3.4. Определение твердости
Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого материала. Высокой твердостью должны обладать металлорежущие инструменты (резцы, сверла, фрезы и т.д.), а также поверхностно-упрочненные детали. Твердость металла определяют способами Бринелля, Роквелла, Виккерса и др. (рис.3.9).
Рис.3.9. Схемы определения твердости: а – по Бринеллю; б – по Роквеллу; в – по Виккерсу
Способ Бринелля (ГОСТ 9012-59) основан на том, что в плоскую поверхность металла вдавливают под постоянной нагрузкой закаленный шарик (индентор). Диаметр шарика и величину нагрузки устанавливают в зависимости от твердости и толщины испытуемого металла. Испытание выполняют на приборе ТШ (твердомер шариковый): образец ставят на столик прибора и поднимают столик до соприкосновения шариком. Груз опускается и вдавливает шарик в испытуемый образец. На поверхности образца образуется отпечаток. Чем больше диаметр отпечатка, тем металл мягче.
За меру твердости НВ принимают отношение нагрузки F к площади поверхности отпечатка шарика диаметром D:
НВ
=
,
МПа. (3.21)
Диаметр отпечатка измеряют оптической лупой, значение твердости определяют по таблице. Метод прост, достаточно точен и пригоден для измерения твердости материалов до НВ 450 (средний уровень твердости).
Для испытания твердых материалов применяют способ Роквелла (ГОСТ 9013-59). Способ назван по имени американского металлурга 20 века С.П.Роквелла, разработавшего этот метод.
Способ Роквелла – способ определения твердости металлов вдавливанием в испытываемую поверхность алмазного индентора в виде конуса с углом при вершине 120 (шкалы А и С) или стального закаленного шарика диаметром 1/16 дюйма , т.е. 1.588 мм (шкала В).
Твердость по Роквеллу измеряют в условных единицах. За единицу твердости принята величина, соответствующая осевому перемещению наконечника на 0,002 мкм :
, (3.22)
. (3.23)
Значение твердости отсчитывают по циферблату индикатора, установленного на приборе.
При определении твердости способом Виккерса (ГОСТ 2999-75). Название способа связано с названием английского военно-промышленного концерна «ВИККЕРС». Способ основан на вдавливании в поверхность образца алмазного индентора (наконечника), имеющего форму правильной четырехгранной пирамиды с двугранным углом при вершине 136о. При испытаниях применяют нагрузки от 50 до 1000 Н в зависимости от твердости образца.
Числовое значение твердости определяют следующим образом: замеряют с помощью микроскопа длину обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки и по среднему значению длины диагонали находят в таблице соответствующее значение твердости.
Для соизмерения значений твердости, определенных различными способами, применяются переводные таблицы (табл.3.1). Для измерения твердости металлов в малых объемах (например, в зернах металла) применяют способ определения микротвердости, схожий способу Виккерса.
Для оценки механических свойств материалов и приблизительного значения предела прочности можно использовать значение твердости, определенной по испытаниям способом Бринелля. Эмпирическое соотношение выглядит следующим образом:
σв ≈ 0,33НВмаχ ,
где σв – временное сопротивление, НВмаχ - максимальное значение твердости при нагрузке, с которой начинается плавное понижение твердости.
Перевод величин твердости
Таблица 3.1
|
По Бринеллю |
По Роквеллу |
По Виккерсу |
||
d10 |
НВ, МПа |
НRА |
НRС |
НRВ |
НV |
2,34 |
6880 |
84,5 |
65,0 |
– |
940 |
2,44 |
6320 |
– |
62,0 |
– |
832 |
2,50 |
6010 |
81,0 |
59,0 |
– |
756 |
2,60 |
5550 |
79,0 |
56,0 |
– |
653 |
2,68 |
5220 |
78,0 |
53,0 |
– |
594 |
2,78 |
4850 |
76,0 |
50,0 |
– |
542 |
2,88 |
4510 |
74,5 |
47,5 |
– |
495 |
2,98 |
4200 |
73,0 |
44,0 |
– |
449 |
3,10 |
3880 |
71,0 |
41,0 |
– |
406 |