Что такое твердость металла определение

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Смотреть что такое "Твёрдость металлов" в других словарях:

Твёрдость — сопротивление материала вдавливанию или царапанию. Т. не является физической постоянной, а представляет собой сложное свойство, зависящее как от прочности и пластичности материала, так и от метода измерения. Подробнее см. Твёрдость… … Большая советская энциклопедия

Твёрдость по Шору (Метод отскока) — У этого термина существует и другое значение, см. Твёрдость по Шору. При этом следует понимать, что хотя в другом значении этот метод так же является методом измерения твёрдости, оба метода предложены одним и тем же автором, имеют совпадающие… … Википедия

Твёрдость — У этого термина существуют и другие значения, см. Твёрдость (значения). Твёрдость это способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твёрдого тела индентора во всем диапазоне нагружения: от момента касания с… … Википедия

Сплавы (металлов) — Сплавы металлов, металлические сплавы, твёрдые и жидкие системы, образованные главным образом сплавлением двух или более металлов, а также металлов с различными неметаллами. Термин «С.» первоначально относился к материалам с металлическими… … Большая советская энциклопедия

Термическая обработка металлов — Металл в термопечи Термическая обработка металлов и сплавов процесс тепловой обработки металлических изделий, целью которого является изменение структуры и свойств в заданном направлении … Википедия

Твёрдость по Роквеллу — Роквелла метод [по имени американского металлурга С.Роквелла (S.Rockwell), разработавшего этод метод] способ определения твёрдости материалов (главным образом металлов) вдавливанием в испытываемую поверхность алмазного индентора с углом при… … Металлургический словарь

термическая обработка металлов — процесс обработки изделий из металлов и сплавов путём теплового воздействия для целенаправленного изменения их структуры и свойств. Термическая обработка металлов подразделяется на собственно термическую, заключающуюся только в тепловом… … Энциклопедия техники

Твёрдость минералов — ТВЕРДОСТЬ МИНЕРАЛОВ сопротивление механическому воздействию др., более прочного тела, обусловленное в основном прочностью кристаллической структуры м лов. Различают тв. царапанья, вдавливания, шлифования. У к лов большинства м лов, в зависимости… … Геологическая энциклопедия

Твёрдость по Шору — Методы измерения твёрдости по Шору: Твёрдость по Шору (Метод вдавливания) для низкомодульных материалов (полимеров). Твёрдость по Шору (Метод отскока) для высокомодульных материалов (металлов) … Википедия

Отпуск (металлов) — Отпуск металлов, вид термической обработки, заключающийся в нагреве закалённого сплава до температуры ниже нижней критической точки, выдержке и последующем охлаждении. Термин «О.» применяют главным образом к сталям. Процессы распада… … Большая советская энциклопедия

Определение твердости является одним из распространенных испытаний металлов. Оно отличается простотой техники, быстротой измерений и возможностью проведения их непосредственно на изделии.

Твердость металлов измеряют при помощи воздействия на их поверхность специального наконечника (индентора), изготовленного из малодеформирующегося материала (закаленная сталь, алмаз, твердый сплав) и имеющего форму шарика, конуса, пирамиды или иглы.

По способу воздействия индентора на испытуемый материал различают:

* статические методы определения твердости (метод вдавливания и метод царапания);

* динамические методы определения твердости (метод отскока падающего наконечника) и другие методы.

Метод вдавливания характеризует сопротивление металла пластической деформации при внедрении в него индентора из более твердого материала. Метод царапания характеризует сопротивление разрушению при воздействии на материал индентора в виде алмазной иглы. Метод отскока падающего наконечника характеризует сопротивление упругой деформации при динамическом воздействии на материал индентора в виде шарика.

Самым распространенным из перечисленных методов является метод вдавливания, который используется в приборах – твердомерах:

приборе для определения микротвердости (ПМТ).

Между твердостью пластичных материалов и другими механическими свойствами существует зависимость. Чем больше твердость металла определяемого вдавливанием, тем выше и его прочность, т.к. оба эти свойства представляют сопротивление пластической деформации. По этой же причине, чем тверже данный металл, тем ниже его пластичность.

