Твёрдость металлов.
Под твёрдостью понимают свойство материала сопротивляться внедрению в него другого более твёрдого тела.
Для измерения твердости применяются методы вдавливания. Основными являются методы Бринелля, Роквелла и Виккерса. Числам твёрдости соответствуют условные шкалы.
Схема измерения твёрдости: а — методом Бринелля; б — методом Роквелла; в — методом Виккерcа.
Твёрдость по Бринеллю — твёрдость, которая выражается отношением приложенной нагрузки Р к площади F поверхности сферического отпечатка.
Твёрдость по Бринеллю равна HB = 0,102 P/F.
При определении твёрдости по Бринеллю используются стальные шарики диаметром D = 10 и 5 мм.
При измерении твёрдости сталей и чугунов нагрузка Р = 30 D2, меди и е` сплавов — Р= 10 D2, сплавов на основе олова — Р = 2,5 D2. Для определения твёрдости после приложения нагрузки в течение 10–15 с и после удаления измеряют диаметр отпечатка d и находят по таблицам числа твёрдости.
Метод Бринелля применяют для измерения твёрдости металлов, если их твёрдость не превышает 450 НВ. При большей твёрдости отмечается значительная деформация шарика, а также трудно измерить малый диаметр отпечатка, поэтому ошибка в измерении твёрдости будет велика.
Твёрдость по Роквеллу — твёрдость, которая выражается разницей между условной глубиной внедрения h0 и глубиной проникновения h1 под действием дополнительной нагрузки P1 (после снятия этой нагрузки), при сохранении предварительной нагрузки Р0.
Для всех случаев измерения твёрдости по Роквеллу нагрузка Р0 = 98 Н. Обозначают твёрдость по Роквеллу — HR. Наконечниками служат алмазный конус с углом при вершине 120° или стальной закалённый шарик с d = 1,588 мм. Общая нагрузка составляет:
для шарика: 980 Н (шкала В — HRB);
для алмазного конуса: 1471 Н (шкала С — HRC) или 588 Н (шкала А — HRA).
По шкале В (красной) определяют твёрдость сравнительно мягких материалов с твёрдостью от 60 до 230 НВ, по шкале С (чёрной) — материалов, имеющих твёрдость по Бринеллю от 230 до 700 НВ. Твёрдость очень твёрдых материалов по Бринеллю более 700 НВ на образцах небольшой толщины определяют по шкале А.
За единицу твёрдости по Роквеллу принята величина, соответствующая осевому перемещению наконечника на 0,002 мм.
Метод Роквелла, по сравнению с другими методами, наиболее широко применяется в промышленности.
Твёрдость по Виккерсу — твёрдость, которая выражается отношением испытательной нагрузки Р к площади боковой поверхности отпечатка, который рассматривается как правильная четырёхгранная пирамида с квадратной основой. Отпечатки получаются путём вдавливания в течение 10–15 с четырёхгранной алмазной пирамиды.
При измерении твердости по Виккерсу применяют следующие нагрузки: 9,8 Н; 19,6 Н; 49,05 Н; 98,1 Н; 196 Н. Наиболее часто используют нагрузку 294 Н. Число твёрдости обозначают HV. Метод используется для определения твёрдости на деталях малой толщины, а также с твёрдыми поверхностными слоями. Не существует точных методов перевода одних чисел твёрдости в другие. Однако в ряде случаев пользуются таблицами, в которых приведено примерное соответствие величин твёрдости, определённых различными методами.
Микротвёрдость. Для определения твёрдости отдельных структурных составляющих сплавов используются метод микротвердости и соответствующий прибор. Для определения микро твёрдости на полированном и протравленном шлифе фиксируют определённое место, установленное с помощью микроскопа с увеличением от 100 до 400 раз, и в это место вдавливают алмазный наконечник, который обычно представляет собой четырёхгранную пирамидку с квадратным основанием. После вдавливания, пользуясь шкалой микроскопа, измеряют диагонали отпечатка. Микротвёрдость определяют по тем же формулам, что и твёрдость по Виккерсу. Нагрузки используются от 0,0098 Н до 4,905 Н.