2.1 Методы определения твердости
Твёрдость — свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более твёрдого тела — индентора. Твёрдость определяется как отношение величины нагрузки к площади или объему поверхности отпечатка. Контроль твёрдости металла необходим на любых производственных участках, в частности на машиностроительных предприятиях, во время проведения контроля качества изделий, при входном контроле заготовок и сырья, в лабораториях и научно-исследовательских центрах, когда производится разработка новых материалов и конструкций. Различают поверхностную и объемную твёрдость: поверхностная твёрдость — отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка; объёмная твёрдость — отношение нагрузки к объёму отпечатка. Различают также восстановленную и невосстановленную твёрдость. Восстановленной твёрдость определяется как отношение нагрузки к площади или объему отпечатка, а невосстановленная твёрдость определяется как отношение силы сопротивления внедрению индентора к площади или объему внедренной в материал части индентора.
Методы определения твёрдости по способу приложения нагрузки делятся на:
статические;
динамические (ударные).Для измерения твёрдости существует несколько шкал (методов измерения). Рассмотрим основные из них: метод Бринелля, метод Роквслла и метод Виккерса
2.1.1 Метод бринелля
Метод измерения твердости металлов по Бринеллю регламентирует ГОСТ 9012-59.
Сущность метода заключается во вдавливании шарика (стального или из твердого сплава) в образец (изделие) под действием силы, приложенной перпендикулярно поверхности образца в течение определенного времени, и измерении диаметра отпечатка после снятия силы.
Твёрдость вычисляется как отношение усилия, приложенного к шарику, к площади отпечатка (причём площадь отпечатка берёгся как площадь части сферы, а не как площадь круга (твердость по Мейсру)). Число твердости по Бринеллю по ГОСТ 9012-59 записывают без единиц измерения и обозначают символом НВ при применении стального шарика (для металлов и сплавов твердостью менее 450 единиц) или HBW при применении шарика из твердого сплава (для металлов и сплавов твердостью более 450 единиц).
2.1.2 Метод роквелла
Метод измерения твердости металлов и сплавов по Роквеллу регламентирует ГОСТ 9013 - 59.
Согласно этому методу, твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания стального сферического наконечника (шкалы В, Е, F, G. Н. К) или алмазного конуса (шкалы А. С, D) в поверхность тестируемого материала.
Твердость по Роквеллу обозначают символом HR (HRB, HRC, HRA) с указанием шкалы твердости, которому предшествует числовое значение твердости из трех значащих цифр. Твёрдость вычисляется по формуле:
HR= 100 (130)-kd, гле d — глубина вдавливания наконечника после снятия основной нагрузки; к — коэффициент.
2.1.3 Метод виккерса
Метод измерения твердости черных и цветных металлов и сплавов при загрузках от 9,807 Н (1 кгс) до 980,7 Н (100 кгс) по Виккерсу регламентирует ГОСТ 2999-75.
Согласно методу, твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение нагрузки, приложенной к пирамидке, к площади отпечатка (причём площадь отпечатка берется как площадь части поверхности пирамиды, а не как площадь ромба). Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HV.
2.2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
1. Перед измерением твердости исследуемого образца твердомером ударного типа необходимо вставить меру твердости между стальным шариком и наконечником. Далее при проведении измерения твердомер с мерой сначала следует разместить перпендикулярно к поверхности испытуемого изделия, после чего нанести молотком быстрый удар в торец наконечника (рис. 1)
Рисунок 1
После удара на мере твердости и испытуемой образце остались отпечатки, которые измеряем с помощью оптического измерительного прибора с точностью до сотых миллиметра. В итоге получили:
диаметр отпечатка на мере твердости составил - 3,23 мм;
диаметр отпечатка на исследуемом образце - 3,15 мм.
Измерение твердости производится специальными приборами ялвердомерами. которые позволяют осуществлять контроль твёрдости деталей, не разрушая их структуру. В зависимости от габаритов и конструкции контролируемой заготовки, а также свойств и структуры материала применяются стационарные и портативные твёрдомеры, которые рвинчаются по своей конструкции и принципу действия.
В данном исследовании используются твердомер ударного типа и гаер дом ер электронный «Консганта К5Д». Твердомер ударного типа Нрявазначен для определения твердости по Бринеллю металлов на основании измерения диаметра отпечатка, остающегося на поверхности испытуемого изделия и меры твердости. Комплектация твердомера: прибор измерительный, биток и эталон твердости (рис.2).
Рисунок 2 - Твердомер ударного типа.
Твердомер электронный «Константа К5Д» позволяет измерять твердость изделий из конструкционных материалов, углеродистых и легированных сталей. Реализует динамический метод оперативного характеризующийся широким диапазоном и малой погрешностью измерений вместе с простотой обслуживания в процессе измерения (рис. 3).
Рисунок 3 - Электронный твердомер «Константа К5Д».
Твердомер представляет собой портативный электронный прибор, состоящий из блока обработки информации и действия. Принцип работы твердомера основан на измерении отношения отскока ударного элемента датчика к скорости его падения, образуемого в числа твердости HRC, НВ.
Перед измерением твердости исследуемого образца прибором «Константа К5Д» необходимо зачистить до блеска поверхность образца.