Принципиальное устройство перечисленных твердомеров одинаково и может быть рассмотрено на примере прибора Бринеля (рис. 1). Основными узлами твердомеров являются станина, рабочий столик для измерения твердости образца или детали, наконечник (индентор), нагружающее устройство и прибор для измерения деформации.

Рисунок 1 – Устройство прибора Бринеля

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ПО БРИНЕЛЮ

Измерение твердости по Бринелю производится в соответствии с ГОСТ 9012-59, срок действия которого продлен до настоящего времени.

При измерении твердости по Бринелю стальной закаленный шарик диаметром D вдавливается в испытуемый образец или изделие под действием нагрузки P в течение определенного времени. После удаления нагрузки измеряется диаметр d полученного при этом сферического отпечатка (рис. 2.а).

Рисунок 2. Схемы определения твердости:

б – по Роквеллу;

В качестве индентора при работе на приборе Бринеля используют стальной закаленный шарик диаметром d= 1; 2; 2,5; 5 и 10 мм.

Для того, чтобы значения твердости при разных испытаниях были сопоставимы, величину нагрузки при данном диаметре шарика следует выбирать используя соотношение:

(1)

Если нагрузка выражена в ньютонах:

(2)

ЗначенияK могут быть равны 30; 15; 10; 5; 2,5; 1 в зависимости от твердости контролируемого материала. Так для черных металлов и их сплавов (железо, сталь) и других высокопрочных материалов K = 30; для алюминия, меди, никеля и их сплавов K = 10; для олова, свинца и сплавов на их основе K = 2,5.

При выборе условий испытания также важно учитывать толщину металла и продолжительность выдержки образца под нагрузкой, в соответствии со стандартами.

Перед началом испытаний выбранный индентор закрепляется в шпинделе твердомера, с помощью сменных грузов устанавливается выбранная нагрузка. Затем, образец подлежащий измерению, устанавливается на столик прибора и столик поднимается вверх, прижимая образец к шарику, пока не загорится сигнальная лампочка. Таким образом на образец подается предварительная нагрузка, которая на приборе Бринеля составляет 100 кгс (981 Н). Затем нажатием кнопки на корпусе прибора включается механизм, который автоматически осуществляет полное нагружение, выдержку образца под нагрузкой и ее снятие.

Читайте также:  Бензиновый генератор для дома какой лучше выбрать

После этого нужно опустить столик, снять образец, измерить диаметр полученного отпечатка с помощью специального микроскопа (рис. 3) и определить твердость.

Рисунок 3 – Измерение диаметра отпечатка по шкале лупы

Твердость, определяемая на приборе Бринеля обозначается HB и определяется как отношение нагрузки, действующей на индентор, к площади поверхности сферического отпечатка F:

(3)

А так как площадь сферического отпечатка равна:

(4)

Следовательно значение твердости будет равно:

(5)

Если нагрузка выражена в ньютонах, то значение твердости умножается на коэффициент равный 0,102.

Таким образом, диаметр отпечатка является критерием твердости по Бринелю.

Обычно вычисления твердости по вышеуказанной формуле не производят, а определяют твердость по таблице, которая приведена в ГОСТ 9012-59 или справочной литературе.

Зная число твердости по Бринелю, можно приближенно оценить временное сопротивление металла разрыву (предел прочности), используя количественное соотношение между этими характеристиками, установленное опытным путем. Например, для углеродистых сталей с твердостью HB от 120 до 175 используется соотношение:

sВ = 3,4 HB(6)

Временное сопротивление определяется в МПа (Н/мм 2 ).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ПО РОКВЕЛЛУ

В ряде случаев определение твердости на приборе Бринеля оказывается невозможным. Нельзя, например, испытывать закаленную сталь, так как, индентор прибора Бринеля также изготовлен из закаленной стали. Нельзя измерять твердость тонких поверхностноупрочненных слоев изделий, подвергнутых химико-термической обработке, и твердость различных поверхностных покрытий.

В этих случаях возможно применение других приборов – Роквелла, Виккерса, ПМТ.

