4.4 Метод определения горячей твердости

Данный метод является разновидностью измерения твердости по Бринеллю, с той разницей, что проводится при повышенных температурах на специальных установках, снабженных нагревательным устройством с фиксируемой температурой (рисунок 4.5). Сущность метода состоит в непрерывном нагреве испытуемого образца при постоянной нагрузке, равной нескольким килограммам в зависимости от природы материала (для сталей обычно 5 кг). Интервал температур составляет сотни градусов, начиная от комнатной, с шагом в

50–100 °С. Точность измерения температуры не ниже ± 5 °С. Количество отпечатков на каждую температурную точку не менее трех.

	Рисунок 4.1. Временное сопротивление железа в зависимости от температуры	Рисунок 4.2. Жаропрочность аустенитных и ферритных сталей
1 – сплавы Mo, 2 – Ni, 3 – Co, 4 – сплавы Fe-Cr-Ni-Co, 5 – аустенитные стали, 6 – теплоустойчивые стали, 7 – Ti, 8 – Al Рисунок 4.3. Зависимость длительной прочности сплавов от температуры			Рисунок 4.4. Прочность сплавов на основе тугоплавких металлов в зависимости от температуры

Индентером служит шарик из жаропрочного, устойчивого против отпуска, жаростойкого сплава диаметром 1,25 или 2,5 мм. При этом диаметр отпечатка должен лежать в интервале 0,2–0,7 диаметра шарика. Для более равномерного и быстрого прогрева образца рекомендуется использовать ванночки с жидкостью – до 500 К – с маслом, для более высоких температур – с расплавами солей (рисунок 4.6). В повседневной практике нагрев производится на воздухе. Образующуюся окалину необходимо периодически убирать с помощью наждачной бумаги. Нагрузку следует устанавливать плавно, избегая ударов и толчков. Время нагружения равняется 1-3 мин., при экспрессной оценке– 15 сек.

1 – образец; 2 – печь; 3 – индентор; 4 – термопара; 5 – нагрузка. Рисунок 4.5. Принципиальная схема для испытания на горячую твердость	1 – пуансон; 2 – термопара; 3 – термометр; 4 – солевая ванна; 5 – печь; 6 – образец;7 – асбестовая плита. Рисунок 4.6. Определение горячей твердости

После завершения испытаний при одной температуре образец перемещается на расстояние, составляющее не менее двух отпечатков, для нанесения последующих отпечатков уже при более высокой температуре. Температура в печи повышается до заданной, после чего дается время на полный прогрев образца и проводится следующее нагружение. В такой последовательности осуществляется весь цикл испытаний до достижения максимальной заданной температуры.

Измерение отпечатков проводится после охлаждения образца до комнатной температуры по формуле:

. (4.1)

4.5 Порядок выполнения работы

4.5.1 Провести маркировку опытных образцов и приготовить шлифы для испытаний твердости из высокопрочного марки ВЧ 45-5 и жаропрочного марки ЧН11Г7Х2Ш чугунов с шаровидным графитом, сталей У8 (углеродистая), 18Х2Н4ВА (высокопрочная), жаропрочных 12Х2МФБ (мартенситный класс), 1Х14Н18В2Б (аустенитный класс).

4.5.2 Подготовить установку для измерения горячей твердости, проверить исправность центрирующих винтов, систем работы печи и измерительной термопары. Отцентрировать предметный столик для нанесения отпечатков.

4.5.3 Установить на предметный столик образцы из чугуна, подвести по очереди каждый из них под индентор и произвести нагружение, поместив на площадку рычажного устройства груз (5 кг), выдержать 15 сек., снять груз. Для ускорения испытаний на каждую температурную точку наносится один отпечаток.

4.5.4 Передвинуть образцы для нанесения второго отпечатка на свободное место, проверить правильность расположения образцов под индентером.

4.5.5 Поднять температуру в печи до 100 °С, выдержать 15 мин. и произвести повторное нагружение каждого образца. Еще раз сместить образцы для нанесения следующих отпечатков.

4.5.6 Повторить процедуру необходимое число раз до достижения заданной максимальной температуры испытаний.

4.5.7 Произвести подобные испытания для стальных образцов, установив на предметный столик одновременно 4 образца.

Данная методика испытаний не учитывает влияние фактора времени, поскольку каждый из опытных образцов в силу определенной последовательности нагружения находится при заданной температуре разное время, но эта разница в несколько минут (до 5) на изменение свойств влияет незначительно. В учебном процессе это вполне допустимо. Кроме того, в отличие от производственных испытаний образующаяся окалина в целях безопасности с поверхности образцов не удаляется.

4.5.8 После охлаждения опытных образцов до комнатной температуры наждачной бумагой снять окалину, не повредив поверхность шлифа.

4.5.9 С помощью измерительного микроскопа измерить 3 раза диаметр полученных отпечатков. Результаты записать в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 – Результаты измерения горячей твердости опытных образцов

Материал	Температура, °С
	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
ВЧ 45-5
ЧН11Г7Х2Ш
сталь У8
18Х2Н4ВА
12Х2МФБ
1Х14Н18В2Б

числитель – диаметр отпечатка, мм; знаменатель – твердость НВ

4.5.10 По формуле (4.1) рассчитать величину горячей твердости, результаты также записать в таблицу 4.1.