Определение твердости

Под твердостью понимают свойство металлов оказывать сопротивление проникновению в него другого (более твердого) тела. Твердость – одна из наиболее распространенных характеристик, позволяющая судить о качестве металлов и сплавов без их разрушения.

Широкое распространение методов измерений твердости объясняется следующими причинами: быстротой оценки качества изделий, отсутствием разрушения изделий и порчи поверхности.

Для определения твердости применяют методы вдавливания, отскакивания бойка, царапания.

Измерение твердости по Бринеллю. При определении твердости по Бринеллю в плоскую поверхность металла вдавливают под постоянной нагрузкой стальной твердый шарик диаметром 2,5; 5 и 10 мм (рис. 2.8).

Числом твердости по Бринеллю называют отношение нагрузки, передаваемой через шарик на образец, к площади поверхности сферического отпечатка шарика. Твердость по Бринеллю можно определить по формуле:

, (2.2)

где Р – нагрузка, Н; D – диаметр шарика, мм; d – диаметр отпечатка, мм.

Практически для определения твердости измеряют диаметр лунки и находят по ней число твердости в специальных таблицах.

Метод Бринелля не рекомендуется применять для металлов твердостью более НВ 4500, так как стальной шарик может деформироваться и результаты будут искажаться.

Измерение твердости по Роквеллу. При определении твердости по Роквеллу в испытуемый образец вдавливается алмазный конус с углом при вершине 120° или стальной шарик диаметром 1,59 мм.

Алмазный конус применяют для испытания твердых металлов, а шарик – для мягких металлов. Толщина образца при испытании по Роквеллу должна быть не менее 1,5 мм.

Конус и шарик вдавливают двумя последовательными нагрузками: предварительной, равной 100 Н, и основной, равной 900 Н для шарика (шкала В), 1400 Н для алмазного конуса (шкала С) и 500 Н для алмазного конуса при испытании очень твердых и более тонких материалов (шкала А).

Твердость по Роквеллу определяют в условных единицах и обозначают: HRA 70, HRC 62 и т.д. Цифры указывают твердость по соответствующей шкале.

Измерение твердости по Виккерсу (рис. 2.9). Твердость определяют вдавливанием в испытуемый металл с полированной или шлифованной поверхностью четырехгранной алмазной пирамиды с углом при вершине 136°. Полученный отпечаток имеет форму ромба.

Твердость по Виккерсу определяют как удельное давление, приходящееся на единицу поверхности отпечатка:

, (2.3)

где Р – нагрузка на пирамиду (50, 100, 200, 300, 500, 1000 или 1200 Н); a – угол между противоположными гранями пирамиды (a = 136°); d – среднее арифметическое двух диагональных отпечатков, измеряемых после снятия нагрузки с помощью специального микроскопа, мм.

Этот метод широко применяется для определения твердости деталей малой толщины и тонких поверхностных слоев, имеющих высокую твердость.

Особенностью этого метода, препятствующей широкому применению его в цеховых условиях, является необходимость тщательного приготовления поверхности испытуемого образца. Числа твердости по Бринеллю и Виккерсу до 4000 единиц совпадают. При больших значениях числа твердости по Виккерсу превышают числа твердости по Бринеллю.

Описанные выше методы измерения твердости основаны на пластической деформации испытуемого материала. Однако возможно использование упругой деформации испытуемого материала.

Измерение твердости методом Шора (рис. 2.10). При измерении твердости по Шору груз вместе с укрепленным на нем индентором (обычно это стальной шарик) падает с высоты Н _п на образец перпендикулярно его поверхности. Твердость по Шору определяется по высоте отскока шарика Н₀. Шкала твердости разделена на 130 единиц. Она рассчитана таким образом, что твердость закаленной эвтектоидной стали оказывается равной 100 единиц. Эти приборы используются для экспресс–анализов. Между твердостью по Шору и другими методами нет никакой взаимосвязи.

В некоторых случаях, когда применение перечисленных методов невозможно, твердость определяется с помощью тарированных напильников. Этот метод менее точен, но прост и легко применим в цеховых условиях.

Дата добавления: 2015-06-28