Твердость металлов и сплавов.
Твердость - способность материала противостоять местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него наконечника (индентора) из более твердого материала.
Твердость металла может быть определена по следующим основным методам :
1. Бринелля;
2. Роквелла:
3. Виккерса.
Твёрдость по методу Бринелля является, наиболее распространенной характеристикой свойств мягких металлов. На рис.3.5 приведена схема прибора Бринелля.
Образец 3 размещается на столике 2 и винтом 1 поднимается до соприкосновения с шариком 4 и выше, чтобы сжать пружину 5, определяющую предварительную нагрузку 100 кгс. Затем включается электродвигатель, который приводит в движение эксцентрик 10. При этом шатун 6 опускается, и грузы 9 через систему рычагов 7 и 8 создают давление на шарик. При измерении твердости по Бринеллю стальной закаленный шарик диаметром D вдавливается в испытуемый образец (изделие) под действием нагрузки P, приложенной в течение определенного времени (рис. 3.6,а).
Рис. 3.5. Схема прибора для определения твердости по методу
Бринелля
При дальнейшем вращении эксцентрика шатун поднимается и снимает давление грузов с образца. Когда шатун займет верхнее положение, электродвигатель автоматически выключается. После остановки электродвигателя снимается предварительная нагрузка, освобождается образец и производится измерение диаметра отпечатка.
Число твердости определяют путем деления нагрузки на площадь поверхности сферического отпечатка:
(кгс/мм2,
размерность не указывается)
Поверхность отпечатка F=Dh (h – глубина отпечатка). Выразив глубину отпечатка h через диаметр отпечатка d и диаметр шарика D, получим:
,
мм2
Окончательное число твердости определяется по формуле:
а б
Рис 3.6. Схема определения твёрдости: а – по Бринеллю, б – по Роквеллу
При измерении твердости шариком диаметром D =10 мм под действием нагрузки P = 3000 кгс (Н), с выдержкой t =10с, число твердости по Бринеллю определяется символом HB, например, 400 НB.
При других условиях измерения обозначение HB дополняется цифрами, указывающими условия измерения в следующем порядке: диаметр шарика, нагрузка, продолжительность выдержки. Например, HB 5/250/30-200 обозначает число твердости по Бринеллю 200 кгc/мм2 при испытании шариком D = 5 мм, под нагрузкой P = 250 кгс (Н), приложенной в течение 30 сек.
На практике возможно определение твердости по Бринеллю по специальным таблицам (при вполне определенных значениях диаметра шарика D и нагрузки Р).
Измерение диаметра отпечатка производят в двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью отсчетного микроскопа или лупы, малое деление которой равно 0,1 или 0,05 мм.
Диаметр отпечатка определяется как среднее арифметическое из двух измерений. Диаметр шарика D и нагрузку P выбирают исходя из толщины испытуемого образца и предполагаемой твердости материала (табл. 3.2).
Определив твердость по Бринеллю, можно рассчитать примерное значение предела прочности по следующей формуле:
σВ = KHB,
где К – коэффициент, соответствующий испытываемому материалу.
Для углеродистой отожженной стали коэффициент К= 0,36.
При статическом испытании на растяжение: ГОСТ 1497 получают характеристики прочности и пластичности.