- •Металлическое состояние, основные типы кристаллических решеток металлов.
- •Аморфные вещества
- •Полиморфизм (аллотропия).
- •Анизотропия свойств металлов.
- •Дефекты кристаллического строения металлов.
- •Свойства металлов и сплавов.
- •1. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов
- •2. Конструкционные углеродистые стали
- •3. Инструментальные углеродистые стали
- •1. Белые чугуны
- •2. Серые, ковкие и высокопрочные и чугуны
- •Термическая обработка сталей
- •1. Основные виды термической обработки
- •Термическая обработка чугуна
- •3.Нормализация.
- •4.Закалка.
- •5.Отпуск.
- •Влияние легирующих элементов на свойства сталей
- •Низкоуглеродистые стали (цементуемые)
- •Улучшаемые (среднелегированные) стали
- •Пружинно–рессорные стали
- •Шарикоподшипниковые стали
- •2. Особенности термообработки легированных сталей
- •1.Деформационное упрочнение
- •2.Поверхностная закалка деталей с индукционного нагрева
- •2. Прямоточный диффузионный метод насыщения из газовых сред.
- •4. Диффузионное насыщение из паст.
- •3. Диффузия – проникновение атомов от поверхности вглубь детали.
- •1. Цементация в твердом карбюризаторе
- •2.Газовая цементация
- •3. Жидкая цементация
- •Азотирование.
- •Нитроцементация и цианирование.
- •Диффузионная металлизация.
- •Лекция. Цветные металлы и сплавы на их основе
- •Деформируемые алюминиевые сплавы
- •2. Литейные алюминиевые сплавы
- •Глава 2. Титан и сплавы на его основе
- •2. Бронзы
- •Неметаллические материалы
- •Дисперсноупрочненные композиционные материалы
- •Волокнистые композиционные материалы
- •4.Наночастицы сферической или нерегулярной формы.
Свойства металлов и сплавов.
Металлы и сплавы – поликристаллические вещества, обладают следующими основными свойствами:
физическими:
химическими;
механическими;
технологическими.
Физические свойства :
– плотность – масса единицы объема металла или сплава. Имеет размерность г/см3. Для стали эта величина составляетγ=7,85 г/см3, для алюминия – 2,7 г/см3, меди – 8,89 г/см3;
– температура плавления – температура, при которой металл или сплав переходит из твердого состояния в жидкое. Для железа эта величина составляетtпл=1539˚С; для алюминия – 660˚С, для меди – 1083˚С;
– тепловое расширение металла или сплава – это приращение объема металла при нагреве вследствие увеличения подвижности атомов в узлах кристаллической решетки. Характеризуется тепловое расширение коэффициентом линейного расширения (α), под которым понимают увеличение единицы длины тела при нагреве на 1°С от 0°С. Для углеродистой стали при 20°Сα = 12·10-6, для алюминия при 25˚С –α = 24,3·10-6, для меди – 16,8·10-6[0С-1];
– теплопроводность– способность металла передавать тепло от более нагретых частей тела к менее нагретым.
Характеризуется коэффициентом теплопроводности (λ), показывающим сколько тепла может пройти в единицу времени через площадку 1м2на расстояние 1м перпендикулярно к ней при разности температур 1°С на двух противоположных сторонах куба. Размерность – Вт/(м·град). Для железа λ = 74,4 Вт/(м·град), для алюминия λ = 228 Вт/(м·град), для меди – λ = 390 Вт/(м·град);
– электропроводность – это способность металла проводить электрический ток.
За единицу электропроводности принимают величину (x), обратную удельному сопротивлению (ρ). Удельное сопротивление – сопротивление проводника сечением 1 мм2 и длиной 1 м (Ом·мм2/м). Для железа ρ = 0,098 Ом·мм2/м; для алюминия ρ = 0,028 Ом·мм2/м; для меди ρ = 0,01724 Ом·мм2/м;
– магнитная проницаемость – способность металлов намагничиваться под действием магнитного поля. Характеризуется коэффициентом магнитной проницаемости (μ), равным отношению магнитной индукции (В) к напряженности магнитного поля (Н).
Химические свойства:
коррозионная стойкость на воздухе и в жидкой среде, при нормальной и повышенной температуре и т.п.
