2. Механичекие свойства им.

2.1. Твердость. Методы определения твердости.

Твердость характеризует сопротивление материала большим пластическим деформациям. Высокая твердость – необходимое условие работоспособности ИМ.

Наиболее распространенные методы определения твердости связаны с внедрением специального тела - индентора, в испытуемый материал, с таким усилием, чтобы в материале остался отпечаток индентора. О величине твердости судят по отпечатку.

Твердость наиболее распространенный метод определения свойств ИМ и качества термической обработки инструмента. Определение твердости является неразрушающим методом, т.к. инструмент после такого измерения может быть использован по назначению; кроме того, испытания на твердость не требуют высокой квалификации и являются весьма оперативными.

Метод Бринелля. В качестве индентора используется стальной закаленный шарик, который вдавливается в испытуемый образец на специальном прессе, в результате на поверхности образца образуется отпечаток в виде сферической лунки. Значения твердости - это отношение приложенной нагрузки и площади поверхности отпечатка. Они вычисляются по формуле: НВ=2Р/D(D-(D²-d²)^1/2). Здесь НВ - обозначение твердости; Р - прилагаемая нагрузка[кгс];Dиd- диаметры шарика и отпечатка[мм].

На практике пользуются таблицей, в которой указаны значения твердости в зависимости от диаметра отпечатка.

Метод Бринелля не является универсальным. Он не позволяет испытывать материалы с твердостью более 450НВ, т.к. при этом может деформироваться индентор – шарик. Метод используют для определения твердости отожженных инструментальных сталей.

Метод Роквелла. Принципиальное отличие этого метода от рассмотренного ранее в том, что твердость определяется не площадью поверхности отпечатка индентора, а глубиной его проникновения в исследуемый образец.

В качестве индентора используют алмазный конус - при испытаниях твердых материалов и стальной закаленный шарик - при испытаниях мягких материалов. Нагрузка при использовании алмазного конуса устанавливается 150 или 60 кгс в зависимости от твердости материала - большая для менее твердых материалов (например, закаленные стали); меньшая для материалов с очень высокой твердостью (твердые сплавы, режущая керамика), чтобы избежать скола алмазного конуса. Стальной шарик вдавливают с нагрузкой 100 кгс.

Испытания выполняются на специальном приборе, имеющим две шкалы - черную и красную. Черная шкала используется при испытаниях алмазным конусом, красная - стальным закаленным шариком. Обозначения твердости: НRC- алмазный конус, нагрузка 150кгс (64НRC),HRA- алмазный конус, нагрузка 60кгс (90HRA),HRB- шарик, нагрузка 100 кгс (120HRB).

Твердость определяют: по шкале «С» - сталей в закаленном и отпущенном состоянии; по шкале «А» - твердых сплавов и режущей керамики.

Между значениями твердости по шкалам «С» и «А» имеется следующая зависимость : HRC=2HRA-102.

Метод Виккерса.Метод основан на вдавливании четырехгранной алмазной пирамидки с углом между противоположными гранями, равным 136⁰. Твердость (она обозначаетсяHV, например,1000HV) определяется отношением нагрузки и площади поверхности отпечатка. Значения твердости вычисляются по формуле:HV=1,854 Р/d², гдеd- среднее значение длины диагоналей отпечатка.

Нагрузка может изменяться в пределах от 5 до120 кгс. Величина диагоналей определяется с помощью специального микроскопа, встроенного в прибор. Метод Виккерса более точен, чем метод Роквелла. Это объясняется тем, что алмазная пирамидка имеет большой угол при вершине и диагональ ее отпечатка примерно в семь раз больше глубины отпечатка, полученного при внедрении конуса в методе Роквелла. Метод Виккерса используют как арбитражный.

Для измерения очень тонких слоев или отдельных фаз сплава используют метод измерения микротвердости при нагрузке от 15 до 500 г, твердость определяется в единицах HV.

Метод Шора в отличие от рассмотренных методов основывается на определении высоты отскока индентора от поверхности образца, твердость которого измеряется. Индентором является боек с алмазным наконечником. Чем больше твердость образца, тем выше высота отскока. При ударе часть энергии расходуется на пластическую деформацию образца (пластической деформации бойка не происходит из-за наличия алмазного наконечника). Оставшаяся энергия обеспечивает упругий отскок бойка. Чем меньше твердость материала, тем больше величина пластической деформации и, соответственно, меньше высота отскока. Шкала твердости разделена на 130 единиц. Она рассчитана таким образом, что твердость закаленной эвтектоидной стали соответствует 100 единицам. Этот метод часто используют для определения твердости крупногабаритных инструментов.