Измерение твердости
Общая идея: в плоскую поверхность образца из исследуемого материала с заданным усилием специальный наконечник - индентор. О твердости судят либо по площади полученного отпечатка, либо по глубине вдавливание индентора.
Измерение твердости методом Бринеля.
Индентор - шарик диаметра 2,5; 5 или 10 мм.
Твердость по шкале Бринеля:
Р- усилие вдавливания, D - диаметр шарика, d - диаметр полученного отпечатка, измеряемый после удаления индентора
Достоинства метода: высокая универсальность, то есть способность к измерению материалов с разной структурой.
Недостатки метода: необходимость дополнительных измерений; необходимость дополнительных расчетов для получения НВ приводит к тому, что метод не оперативный.
Испытания проводят на специальных прессах - твердомерах, развивающих строго определенное усилие вдавливания, являющееся стандартным. За счет изменения диаметра индентора, можно измерять твердость материалов в широком диапазоне.
Измерение твердости методом Роквелла.
В методе Роквелла твердость определяется глубиной вдавливания конуса с углом при вершине 120.
Нагружение в три этапа: а) предварительное малое усилие Р0для обеспечения контакта с образцом; б) основное нагружение усилием Р= Р0 + Рраб; в) снятие рабочего усилия Рраб. Остается Р0для обеспечения контакта с образцом.
О твердости материала судят по глубине вдавливания h, измеряемого на 3-м этапе нагружения для метода Роквелла характерна высокая оперативность.
Для повышения универсальности существуют три шкалы:
Шкала |
Обозначения |
А |
HRA |
В |
HRB |
С |
HRC |
Разным шкалам соответствуют разные рабочие усилия, измерять материалы с разными характеристиками твердости.
Измерение твердости методом Викерса.
Методы Бринеля и Роквелла малопригодны для измерения твердости тонких образцов из-за высоких усилий 9,8 Н<Рраб< 1200 Н.
Индентор - четырехгранная пирамида; угол при вершине 136.
где D - диагональ отпечатка, k - размерный коэффициент.
Недостатки метола: дополнительные измерения и расчеты.
Достоинства метода: возможность измерять тонкие образцы.
Контрольные вопросы
1. Что такое термическая обработка?
2. Какие виды термической обработки вы знаете?
3. Что такое обработка холодом?
4. Что такое старение?
5. Как влияет скорость охлаждения на структуру стали?
6. Что такое время выдержки и как оно определяется?
7. Что такое закалка на сорбит, троостит, бейнит, мартенсит?
8. Как произвести отжиг на мелкое зерно?
9. Что такое нормализация?
10. Какие существуют виды отпуска и для чего они применяются?
Контрольные задания
1. Для чего применяется отжиг после холодной пластической деформации? Выбор режима отжига.
2. Вычертите диаграмму состояния железо – карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения в интервале температур от 1600 до 0°С (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 2,7%С. Для заданного сплава определите процентное содержание углерода в фазах при температуре 950°С.
3.Энергетические условия процесса кристаллизации. Почему превращения происходят при строго определенных температурах?
4.Какую роль играют несовершенства структуры кристаллов. Какую роль играют дислокации в вопросах прочности и пластичности материала.
5.Вычертите диаграмму состояния железо – карбид железа, спишите превращения и постройте кривую нагревания в интервале температур от 0 до 1600°С с применением правила фаз для сплава, содержащего 0,3%С.
6.Отжиг. Цель и назначение диффузионного, изотермического отжига.
7.Назовите режим термической обработки температуру закалки, охлаждающую среду и температуру отпуска фрез из стали У12. Опишите сущность проходящих превращений, структуру и твердость инструмента после термообработки.
8.Опишите, в каких отраслях промышленности особенно перспективно применение титана и сплава титана.