Твърдостта на металите. Таблица за твърдост на метала

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-18 03:57

За да могат частите и механизмите да служат дълго и надеждно, материалите, от които са изработени, трябва да отговарят на необходимите условия за работа. Ето защо е важно да се контролират допустимите стойности на основните им механични параметри. Механичните свойства включват твърдост, здравина, якост на удар, пластичност. Твърдостта на металите е основна структурна характеристика.

Концепция

Твърдостта на металите и сплавите е свойството на материала да създава съпротивление, когато друго тяло проникне в неговите повърхностни слоеве, което не се деформира и не се срутва при съпътстващи натоварвания (индентор). Дефиниран с цел:

• получаване на информация за приемливи конструктивни характеристики и работни възможности;
• анализ на състоянието под влияние на времето;
• наблюдение на резултатите от топлинната обработка.

Якостта и устойчивостта на повърхността към стареене частично зависят от този показател. Разгледайте като оригиналматериал и готови части.

Опции за изследване

Индикаторът е стойност, наречена число на твърдостта. Има различни методи за измерване на твърдостта на металите. Най-точното изследване е да се използват различни видове изчисления, индентори и подходящи тестери за твърдост:

1. Brinell: същността на апарата е притискане на топка в метала или сплавта, която се изследва, изчисляване на диаметъра на отпечатъка и след това математически изчисляване на механичния параметър.
2. Rockwell: Използва се топка или диамантен конус. Стойността се показва на скала или се изчислява.
3. Vickers: Най-точното измерване на твърдостта на метала с помощта на диамантен пирамидален накрайник.

Има специални формули и таблици за определяне на параметричните съответствия между индикаторите на различни методи на измерване за един и същ материал.

Фактори, които определят опцията за измерване

В лабораторни условия, с необходимия набор от оборудване, изборът на метод за изследване се извършва в зависимост от определени характеристики на детайла.

1. Индикативна стойност на механичния параметър. За конструкционни стомани и материали с ниска твърдост до 450-650 HB се използва методът на Бринел; за инструментални, легирани стомани и други сплави - Rockwell; за твърди сплави - Vickers.
2. Размери на тестовата проба. Особено малки и деликатни части се изследват сс помощта на тестер за твърдост по Vickers.
3. Дебелината на метала в точката на измерване, по-специално карбуризирания или азотиран слой.

Всички изисквания и съответствие са документирани от GOST.

Характеристики на техниката на Бринел

Изпитването на твърдост на метали и сплави с помощта на тестер за твърдост по Бринел се извършва със следните характеристики:

1. Indenter - топка, изработена от легирана стомана или сплав от волфрамов карбид с диаметър 1, 2, 2, 5, 5 или 10 mm (GOST 3722-81).
2. Продължителност на статично вдлъбнатина: за чугун и стомана - 10-15 s, за цветни сплави - 30, възможна е и продължителност от 60 s, а в някои случаи - 120 и 180 s.
3. Гранична стойност на механичния параметър: 450 HB при измерване със стоманена топка; 650 HB при използване на карбид.
4. Възможни зареждания. С помощта на тежестите, включени в комплекта, се коригира действителната сила на деформация върху изпитвания образец. Техните минимално допустими стойности: 153, 2, 187, 5, 250 N; максимум - 9807, 14710, 29420 N (GOST 23677-79).

Използвайки формули, в зависимост от диаметъра на избраната топка и материала, който се тества, може да се изчисли подходящата допустима сила на вдлъбнатина.

Тип сплав	Математическо изчисление на натоварването
Стомана, никел и титаниеви сплави	30D2
чугун	10D2, 30D2
Мед и медни сплави	5D2, 10D2, 30D2
Леки метали и сплави	2, 5D2, 5D2, 10D2, 15D 2
Олово, калай	1D2

Пример за нотация:

400HB10/1500/20, където 400HB е твърдостта по Бринел на метала; 10 – диаметър на топката, 10 mm; 1500 - статично натоварване, 1500 kgf; 20 - период на отстъп, 20 сек.

За установяване на точни числа е рационално да се изследва една и съща извадка на няколко места и да се определи общият резултат, като се намери средната стойност на полученото.

Тест за твърдост по Бринел

Процесът на изследване протича в следната последователност:

1. Проверка на частта за съответствие с изискванията (GOST 9012-59, GOST 2789).
2. Проверка на здравето на устройството.
3. Избор на необходимата топка, определяне на възможната сила, задаване на тежести за нейното формиране, период на вдлъбнатина.
4. Стартиране на тестера за твърдост и деформация на пробата.
5. Измерване на диаметъра на вдлъбнатина.
6. Емпирично изчисление.

НВ=F/A, където F е натоварването, kgf или N; A – площ на отпечатъка, mm².

НВ=(0, 102F)/(πDh), където D – диаметър на топката, mm; h – дълбочина на отпечатъка, мм.

Твърдостта на металите, измерена по този метод, има емпирична връзка сизчисляване на параметрите на якост. Методът е точен, особено за меки сплави. Той е основен в системите за определяне на стойностите на това механично свойство.

Характеристики на техниката на Рокуел

Този метод за измерване е изобретен през 20-те години на XX век, по-автоматизиран от предишния. Използва се за по-твърди материали. Основните му характеристики (GOST 9013-59; GOST 23677-79):

1. Наличие на първичен товар от 10 kgf.
2. Период на задържане: 10-60 сек.
3. Гранични стойности на възможните индикатори: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20-70.
4. Числото се визуализира на циферблата на тестера за твърдост, може да се изчисли и аритметично.
5. Везни и отстъпи. Има 11 различни скали, в зависимост от вида на индентора и максимално допустимото статично натоварване. Най-често използвани: A, B и C.

A: връх с диамантен конус, ъгъл на точка 120˚, обща статична сила 60 kgf, HRA; Изследват се тънки продукти, предимно валцувани продукти.

C: също 150kgf HRC диамантен конус, подходящ за твърди и закалени материали.

B: топка 1,588 мм, изработена от закалена стомана или твърд волфрамов карбид, натоварване 100 kgf, HRB, използвана за оценка на твърдостта на отгряваните продукти.

Връх с форма на топка (1.588 mm) е приложим за скали Rockwell B, F, G. Има и скали E, H, K, за които топка с диаметър 3.175 mm (GOST 9013-59) се използва.

Брой проби,направен с тестер за твърдост по Rockwell в една област е ограничен от размера на детайла. Допуска се втори тест на разстояние 3-4 диаметъра от предишното място на деформация. Дебелината на тествания продукт също се регулира. Трябва да бъде не по-малко от 10 пъти дълбочината на проникване на върха.

Пример за нотация:

50HRC - твърдостта на метала по Рокуел, измерена с диамантен накрайник, номерът му е 50.

План за проучване на Rockwell

Измерването на твърдостта на метала е по-опростено, отколкото при метода на Бринел.

1. Оценяване на размерите и характеристиките на повърхността на детайла.
2. Проверка на здравето на устройството.
3. Определете типа на върха и товароносимост.
4. Задаване на шаблона.
5. Прилагането на първичната сила върху материала, стойността на 10 kgf.
6. Полагам пълно и подходящо усилие.
7. Четене на полученото число по скалата на циферблата.

Математическо изчисление също е възможно за точно определяне на механичния параметър.

При използване на диамантен конус с товар от 60 или 150 kgf:

HR=100-((H-h)/0, 002;

при тестване с топка под сила от 100 kgf:

HR=130-((H-h)/0, 002, където h е дълбочината на проникване на индентора при първична сила от 10 kgf; H е дълбочината на проникване на индентора при пълно натоварване; 0, 002 е коефициент, който регулира количеството движение на върха, когато числото на твърдостта се промени с 1 единица.

Методът на Рокуел е прост, но не достатъчно точен. В същото време може да измерва механичните свойства на твърди метали и сплави.

Характеристики на техниката на Викерс

Определянето на твърдостта на металите по този метод е най-простото и точно. Работата на тестера за твърдост се основава на вдлъбнатината на диамантен пирамидален връх в пробата.

Основни характеристики:

1. Индентор: 136° връх диамантена пирамида.
2. Максимално допустимо натоварване: за легиран чугун и стомана - 5-100 kgf; за медни сплави - 2,5-50 kgf; за алуминий и сплави на негова основа - 1-100 kgf.
3. Период на задържане на статично натоварване: 10 до 15 сек.
4. Изпитани материали: стомана и цветни метали с твърдост над 450-500 HB, включително продукти след химическа термична обработка.

Пример за нотация:

700HV20/15, където 700HV е числото на твърдост по Викерс; 20 - товар, 20 kgf; 15 - период на статично усилие, 15 с.

Последователност от изучаване на Vickers

Процедурата е изключително опростена.

1. Проверете пробата и инструментите. Особено внимание се обръща на повърхността на детайла.
2. Избор на допустимото усилие.
3. Инсталиране на тестовия материал.
4. Стартиране на тестера за твърдост.
5. Прочетете резултата на циферблата.

Математическото изчисление по този метод е както следва:

HV=1, 8544(F/d²), където F е натоварването,kgf; d е средната стойност на дължините на диагоналите на отпечатъка, mm.

Позволява ви да измервате твърдостта на метали, тънки и малки части, като същевременно осигурява висока точност на резултата.

Методи за преход между скали

След като определите диаметъра на отпечатъка с помощта на специално оборудване, можете да използвате таблиците, за да определите твърдостта. Таблицата за твърдост на металите е доказан помощник при изчисляването на този механичен параметър. Така че, ако стойността на Бринел е известна, съответното число на Викърс или Рокуел може лесно да се определи.

Пример за някои съвпадащи стойности:

Диаметър на печата, mm	Метод на изследване
	Brinell	Rockwell			Vickers
		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

Таблицата на твърдостта на металите е съставена на базата на експериментални данни и има висока точност. Съществуват и графични зависимости на твърдостта по Бринел от съдържанието на въглерод в желязо-въглеродната сплав. Така че, в съответствие с такива зависимости, за стомана с количество въглерод в състава, равно на 0,2%, това е 130 HB.

Примерни изисквания

В съответствие с изискванията на GOST, тестваните части трябва да отговарят на следните характеристики:

1. Заготовката трябва да е плоска, да лежи здраво върху масата на тестера за твърдост, ръбовете му трябва да са гладки или внимателно обработени.
2. Повърхността трябва да има минимална грапавост. Трябва да се шлайфа и почиства, включително с помощта на химически съединения. В същото време по време на процесите на обработка е важно да се предотврати образуването на работно втвърдяване и повишаване на температурата на обработвания слой.
3. Частът трябва да отговаря на избрания метод за определяне на твърдостта чрез параметрични свойства.

Изпълнението на основните изисквания е предпоставка за точни измервания.

Твърдостта на металите е важно основно механично свойство, което определя някои от другите им механични и технологични характеристики, резултатите от предишни процеси на обработка, влиянието на факторите на времето и възможните условия на работа. Изборът на методология на изследване зависи от приблизителните характеристики на извадката, нейнатапараметри и химичен състав.