Methods for determination of hardness of the metals

Методы определения твердости

Существующие методы определения твердости металлов можно разделить на две группы: обычное определение твердости и опреде­ление микротвердости (например, твердости отдельных структур­ных составляющих). Величины характеристик твердости и микро­твердости могут существенно отличаться вследствие неравномер­ного напряженного и деформированного состояния и неоднородно­сти состава и структуры по объему образца или изделия.

Твердость металлов может быть определена методом вдавлива­ния, царапания или упругого отскока. Широко применяется метод вдавливания шарика, конуса или пирамиды. При этом методе твер­дость является характеристикой сопротивления пластической де­формации, вызываемого проникновением более твердого тела в по­верхность испытуемого образца (изделия). При исследовании твер­дости вдавливаемое тело, называемое индентером, вначале преодоле­вает сопротивление поверхностных слоев испытуемого материала упругой деформации, а затем малым и большим пластическим дефор­мациям. Тождественность механизма процессов испытания на растяжение и твердость позволила установить для пластичных метал­лов соотношение между величинами предела прочности при растя­жении и твердости.

Наиболее часто твердость при вдавливании определяют метода­ми Бринелля, Роквелла и Виккерса и обозначают соответственно НВ, HR и HV.

Методы определения твердости

Методы определения твердости

 

В обозначениях твердости Н — начальная буква слова Hardness — твердость; В, R, V — начальные буквы названий соответствующих методов определения твердости (Бринелля, Роквелла и Виккерса).

При определении твердости на приборе Бринелля в специально подготовленную поверхность образца вдавливают стальной зака­ленный шарик диаметром 10; 5 или 2,5 мм под действием постоян­ной нагрузки Р, равной соответственно 29,43; 7,36 и 1,84 кн (3000; 750 и 187,5 кг). После снятия нагрузки на поверхности образца образуется отпечаток (лунка) поверхностью F. Твердость при испы­тании по Бринеллю определяют по уравнению

НВ=P/F · н/м².

Методы определения твердости

Методы определения твердости

Если поверхность отпечатка выразить через диаметр шарика D и диаметр отпечатка d, то:

НВ= 2P/πD(D√D²-d²) · н/м².

Диаметр шарика, величина прилагаемой нагрузки и другие условия испытания стандартизованы.

Более просто для определения твердости измерить d при помощи лупы, а затем, зная его величину, найти значение твердости по спе­циальным таблицам, имеющимся в любом техническом справочнике.

Между твердостью по Бринеллю и пределом прочности при ра­стяжении для конструкционных сталей существует приближенная зависимость, выражаемая уравнением:

σВ ≈ 0,35 HB

Метод Бринелля применяют при испытании сравнительно мяг­ких металлов.

Методы определения твердости

Методы определения твердости

При определении твердости по Роквеллу вычисляют не поверх­ность, а глубину отпечатка, полученного при вдавливании алмаз­ного конуса или закаленного стального шарика (d = 1/16″). Ве­личина твердости дается в условных единицах на шкале прибора. Прибор имеет три шкалы: А, В, С, соответствующие нагрузкам 0,59; 0,98 и 1,47 кн (60, 100 и 150 кГ). При испытании металлов с большой твердостью применяют конус и отсчет ведут по шкалам С или А, а с меньшей твердостью — шарик и отсчет ведут по шкале В. Соответственно с этим твердость по Роквеллу обозначают: HRC, HRА и HRB. Метод Роквелла получил наибольшее распространение в цехах и лабораториях благодаря высокой производительности, точности, простоте работы на приборе и небольшому размеру отпе­чатка на поверхности изделий.

Испытание на приборе Виккерса производится вдавливанием алмазной четырехгранной пирамиды в подготовленную поверхность металла. Поверхность отпечатка определяют по величине его диаго­налей, которые измеряют под микроскопом. Число твердости по Виккерсу

HV=P/F · н/м².

Этот метод используют для определения твердости тонких слоев цементированных и азотированных образ­цов (изделий), имеющих высокую твердость. Зная длину диагонали отпечатка, величину твердости по Виккерсу можно или вычислить по уравнению или определить при помощи специальных таблиц.

Микротвердость также определяют по площади отпечатка, по­лученного при вдавливании алмазной пирамиды в испытуемый материал, но при небольших нагрузках 0,2—1,96 н (20—200 Г). Микротвердость, как и твердость по Виккерсу, обозначают HV однако величина ее значительно больше. Образцы для испытания на микротвердость подготавливают так же, как и микрошлифы, т. е. шлифуют и полируют. Микротвердость определяют на приборах ПМТ-2, ПМТ-3 и др.