<<
>>

Статические методы

Метод Бринелля

Определение твердости по методу Бринелля основано на вдавливании в исследуемый материал стального шарика стандартного диаметра (10, 5 и 2,5 мм) и последующем измерении диаметра отпечатка (рис.

3.1). Твердость по Бринеллю

Рис. 3.1. Схема определения твердости по методу Бринелля: а - испытание; б - замер отпечатка

Размеры шариков выбирают в зависимости от толщины исследуемых материалов. Нагрузка на шарик выбирается в зависимости от сопротивления материала пластическому деформированию. Время действия нагрузки на шарик варьируется от 10 с для черных металлов до 30 или 60 с для цветных.

Для удобства пользования при измерении твердости пользуются таблицами, рассчитанными по приведенной выше формуле. Определение твердости по методу Бринелля [32] рекомендуется для материалов, твердость которых не превышает 4500 МПа.

Метод Виккерса

Определение твердости по методу Виккерса основано на вдавливании в исследуемый материал четырехгранной алмазной пирамиды с углом при вершине 136° и последующем измерении диагоналей отпечатка с помощью микроскопа при увеличении в 50 и 125 раз. Схема определения твердости по методу Виккерса приведена на рис. 3.2. Твердость по Виккерсу определяется отношением приложенной нагрузки Р к площади поверхности отпечатка пирамидки F:

Р 2Р sin 68°

У, —              9              *

F              d2

где d - диагональ отпечатка, мм.

При испытании по методу Виккерса нагрузку выбирают от 10 До 1200 Н [33] и обязательно указывают в протоколе испытания. На

Рис. 3.2. Схема определения твердости по Виккерсу

практике при использовании метода Виккерса применяют таблицы, рассчитанные по приведенной формуле. Чаще значения твердости по этим таблицам устанавливаются по средней величине из двух диагоналей отпечатка.

Минимально допустимая толщина образца исследуемого материала должна быть не менее 1,5 диагоналей отпечатка. Образцы для испытания на твердость обязательно должны иметь полированную поверхность. Числа твердости по Виккерсу и Бринеллю имеют одинаковую размерность и для материалов с твердостью до 4500 МПа практически совпадают. Метод Виккерса выгодно отличает возможность определения твердости на элементах сложных конфигураций и поверхностно-упрочненных деталей (после цементации, азотирования, нитроцементации, лазерного упрочнения и т.п.).

Метод Роквелла

Определение твердости по методу Роквелла основано на вдавливании в исследуемый материал стального шарика или алмазного конуса и последующем измерении глубины вдавливания (рис. 3.3). В зависимости от величины нагрузки и формы индентора используют две шкалы: красную В или черную С. Стрелка циферблата указывает величину 100-/i по красной шкале при измерении шариком, где h - глубина вдавливания индентора, 100 и 130 число делений на цшалах С и В соответственно. Величину твердости определяют по индикаторной шкале, каждое деление которой соответствует глубине вдавливания в 2 мкм.

Рис. 3.3. Схема определения твердости по методу Роквелла

Твердость на приборе Роквелла можно измерять: Алмазным конусом с нагрузкой 1,5 кН с использованием значений твердости по шкале С, обозначаемых HRC; Алмазным конусом с нагрузкой 0,6 кН при использовании значений твердости по шкале С, обозначаемых HRA; Стальным шариком диаметром 1,58 мм с нагрузкой 1,0 кН при использовании значений твердости по шкале В, обозначаемых HRB.

Первым способом измеряют твердость закаленной или отпущенной стали с твердостью более 2300 НВ. Второй способ рекомендуется для более твердых материалов с твердостью более HRC 70 и для измерения твердых поверхностных слоев (глубиной 0,3-0,5 мм). Третий способ, как правило, применяют для отожженной стали и цветных металлов и их сплавов. При измерении твердости следует соблюдать правило: толщина образца должна быть не менее 10-кратной глубины отпечатка.

Метод супер-Роквелла

При измерении твердости этим методом в соответствии с ГОСТ 22975-78 [207] в исследуемый образец под действием последовательно прилагаемых предварительной Р0 и основной Рг нагрузок вдавливают индентор - алмазный конус (шкала N) или стальной шарик (шкала Т). Общая нагрузка Р — Р0 + Pt = 147 Н. Время воздействия нагрузки 2—8 с. Остаточное увеличение глубин проникновения инденто- Ра е измеряют после снятия основной нагрузки Р{, но при сохранении

Рис. 3.4. Схема измерения твердости по супер-Роквеллу при использовании шкалы N (схема при использовании шкалы Т аналогичная за исключением того, что индентор имеет форму шарика): Л0, мм - глубина внедрения инденто- ра в испытуемый образец под действием предварительной нагрузки Р0; ft, мм - глубина внедрения индентора в испытуемый образец под действием основной нагрузки Pjj е - остаточное увеличение глубины внедрения индентора (измеряют после снятия основной нагрузки Рг, но при оставленной приложенной нагрузке PJ, выражается в условных единицах шкалы индикатора испытательного прибора с ценой деления 0,001 мм (вся шкала соответствует ОД мм)

предварительной нагрузки. Схема измерения твердости по этому методу в последовательности a-в приведена на рис. 3.4 [34].

Измеряемая величина е выражается в условных единицах шкалы индикатора прибора, имеющей цену деления 0,001 мм. Число твердости

HRN (или HRT) = 100 - е

определяется непосредственно по шкале индикатора с округлением до 5 деления шкалы [35]. Рекомендуемая температура измерения твердости 10-35 °С.

