Испытания на твердость

Твердость – это сопротивление материала проникновению в его поверхность стандартного тела (индентора), не деформирующегося при испытании.

Широкое распространение объясняется тем, что не требуются специальные образцы.

Это неразрушающий метод контроля. Основной метод оценки качества термической обработке изделия. О твердости судят либо по глубине проникновения индентора (метод Роквелла), либо по величине отпечатка от вдавливания (методы Бринелля, Виккерса, микротвердости).

Во всех случаях происходит пластическая деформация материала. Чем больше сопротивление материала пластической деформации, тем выше твердость.

Наибольшее распространение получили методы Бринелля, Роквелла, Виккерса и микротвердости. Схемы испытаний представлены на рис. 7.1.

Рис.1. Схемы определения твердости: а – по Бринеллю; б – по Роквеллу; в – по Виккерсу

 

Твердость по Бринеллю ( ГОСТ 9012)

 

Испытание проводят на твердомере Бринелля (рис.1 а)

В качестве индентора используется стальной закаленный шарик диаметром D 2,5; 5; 10 мм, в зависимости от толщины изделия.

Нагрузка Р, в зависимости от диаметра шарика и измеряемой твердости: для термически обработанной стали и чугуна – , литой бронзы и латуни – , алюминия и других очень мягких металлов – .

Продолжительность выдержки : для стали и чугуна – 10 с, для латуни и бронзы – 30 с.

Полученный отпечаток измеряется в двух направлениях при помощи лупы Бринелля.

Твердость определяется как отношение приложенной нагрузки Р к сферической поверхности отпечатка F:

Стандартными условиями являются D = 10 мм; Р = 3000 кГс; = 10 с. В этом случае твердость по Бринеллю обозначается НВ 250, в других случаях указываются условия: НВ D / P / , НВ 5/ 250 /30 – 80.

 

Метод Роквелла ГОСТ 9013

 

Основан на вдавливании в поверхность наконечника под определенной нагрузкой (рис.1 б)

Индентор для мягких материалов (до НВ 230) – стальной шарик диаметром 1/16” ( 1,6 мм), для более твердых материалов – конус алмазный.

Нагружение осуществляется в два этапа. Сначала прикладывается предварительная нагрузка (10кГс) для плотного соприкосновения наконечника с образцом. Затем прикладывается основная нагрузка Р₁, в течение некоторого времени действует общая рабочая нагрузка Р. После снятия основной нагрузки определяют значение твердости по глубине остаточного вдавливания наконечника h под нагрузкой .

В зависимости от природы материала используют три шкалы твердости (табл. 1)

Таблица 1.Шкалы для определения твердости по Роквеллу

 

Указания к выполнению работы

1. Провести испытания образца металлического изделия на твердомере.

2. Сделать не менее 5 испытаний на одном образце.

3. Результаты испытаний HRC_i занести в таблицу протокол испытаний.

4. Вычислить среднеарифметическое значение твердости

Результат занести в таблицу.

5. Определить отклонение каждого экспериментального значения от среднего

Δ HRC_i = HRC_cp - HRC_i. . Результаты занести в таблицу.

6. Определить квадрат отклонения каждого экспериментального значения от среднего Δ HRC_i ² = ( HRC_cp - HRC_i.)² . Результаты занести в таблицу.

7. Вычислить среднеквадратическое отклонение: , где n - количество образцов. . Результат занести в таблицу

8. Выбрать указанные выше значения доверительной вероятности Р и для них определить коэффициент Стьюдента t_n-1. Результаты занести в таблицу.

9. Определить доверительный интервал при данных по: среднеарифметическому значению HRC, среднеквадратичному отклонению σ, значений доверительной вероятности Р и коэффициентах Стьюдента t_n-1 :

10. Представить результаты испытаний в виде : HRC = HRC_{cp ­}+ Δ HRC , например:

HRC = 48,3 _­+ 0,2 при значений доверительной вероятности Р =0.68

HRC = 48,3 _­+ 0,4 при значений доверительной вероятности Р =0.95

HRC = 48,3 _­+ 0,6 при значений доверительной вероятности Р =0.97

Дата				Фамилия, И.О.
ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ НА ТВЕРДОСТЬ
Материал:		Сталь
Образцы
Условия:
№	НRCi		Отклонение от среднего ΔHRCi		Квадрат отклонения ΔHRCi2
1
2
3
4
5
Среднее арифметическое значение HRCср
Среднеквадратичное отклонение σ
Вариация V = σ/ HRCср, %
Доверительная вероятность Р			Коэффициент Стьюдента tn-1		Доверительный интервал Δ HRC
0,68			tn-1= 1 =
0,95			tn-1= 2 =
0,997			tn-1= 3 =

**СПРАВКА

Доверительная вероятность указывает, какая доля (процент) результатов измерения находится в пределах указанного доверительного интервала.

Коэффициент Стьюдента зависит от доверительной вероятности (больше вероятность – больше t_n-1) и от количества образцов (больше измерений – меньше t_n-1). В данной работе дано упрощенное использование расчета доверительного интервала. Значение t_n-1 сразу ставится как равным целому числу от среднеквадратичного разброса.

Обычно удовлетворяются доверительной вероятностью в 0,95 (95%), однако в важных отраслях, например в военной промышленности, требуют указать 99%, а в аэрокосмической технике и вовсе «3 девятки», т.е. 99,9%. Тем выше это требование, тем больше доверительный интервал.

Заказчики (потребители) заинтересованы в как можно узком доверительном интервале при высоких требованиях к качеству продукции.