Технологические свойства – способность подвергаться различным видам технологической обработки (ковке, штамповке, сварке, резанию и т.д.).
Эти свойства определяют по технологическим пробам, которые дают качественную оценку пригодности металлов и сплавов к тем или иным способам обработки.
К основным технологическим свойствам относятся:
– обрабатываемость резанием – способность металла или сплава подвергаться обработке механическим резанием на металлорежущем оборудовании или иным способом. Она определяется стойкостью инструмента при заданном режиме резания и чистотой поверхности;
– свариваемость – свойство металла или сплава при установленной технологии сварки образовывать монолитное соединение, отвечающее конструкционным и эксплуатационным требованиям;
– жидкотекучесть – под ней понимают способность расплавленного металла заполнять литейную форму.
Механические свойства – свойства, которые характеризуют поведение металла при воздействии на него внешних сил.
Механические свойства стали зависят от химического состава, вида термической обработки и технологии изготовления.
Основные механические свойства:
– прочность, под которой понимают способность металлов сопротивляться деформациям не разрушаясь;
– упругость – свойство металлов изменять форму и размеры под действием нагрузки и восстанавливать их после ее снятия
– пластичность – свойство металлов изменять форму и размеры под действием нагрузки и сохранять их после ее снятия:
– вязкость – способность металлов и сплавов поглощать энергию;
– твердость – свойство металлов сопротивляться внедрению (вдавливанию) в его поверхность более твердого постороннего тела;
– ползучесть – свойство металла медленно деформироваться (удлиняться) при высокой температуре под действием постоянной растягивающей нагрузки, которая создает напряжение ниже предела упругости для данного металла (для стали t = 30…350˚С);
– усталость металла – явление разрушения металла (сплава) при многократном его нагружении;
– предел выносливости – наибольшее напряжение, которое металл может выдерживать без признаков разрушения после заданного количества нагружений знакопеременным изгибом или другим видом деформации при закреплении испытуемого образца одним концом.
Механические свойства определяют на основании статических или динамических испытаний.
Эксплуатационные свойства:
Эксплуатационные свойства характеризуют способность материала работать в конкретных условиях. 1.Износостойкость – способность материала сопротивляться поверхностному разрушению под действием внешнего трения.
2.Коррозионная стойкость – способность материала сопротивляться действию агрессивных кислотных, щелочных сред.
3.Жаростойкость – это способность материала сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре.
4.Жаропрочность – это способность материала сохранять свои свойства при высоких температурах.
5.Хладостойкость – способность материала сохранять пластические свойства при отрицательных температурах.
6.Антифрикционность – способность материала прирабатываться к другому материалу.
Эти свойства определяются специальными испытаниями в зависимости от условий работы изделий. При выборе материала для создания конструкции необходимо полностью учитывать механические, технологические и эксплуатационные свойства.
Стандартные механические свойства материалов
Все металлы и сплавы, применяемые в различных областях техники, обладают определенными механическими свойствами, характеризующими их поведение под действием внешних сил. Количественно механические свойства определяются при испытании образцов, вырезанных из исследуемого материала.
По характеру изменения нагрузки, прикладываемой к образцу, механические испытания делят на;
– статические (постоянно действующая и медленно возрастающая нагрузка),
– динамические (быстро возрастающая нагрузка) и
– вибрационные (циклическая нагрузка).
Основными видами механических испытаний металлов являются испытания на одноосное статическое растяжение, удар, твердость и др. Стандартные обозначения некоторых характеристик приведены в табл.1.1.
Таблица 1.1
Основные характеристики механических свойств металлов и сплавов
№ |
Свойство |
Обозначение, стандарт |
Определение |
|
отечественный |
иностранный |
|||
1 |
Модуль упругости (elastic modulus) |
E |
E |
Отношение приращения напряжения к соответствующему приращению удлинения в пределах упругой деформации |
2 |
Предел текучести: физический; условный |
|
Re Rp0.2
|
Напряжение, при котором материал изменяет свою длину при постоянной нагрузке; остаточное удлинение составляет 0,2% первоначальной длины |
3 |
Предел упругости: условный предел упругости |
е 0,005
|
Rе0.005 |
Напряжение, при котором остаточное деформация достигает некоторого значения «Х», характеризуется определенным допуском, установленным техническими условиями (0,003;0,005;0,3)
|
4 |
Временное сопротивление или предел прочности (tensile strength) |
|
Rp1 |
Напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца |
5 |
Относительное удлинение (specific elongation) |
|
A |
Отношение приращения расчётной длины образца после разрушения к начальной расчётной длине, % |
7 |
Предел ползучести (creep limit) |
|
R |
Пример:
напряжение, которое вызывает деформацию
0,2% за100 ч при 700 |
8 |
Предел длительной прочности (stress-rubture strength) |
|
R |
Пример: напряжение, вызывающее разрушение металла за 1000 часов испытания при постоянной температуре 700 С |
9 |
Предел выносливости (fatigue strength) |
|
|
Максимальное напряжение, которое выдерживает материал, не разрушаясь при достаточном числе повторно-переменных нагружений (циклов) |
№ |
Свойство |
Обозначение, стандарт |
Определение |
|
отечественный |
иностранный |
|||
10 |
Твёрдость по Бринеллю (hardness);
Твердость по Роквеллу |
НB
HRB HRC, HRCэ HRA
|
|
Отношение нагрузки, вдавливающей стальной шарик в испытуемый материал, к площади поверхности получаемой сферической лунки в металле.
Стальной шарик; Алмазный конус: С – твердые; Cэ – весьма твердые; А – твердые тонкие поверхностные слои |
11 |
Ударная вязкость (impact strangth) |
KCT, KCU, KCV |
KCT, KCU, KCV |
Работа удара, отнесённая к начальной площади поперечного сечения образца в месте концентратора (T – трещина; U – надрез с радиусом 1 мм; V – с радиусом 0,25мм ) |
Испытание на растяжение
Основными видами испытания металлов являются одноосное статическое растяжение, на удар и на твердость. Испытания на растяжение выполняют на образцах круглого или прямоугольного поперечного сечения (рис.1.5) (цилиндрические или плоские) в условиях медленно возрастающей нагрузки (статическая).
Рис 1.5. Образцы для испытания на растяжение:
I – плоские; II – круглые (а – до испытания,
б – после испытания)
Образцы имеют рабочую длину l , расчетную lo и головки, предназначенные для закрепления образцов в захватах испытательной машины. Размеры рабочей и расчетной частей определяются стандартом. Рабочая длина l – часть образца между головками. Расчетная длина lo – часть образца с постоянной площадью поперечного сечения Fo, на которой осуществляют измерения удлинения образца под нагрузкой. Расчетная длина образца ограничивается на рабочей длине неглубокими кернами или рисками.
Испытания на растяжение выполняются на специальных разрывных машинах (рис.1.6), которые имеют три основных узла: нагружения 1, измерения силы 2 и станину, на которой монтируются эти узлы. Большинство машин снабжено устройством для автоматической записи диаграммы растяжения – диаграммным аппаратом 3, записывающим кривую растяжения в координатах нагрузка – удлинение образца.
Рис.1.6. Внешний вид машины для испытания металлических образцов на растяжение: 1 – направляющие; 2 – линейка удлинений; 3 – круговая шкала; 4 –колонны; 5 – зажимные головки;6 – ручка; 7 – выключатель; 8 –ползун;
9 – маховик; 10 – шпиндель
На рис.1.7 приведена диаграмма растяжения образца из низкоуглеродистой стали. На оси ординат откладывается нагрузка Р (кгс) , на оси абсцисс – удлинение образца l (мм). Эта кривая характеризует поведение металла при растяжении от момента начала нагружения до разрыва образца.
При испытании на растяжение определяют прочность, текучесть, упругость металла и его пластичность.
Прочность (временное сопротивление разрушению), оцениваемая пределом прочности – в (кгc/мм2 = 9,8 МПа).
Текучесть, оцениваемая условным пределом текучести 0,2 (кгc/мм2 = 9,8 МПа) или т (кгc/мм2 = 9,8 МПа), характеризует напряжение, при котором металл деформируется без увеличения нагрузки («течет»).
Предел прочности и предел текучести необходимы при выборе материала для детали, работающей в условиях конкретных расчетных напряжений – экспл .Их значения выбираются конструктором с учетом определенного запаса прочности – n, обеспечивающего надежность от возможного разрушения или деформации материала детали в процессе эксплуатации.
В зависимости от условий работы и ответственности конструкции ее расчет ведут по пределу прочности или пределу текучести, выбирая соответствующий запас прочности n или n1:
n = в/экспл=1,5 - 3,0 ; n1 = т/экспл = 1,2 - 2,5
Упругость, оцениваемая модулем упругости Е или пределом упругости – е (кгc/мм2 ≈ 9.8 МПа), характеризует свойства металла возвращаться к своей первоначальной форме после снятия нагрузки.
Условный предел упругости – напряжение, при котором остаточное удлинение достигает заданной величины (≤ 0,05% от первоначальной длины образца).
Предел упругости применяется при расчетах упругих звеньев машин (пружины, рессоры и т.д.).
Предел пропорциональности пц (кгc/мм2 ≈ 10 МПа) – напряжение, которое материал выдерживает без отклонения от закона Гука. Часто используется условный предел пропорциональности близкий к пределу упругости.
Пластичность, оцениваемая относительным удлинением % и поперечным сужением %, характеризует способность металла к пластической деформации без разрушения.
Рис. 7. Диаграмма растяжения образца из низкоуглеродистой стали
Рассмотрим диаграмму растяжения пластичного сплава.
До точки а идет прямая линия, это значит, что удлинение пропорционально нагрузкам, прилагаемым к испытываемому образцу. Если нагрузку удалить, то образец сократиться до первоначального размера. Способность металла восстанавливать свою форму называется упругостью, а деформация – упругой. Максимальное напряжение, при котором в образце наблюдаются только упругие деформации, называется пределом упругости e. С пределом упругости близко совпадает предел пропорциональности пц, при котором остаточное удлинение достигает некоторого определенного значения, устанавливаемого техническими условиями. Предел пропорциональности вычисляется по формуле:
При дальнейшем повышении нагрузки прямолинейность нарушается, так как нарушается пропорциональность между удлинением и нагрузкой, появляются остаточные удлинения. В точке l0 кривая переходит в горизонтальную линию, длина образца увеличивается без возрастания растягивающих усилий.
После горизонтального участка пластическая деформация повышает плотность дефектов кристаллического строения и прочность. Напряжение начинает увеличиваться до точки в, где достигает максимума и соответствует нагрузке предела прочности. Предел прочности определяется по формуле:
При нагрузке Р, соответствующей точке к , происходит разрыв образца.
Для оценки пластичности металла определяют относительное удлинение (дельта) и относительное сужение поперечного сечения (пси). Относительное удлинение, выражаемое в %, определяется отношением абсолютного удлинения l , равного разности длин (l к – l о), к первоначальной длине l о (до разрыва образца). Относительное сужение – это отношение изменения площади поперечного сечения образца при растяжении к его начальной площади, выраженное в процентах.
Нагрузка PТ, соответствующая горизонтальному участку на кривой, называется нагрузкой предела текучести, а соответствующее напряжение – физическим пределом текучести. Если при растяжении образца не образуется горизонтальная площадка, то за нагрузку предела текучести принимают нагрузку, соответствующую остаточному удлинению 0,2% от расчетной длины образца и обозначают ее P0,2. Соответствующие напряжения называют условным пределом текучести 0,2.
Предел текучести физический – т и предел текучести условный – 0,2 определяют по формулам:
,
МПа
,
МПа
Относительное удлинение определяется по формуле:
где l к – расчетная длина образца после разрыва, мм ;
l о – расчетная длина образца до испытания, мм.
Относительное сужение определяется по формуле:
где Fo – начальная площадь поперечного сечения образца, мм2;
Fк – площадь образца в месте разрыва, мм2
Значения относительного удлинения и поперечного сужения определяют способность металла противостоять хрупкому разрушению.
Испытания на ударную вязкость
Ударная вязкость – характеристика, оценивающая работу разрушения образца при ударном изгибе.
Ударную вязкость определяют при динамическом испытании на маятниковом копре (рис. 1.8,а) призматического образца квадратного поперечного сечения, имеющего надрез (рис. 1.8,б) одного из трёх видов: радиус 1,0 мм; радиус 0,25 мм; инициированная трещина.
Рис.1.8. Испытания на ударную вязкость:
а – маятниковый копер для испытания на ударную вязкость;
б – положение образца при испытании
Сущность испытания заключается в том, что образец с надрезом устанавливается на двух опорах маятникового копра (рис.1.8,б) и разрушается ударом, наносимом в центре образца.
Копер имеет маятник весом P , который перед испытанием поднимают на высоту H. Освобожденный от закрепления маятник, свободно падает, разрушает образец, установленный на опорах надрезом по ходу маятника.
Работа, затраченная на разрушение образца, определяется как разность запасов энергии маятника до и после удара:
A= P (H – H1), Дж,
где P – вес маятника, Н;
H – высота подъема центра тяжести маятника до удара, м;
H 1 – высота подъема центра тяжести маятника после удара, м.
Ударная вязкость определяется работой, расходуемой на разрушение образца, отнесенной к площади поперечного сечения рабочей части образца.
Ударная вязкость вычисляется по формуле:
,
Дж / м2,
где A – работа удара, затраченная на разрушение образца, Дж;
F0 – площадь поперечного сечения образца в месте надреза, м2.
Ударная вязкость обозначают тремя буквами в зависимости от вида надреза (концентратора напряжения), при этом первые две буквы – работа удара, третья – символ концентратора напряжения.
KCU – радиус надреза 1,0мм (тип Менаже);
KCV– радиус надреза 0,25мм (тип Шарпи);
KCT – инициированная трещина.
Ударная вязкость имеет особо важное значение при выборе материала для деталей, работающих в условиях низких температур и испытывающих динамические нагрузки.
2. Твердость металлов и сплавов, замеряемая по методу Бринелля и по методу Роквелла.
Твердость характеризуется способностью 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.1.9 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. 1.10,а).
Рис. 1.9. 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 1.10. 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 отчетного 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. 1.2).
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.
Таблица 1.2
Основные параметры измерения твёрдости по методу Бринелля
Материал |
Интервал твердости НВ, кгс/мм2 |
Толщина образца, мм |
Диаметр шарика, мм |
Нагрузка Р,кгс |
Время выдержки под нагрузкой, с |
Черные металлы |
140-450 |
> 6 6-3 < 3 |
10,0 5,0 2,5 |
3000 750 187,5 |
10 |
То же |
До 140 |
> 6 6-3 < 3 |
10,0 5,0 2,5 |
3000 750 187,5 |
30 |
Цветные металлы (медь, латунь, бронза, магниевые сплавы и др.) |
35-130 |
> 6
6-3 < 3 |
10,0 5,0 2,5 |
1000 250 62,5
|
30 |
Цветные металлы (алюминий, подшипниковые сплавы и др.) |
8-35 |
> 6 6-3 < 3 |
10,0 5,0 2,5 |
250 62,5 15,6 |
60 |
Метод Роквелла обеспечивает определение твёрдости в более широком диапазоне значений.
При измерении твердости по Роквеллу используют наконечник стандартного типа (алмазный конус с углом при вершине 120 – шкала А и шкала С или стальной шарик диаметром D = 1,589 мм – шкала В), который вдавливается в испытуемый образец (изделие) под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок – предварительной Р0 и основной Р1. Общая нагрузка Р = Р0+Р1.
Предварительная нагрузка принимается для любого наконечника равной Р0 = 10кгс. Основная нагрузка при вдавливании алмазного конуса в зависимости от уровня твердости исследуемого образца принимается равной Р1 = 140 или 50 кгс.
Твердость по Роквеллу измеряется в условных единицах. За единицу твердости принята величина, соответствующая осевому перемещению наконечника на 0,002 мм. Испытание на твердость осуществляется на специальном приборе Роквелла (рис. 1.11).
Существует несколько типов приборов для измерения твердости по Роквеллу, но принципиальные схемы их работы аналогичны.
Рис. 1.11. Схема прибора для определения твердости по Роквеллу:
а – прибор для замера твердости; б – схема циферблата индикатора прибора;
1 – станина; 2 – педаль; 3 – ручка вращения шкалы; 4 – рукоятки маховика подъема столика; 5 – столик; 6 – индентор; 7 – индикатор; 8 – груз; 9 – включатель электродвигателя
Основной частью прибора, наиболее чувствительной и точной, является индикатор. На циферблате индикатора нанесены (см. рис.1.11,б), две шкалы: внешняя – черного цвета (шкала С, шкала А), по которой отмечается твердость при испытании алмазным конусом, и внутренняя – красного цвета (шкала В), по которой отмечается твердость при испытании шариком. Число твердости на шкале индикатор показывает немедленно после окончания испытания.
Испытуемый образец (рис.1.11,а) помещается на столик 5 прибора Роквелла и вращением рукоятки 4 маховика поднимается до соприкосновения с шариком или алмазным конусом 6. Вращение маховика продолжают до тех пор, пока маленькая стрелка «М» на циферблате не дойдет до красной точки «Т». Большая стрелка «Б» циферблата при этом устанавливается в верхнем вертикальном положении на нуле черной шкалы.. Таким вращением маховика шарик или алмазный конус вдавливается в образец, создавая предварительную нагрузку в 10 кгс.
Если при предварительном нагружении большая стрелка будет смещена от вертикального положения больше, чем на пять делений шкалы, то возвращать ее обратно не следует, а надо снять предварительную нагрузку и повторить испытание на новом месте.
Основная нагрузка к образцу прикладывается с помощью груза 8 через систему рычагов при включении электродвигателя выключателем 9 и кратковременном нажатии на педаль 2.
Под действием основной нагрузки индентор 6 вдавливается в образец; стрелка индикатора «Б» поворачивается и останавливается при действии полной нагрузки. В этом положении показания индикатора отражают глубину проникновения наконечника в металл, и по соответствующей шкале прибора производится отсчет числа твердости по Роквеллу. Обратным поворотом рукоятки 4 столик 5 опускается, снимается основная нагрузка и образец освобождается.
Значение твердости по Роквеллу обозначается символом HR с обязательным добавлением индекса шкалы, по которой определяли результаты: HRВ (шкала В: шарик, нагрузка Р =100 кгс); HRС, HRСЭ (шкала С: алмазный конус, нагрузка Р=150 кгс; «э» – дополнительный символ для особо твёрдых материалов =>67 HRCэ); HRА (шкала А, алмазный конус, нагрузка Р=60 кгс).
Тип наконечника и величина нагрузки берутся в зависимости от твердости испытуемого материала (табл. 1.3).
Шкала В применяется при испытании мягких металлов. Рабочий участок шкалы В лежит в пределах твердости от 25 HRВ (60 НВ) до твердости 100 HRВ (230 НВ).
Рабочий участок шкалы С лежит в пределах твёрдости от 20 HRC (250 HB) до 70 HRC (700 HB). Для материалов, обладающих твёрдостью более 70 HRCэ, используют шкалу А, чаще применяемую для определения твёрдости тонкого поверхностного слоя инструмента или детали. В данных случаях используется алмазный конус, нагрузка берется равной Р=60 кгс, отсчет производится по черной шкале, обозначаемой при этих условиях испытания индексом А. Твердость, замеряемая по шкале А, обозначается символом HRА (например, 80 HRА).
Достоинством метода Роквелла является большая точность измерений, высокая производительность, небольшой размер отпечатка наконечника на изделии и простота испытания. На приборе Роквелла твердость материала непосредственно считывается по шкале индикатора без измерения диаметра отпечатка, как это делается при испытании по методу Бринелля. Для перевода чисел твердости по Роквеллу в твердость по Бринеллю пользуются специальными графиками и таблицами.
Таблица 1.3
Обозначение твёрдости по Роквеллу в зависимости от её уровня
Обозначение |
Пределы измерения в единицах твердости по Роквеллу, HR |
Соответствующие значения твердости по Бринеллю, НВ |
||
Шкала
|
Единица твердости |
|||
В |
НRВ |
25-100 |
60-235 |
|
С**) |
HRC , HRСЭ |
20-67(>67) |
258-717 |
|
А |
HRА |
70-85 |
Более 717 |
|
*) Безразмерная величина, соответствующая осевому перемещению индикатора на 0,002 мм
**) Шкала С применяется при испытании твердости термически обработанных (HRС) и особо (весьма) твёрдых материалов (HRСЭ).
Лекция 1. Углеродистые стали

т
0,2
,
А
С
,