Метод микротвердости

Этот метод применяется при определении твердости структурных составляющих (зерен твердого раствора, карбидов, нитридов, неметаллических включений и металлических соединений) или поверхностно-упрочненного материала. Определение твердости основано на вдавливании в исследуемый материал алмазной четырехгранной пирамидки под нагрузкой от 0,005 до 2 Н и последующем измерении диагонали отпечатка под микроскопом при увеличении до 485 крат. Микротвердость Нц выражается отношением приложенной нагрузки Р к площади полученного отпечатка F. На практике значения Нр определяют по табличным значениям диагонали отпечатка.

Для измерения микротвердости необходима шлифовка, а затем полировка с последующим травлением исследуемой поверхности. Динамические методы

Эти методы до сих пор широко используются при проведении диагностических работ применительно к крупногабаритным конструкциям в химии, нефтехимии, нефтеперерабатывающей промышленности и других отраслях промышленного производства.

Метод Польди

Определение твердости по методу Польди (рис. 3.5) основано на сравнении диаметров отпечатков шарика 4, полученных одновременно на исследуемом образце 5 и эталоне 3 с известной твердостью в результате одного удара (рис. 3.5) ручным молотком 1 по бойку 2, прижатому к эталону пружиной. Шарик находится между эталоном и образцом. При ударе шарик вдавливается и в образец, и в эталон.

Твердость исследуемого образца подсчитывается по результатам измерения диаметра отпечатков на образце и на эталоне:

alt="" />

где НВэ -число твердости эталона в единицах Бринелля; Fa и р - площадь поверхности отпечатка на эталоне и на образце соответственно; da и р - диаметр отпечатка на эталоне и образце соответственно.

Прибор Польди показывает приближенные результаты, поскольку твердость эталона определяется при статическом вдавливании по нетоду Бринелля, а твердость исследуемого образца HP при динамическом вдавливании. Динамическая твердость материала заметно выше статической. Для разных материалов отношение значений этих Твердостей варьируется в пределах от 1,6 до 2,8.


2

1

5

4

3

Рис. 3.5. Схема определения твердости по методу Польди

Измерение твердости методом ударного отпечатка имеет несколько разновидностей. При определении твердости этим методом используется не только стальной шарик с твердостью lt; HV 350, но и твердосплавный конический наконечник с твердостью lt; HV 850 [34]. Начальная скорость удара 1-5 и 0,75-2 м/с, а энергия удара 0,3-25 и 0,3—7,0 Дж соответственно для конического и шарового индентора. После снятия индентора измеряют диаметры полученных отпечатков на поверхности испытуемого образца (изделия) d0 и на поверхности контрольного бруска dc. Отпечатки на образце и контрольном бруске измеряют с помощью оптического микроскопа с погрешностью на одно деление шкалы для отпечатка конического индентора — не более ±0,01 мм и для отпечатка шарового индентора — не более ±0,05 мм. Твердость, измеренная коническим и шаровым индентором, обозначается как HVc и НВс соответственно. Этот метод измерения твердости регламентирован ГОСТ 18661—73 [36].

Твердость по Шору

Метод упругого отскока бойка регламентирован ГОСТ 23273-78 [37]. Измерение твердости по Шору производится подъемом бойка, в виде алмазного индентора, на определенную высоту h2 = 19,0 ± 0,5 мм и последующим его свободным падением по вертикали на испытываемую поверхность материала. За характеристику твердости принимается высота отскока бойка й, измеряемая в условных единицах (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Схема испытания твердости по Шору

Масса бойка вместе с алмазным индентором составляет 36,0 г. За 100 единиц твердости по Шору принимается определенная величина отскока бойка

Л100 = 13,6 ± 0,5 мм.

Согласно [37], твердость по Шору измеряют в диапазоне значений от 20 до 140 единиц (HSD). Число твердости по Шору обозначается цифрами, характеризующими величину твердости (с округлением до целого числа) HSD, например HSD 80. Величина твердости по Шору не имеет точного перевода в другие величины твердости и характеристик механических свойств [34]. 

<< | >>
Источник: Горицкий В.М. Диагностика металлов. 2004

Еще по теме Статические методы:

  1. 2.6. СТАТИЧЕСКИЙ МУЛЬТИПЛИКАТОР
  2. Статические и динамические описания
  3. §2. Статическое время
  4. 13.7. СТАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЛЕОНТЬЕВА
  5. Занятие 9.5 ИЗМЕРЕНИЕ СТАТИЧЕСКОГО И ДИНАМИЧЕСКОГО ТРЕМОРА РУК
  6. Механические свойства при статическом растяжении
  7. Статическая модель социально-территориальной системы
  8. Методы требования и контроля за поведением. Метод переключения. Комплексное использование методов воспитания
  9. Занятие 9.3 ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ МЫШЕЧНОГО НАПРЯЖЕНИЯ И СТАТИЧЕСКОЙ МЫШЕЧНОЙ ВЫНОСЛИВОСТИ
  10. 1.1. Методы расчета процесса РОМЕЛТ на основе модифицированного метода А.Н. Рамма
  11. ГЛАВА III ПОЧЕМУ ЯЗЫКИ ЯВЛЯЮТСЯ АНАЛИТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ. НЕСОВЕРШЕНСТВО ЭТИХ МЕТОДОВ
  12. Методы исследования2.2.1 Методы моделирования в технологии хлебобулочных изделий с включением биологически активных добавок