Испытание металла на твердость

Твердость (hardness) - это свойство поверхностного слоя материала сопротивляться упругой и пластической деформаций или разрушению при местной пластической взаимодействия со стороны другого, более твердого тела (индентора) соответствующей формы и размеров.

Для многих сплавов установлена ??четкая зависимость между твердостью, механическими и технологическими характеристиками (прочностью, износостойкостью, обрабатываемостью резанием, давлением и т.д.). Поэтому измерения твердости является наиболее распространенным методом механических испытаний. Способы определения твердости делят на статические и динамические зависимости от скорости приложения нагрузки, а по способу его приложения - на методы вдавливания и скребки. Наиболее распространенные методы, где используется статическая нагрузка индентора перпендикулярно поверхности образца. Это методы Бринелля, Роквелла и Виккерса.

 

3.1.1 Твердость по методу Бринелля определяется в соответствии с ГОСТ 9012-59. Как индентор используется стальной закаленный шарик диаметром 10, 5 или 2,5 мм, которая вдавливается в поверхность материала под нагрузкой от 153 до 29400 Н (от 15,6 до 3000 кГ). На поверхности образца образуется отпечаток (лунка) в форме шарового сегмента диаметром d (рис. 6, а). Этот диаметр измеряют с помощью специального микроскопа, на окуляр которого нанесена измерительная шкала с делениями, равными одной десятой доли миллиметра. Диаметр отпечатка определяют средним значением двух его измерений во взаимно перпендикулярных направлениях с точностью до 0,05 мм (рис. 6, б). Число твердости по Бринеллю, которое обозначается буквами НВ (Н - от англ. Hardness - твердость, В - Бринеллю), измеряется отношением нагрузки Р, действующей на шарик диаметром D, к площади отпечатка F.

Единица измерения твердости по Бринеллю - кГ/мм2 или МПа (МН/м2). В первом случае твердость записывается так: НВ 200, НВ 250, где 200; 250 - величина твердости в кГ/мм2. Если твердость измеряется в МН/м2, то запись такой: НВ 2000 МПа, НВ 2500 МПа. Диаметр шарика, нагрузка и время выдержки под нагрузкой выбирают в зависимости от ожидаемой твердости и толщины (таблица 3). При измерении твердости шариком определенного диаметра с соответствующей нагрузкой на практике пользуются стандартной таблицей, в которой приводятся значения НВ зависимости от диаметра лунки и отношение Р/D2 (таблица 4). При измерении твердости по Бринеллю нужно выполнять следующие условия:

 

- Поверхность образца должна быть плоской, чистой и гладкой;

 

- Образец должен лежать на столике-подставке устойчиво, чтобы во время измерения твердости не происходило его сдвиг или прогиб, толщина образца должна быть не менее десятикратной глубины отпечатка (более 1 ... 2 мм);

 

- Расстояние от центра отпечатка до края образца должна быть не менее 2,5 d, а между центрами двух соседних отпечатков - не менее 4d, для металлов с НВ <350 соответственно 3d и 6d.

 

3.1.2 Твердость по методу Роквелла определяется путем вдавливания в образец индентора в виде алмазного конуса с углом при вершине 120 ° или стального шарика диаметром 1,568 мм (1/16 дюйма - 1/16 ?). Нагрузка на индентор осуществляется последовательно: сначала предварительное Р0, равная 100 Н, затем основное Р1. Сумма предварительной и основной нагрузки составляет общая нагрузка Р, которое выбирается в зависимости от индентора и ожидаемой твердости (таблица 5).

 

По разнице глубин вдавливания индентора под действием двух последовательных нагрузок Р0 и Р1 заключают о твердости материала. Стрелка индикатора прибора Роквелла показывают не эту разницу, а величину (100 - в) по черной шкале С или А и (130 - в) по красной шкале В, где в = (h1 - h0) / 0,002; h1 и h0 глубина вдавливания индентора при приложении соответствии полного и предварительной нагрузки; 0,002 - условная единица твердости (цена деления шкалы индикатора прибора).

 

Единица твердости по Роквеллу - безразмерная величина, соответствующая осевому перемещению индентора на 0.002 мм. Твердость по Роквеллу обозначается так: НRВ 30 НRС 60, НRА 80, то есть твердость 30 по шкале В, 60 - по шкале С, 80 - по шкале А. Числа НRА можно перевести в числа НRС по формуле НRС = 2НRА - 104.

 

3.1.3 Твердость по Виккерсу. При стандартном измерении твердости по Виккерсу в поверхность образца вдавливается алмазный индентор в форме четырехгранной пирамиды с углом при вершине 136 ° под действием нагрузки Р, которое выбирают в пределах 49 ... 1176 Н (5 ... 120 кГ) в течение 5 ... 10 с (ГОСТ 2999-75). В результате измерения на поверхности образца образуется отпечаток в виде ромба, диагональ которого измеряется специальным микроскопом.