Навігація
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Головна arrow Техніка arrow Матеріалознавство в машинобудуванні

Визначення твердості

Твердість характеризує опір матеріалу великим пластичних деформацій. Найбільш поширені методи визначення твердості пов'язані з впровадженням спеціального тіла - індентора - в випробовуваний матеріал з таким зусиллям, щоб відбулася місцева пластична деформація, в результаті якої в матеріалі залишився відбиток индентора. Про величину твердості судять але відбитку. Визначення твердості методами вдавлення є самим м'яким видом випробувань (а> 2 - рис. 2.6).

Випробування на твердість - найбільш поширений метод визначення властивостей матеріалу. Це пояснюється рядом причин: визначення твердості є неруйнівним методом, так як деталь після такого виміру може бути використана за призначенням; випробування на твердість не вимагають високої кваліфікації і, крім того, знаючи твердість, можна судити і про інших механічних і технологічних властивостях.

Співвідношення нормальних і дотичних напружень при ранних способах прикладання навантаження

Мал. 2.6. Співвідношення нормальних і дотичних напружень при ранних способах прикладання навантаження

Метод Брінелля (прилади ТБ)

Як індентора використовується сталевий загартований кульку, який вдавлюється в випробуваний зразок на спеціальному пресі, в результаті на поверхні зразка утворюється відбиток у вигляді сферичної лунки (рис. 2.7). Діаметр відбитка вимірюється в двох взаємно перпендикулярних напрямках за допомогою мікроскопа Бринелля (це лупа зі шкалою - рис. 2.8). Значення твердості - це співвідношення прикладеного навантаження і площі поверхні відбитка. Вони визначаються за формулою

де НВ - позначення твердості; Р - прикладене навантаження [кгс]; D і (I - діаметри кульки і відбитка [мм].

На практиці користуються таблицею, в якій вказані значення твердості в залежності від діаметра відбитка. Розмірність одиниць Брінелля - кгс / мм2.

Діаметр кульки і навантаження вибирають так, щоб дотримувалися співвідношення: ,

Лунка при визначенні твердості по Брінеллю

Мал. 2.7. Лунка при визначенні твердості по Брінеллю

тобто для різних матеріалів і зразків різних розмірів ці параметри різні. При діаметрі индентора 10 мм, навантаженні 3000 кгс (29 430 Я) і часу витримки під навантаженням 10 з твердість позначається тільки цифрами і латинськими буквами, наприклад 200 НВ. Ці умови прийняті для визначення твердості сталей і чавунів. При зміні умов випробувань крім значень твердості вказуються діаметр кульки, зусилля і витримка під навантаженням. Наприклад, 185 // 5/5/750/20, тут: 5 - діаметр кульки в мм, 750 - навантаження в кгс, 20 - час витримки під навантаженням в с.

Метод Брінелля не є універсальним. Він не дозволяє відчувати матеріали з твердістю більш 450 НВ, так як при цьому може деформуватися інден- тор - кулька. Регламентується також товщина зразка - вона повинна бути не менше десятиразової глибини відбитка. При малих товщинах зразка необхідно зменшувати діаметр индентора і зусилля його вдавлення. Так, для зразків із сталей і чавунів з твердістю 140 ... 450 НВ товщиною менше 2 мм діаметр кульки - 5 мм, зусилля - 187,5 кгс.

Твердість по Брінеллю і межі міцності різних матеріалів пов'язані такими співвідношеннями:

  • - Для стали ;
  • - Для алюмінієвих сплавів НВ;
  • - Для мідних сплавів

Метод Роквелла (прилади ТР)

Принципова відмінність цього методу від розглянутого раніше в тому, що твердість визначається не площею поверхні відбитка індентора, а глибиною його проникнення в досліджуваний зразок.

Як індентора використовують алмазний конус - при випробуваннях твердих матеріалів і сталевий загартований кульку - при випробуваннях м'яких матеріалів.

