Твердость материалов

Истинная диаграмма растяжения

Характеристики пластичности после разрыва

Пластичность – способность материала получать остаточные изменения формы и размеров после снятия нагрузки.

Пластичность материала характеризуют следующими параметрами.

1. Относительное удлинение после разрыва

,

где l_к и l₀ – конечная и начальная длина образца, соответственно;
Δ l -абсолютное удлинение образца после разрыва.

2. Относительное сужение после разрыва

где А_к и А₀ – конечная и начальная площади поперечного сечения образца, соответственно; Δ А - абсолютное сужение образца после разрыва.

Условную диаграмму растяжения строят в координатах σ = F/A₀ и ε, при этом площадь поперечного сечения образца A₀ условно принимают постоянной. На самом деле в процессе растяжения образца площадь его поперечного сечения постоянно уменьшается и истинные напряжения оказываются больше условных. Истинную диаграмму растяжения строят в координатах σ = F/A_i и ε, где A_i – текущее истинное значение площади поперечного сечения образца (рис. 3.5). Истинная диаграмма растяжения используется, главным образом, для исследовательских целей. На практике пользуются параметрами прочности, пластичности и упругости, определенными по условной диаграмме.

Твердость – свойство материала оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии в поверхностном слое.

Твердость определяют путем вдавливания в материал тел (инденторов) различной формы и размеров под действием определенной нагрузки в течение определенного времени. Существуют следующие способы определения твердости материалов.

1. Твердость по Бринеллю (НВ) (рис. 32.116а) – в качестве индентора применяют стальной закаленный шарик диаметром 2,5; 5 и 10 мм; нагрузка составляет 30000, 10000, 7500, 2500 и 1175 н (3000, 1000, 750, 250 и 117,5 кг); время вдавливания индентора – 10, 30, 60 с.

σ, МПа

ε _к = ε _{к ′}

ε, %

σ _{к '}

σ _к

Рис. 3.5. Истинная диаграмма напряжений

Твердость определяют по формуле

НВ = P/F, МПа, кгс/мм²,

где P – нагрузка (н, кгс); F – поверхность сферического отпечатка (м², мм²);

где D – диаметр шарика, d – диаметр сферического отпечатка.

Твердость рассчитывают по вышеприведенным формулам или чаще определяют по справочным таблицам P - d – D - HB.

Твердость обозначают следующим образом: НВ 800 где НВ – символ твердости по Бринеллю, 800 – значение твердости в МПа или кгс/мм².

Для сталей существует следующая эмпирическая зависимость:

σ _в =0,33 - 0,36 HB.

 

	Р

d

F

Р

d₂

d₁

α = 136 º

а)

б)  

Р₀

Р₀

P = Р₀ + P₁

в)

Рис. 2.11.3.6. Методы определения твердости:

по Бринеллю (а), по Виккерсу (б), по Роквеллу (в)

2. Твердость по Роквеллу (НRA, НRB, НRC) (рис. 23.116в) – в качестве индентора применяется алмазный конус с углом при вершине 120° или стальной закаленный шарик диаметром 1,588 мм. Вдавливание индентора производится вначале предварительной нагрузкой P _o = 100 н (10 кгс), а затем общей нагрузкой P = P _o + P ₁. В зависимости от величины основной нагрузки P ₁ и вида индентора формируются различные числа твердости по Роквеллу (табл. 2.73.2.).

Числа твердости по Роквеллу определяются по формулам:

НRA (НRC) = 100 – Е,

НRB = 130 – Е,

где Е – единица твердости по Роквеллу, h ₀ – глубина внедрения индентора под действием нагрузки P _o, h - глубина внедрения индентора под действием общей нагрузки P, измеренная после снятиянагрузки P ₁.

Таблица 2.23.2

Условия определения твердости по Роквеллу

Число твердости	Предварительная нагрузка Р 0, н (кгс)	Основная нагрузка Р 1, н (кгс)	Общая нагрузка Р = Р 0 + Р 1, н (кгс)	Тип индентора
НRA	100 (10)	500 (50)	600 (60)	алмазный конус
НRB	100 (10)	900 (90)	1000 (100)	стальной закаленный шарик (d = 1,588 мм)
НRC	100 (10)	1400 (140)	1500 (150)	алмазный конус

3. Твердость по Виккерсу (НV) (рис. 2.113.6б). Индентор – четырехгранная алмазная пирамида с углом между гранями α = 136°. Число твердости по Виккерсу определяется по формуле

[МПа, кгс/мм²],

где Р – нагрузка, н (кгс), d – средняя длина диагоналей отпечатка пирамиды; м (мм), d ₁ и d ₂ – длины диагоналей отпечатка пирамиды; м (мм).

Метод применяется для определения твердости тонких деталей и высокотвердых поверхностных слоев.

Контрольные вопросы

1. Что такое прочность, пластичность и упругость материала?

2. Что такое условная диаграмма растяжения? Какие характеристики материала опроеделяются по ней?

3.Какие модули упругости материала Вы знаете?

4. Какой физический смысл имеет модуль нормальной упругости?

5. Какими парамертами характеризуют пластичность материала?

6. В чем разница между условной и истинно диаграммой растяжения?

7. Что такое твердость материала?

8.Какие метолды определения твердости Вы знаете?

Дата добавления: 2017-01-13