Цвёрдасць металаў. Табліца цвёрдасці металаў

Для таго каб дэталі і механізмы служылі доўга і надзейна, матэрыялы, з якіх яны выраблены, павінны адпавядаць неабходным умовам працы. Менавіта таму важна кантраляваць дапушчальныя значэння іх асноўных механічных паказчыкаў. Да механічных уласцівасцяў ставяцца цвёрдасць, трываласць, ўдарная глейкасць, пластычнасць. Цвёрдасць металаў - першасная канструкцыйная характарыстыка.

паняцце

Цвёрдасць металаў і сплаваў - гэта ўласцівасць матэрыялу ствараць супраціў пры пранікненні ў яго павярхоўныя пласты іншага цела, якое не дэфармуецца і не руйнуецца пры спадарожных нагрузках (индентора). Вызначаюць з мэтай:

• атрымання інфармацыі аб дапушчальных канструкцыйных асаблівасцях і пра магчымасці эксплуатацыі;
• аналізу стану пад дзеяннем часу;
• кантролю вынікаў тэмпературнай апрацоўкі.

Ад гэтага паказчыка часткова залежаць трываласць і ўстойлівасць паверхні да старэння. Даследуюць як зыходны матэрыял, так і ўжо гатовыя дэталі.

варыянты даследаванні

Паказчыкам з'яўляецца велічыня, якая называецца лікам цвёрдасці. Існуюць розныя метады вымярэння цвёрдасці металаў. Найбольш дакладныя даследаванні складаюцца ў выкарыстанні розных відаў вылічэнні, инденторов і адпаведных твердомер:

1. Бринелля: сутнасць працы апарата - уцісканне шарыка ў доследны метал ці сплаў, вылічэнне дыяметра адбітка і наступнае матэматычнае вылічэнне механічнага параметру.
2. Роквеллу: выкарыстоўваюцца шарык або алмазны конусный наканечнік. Значэнне адлюстроўваецца на шкале або вызначаецца разлікова.
3. Виккерса: найбольш дакладнае вымярэнне цвёрдасці металу з прымяненнем алмазнага пірамідальнага наканечніка.

Для вызначэння параметрычных адпаведнікаў паміж паказчыкамі розных спосабаў вымярэння для аднаго і таго ж матэрыялу існуюць спецыяльныя формулы і табліцы.

Фактары, якія вызначаюць варыянт вымярэння

У лабараторных умовах, пры наяўнасці неабходнага асартыменту абсталявання, выбар спосабу даследаванні ажыццяўляецца ў залежнасці ад пэўных характарыстык нарыхтоўкі.

1. Арыентыровачны значэнне механічнага параметру. Для канструкцыйных сталей і матэрыялаў з невялікай цвёрдасцю да 450-650 НВ ўжываюць метад Бринелля; для інструментальных, легіраваных сталей і іншых сплаваў - Роквеллу; для твердосплавов - Виккерса.
2. Памеры падыспытнага ўзору. Асабліва маленькія і тонкія дэталі абследуюцца з дапамогай твердомер Виккерса.
3. Таўшчыня металу ў месцы вымярэння, у прыватнасці, цэментаваць або азотированного пласта.

Усе патрабаванні і адпаведнасці задакументаваныя Дастам.

Асаблівасці методыкі Бринелля

Выпрабаванні на цвёрдасць металаў і сплаваў з дапамогай твердомер Бринелля праводзяцца з наступнымі асаблівасцямі:

1. Индентор - шарык з легаванай сталі або з карбіду-вальфрамавага сплаву дыяметрам 1, 2, 2,5, 5 або 10 мм (даст 3722-81).
2. Працягласць статычнага уціскання: для чыгуну і сталі - 10-15 с., Для каляровых сплаваў - 30, таксама магчымая працягласць у 60 с., А ў некаторых выпадках - 120 і 180 с.
3. Межавае значэнне механічнага параметру: 450 НВ пры вымярэнні сталёвым шарыкам; 650 НВ пры выкарыстанні твердосплава.
4. Магчымыя нагрузкі. З дапамогай якія ўваходзяць у камплект грузаў карэктуецца фактычная сіла дэфармацыі на падыспытны ўзор. Іх мінімальныя дапушчальныя значэння: 153,2, 187,5, 250 Н; максімальныя - 9807, 14710, 29420 Н (даст 23677-79).

З дапамогай формул, у залежнасці ад дыяметра абранага шарыка і ад падыспытнага матэрыялу, можна вылічыць адпаведнае дапушчальнае высілак уціскання.

тып сплаву	Матэматычнае вылічэнне нагрузкі
Сталь, сплавы нікеля і тытана	30D 2
чыгун	10D 2, 30D 2
Медзь і медныя сплавы	5D 2, 10D 2, 30D 2
Лёгкія металы і сплавы	2,5D 2, 5D 2, 10D 2, 15D 2
Свінец, волава	1D 2

Прыклад абазначэння:

400HB10 / 1500/20 дзе 400HB - цвёрдасць металу па Бринеллю; 10 - дыяметр шарыка, 10 мм; 1500 - статычная нагрузка, 1500 кгс; 20 - перыяд ажыццяўлення уціскання, 20 с.

Для ўстанаўлення дакладных лічбаў рацыянальна даследаваць адзін і той жа ўзор ў некалькіх месцах, а агульны вынік вызначаць шляхам знаходжання сярэдняга значэння з атрыманых.

Вызначэнне цвёрдасці па метадзе Бринелля

Працэс даследавання працякае ў наступнай паслядоўнасці:

1. Праверка дэталі на адпаведнасць патрабаванням (ДАСТ 9012-59, даст 2789).
2. Праверка спраўнасці апарата.
3. Выбар неабходнага шарыка, вызначэнне магчымага намаганні, ўстаноўка грузаў для яго фарміравання, перыяду уціскання.
4. Запуск твердомер і дэфармацыя ўзору.
5. Вымярэнне дыяметра паглыбленні.
6. Эмпірычнае вылічэнне.

НВ = F / A,

дзе F - нагрузка, кгс або Н; A - плошча адбітка, мм ^2.

НВ = (0,102 * F) / (π * D * h),

дзе D - дыяметр шарыка, мм; h - глыбіня адбітка, мм.

Цвёрдасць металаў, вымераная гэтым спосабам, мае эмпірычную сувязь з вылічэннем параметраў трываласці. Метад дакладны, асабліва для мяккіх сплаваў. З'яўляецца асноватворным у сістэмах вызначэння значэнняў гэтага механічнага ўласцівасці.

Асаблівасці методыкі Роквеллу

Гэты спосаб вымярэння быў прыдуманы ў 20-х гадах XX стагоддзя, больш аўтаматызаваны, чым папярэдні. Ўжываецца для больш цвёрдых матэрыялаў. Асноўныя яго характарыстыкі (ДАСТ 9013-59; даст 23677-79):

1. Наяўнасць першаснай нагрузкі ў 10 кгс.
2. Перыяд вытрымкі: 10-60 с.
3. Межавыя значэння магчымых паказчыкаў: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20-70.
4. Лік візуалізуецца на цыферблаце твердомер, таксама можа разлічвацца арыфметычна.
5. Шкалы і инденторы. Вядома 11 розных шкал у залежнасці ад тыпу индентора і гранічна-дапушчальнай статычнай нагрузкі. Найбольш распаўсюджаныя ў выкарыстанні: А, В і С.

А: алмазны конусный наканечнік, кут пры вяршыні 120˚, агульная дапушчальная сіла статычнага ўплыву - 60 кгс, HRA; даследуюцца тонкія вырабы, у асноўным пракат.

З: таксама алмазны конус, разлічаны на максімальны высілак 150 кгс, HRC, і ў дачыненні для цвёрдых і загартаваных матэрыялаў.

У: шарык памерам 1,588 мм, выраблены з загартаванай сталі або з цвёрдага карбіду-вальфрамавага сплаву, нагрузка - 100 кгс, HRB, выкарыстоўваецца для ацэнкі цвёрдасці отожжённых вырабаў.

Шарикообразный наканечнік (1,588 мм) і ў дачыненні для шкал Роквеллу B, F, G. Таксама існуюць шкалы E, H, K, для якіх выкарыстоўваецца шарык дыяметрам 3,175 мм (ДАСТ 9013-59).

Колькасць спроб, праведзеных з дапамогай твердомер Роквеллу на адной плошчы, абмяжоўваецца памерам дэталі. Дапускаецца паўторная спроба на адлегласці 3-4 дыяметра ад папярэдняга месца дэфармацыі. Таўшчыня падыспытнага вырабы таксама рэгламентуецца. Яна павінна быць не менш павялічанай у 10 разоў глыбіні ўкаранення наканечніка.

Прыклад абазначэння:

50HRC - цвёрдасць металу па Роквеллу, вымераная з дапамогай алмазнага наканечніка, яе колькасць роўна 50.

План даследаванні па метадзе Роквеллу

Вымярэнне цвёрдасці металу больш спрошчана, чым для спосабу Бринелля.

1. Ацэнка памераў і характарыстык паверхні дэталі.
2. Праверка спраўнасці апарата.
3. Вызначэнне тыпу наканечніка і дапушчальнай нагрузкі.
4. Ўстаноўка ўзору.
5. Ажыццяўленне першаснага намаганні на матэрыял, велічынёй у 10 кгс.
6. Ажыццяўленне поўнага адпаведнага намаганні.
7. Чытанне атрыманага чысла на шкале цыферблата.

Таксама магчымы матэматычны разлік з мэтай дакладнага вызначэння механічнага параметру.

Пры ўмове выкарыстання алмазнага конусу з нагрузкай 60 ці 150 кгс:

HR = 100 - ((Hh) / 0,002;

пры здзяйсненні выпрабаванні з дапамогай шарыка пад высілкам 100 кгс:

HR = 130 - ((Hh) / 0,002,

дзе h - глыбіня ўкаранення индентора пры першасным высілку 10 кгс; H - глыбіня ўкаранення индентора пры поўнай нагрузцы; 0,002 - каэфіцыент, які рэгламентуе велічыню перамяшчэння наканечніка пры змене ліку цвёрдасці на 1 адзінку.

Метад Роквеллу з'яўляецца простым, але недастаткова дакладным. У той жа час ён дазваляе вымяраць паказчыкі механічнага ўласцівасці для цвёрдых металаў і сплаваў.

Характарыстыкі методыкі Виккерса

Вызначэнне цвёрдасці металаў па дадзеным спосабе найбольш проста і дакладна. Праца твердомер заснавана на уціскання ў ўзор алмазнага пірамідальнага наканечніка.

Асноўныя асаблівасці:

1. Индентор: алмазная піраміда з кутом пры вяршыні 136 °.
2. Гранічна дапушчальная нагрузка: для легаванай чыгуну і сталі - 5-100 кгс; для медных сплаваў - 2,5-50 кгс; для алюмінія і сплаваў на яго аснове - 1-100 кгс.
3. Перыяд вытрымкі статычнай нагрузкі: ад 10 да 15 с.
4. Падыспытныя матэрыялы: сталь і каляровыя металы з цвёрдасцю больш 450-500 НВ, у тым ліку вырабы пасля хіміка-тэрмічнай апрацоўкі.

Прыклад абазначэння:

700HV20 / 15,

дзе 700HV - лік цвёрдасці па Виккерсу; 20 - нагрузка, 20 кгс; 15 - перыяд статычнага намаганні, 15 с.

Паслядоўнасць даследаванні Виккерса

Парадак дзеянняў гранічна спрошчаны.

1. Праверка ўзору і апаратуры. Асаблівая ўвага надаецца паверхні дэталі.
2. Выбар дапушчальнага намаганні.
3. Ўстаноўка падыспытнага матэрыялу.
4. Запуск твердомер ў працу.
5. Чытанне выніку на цыферблаце.

Матэматычны разлік па гэтаму спосабу выглядае наступным чынам:

HV = 1,8544 * (F / d ^2),

дзе F - нагрузка, кгс; d - сярэдняе значэнне даўжынь дыяганаляў адбітка, мм.

Ён дазваляе вымяраць высокую цвёрдасць металаў, тонкіх і невялікіх дэталяў, пры гэтым падаючы высокую дакладнасць выніку.

Спосабы пераходу паміж шкаламі

Вызначыўшы дыяметр адбітка з дапамогай спецыяльнага абсталявання, можна з дапамогай табліц вызначыць цвёрдасць. Табліца цвёрдасці металаў - правераны памочнік ў вылічэнні дадзенага механічнага параметру. Так, калі вядома значэнне па Бринеллю, можна лёгка вызначыць адпаведнае лік Виккерса або Роквеллу.

Прыклад некаторых значэнняў адпаведнасці:

Дыяметр адбітка, мм	метад даследавання
	Бринелля	Роквеллу			Виккерса
		A	C	B
3,90	241	62,8	24,0	99,8	242
4,09	218	60,8	20,3	96,7	218
4,20	206	59,6	17,9	94,6	206
4,99	143	49,8	-	77,6	143

Табліца цвёрдасці металаў складзена на аснове эксперыментальных дадзеных і мае высокую дакладнасць. Таксама існуюць графічныя залежнасці цвёрдасці па Бринеллю ад утрымання вугляроду ў железоуглеродистом сплаве. Так, у адпаведнасці з такімі залежнасцямі, для сталі з колькасцю карбону ў складзе роўнаму 0,2% яна складае 130 НВ.

Патрабаванні да ўзоры

У адпаведнасці з патрабаваннямі Дастаў, падыспытныя дэталі павінны адпавядаць наступным характарыстыкам:

1. Нарыхтоўка павінна быць роўная, цвёрда ляжаць на стале твердомер, яе краю павінны быць гладкімі або старанна апрацаваны.
2. Паверхня павінна мець мінімальную шурпатасць. Павінна быць адшліфавана і ачышчана, у тым ліку з дапамогай хімічных складаў. Адначасова, падчас працэсаў механічнай апрацоўкі, важна папярэдзіць адукацыю наклепа і павышэння тэмпературы апрацоўванага пласта.
3. Дэталь павінна адпавядаць выбранаму метадзе вызначэння цвёрдасці па параметрычным уласцівасцях.

Выкананне першасных патрабаванняў - абавязковая ўмова дакладнасці вымярэнняў.

Цвёрдасць металаў - важнае асноватворнае механічнае ўласцівасць, якая вызначае іх некаторыя астатнія механічныя і тэхналагічныя асаблівасці, вынікі папярэдніх працэсаў апрацоўкі, уплыў часовых фактараў, магчымыя ўмовы эксплуатацыі. Выбар методыкі даследавання залежыць ад арыентыровачных характарыстык ўзору, яго параметраў і хімічнага складу.