Визначення діаметра відбитка при визначенні твердості по Брінеллю

Мал. 2.8. Визначення діаметра відбитка при визначенні твердості по Брінеллю

При випробуваннях на приладі Роквелла навантаження прикладається в дві стадії. Спочатку попередня, рівна 98 H (10 кгс), потім остаточна - основна. Ця (основна) навантаження становить при використанні алмазного конуса 150 або 60 кгс залежно від твердості матеріалу - велика для менш твердих матеріалів (наприклад, загартовані сталі); менша для матеріалів з дуже високою твердістю (тверді сплави, ріжучий кераміка), щоб уникнути відколу алмазного конуса; сталева кулька вдавлюють з навантаженням 100 кгс. Коли відбиток индентора отримано, основне навантаження знімають, залишаючи тільки попередню, вимірюючи таким чином глибину проникнення індентора під дією основного навантаження. Ця глибина зчитується безпосередньо зі шкали приладу, що має дві шкали - чорну і червону. Чорна шкала використовується при випробуваннях алмазним конусом, червона - сталевим загартованим кулькою.

Позначення твердості:

  • - HRC - алмазний конус, навантаження 150 кгс (64 HRC );
  • - HRA - алмазний конус, навантаження 60 кгс (90 HRA);
  • - HRB - кулька, навантаження 100 кгс (120 HRB ).

Для чернойшкали (HRA, HRC ) значення твердості рівні ; для червоної ( HRB) - ; h і - глибини впровадження індентора під дією загальної і попереднього навантаження відповідно. Саме ці значення показує стрілка приладу; кожний розподіл шкали одно 0,02 мм.

Значення твердості по Роквеллу - величини безрозмірні.

Значення твердості в одиницях HRC приблизно в 10 разів менше, ніж в одиницях НВ, тобто твердість 30 HRC приблизно відповідає 300 НВ; HRC = 2HRA - 104.

Метод Віккерса (прилади ТВ)

Метод заснований на вдавливании чотиригранної алмазної пірамідки з кутом між протилежними гранями, рівним 136 °. Твердість (вона позначається HV , наприклад 1000 HV) визначається співвідношенням навантаження і площі поверхні відбитка. Значення твердості обчислюються за формулою [кгс / мм2], де Р - зусилля впровадження індентора; (I - середнє значення довжини діагоналей відбитка (рис. 2.9).

Визначення твердості за Віккерсом

Мал. 2.9. Визначення твердості за Віккерсом

Визначення твердості по Шору.  Нп і нп - висота підйому і відскоку индентора

Мал. 2.10. Визначення твердості по Шору. Н п і Н п - висота підйому і відскоку индентора

Навантаження може змінюватися в межах від 1 до 100 кгс. Величина діагоналей визначається за допомогою спеціального мікроскопа, вбудованого в прилад.

Метод Віккерса більш точний, ніж метод Роквелла, так як алмазна піраміда має великий кут при вершині і діагональ її відбитка в сім разів більше глибини відбитка, отриманого при впровадженні конуса. У зв'язку з більшою точністю метод Віккерса є арбітражним.

Метод Віккерса дозволяє визначати твердість і твердих, і м'яких матеріалів, а також тонких деталей (0,3 мм) і поверхневих шарів (після цементації, азотування).

Для вимірювання твердості дуже тонких шарів або окремих фаз сплаву використовують метод вимірювання мікро- твердості при навантаженні від 1 до 500 г, твердість визначається в одиницях HV.

Значення твердості по Брінеллю і Вікерсом практично рівні.

Метод Шора на відміну від розглянутих методів грунтується на визначенні висоти відскоку индентора від поверхні зразка, твердість якого вимірюється (рис. 2.10). Индентор оснащений алмазним наконечником і тому не деформується. Чим більше твердість зразка, тим вище висота відскоку. Шкала твердості розділена на 130 одиниць. Вона розрахована таким чином, що твердість загартованої евтектоїдной стали відповідає 100 одиницям. Цей метод часто використовують для визначення твердості безпосередньо на деталях, особливо великогабаритних.

 
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук