Визначення твердості металів

МЕТА РОБОТИ Засвоїти поняття твердості, вивчити сутність її визначення різними методами. Навчитися самостійно, вимірювати твердість найбільш розповсюдженими методами.

ПРИЛАДИ Й МАТЕРІАЛИ Твердомір ТД-32, еталонні бруски відомої твердості, досліджувані зразки, наочні приладдя й довідкові матеріали.

Основні положення

Під твердістю матеріалу розуміють його здатність пручатися пластичної або пружній деформації при впровадженні в нього більш твердого тіла (індентора).

Цей вид механічних випробувань не пов'язаний з руйнуванням металу й крім того, у більшості випадків не вимагає підготовки спеціальних зразків.

Усі методи виміру твердості можна розділити на дві групи в залежності від виду рухів індентора: статичні методи й динамічні. Найбільше поширення одержали статичні методи визначення твердості.

Статичним методом виміру твердості називається такий, при якому індентор повільно й безупинно вдавлюється у випробуваний метал з певним зусиллям. До статичних методів відносять наступні: вимір твердості за Бринеллю, Роквеллу й Виккерсу (Рис. 1).

Рис. 1. Схема визначення твердості:а) за Бринеллем; б) по Роквеллу; в) по Виккерсу

При динамічному випробуванні контролюється величина відскоку випробовуючого інструмента від поверхні випробовуваного зразка. До динамічних методів відносять наступні: твердість по Шору, за Польді.

Вимір твердості по бринеллю

Сутність методу полягає в тому, що кулька (стальна або із твердого сплаву) певного діаметра під дією зусилля, прикладеного перпендикулярно поверхні зразка, протягом певного часу вдавлюється у випробуваний метал (Рис. 1а, Рис. 2). Величину твердості по Бринеллю визначають виходячи з вимірів діаметра відбитка після зняття зусилля.

Рис. 2. Схема випробувань на твердість по Бринеллю

При вимірі твердості по Бринеллю застосовуються кульки (сталеві або із твердого сплаву) діаметром 1,0; 2,0; 2,5; 5,0; 10,0 мм.

При твердості металів менш 450 одиниць для виміру твердості застосовують сталеві кульки або кульки із твердого сплаву. При твердості металів більш 450 одиниць - кульки із твердого сплаву.

Величину твердості по Бринеллю розраховують як відношення зусилля F, діючого на кульку, до площі поверхні сферичного відбитка А:

(1)

де НВ - твердість по Бринеллю при застосуванню сталевої кульки; (HBW твердість по Бринеллю при застосуванні кульки із твердого сплаву), МПа (кгс);

F - зусилля, що діє на кульку, Н (кгс);

А - площа поверхні сферичного відбитка, мм ;

D - діаметр кульки, мм;

d - діаметр відбитка, мм.

Однакові результати виміру твердості при різних розмірах кульок виходять тільки в тому випадку, якщо відношення зусилля до квадратів діаметрів кульок залишаються постійними. Виходячи із цього, зусилля на кульку необхідно підбирати по наступній формулі:

F= (2)

Діаметр кульки D і відповідне зусилля F вибирають таким чином, щоб діаметр відбитка перебував у межах:

(3)

Якщо відбиток на зразку виходить менше або більше припустимого значення d, те потрібно збільшити або зменшити зусилля F і зробити випробування знову.

Коефіцієнт К має різне значення для металів різних груп за твердості. Чисельне значення його повинне бути таким, щоб забезпечувалося виконання вимоги, пропонованого до розміру відбитка (3).

Товщина зразка повинна не менш, чим в 8 раз перевищувати глибину відбитка.