ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Ростовская-на-Дону государственная академия

сельскохозяйственного машиностроения

Кафедра «Материаловедение»

ТВЕРДОСТЬ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДЫ ЕЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Методические указания к лабораторной работе

по дисциплине «Материаловедение»

для студентов II курса

всех специальностей и форм обучения.

Ростов -на- Дону

2007

Составители:

старший преподаватель С.А. Пашко

кандидат технических наук, доцент А.Н. Симоненко

кандидат технических наук, доцент А.А. Новиков

УДК 621.941(07)

ТВЕРДОСТЬ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДЫ ЕЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ Метод. указания к лабораторной работе по

дисциплине «Материаловедение» / РГАСХМ ГОУ,

Ростов н/Д, 2007. —19с.

Приведены общие сведения о твердости конструкционных материалов, и основных методах ее определения.

Предназначены для студентов II курса всех специальностей и форм обучения.

Печатается по решению редакционно-издательского совета академии

Рецензент: кандидат технических наук, доцент

В.А. Курдюков

Научный редактор: кандидат технических наук, профессор

В.С. Мельников

© Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Ростовская -на- Дону государственная академия

сельскохозяйственного машиностроения, 2007

Цель работы: ознакомиться с методами и приборами для определения твердости металлов, методикой проведения испытаний и провести испытания образцов на твердость.

Сведения из теории.

Испытания на твердость — испытания в условиях неравномерного всестороннего сжатия. Твердость — характеристика прочности материала в условиях сложнонапряженного состояния, возникающего при внедрении индентора и сопровождающегося большими пластическими деформациями в зоне испытания.

Индентор — твердое тело определенной геометрической формы (шарик, конус, пирамидка), вдавливаемое в поверхность образца при определении

твердости материала. Твердость определяется силами атомного и молекулярного взаимодействия, и ее значение коррелирует с рядом механических свойств многих металлов и сплавов.

По времени приложения испытательной нагрузки τ методы измерения твердости Н можно подразделить на квазистатические (τ »1с) и динамические (τ «1с). По виду отклика, который используется для определения твердости, все способы измерения можно классифицировать следующим образом:

1) по размеру отпечатка при постоянной приложенной силе:

метод индентирования (вдавливание индентора) — индентор внедряется в испытуемое тело:

• по восстановленному после снятия нагрузки отпечатку;

• по невосстановленному отпечатку, т.е. под нагрузкой;

метод склерометрии (царапанье поверхности) — индентор движется по поверхности испытуемого тела;

2) по величине силы, которую необходимо приложить к индентору, чтобы создать отпечаток заданных размеров в поперечнике или глубине;

3) по следам, оставляемым одним телом на другом при контакте (шкала Мооса), метод «кто — кого»;

4) по поглощенной энергии W или удельной энергии , где V— объем отпечатка;

5) по отскоку наконечника методом удара;

6) по вторичным эффектам: акустической эмиссии, эмиссии электромагнитных волн, деформационной люминесценции, форме и размерам зоны локальной деформации;

7) по диаграмме сила-смещение, т.е. методом непрерывного вдавливания.

Твердость, определенная вдавливанием, характеризует сопротивление пластической деформации; определенная царапаньем — сопротивление разрушению (путем среза); определенная по отскоку — упругие свойства. Наибольшее применение получило измерение твердости вдавливанием.

Методы определения твердости подразделяются также на исследование твердости (макротвердости) и микротвердости. Измерение твердости заключается в том, что индентор значительных размеров (например, стальной шарик диаметром до 10 мм) проникает в испытуемый материал на сравнительно большую глубину. В результате в деформированном объеме оказываются представленными все фазы и структурные составляющие сплава в количестве и с расположением, характерными для испытуемого материала. Таким образом, измеренная твердость характеризует в этом случае твердость всего материала. Цель исследования микротвердости — определение твердости отдельных зерен, фаз и структурных составляющих сплава, а не измерение «усредненной» твердости. Деформируемый объем в данном случае должен быть меньше объема (площади) измеряемого зерна, а прилагаемая нагрузка при этом невелика. Кроме того, микротвердость измеряют для характеристики свойств очень малых по размерам деталей.

Существует несколько способов измерения твердости вдавливанием: по Бринеллю (НВ, мерой твердости служит отношение нагрузки к площади поверхности сферического отпечатка шарика); по Роквеллу (НRА, НRВ, НRС условная величина, обратная глубине вдавливания шарика или алмазного конуса в зависимости от твердости испытуемого металла, с соответствующим отсчетом на приборе Роквелла); по Виккерсу (НV — определяется отношением нагрузки к квадрату средней длины диагоналей отпечатка от вдавливания четырехгранной алмазной пирамиды).