Глава 16. Методы контроля твердости
Твердость – сопротивление материала внедрению в его поверхность стандартного наконечника, который представляет собой твердое малодеформирующееся тело определенной формы и размеров.
Для измерения твердости предложено много методов. Основными являются методы вдавливания наконечников в материал под действием статической нагрузки. Значение твердости металлов, измеренное различными методами, выражается числами твердости в различных шкалах (Бринелля, Виккерса, Роквелла, Шора).
Сущность метода Бринелля заключается во вдавливании стального шарика диаметром D под действием силы F, приложенной перпендикулярно к поверхности образца, в течение определенного времени и в измерении диаметра d отпечатка после снятия нагрузки. Твердость по шкале Бринелля НВ это отношение силы F к площади сферического отпечатка. Число твердости находят с помощью специальных таблиц по значениям D, d и F или вычисляются по формуле:
,
где С = 0,102, если F выражена в Ньютонах, а D и d выражены в миллиметрах.
При измерении твердости величины F, D и d устанавливают в зависимости от числа твердости и толщины S образца, которая должна быть в 10 раз больше глубины отпечатка.
Метод Бринелля используют для металлов с твердостью не более, чем 450 НВ.
Рис. 16.1. Твердомер Бринелля
На приборе ТШ-2М (рис. 16.1) для измерения твердости металлов по шкале Бринелля проверяемый образец устанавливают на стол 7 и вращением маховика 8 поднимают к шариковому наконечнику 2 до упора в ограничитель 5. Затем нажимают пусковую кнопку и включают привод 11. Кривошип 12, поворачиваясь, опускает шатун 14 и освобождает рычажную систему 3, на конце которой закреплена подвеска 15 со съемными грузами 16. Груз давит на шпиндель 4 и шариковая оправка 6 внедряется в образец 1. Кривошип 12 поворачивается до тех пор, пока упор 10 не коснется микропереключателя 13 и не изменит вращение привода на обратное. Затем рычажная система возвращается в исходное положение. После испытания стол опускают и измеряют диаметр отпечатка.
Сущность метода Роквелла заключается во вдавливании в поверхность образца наконечника стандартного типа и в изменении глубины его проникновения в металл. Наконечник вдавливается в два последовательных приема: сначала на него действует предварительная сила F0 = 98 Н, затем к нему прикладывают дополнительную силу F1. Твердость по шкале Роквелла НR это разность между условной глубиной внедрения и глубиной проникновения L наконечника после снятия дополнительной силы при сохранении предварительной силы F0.
В зависимости от типа наконечника и значения силы F1 твердость по методу Роквелла измеряется по трем шкалам А, В. и С и обозначается числом твердости и буквами, указывающими шкалу. Например, 60 HRCЭ.
Зависимость между числом твердости и значением L в мм дана в табл. 16.1.
Таблица 16.1
Шкалы твердости
Шкала |
Тип наконечника |
F1 Н |
F0 Н |
Число твердости |
Пределы измерений |
HRA HRC |
Алмазный конус, с углом 120 |
490 883 |
588 980 |
|
70…85 22…68 |
HRB |
Стальной шарик, D = 1,588 |
1373 |
1471 |
|
25…100 |
Микротвердость это твердость отдельных зерен, физических и структурных составляющих материала. Микротвердость измеряют при небольших размерах изделия, прижимая с очень незначительной силой F = 0,0098…4,9 Н к поверхности изделия алмазные наконечники различной формы.
Число микротвердости по шкале HV – отношение силы F к условной площади боковой поверхности отпечатка. Его находят с помощью таблицы по значениям F и d или вычисляют по формуле:
,
где С = 0,189, если сила выражена в Ньютонах, а диагонали отпечатка в мм.
Основной метод Виккерса заключается в использовании наконечника, имеющего форму четырехгранной пирамидки с квадратным основанием, и в измерении диагоналей отпечатка d1 и d2 с помощью микроскопа. Твердость по Виккерсу определяется при силе F = 9,8 … 980 Н.
В табл. 16.2 приведены характеристики некоторых отечественных твердомеров.
Таблица 16.2