ИСПЫТАНИЕ НА ТВЕРДОСТЬ

Твердостью называется сопротивление металла проникновению в него другого, более твердого, не получающего остаточных Деформаций тела.

Испытание на твердость вследствие быстроты, простоты и возможности без разрушения изделия судить о его свойствах, получило широкое применение для контроля качества металла и металлоизделии во всех отраслях промышленности. Рассмотрим наиболее распространенные методы испытания твердости.

Определение твердости вдавливанием стального шарика (метод Бринелля). Этот метод испытания твердости основан на том, что в плоскую поверхность испытываемого металла вдавливается под постоянной нагрузкой Р стальной закаленный шарик (рис. 17, а). Испытываемый образец 1 (рис. 17, б) устанавливается на столик 2 и при помощи маховика 3 и винта 4 подводится к шарику 5. Затем посредством ручного насоса 6 масло из резервуара перекачивается в цилиндр и создает давление на шарик 5. Давление одновременно передается на рычаг с грузами и манометр 7. Величина давления определяется весом грузов. Путем подбора соответствующих грузов можно создать давление на шарик, равное 500, 750, 1000 и 3000 кг. После снятия нагрузки на поверхности испытываемого металла образуется отпечаток (лунка).

Рис. 17. Испытание твердости методом вдавливания стального шарика:

а — схема испытания; б— общий вид пресса Бринелля.

Если обозначить площадь шаровой поверхности лунки через F мм², то число твердости по Бринеллю H_B выразится

H_B=P/F

Таким образом, число твердости по Бринеллю представляет собой отношение нагрузки, приложенной к шарику в период испытания, к величине поверхности лунки, образуемой при вдавливании шарика в испытываемый материал.

Если поверхность лунки F выразить через диаметр шарика D и лунки d, то число твердости по Бринеллю может быть определено по следующей формуле:

Диаметр шарика D и прилагаемая нагрузка постоянны и выбираются в зависимости от твердости и толщины испытываемого образца (табл. 4 ГОСТ 10241-40). Диаметр лунки измеряется при помощи специальной лупы, имеющей шкалу с ценой деления 0,1 мм.

Для определения твердости НВ по известному значению диаметра лунки d обычно пользуются специальными таблицами, заменяющими длительные и сложные вычисления.

Между твердостью по Бринеллю и пределом прочности существует приближенная зависимость: I) для закаленной стали σь = 0,36 НВ

2) для стального литья σb= (0,3...0,4) НB; 3) для чугуна σ6= (HB- 40)/6.

При испытании материалов, имеющих твердость более 450 НB, применять метод Бринелля не рекомендуется, так как шарик может легко деформироваться, что исказит результаты испытания.

Таблица 4

* Для твердости до Н_В = 140 выдержка 30сек. для более твердых материалов 10 с.

Определение твердости по глубине вдавливания алмазного конуса или шарика (метод Роквелла). Этот метод испытания, как и метод Бринелля, основан на проникновении одного тела в другое под действием статической нагрузки; этим методом измеряется не диаметр, а глубина отпечатка.

В качестве наконечника при испытании твердости по Роквеллу служит алмазный конус с углом между образующими 120° или стальной закаленный шарик диаметром 1,5875 мм. Алмазный конус применяется для испытания материалов с высокой твердостью, а шарик — для более мягких материалов.

Конус и шарик вдавливаются двумя последовательными нагрузками: предварительной Р₀ (равной 10 кг) и основной Р, равной 100 кг для шарика (шкала В) и 150 кг для алмазного конуса1 (шкала С). Для испытания очень твердых материалов применяется алмазный конус и нагрузка 60 кг (шкала А). Для испытания тонких материалов применяется супер-роквелл—прибор, в котором предварительная нагрузка устанавливается равной 3 кг, а окончательная 15,30 или 45 кг.

Результаты вдавливания наконечника на приборе Роквелла измеряются непосредственно индикатором (указателем), шкала которого составлена в условных единицах твердости, определяемых по формуле

H_R=(K-|h₁-h|/C)

где К — постоянная величина, равная для алмаза 0,2, а для шарика 0,26;

Рис. 18. Схема определения твердости вдавливания алмазного конуса:

1—1 —углубление конуса под действием предварительной нагрузки Р₀; 2—2 — углубление конуса под действием окончательной нагрузки Р; 3—3—углубление конуса при уменьшении окончательной нагрузки Р до значения предварительной нагрузки P₀.

h₁ — глубина проникновения конуса (шарика) в мм, полученная после снятия нагрузки (рис. 18);

h — глубина проникновения конуса (шарика) под действием предварительной нагрузки Р₀ (рис. 18);

С—цена деления циферблата, равная соответствующему углублению наконечника (конуса, шарика) на 0,002 мм.

На рис. 19 приведены общий вид и схема устройства наиболее распространенного прибора типа РВ для испытания твердости по Роквеллу. Метод Роквелла благодаря высокой производительности, простоте обслуживания, высокой точности и небольшому размеру отпечатка на испытываемой поверхности получил широкое применение в промышленности.

Числа твердости по Роквеллу можно приближенно перевести в числа твердости по Бринеллю, пользуясь специальными таблицами или графиками.

Метод определения твердости алмазной пирамидой (по Виккерсу) 2. Этот метод испытания твердости широко применяется для определения твердости металлов высокой твердости, а также весьма малых сечений и тонких наружных слоев — цементованных, азотированных и т. д.

Твердость определения вдавливанием в испытываемую поверхность (шлифованную или даже полированную) правильной четырехгранной алмазной пирамиды (угол между гранями 136°) и выражается числом твердости, полученным путем деления нагрузки килограммы) на поверхность отпечатка (квадратные миллиметры), вычисленную по его диагоналям. Число твердости определяется по следующей формуле

HV=(2Psinα/2)/d²=1,8544P/d²;

где Р — нагрузка на пирамиду (5, 10, 20, 30, 50, 100 или 120 кг); α — угол между противоположными гранями пирамиды (α = 136°); d — среднее арифметическое обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки в мм.

1 Основная нагрузка складывается из предварительной и окончательной.

2 ГОСТ 2999-45.

Рис. 19. Схема прибора Роквелла типа РВ:

1 - столик прибора; 2 — штурвал для подъема столика; 3 - шарик или алмаз; 4 -пружина; 5 - рукоятка для включения основной нагрузки; 6 - система рычагов; 7, 8 и 9 - съемные грузы; 10 - масляный тормоз.

Величину нагрузки выбирают в зависимости от характера испытываемого материала. Чем тоньше испытываемый материал, тем меньше должна быть нагрузка. Чем больше нагрузка, тем точнее результат испытания.

Обычно твердость по Виккерсу определяется из специальных таблиц по значению d (длины диагонали отпечатка). Числа твердости по Виккерсу и по Бринеллю имеют одинаковую размерность и для материалов с твердостью до 450 совпадают. При большей твердости числа твердости по Виккерсу превышают числа твердости по Бринеллю. На рис. 20 приведена схема прибора Виккерса для определения твердости.

Метод определения микротвердости. Метод определения микротвердости в настоящее время широко используется для определения твердости очень тонких слоев, изделий мелких размеров, твердости отдельных структурных составляющих сплавов и т. д. Сущность конструкций приборов для испытания микротвердости заключается в соединении механизма для вдавливания алмазной пирамиды под небольшой нагрузкой и металлографического микроскопа.

Рис. 20. Прибор Виккерса: а — схема устройства; 1 — столик для установки

испытуемого образца; 2 - маховик; 3 – шток; 4 - спусковая рукоятка микрошлифа; 3 - окуляр; 4 - объектив; 5- грузы; 6 -педаль; 7 –микроскоп.

Рис. 21. Прибор для измерения микротвердости: 1 - микрошлиф; 2 - столик для установки; 3 - окуляр; 4 - объектив; 5- грузы; 6 - ручка для поворота столика; 6 - ручка для измерения отпечатка на приборе поворота груза; 7 - алмазная пирамида; 8 — груз; 9 — фотокамера.

Одним из лучших приборов для измерения микротвердости является прибор, созданный в Институте машиноведения АН СССР (рис. 20).

В данном приборе испытание твердости производится путем вдавливания в испытываемую поверхность алмазной пирамиды под нагрузкой от 1 до 120 г. Число твердости определяется по формуле

H =1,8544P/d²

где Р — нагрузка в г, d —диагональ отпечатка в мкм.

Образцы для определения микротвердости изготовляются так же, как микрошлифы. Образец рекомендуется подвергать электрополированию, что позволяет устранить тонкий слой наклепанного металла, неизбежно возникающий в процессе шлифования образца и могущий исказить результаты измерения твердости. На рис. 22 приведен пример измерения микротвердости отдельных структурных составляющих в азотированном слое.

Рис. 22. Испытание на микротвердость структурных составляющих азотированного слоя. Нагрузка 10 г.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: