Практическая работа №3: Определение твердости металлов и сплавов

Методы испытания на твердость. Испытания на твер­дость получили широкое применение в производственных условиях, представляя собой наиболее простой и быстрый способ испытания механических свойств. Так как для из­мерения твердости испытывают поверхностные слои ме­талла, то для получения правильного результата по­верхность металла не должна иметь наружных дефектов (трещин, крупных царапин и т. д.).

Существуют различные способы испытания на твердость. Ниже приведены наиболее распространенные из них.

1. Измерение твердости методом Бринелля. Сущность этого способа заключается в том, что в поверхность ис­пытуемого металла вдавливается стальной закаленный шарик диаметром 2,5; 5 или 10 мм под действием нагруз­ки соответственно 1,87; 7,5 и 30 кН. На поверхности об­разца остается отпечаток (рис. 8, а), по диаметру которого определяют твердость

а = 136°

Диаметр отпечатка измеря­ют специальной лупой с делениями. На практике поль­зуются специальными таблицами, которые дают перевод диаметра отпечатка в число твердости, обозначаемое НВ. Этот способ применяют главным образом для изме­рения твердости незакаленных металлов и сплавов: про­ката, поковок, отливок и др.

По твердости, измеренной этим методом, можно су­дить о прочности при растяжении так как между твер­достью и прочностью существует следующая зависимость; σ_в = (0,34-4-0,36) НВ для поковок и проката; σ_в= = (0,3 тг- 0,4) НВ для стального литья; σ_в = 0,12 НВ-для серого чугуна. Таким образом, твердость может служить характеристикой прочностных свойств сплава.

|Измерение твердости по методу Роквела. Измерение осуществляют путем вдавливания в испытуемый металл стального шарика диаметром 1,59 мм или конус­ного алмазного наконечника с углом при вершине 120° (рис. 8, б). В отличие от метода Бринелля твердость по Роквеллу определяют не по диаметру отпечатка, а по глубине вдавливания шарика или конуса.

Вдавливание производится под действием двух по­следовательно приложенных нагрузок — предваритель­ной, равной 100 Н, и окончательной (общей) нагрузки, равной 1000, 600, 1500 Н. Твердость определяют по раз­ности глубин вдавливания отпечатков. Для определения твердости твердых металлов необходима нагрузка 1500 Н, а вдавливание стальным шариком нагрузкой 3000 Н производят для определения твердости незакаленной стали, бронзы, латуни и других мягких материалов. Ис­пытание сверхтвердых материалов производят алмаз­ным наконечником нагрузкой 600 Н, Глубина вдавлива­ния измеряется автоматически, а твердость после изме­рения отсчитывается по трем шкалам: А, В, С_э Твер­дость (число твердости) по Роквеллу обозначается, сле­дующим образом:

Определение твердости по Роквеллу имеет широкое применение, так как дает возможность испытывать мяг­кие и твердые металлы, размер отпечатков очень незна­чителен, поэтому можно испытывать готовые детали без их порчи

Измерение твердости по методу Виккерса. Этот метод позволяет измерять твердость как мягких, так и очень твердых металлов и сплавов. Он пригоден для оп­ределения твердости очень тонких поверхностных слоев

(толщиной до 0,3 мм) и тонких наружных цементиро­ванных, цианированных, азотированных и других по­верхностных слоев. В этом случае в испытуемый образец вдавливается четырехгранная алмазная пирамида с уг­лом при вершине 136° (рис, 8, в). При таких испытаниях можно применять нагрузки от 50 до 1200 Н. Измерение отпечатка производят по длине диагонали отпечатка, рассматриваемого под микроскопом, входящим в прибор для определения твердости. Число твердости по Виккерсу HV, его находят по формуле

HV=0,19P/d²

где Р — нагрузка, Н; d — длина диагонали отпечат­ка, мм.

На практике число твердости HV находят по табли­цам (см. приложение 1 — таблицы чисел твердости по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу). Кроме указанных ме­тодов измерения твердости существуют способы опреде­ления микротвердости микроскопически малых, объек­тов металла. Наиболь­шее применение при оп­ределении твердости за­готовок нашли, способы Польди и Шора.

В настоящее время разработан прогрессивный спо­соб определения твердости методом ультразвука. На Рис. 9 представлена схема ультразвукового твердомера. Он состоит из преобразователя 1, волновода 2 с индика­тором 3, в конце которого имеется алмазный наконеч­ник, из регистрирующего устройства 4 и генератора 5.

Наконечник вдавливается с незначительной фиксиро­ванной нагрузкой. Он соединен со стержнем, колеблю­щимся с резонансной частотой. Эта частота изменяете» в зависимости от размера отпечатка алмазного наконеч­ника и характеризует твердость материала. Размер от­печатка незначительный, его не следует определять под микроскопом, как в приборе Виккерса и при измерении микротвердости, незначительно повреждается поверх­ность, процесс измерения твердости может быть авто­матизирован.