Короткі теоретичні відомості

Твердість - це одна з найважливіших механічних властивостей чорних та кольорових металів, яка визначає здатність металу чинити опір прониканню в нього іншого більш твердого тіла певної форми та певних розмірів. Таке тіло називається індентором і має форму кульки, конуса або чотирикутної піраміди. Індентори виготовляють з інструментальної сталі, твердого сплаву або алмазу, які при прониканні в досліджуваний метал під дією певної сили не отримують залишкової пластичної деформації.

Відомо декілька методів визначення твердості, але більшість з них грунтуються на тому, що індентор залишає на досліджуваній поверхні відбиток, розміри якого служать мірою твердості матеріалу. Очевидно, чим менший відбиток при однакових інших умовах, тим більша твердість металу.

Визначення твердості - один з найбільш поширених методів дослідження металів, який в більшості випадків без руйнування деталі дає змогу оцінити інші властивості. Так, наприклад, чим вища твердість вуглецевої конструкційної сталі, тим більші її міцність і зносостійкість, менша здатність до пластичної деформації. На практиці твердість контролюють з метою оцінки оброблюваності заготовки різанням або тиском, а також для оцінки міцності, зносостійкості та інших експлуатаційних характеристик уже готових деталей після їх термічної обробки.

У виробничих умовах широко використовують два основних методи визначення твердості: метод Брінеля і метод Роквелла. Для наукових досліджень, а також в умовах спеціального виробництва застосовують метод Віккерса та метод визначення мікротвердості, що дає змогу визначити твердість тонкого поверхневого шару та незначних об`ємів дослідного матеріалу. Для оцінки твердості деталей великих розмірів користуються методом Шора. Вірний вибір того чи іншого методу грунтується на розумінні його суті, умов досліджень та умов застосування.

Вимірювання твердості втисканням сталевої кульки (метод Брінеля)

Твердість за методом Брінеля визначають шляхом втискання сталевої загартованої кульки діаметром 10, 5 або 2.5 мм в досліджувану плоску поверхню під дією певного навантаження на протязі визначеного часу.

Діаметр кульки, сила навантаження і час витримки під дією сили вибирають залежно від матеріалу і товщини досліджуваного матеріалу або зразка. В табл. 1.1 приведені встановлені державним стандартом норми дослідження твердості за методом Брінеля.

Рис. 1.1 - Схема втілення індентора за

методом Брінеля

Число твердості за методом Брінеля визначають як відношення сили P до сферичної поверхні відбитку і позначають літерами HB (рис.1.1):

, (1)

де D - діаметр кульки, мм; d - діаметр відбитку, мм; P - навантаження на кульку, кгс; НВ – твердість, кгс/мм².

Діаметр відбитка вимірюють за допомогою спеціального мікроскопа, що має шкалу з ціною поділки 0.05 мм (рис.1.2). Щоб запобігти складних обчислень числа твердості для кожного відбитка на практиці користуються готовими таблицями (табл. 1.2). Найбільш поширеними стандартними умовами при дослідженні твердості є: навантаження 3000 кгс, діаметр кульки 10 мм і тривалість витримки 10 с. Для таких умов відповідають значення діаметрів відбитків, наведені в таблиці 1.2. Якщо ж умови досліджень інші, то результати вимірювань діаметра відбитка збільшують в 2 або 4 рази залежно від того, яка використовувалась кулька. Так, наприклад, якщо при дослідженні сталевого зразка вико-