкала 4 Дає показання твердості зразка. При обертанні барабана 12 За рахунок шнура 23 Повертають і виставляють «0» шкали приладу (навпроти великої стрілки). Шнур натягують за допомогою ролика 22.

Оправа з конусом 8 Кріпиться гвинтом 7 і зусилля передається на шпиндель 5, на якому є пружина 6.
Механізм приводу розміщений усередині станини 14.

Механізм приводу розміщений усередині станини 14.

За методом Роквелла твердість визначають вдавлюванням твердосплаву або наконечника з алмазним конусом із кутом при вершині 120° або зі сталевою кулькою діаметром 1,85 мм. Кулькою користуються при випробуванні м'яких сталей (до 220 НВ) при навантаженні 981 Η (100 кгс). Зразок кладуть на стіл 10 Приладу ТК-2 і обертанням гайки 11 З трьома ручками піднімають його до дотику з алмазним конусом або сталевою кулькою. Обертання гайки продовжують до утворення тиску на зразок 98 Η (10 кгс) — попереднє навантаження, що показує маленька стрілка на циферблаті індикатора 4 (шкала твердості), тобто маленька стрілка має зупинитися навпроти точки (вертикально). При цьому велика стрілка має стати майже вертикально. Обертаючи барабан 12, Встановити «0» шкали навпроти кінця великої стрілки. Циферблат має дві шкали: червону «В» — для випробування кулькою і чорну «С» і «А» — для випробування відповідно твердосплавом і алмазним конусом. Шкалою «В» користуються при вимірюванні твердості м'яких металів з твердістю 60...230 НВ (незагартовані сталі, кольорові метали та їхні сплави); шкалою «С» при вимірюванні 230...700 НВ (загартованих сталей) і шкалою «А» — з твердістю понад 700 НВ (після хіміко-термічної обробки і твердих сплавів).

Ввімкнути електродвигун, повернувши ручку тумблера вгору. Після цього вимкнути механізм навантаження плавним коротким натисканням на клавішу 13. Простежити за відхиленням великої стрілки, а після її зупинення прочитати число твердості на відповідній шкалі.

Позначення твердості записують так: 35 HRB — випробування кулькою; 42 HRC — випробування конусом із твердого сплаву; 84 HRA — випробування алмазним конусом.

На твердість за Роквеллом випробовують шийки колінчастих валів, поршневі пальці, інструменти, тверді сплави (на різцях) та інші деталі.

Метод Віккерса застосовують для визначення твердості твердих металів і сплавів, а також надто малих деталей і тонких поверхневих шарів після цементації, азотування, ціанування тощо.

Метод Віккерса полягає в тому, що алмазний наконечник, який має форму правильної чотиригранної піраміди, вдавлюють у зразок (деталь) під дією навантаження F (JP). Потім вимірюють діагональ відбитка d, який залишається після зняття навантаження (рис. 2.12). Навантаження F (Р) може змінюватися від 9,8 (1) до 980 Н.

Твердість за Віккерсом, якщо F виражається в ньютонах (Н),

HV = 0,189;

Якщо F виражається в кілограм-силах (кгс), то

HV = 1,854.

Число твердості за Віккерсом (HV) визначають за спеціальними таблицями, в яких наведено значення діагоналі d відбитка, визначене в міліметрах.