Измерение твердости по Роквеллу проводится в соответствии с ГОСТ 9013-59. При этом индентором может служить алмазный конус с углом при вершине 120° или стальной закаленный шарик диаметром 1,588мм (1/16 дюйма). При проведении испытаний индентор вдавливается в образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок: предварительной Ро и основной:

где Р1 – основная нагрузка (рис. 2.б).

Принципиальное отличие измерения твердости на приборе Роквелла от измерения на приборе Бринеля состоит в том, что твердость определяют не по площади отпечатка, полученного при вдавливании индентора, а по его глубине, которая и является критерием твердости при этом испытании.

Глубину вдавливания h определяют после снятия основной нагрузки и по ее значениям вычисляется величина твердости по Роквеллу HR. Естественно, чем больше глубина полученного отпечатка, тем меньше значение твердости.

Твердость по Роквеллу выражается в условных единицах. За единицу твердости принята безразмерная величина, соответствующая осевому перемещению индентора на 0,002 мм.

При испытаниях твердость можно измерять по трем шкалам: А, В, С.

При использовании в качестве индентора алмазного конуса твердость определяют по двум шкалам: А и С, при использовании шарика – по шкале В.

Число твердости по Роквеллу вычисляется по формулам:

– при измерении по шкалам А и С:

HRC (HRA) = 100 – e(8)

– при измерении по шкале В:

HRB = 130 – e(9)

где e = (h – ho) / 0,002(10)

При выборе условий испытания целесообразно руководствоваться следующими данными (табл. 1):

Шкала Обозна-чение твердос-ти Индентор Нагрузка, кгс (Н) Пределы измерения твердости по шкале Область применения
Ро Р1 Р=Ро1
С HRC Алмазный конус 10 (98) 140 (1373) 150 (1471) 22-68 Закаленная и низкоотпу-щенная сталь, твердые поверхност-ные слои толщиной ³0,5мм
А HRA Алмазный конус 10 (98) 50 (490) 60 (588) 70-85 Твердые поверхност-ные слои толщиной 0,3-0,5мм
В HRB Стальной шарик 10 (98) 90 (883) 100 (981) 25-100 Мягкая (отожжен-ная) сталь, цветные металлы

Результаты определения твердости фиксируются на индикаторе прибора, где имеются две шкалы – черная ми красная. Черная используется при измерениях с помощью алмазного конуса или конуса таких же размеров, изготовленного из твердого сплава (А и С). Красная шкала для измерений с помощью шарика (В).

Испытания проводятся в следующем порядке:

Устанавливается образец на столике прибора; образец приводится в соприкосновение с индентором с помощью механизма подъема и осуществляется предварительное нагружение. При этом индентор вдавливается в поверхность образца на глубину hо. Достижение предварительной нагрузки Ро = 10 кгс (98 Н) отмечается на шкале установкой маленькой стрелки на красной точке. Положение большой стрелки должно при этом совпадать с цифрой “0” черной шкалы. Если этого не произошло необходимо повернуть шкалу маховичком до точного совпадения этой стрелки с указанной отметкой.

Нажать на клавишу механизма нагружения, в результате чего на индентор подается основная нагрузка Р1, под действием которой он углубляется в образец. Выдержка под нагрузкой и снятие нагрузки происходит автоматически. В конечном положении большая стрелка указывает на значение твердости по соответствующей шкале.

Твердость по Роквеллу обозначается цифрами, характеризующими величину твердости, и буквами HR с указанием шкалы, например: 61,0 HRC; 42,0 HRB.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ПО ВИККЕРСУ И МИКРОТВЕРДОСТИ

В ряде случаев необходимо определить твердость тонких поверхностных слоев или распределение ее по сечению образца. Выполнить эти задачи на приборах Бринеля или Роквелла невозможно из-за больших размеров отпечатков. Для таких измерений используют приборы Виккерса или микротвердости (ПМТ).

В указанных приборах в качестве индентора используется четырехгранная алмазная пирамида с углами при вершине 136° (рис. 2.в). Число твердости по Виккерсу и микротвердость определяются как отношение действующей нагрузки Р к площади боковой поверхности полученного пирамидального отпечатка:

(11)

где d – среднее арифметическое длин обеих диагоналей отпечатка.

