2. Характеристики пластичности

Пластичность – это свойство твердых тел необратимо деформироваться под действием внешних нагрузок. Измеряют две характеристики пластичности.

а) Относительное удлинение после разрыва определяют по формуле:

где l₀ и l₁ – начальная и конечная длина образца (см. рис. 1.12); числитель этого выражения находят по диаграмме растяжения (см. рис. 1.13).

Относительное удлинение характеризует максимальную деформацию, которую может выдержать материал при растяжении.

б) Относительное сужение после разрыва определяется по формуле:

где F₀ и F₁ – площадь поперечного сечения образца до и после разрыва.

Относительное сужение наиболее полно характеризует пластические свойства материала и используется, например, при расчете процессов глубокой вытяжки.

1.7.2. Определение твердости

Твердостью называют свойство материала оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии в поверхностном слое.

Испытание на твердость является одним из самых распространенных статических испытаний благодаря простоте осуществления, оперативности и возможности, практически без разрушения испытуемого объекта, получить сведения о качестве его термической и другой обработки, износостойкости, обрабатываемости резанием и т. п. Испытание на твердость обычно производят путем внедрения в поверхность испытуемого материала другого, более твердого, тела определенной формы, называемого индентором.

Наибольшее распространение в металловедении нашли три способа определения твердости, названные по фамилиям их авторов – методы Бринелля, Роквелла и Виккерса. При выборе метода измерения твердости следует руководствоваться требованиями, установленными в технической документации (технологической карте, чертеже).

1. Определение твердости по Бринеллю

Метод Бринелля заключается во вдавливании стального закаленного шарика диаметромD (10,0; 5,0 или 2,5 мм) в испытуемый материал под фиксированной нагрузкой Р (3000, 1000, 750 кгс и менее) в течение заранее выбранного времени (10–60 с) (рис. 1.14).

Мерой твердости по Бринеллю является диаметр отпечатка d, который измеряется с помощью оптического устройства, входящего в комплект прибора.

Твердость по Бринеллю обозначается НВ и может быть рассчитана по формуле:

где F – площадь поверхности отпечатка – шарового сегмента.

Метод Бринелля пригоден для измерения твердости мягких и среднетвердых материалов (включая незакаленную сталь) с твердостью от 8 до 450 ед. (кгс/мм²). Черные металлы имеют твердость выше 140 НВ; цветные металлы и сплавы – 32...130 НВ, в том числе алюминий, свинец и мягкие сплавы – 8...35 НВ.

2. Определение твердости по Роквеллу

Мерой твердости по Роквеллу является глубина вдавливания индентора, которая определяется с помощью индикатора часового типа, встроенного в прибор. Схема испытания показана на рис. 1.15.

Измеренное значение твердости считывается непосредственно со шкалы индикатора. На приборе имеется три шкалы: А, B и С.

Шкала А используется для испытаний сверхтвердых сплавов и деталей, подвергнутых химико-термической обработке (цементации, азотированию, борированию и т. п.). Здесь в качестве индентора используется алмазный конус с углом при вершине 120, вдавливаемый под нагрузкой 60 кгс. Твердость, измеренная по этой шкале, обозначается HRA.

Шкала В используется для испытаний мягких и среднетвердых материалов, включая цветные сплавы и незакаленную сталь. Здесь в качестве индентора используется стальной закаленный шарик диаметром 1,588 мм (¹/₁₆ дюйма), вдавливаемый под нагрузкой 100 кгс. Твердость, измеренная по этой шкале, обозначается HRВ.

Шкала С используется для испытаний среднетвердых и твердых материалов, включая незакаленную и закаленную сталь. Здесь в качестве индентора используется алмазный конус (тот же, что по шкале А), вдавливаемый под нагрузкой 150 кгс. Твердость, измеренная по этой шкале, обозначается HRС. Например, твердость закаленной стали обычно составляет 60…65 HRС.

Метод Роквелла отличается особой простотой и оперативностью, при его использовании меньше повреждается поверхность испытуемого материала и поэтому он широко применяется для контроля качества термической обработки на машиностроительных заводах.