ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ. Студент 3 курса заочного отделения гр. 243855 Жарков Сергей Сергеевич измерение твердости металлов и сплавов (конспект)
 Скачать 72.21 Kb.
|
|
Студент 3 курса заочного отделения гр. 243855 – Жарков Сергей Сергеевич ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ (КОНСПЕКТ) Под твёрдостью понимают способность материалов сопротивляться упругой деформации, пластической деформации и (или) разрушению в поверхностном слое. Существует три способа измерения твердости: 1) способ упругого отскока. 2) способ вдавливания (внедрения). 3) способ царапания. В технической литературе твердость всегда обозначается буквой Н (от англ. hardness – твердость). Следом за буквой Н всегда пишется одна или две буквы, обозначающие метод испытания твердости, например: НВ – твердость по Бринеллю; HRA, HRB, HRC – твердость по Роквеллу (по шкалам А, В и С); HV – твердость по Виккерсу; HSD – твердость по Шору; HP – твердость по Польди; Нµ – микротвердость. Метод Виккерса (HV) заключается во внедрении в испытуемый металл алмазной пирамиды с углом при вершине между противоположными гранями 136°. Усилие вдавливания выбирается в зависимости от толщины и твердости образца и составляет от 1 до 100 кгс. Этим методом можно измерять твердость тонких пластин и слоев (до 6,05 мм). Метод требует очень тщательной подготовки поверхности – тонкого шлифования или полировки. Микротвердость (Нµ) по своей сути – тот же метод Виккерса. Разница заключается в величине, прилагаемой к пирамиде нагрузки – от 5 до 200 кгс. Этот метод предназначен для измерения твердости очень тонких и однородных по структуре слоев, а так же отдельных зерен металла (сплава). Метод применяется в лабораторных условиях и, как правило, в исследовательских целях. Метод Польди (HP) заключается в том, что между испытуемой поверхностью и эталонным образцом помещают стальной закаленный шарик диаметром 5... 10 мм. Затем по эталону наносят удар молотком (со стороны противоположной шарику). Замеряя диаметры отпечатков и зная твердость эталона НВЭ (в единицах Бринелля), вычисляют твердость образца НВ0. Метод Шора (HSD) заключается в том, что на испытуемую поверхность с высоты 19 мм свободно падает боек массой 36 г, боёк имеет алмазный закругленный наконечник. В шкале Шора за 100 единиц твердости принята максимальная твердость закаленной на мартенсит эвтектоидной стали, что соответствует высоте отскока бойка на 13,6 мм. Измеряют твердость деталей, имеющих массу не менее 5 кг, непосредственно на детали. Наиболее распространёнными методами измерения твёрдости металлических материалов являются методы Бринелля и Роквелла, относящиеся к способу вдавливания (внедрения). Измерение твердости по методу Бринелля При измерении твердости этим методом в поверхность изделия в течение определенного времени с усилием Р вдавливается стальной закаленный или твёрдосплавной шарик диаметром 10,5 или 2,5 мм. Измеряют диаметр отпечатка и рассчитать площадь Fотп:  Твердость HB (кгс/мм2) определятся делением приложенной к шарику нагрузки на площадь отпечатка:  Диаметр отпечатка измеряют специальной измерительной лупой с точностью 0,05 мм. Время нагружения зависит от материала образца и составляет: 10 с – для черных металлов, 30 или 60 с – для цветных сплавов в зависимости от их твердости (от марки сплава) Глубину отпечатка можно определить по выражениям:  При определении твердости по стандартной методике значение твердости записывается одним числом, например: НВ 163. Если же измерение проводилось по другим режимам - НВ 5/250/30 – 186 (значение твердости 186 кгс/мм2 было получено при испытании шариком 5 мм, под нагрузкой 250 кгс с выдержкой 30 с). Измерение твердости по Бринеллю производится на специальном приборе – прессе Бринелля, который позволяет устанавливать необходимые нагрузки на шарик в диапазоне 187,5 ... 3000 кгс и время приложения нагрузки – 10, 30 или 60с. Измерение твердости по методу Роквелла При измерении твердости по Роквеллу внедрителем служит или алмазный конус с углом при вершине 120° и радиусом закругления 0,2 мм, или стальной закаленный шарик диаметром 1,588 мм (1/16). При использовании в качестве внедрителя алмазного конуса твердость материала оценивается по двум шкалам – А и С. Мерой твердости в методе Роквелла является глубина проникновения внедрителя в испытуемый материал: одной единице твердости соответствует внедрение индентора на 0,002 мм. Шкалы прибора, с которых снимаются показания твердости, проградуированы в соответствии с глубиной ho Достоинством этого метода является: возможность измерения твердости в широком диапазоне как очень твердых, так и сравнительно мягких материалов. Не рекомендуется измерять, например, твердость серых чугунов и цветных сплавов При выборе режимов испытания твердости необходимо ориентировочно знать примерную твердость сплава (твердый, мягкий) и толщину образца Измерение шариком по шкале В применяется для отожженных и нормализованных сталей, меди и ее сплавов, дуралиминов и других сплавов, с твердостью HRB в диапазоне 25...100 ед. (НВ65...240). Минимальная толщина образца 0,7 мм Измерение твердости конусом по шкале С применяется для закаленных сталей и сталей после отпуска. Пределы измерения в этом случае составляют примерно HRC 20...67 (НВ220...710). Минимальная толщина образца 0,7 мм Измерение твердости конусом по шкале Априменяется в тех случаях, когда нельзя применить измерение по шкале С. Это бывает в двух случаях: 1. Когда измеряется твердость очень твердых материалов (твердые и минералокерамические сплавы 2. Когда необходимо измерить твердость тонких и твердых пластин и слоев, например, цементационного слоя Ответы на контрольные вопросы 1. Что такое твёрдость? Под твёрдостью понимают способность материалов сопротивляться упругой деформации, пластической деформации и (или) разрушению в поверхностном слое 2. Какие требования предъявляются к поверхности изделия (образца) при измерении твёрдости? Поверхность изделия (образца), на которой определяется твердость, должна отвечать ряду требований. Она в месте контроля должна быть зачищена до металлического блеска, быть ровной и плоской, не должна иметь следов окалины, ржавчины, краски, грубых рисок, выбоин, царапин. Если деталь имеет криволинейную поверхность, то на ней необходимо подготовить плоскую площадку, размер которой зависит от метода измерения. 3. Какие материалы можно измерить методом Бринелля? Методом Бринелля можно испытывать материалы, твердость которых не превышает 450 единиц по Бринеллю. При большей твердости внедритель – шарик будет деформироваться, и измерение будет не точным 4. Как выбрать режим испытания на твёрдость на приборе Бринелля? Режим испытания твердости, т.е. выбор диаметра шарика и величины прилагаемой нагрузки производится по данным таблицы 1 (См. Лабораторную работу «ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ») 5. Каким прибором и как замерять диаметр отпечатка от внедрителя на приборе Бринелля? Измерение твердости по Бринеллю производится на специальном приборе – прессе Бринелля. Диаметр отпечатка измеряют специальной измерительной лупой с точностью 0,05 мм. 6. Как подсчитать твёрдость образца (детали) по Бринеллю после его испытания? Поверхность изделия в течение определенного времени с усилием Р вдавливается стальной закаленный или твёрдосплавной шарик диаметром 10,5 или 2,5 мм. На поверхности образца получается отпечаток диаметром d. Для получения значения твердости необходимо измерить диаметр отпечатка и рассчитать площадь Fотп шарового сегмента по выражению:  Твердость HB (кгс/мм2) определятся делением приложенной к шарику нагрузки на площадь отпечатка, т.е.  7. Какие существуют зависимости между твёрдостью и пределом прочности материала на растяжение? Между численным значением твердости НВ и пределом прочности на растяжение σв имеется достаточно хорошая связь, которая для некоторых материалов имеет следующий вид: Таблица 1. Связь численного значения твердости НВ и предела прочности на растяжение σв   8. Какие имеются внедрители и нагрузки при испытании материалов по методу Роквелла? При измерении твердости по Роквеллу внедрителем служит или алмазный конус с углом при вершине 120° и радиусом закругления 0,2 мм, или стальной закаленный шарик диаметром 1,588 мм (1/16). Внедритель вдавливается в испытуемый материал под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок: предварительной Р0, равной 10 кгс и основной Р1, таким образом, общая нагрузка Р на внедритель в момент нагружения равна Р = Р0 + P1 9. Как правильно выбрать режим испытания на приборе Роквелла? При выборе режимов испытания твердости необходимо ориентировочно знать примерную твердость сплава (твердый, мягкий) и толщину образца. Измерение шариком по шкале В применяется для отожженных и нормализованных сталей, меди и ее сплавов, дуралиминов и других сплавов, с твердостью HRB в диапазоне 25...100 ед. (НВ65...240). Минимальная толщина образца 0,7 мм Измерение твердости конусом по шкале С применяется для закаленных сталей и сталей после отпуска. Пределы измерения в этом случае составляют примерно HRC 20...67 (НВ220...710). Минимальная толщина образца 0,7 мм Измерение твердости конусом по шкале А применяется в тех случаях, когда нельзя применить измерение по шкале С. Это бывает в двух случаях: 1. Когда измеряется твердость очень твердых материалов (твердые и минералокерамические сплавы 2. Когда необходимо измерить твердость тонких и твердых пластин и слоев, например, цементационного слоя. 10. На каком твёрдомере результаты измерения твёрдости точнее? Достоинством метода Роквелла является: возможность измерения твердости в широком диапазоне как очень твердых, так и сравнительно мягких материалов. Не рекомендуется измерять, например, твердость серых чугунов и цветных сплавов При выборе режимов испытания твердости необходимо ориентировочно знать примерную твердость сплава (твердый, мягкий) и толщину образца. 11. Что обозначает HRB, HRC, HRA? HRA, HRB, HRC – твердость по Роквеллу (по шкалам А, В и С) |