Для удобства и ускорения вычислений следует пользоваться таблицами, рассчитанными по приведенной формуле.

Испытательные нагрузки при измерениях на приборе Виккерса (ГОСТ 2999 – 75) выбираются в пределах от 5 до 120 кгс (от 49 до 1176 Н). При измерениях микротвердости нагрузки значительно ниже: от 0,005 до 0,5 кгс (от 0,05 до 5 Н). Благодаря этому в последнем случае значительно меньше и размеры полученных отпечатков, что делает возможным определение твердости отдельных структурных составляющих.

Читайте также:  Щётка для браширования древесины на болгарку

Измерение диагоналей полученных отпечатков проводится с помощью микроскопов.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Перед проведением практической части работы необходимо ознакомиться с приборами, на которых предстоит проводить измерения, с техникой измерений и методикой определения результатов.

2. Провести измерение твердости углеродистой отожженной стали (40, 60), дюралюминия и меди на приборе Бринеля. Для этого:

a. Выбрать нагрузку, исходя из данных, приведенных в методических указаниях;

b. Получить отпечаток индентора на перечисленных материалах;

c. При помощи специального микроскопа определить диаметр полученного отпечатка с точностью до сотых долей миллиметра;

d. Используя формулу для определения твердости по Бринелю (5) определить значение твердости испытуемых материалов и занести данные в таблицу 2;

e. При помощи таблиц проконтролировать правильность определения значений твердости и табличные данные также занести в таблицу 2.

3. Провести измерение твердости инструментальной закаленной стали У8 и конструкционной низкоуглеродистой стали 30 на приборе Роквелла. Для этого:

a. В соответствии с таблицей выбрать шкалу, по которой будет проводиться измерение твердости;

b. В соответствии со шкалой выбрать индентор и нагрузку для определения твердости;

c. Данные измерений занести в таблицу 3.

d. Данные твердости полученные по шкале С и В в соответствии с таблицей перевести в твердость по Бринелю и занести в таблицу 3.

4. Сопоставить значения твердости различных материалов (сталь, медь, дюраль) и сталей с различным содержанием углерода (30, 40, 60, У8) и способом обработки (отожженная или закаленная). Результаты отразить в выводе.

Таблица 2

| следующая лекция ==>
Эффекты раздражения. | Проявления активности рецепторов.

Дата добавления: 2016-03-27 ; просмотров: 2605 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Твердостью называется свойство металла сопротивляться внедрению в него другого, более твердого тела. Испытания на твердость широко применяются в производственных условиях, так как имеют следующие преимущества:

– поверхностное испытание твердости не сопровождается разрушением заготовок или деталей;

– приборы для проверки твердости отличаются высокой
производительностью (до 300 испытаний в час) и простотой обслуживания;

– в условиях серийного и массового производства испытанию на твердость можно подвергать 100% ответственных деталей, тогда как при других видах испытаний может быть осуществлен только выборочный контроль для определения среднего качества металла изготовленных деталей;

– результаты испытаний на твердость позволяют с достаточной для практических целей точностью судить о других прочностных характеристиках испытываемого металла, а также определять его способность поддаваться обработке.

Применяемые в настоящее время методы определения твердости металлов делятся на статические и динамические.

Наиболее распространенными статическими методами испытания на твердость являются методы, основанные на плавном и постепенном вдавливании в испытываемый образец стального закаленного шарика, алмазного конуса или алмазной пирамиды – измерение с медленно нарастающей (статической) нагрузкой (твердость по Бринеллю, по Роквеллу и по Виккерсу).

Из числа динамических испытаний можно назвать метод упругой отдачи (метод Шора) и метод ударного вдавливания стального закаленного шарика.

Для определения микротвердости (твердости отдельных структурных составляющих) существуют специальные приборы, на которых вдавливание наконечника в испытуемую поверхность производится под небольшими нагрузками (5 – 500 Г).

Твердость по Бринеллю определяется на прессе Бринелля. Нагрузка с помощью гидроцилиндра с маслом и поршня передается на шарик определенного диаметра из закаленной стали, который вдавливается в испытуемый материал с силой P, превышающей предел упругости материала, в результате чего в испытуемой детали образуется углубление в виде шарового сегмента. Если F – площадь наружной поверхности сегмента, то твердость выражается числом HB = P/F кГ/мм 2 . Величина F может быть вычислена по глубине вдавливания h или по диаметру сегмента d (рис. 3.17)

Таким образом для определения твердости по Бринеллю необходимо измерить диаметр отпечатка шарика, который для этих целей используется размером D = 10 мм; D = 2,5 мм и вдавливается под давлением P = 3000 кг; P = 1000 кг и P = 250 кг и по таблице определить твердость в зависимости от диаметра этого отпечатка.

Необходимо отметить, однако, что более точным способом является измерение не диаметра отпечатка, а его глубины, так как лишь при измерении глубины отпечатка удается получить цифры твердости HB, согласующиеся друг с другом при измерении различных нагрузок P (при измерении диаметра отпечатка полного согласования не получается – именно, при применении малых нагрузок получаются преуменьшенные показания твердости, если их сравнивать с показаниями твердости при больших нагрузках).

Диаметр шарика и давление должны соответствовать испытываемому образцу. Поверхность образца должна быть тем чище приготовлена, чем больше его твердость. Нужно удалить окалину и грат, а также обезуглероженный поверхностный слой.

Твердость по Бринеллю и сопротивление разрыву стоят в тесной связи. Так как для стали (при HB > 175 кг/мм 2 ) временное сопротивление разрыву равно твердости по Бринеллю, умноженной на 0,345; для стали с HB 2 – sb = 0,362 HB; для никелевой и хромоникелевой стали sb = (0,35-0,34) HB; для дюралюминия sb = 0,35 HB.

В случае, если не требуется высокая точность измерения твердости и нет в наличии пресса Бринелля можно воспользоваться небольшим прибором Польди. Этот прибор, в отличие от пресса, работает динамической, а не статической нагрузкой. Для практических целей этот способ вполне пригоден, так как дает ошибку, не превышающую 7 %.

Твердость по Виккерсу измеряется на приборе, построенном фирмой Виккерс, при помощи алмазной пирамиды с углом при вершине 136°. Твердость определяется отношением нагрузки 50 кг к поверхности отпечатка. Размер отпечатка на приборе Виккерса измеряется специальным микроскопом, являющимся частью всего прибора. Измерение твердости по Виккерсу обладает преимуществом по сравнению с испытанием по Бринеллю, так как в пределах больших твердостей дает более точные результаты. Кроме того при измерении по Виккерсу удобством является большая четкость отпечатка алмазной пирамиды, чем стального шарика.

Читайте также:  Редуктор давления воды в системе водоснабжения регулировка

Твердость по Роквеллу определяется глубиной внедрения в испытуемый материал стального шарика или конического алмаза при определенном повышении давления. Глубина погружения измеряется индикатором, стрелка которого непосредственно отсчитывает твердость. Для мягких материалов обычно применяется стальной шарик Æ 1,59 мм (1/16¢¢) (отсчеты производятся по красной шкале В), для более твердых конический алмаз с конусностью в 120° (черная шкала С). В обоих случаях первоначальное давление составляет 10 кГ. Конечное давление для стального шарика доводится до 100 кг, для алмаза – 150 кГ. Увеличение давления производится автоматически и равномерно при помощи масляного тормоза в течение от 3 до 5 с. Глубина внедрения колеблется от 0,06 мм для алмазного конуса и закаленной стали и до 0,25 мм для стального шарика и мягких материалов.

Для проверки твердости на приборе Роквелла (рис.3.18) образец 3 устанавливается на стол 4. Затем с помощью винта, вращаемого маховиком 5, вводят образец в соприкосновение с алмазным или шариковым наконечником 2 до тех пор, пока малая стрелка индикатора не подойдёт к нулю, а большая не займёт приблизительно вертикальное положение. Это положение стрелок соответствует предварительной нагрузке 10 кГ. После этого шкалу 1 индикатора поворачивают до совпадения конца большой стрелки с нулевым делением (при измерении алмазом) или с тридцатым делением внутренней шкалы (при испытании шариком). Затем, поворачивая рукоятку 6, добавляют основную нагрузку. Под действием общей нагрузки (150, 100 или 60 кГ) алмаз или шарик вдавливается в испытываемую поверхность. При этом большая стрелка индикатора начинает вращаться. Когда стрелка остановится, основную нагрузку снимают, поворачивая рукоятку 6 в исходное положение, и непосредственно по шкале 1 индикатора отсчитывают твердость. После этого, ослабив винт, снимают образец со стола прибора. Индикатор имеет две концентрические шкалы с делениями от 0 до 100:

– наружную (обычно черного цвета) для отсчета величины твердости при проверке алмазным конусом по шкале С при нагрузке 150 кГ и по шкале А при нагрузке 60 кГ;

– внутреннюю (обычно красного цвета) для отсчета числа твердости при проверке шариком по шкале В.

Рис.3.18. Прибор Роквелла (а) и шкала индикатора прибора (б)

Твердость по Шору определяется склероскопом. Последний состоит из стального ударника с алмазным наконечником весом 2,6 кг, падающего с определенной высоты (257 мм) на горизонтальную поверхность испытуемого образца. Чем тверже образец, тем меньше будет его деформация, вызванная кинетической энергией ударника, и тем выше будет его отскок. Направляющей для ударника служит стеклянная трубка, по делениям которой отсчитывается высота отскока ударника. Для мягких материалов применяется ударник с широкой нижней поверхностью без алмаза. Измерение твердости склероскопом может быть произведено чрезвычайно быстро (до 1000 промеров в час), что является большим преимуществом этого способа.

Кроме указанных методов используются методы измерения твердости по Мосу (метод царапания для минералов и металлов) и по Герберту с помощью маятникового прибора. Ввиду очень высокой чувствительности последнего этот метод очень редко используется для заводской работы и применяется большей частью в научно-исследовательских лабораториях и институтах.

Сравнительная таблица твердости металлов и сплавов (ориентировочно) по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу и Шору

Бринелль НВ Роквелл НRС Виккерс НV Шор Бринелль НВ Роквелл НRС Виккерс НV Шор
Продолжение табл. 3.13

Технологические пробы

Технологическими пробами называются испытания, выявляющие способность металла деформироваться (изменять форму) под воздействием внешних сил. К ним относятся проба на загиб, проба на осадку, проба проволоки на навивание, проба на обрабатываемость, проба листового металла на вытягивание и др.

Порядок проведения технологических проб и требования к образцам стандартизированы.

Проба на загиб производится в холодном или нагретом состоянии на прессах, в тисках или на специальных приборах и служит для определения способности металла поддаваться загибу в соответствии с заданными размерами и формой. Результаты испытания считаются удовлетворительными, если в образце после загиба отсутствуют трещины, расслоения или излом.

Пробе на осадку подвергаются цилиндрические образцы из черных металлов и алюминиевых сплавов, которые в виде прутков и проволоки применяются для изготовления болтов, заклепок и других крепежных деталей. Образцы испытывают в холодном или горячем состоянии под прессом или механическим или пневматическим молотом. Материал считается годным, если на боковой поверхности образцов, подвергнутых испытанию, нет трещин, закатов и надрывов. На боковой поверхности образцов из алюминиевых сплавов не должно быть также шероховатости и расслоений.

Испытание проволоки на навивание производится в холодном состоянии. Проволоку диаметром до 6 ммнавивают плотно прилегающими друг к другу витками на цилиндрическую оправку, диаметр которой задается техническими условиями.

После испытания проволока не должна иметь надрывов, трещин и излома как в материале образца, так и в его защитном слое (в оцинкованных, луженых и тому подобных деталях).

Кроме указанного метода испытания проволоки на навивание, стандартами установлены методы технологических испытаний на перегиб и на скручивание холоднотянутой и горячекатаной проволоки диаметром 0,8 – 10 мм.

Стандартизованы также испытания металлов на кручение, расплющивание, прокаливаемость, свариваемость, перегиб, развертывание фасонного материала, испытание тонколистового материала на двойной кровельный замок, испытание труб гидравлическим давлением, а также бортование, загиб, раздачу и сплющивание.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector