Материаловедение / 7

и связаны с доведением образцов до разрушения. Характеристикой, позволяющей судить о свойствах материалов без разрушения образ­цов, является твердость.

Твердостью называется свойство материала оказывать сопро­тивление пластической деформации при контактном воздействии на поверхностный слой. Вследствие простоты определения этой харак­теристики и возможности оценки свойств без разрушения изделия этот параметр широко используется в технике. В машиностроении применяются в основном три метода измерения твердости материа­лов: по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу (рис. 2.7).

а) б) в)

Рис. 2.7. Схема определения твердости: а - по Бринеллю; б - по Роквеллу; в - по Виккерсу

Для определения твердости отдельных зерен и очень тонких слоев измеряется микротвердость.

Определение твердости по Бринеллю (ГОСТ 9012-59)

При измерении твердости необходимо соблюдать следующие условия:

Метод основан на внедрении в плоскую испытываемую поверх­ность стального закаленного или твердосплавного шарика диаметром D под постоянной нагрузкой Р, выдержке в течение определенного време­ни т и измерении диаметра отпечатка d, остающегося на поверхности после снятия нагрузки. Твердость определяется по формуле

- площадка измерения должна быть плоской;

• размер площадки должен составлять не менее двух диаметров шарика;

• толщина образца должна быть не менее десяти глубин внедре­ния шарика;

• твердость измеряемого образца должна быть не более 4500 МПа при измерении стальным шариком и 6000 МПа при измерении твердо­сплавным шариком, т. к. возможно искажение результатов измерений, вследствие деформации шарика.

При измерении твердости нагрузка выбирается таким образом, чтобы диаметр отпечатка был в диапазоне 0,24 < d < 0,6D. В зависи­мости от вида материалов и их твердости рекомендуются следующие соотношения для выбора нагрузки:

- черные металлы (стали и чугуны,) P = 30 D ;

₂

• сплавы на основе титана P = 15 D ;

• сплавы на основе меди (бронзы, латуни), алюминия P = 10 D ;

• мягкие сплавы (баббиты и др.) P = 2,5 D².

Стандартным считается шарик диаметром 10 мм и для него зна­чения твердости в зависимости от диаметра отпечатка приведены в таблицах, прилагаемых к прибору. Твердость по Бринеллю обознача­ется в кгс/мм² или МПа, например, 190 НВ (190 кгс/мм²) или 1900 НВ (1900 МПа). Если использовался шарик другого диаметра, то в обозначе­нии твердости указывается диаметр шарика, нагрузка Р и время выдерж­ки т, например, 1900 НВ D/P/ т (1900 HB 5/750/10) - шарик диаметром 5 мм, нагрузка 750 кгс, время выдержки под нагрузкой 10 с.

При измерении твердости шариком из твердого сплава твердость обозначается HBW, например, 500 HBW.

Определение твердости по Роквеллу (ГОСТ 9013-59)

Твердость определяется по глубине отпечатка при внедрении в твердое тело алмазного конуса с углом при вершине 120° или сталь­ного закаленного шарика диаметром 1,588 мм. Индентор вдавливает­ся при двух последовательных нагрузках, предварительной Р0 = 10 кгс и основной Р1, величина которой зависит от твердости измеряемого материала и формы индентора. Основная нагрузка для шарика со­ставляет 90 кгс и измерения проводятся по шкале В. При использова­нии конического индентора и измерении по шкале А основная на­грузка составляет 50 кгс, по шкале С - 140 кгс.

Измерение твердости производится путем внедрения индентора сначала под нагрузкой Р0 = 10 кгс, а затем с добавлением основной нагрузки Р₁, выдержке 10 с, и измерения остаточной глубины внедре­ния индентора после снятия основной нагрузки при сохранении пер­воначальной нагрузки Р₀. За единицу твердости принимается величи­на, соответствующая осевому перемещению индентора 0,002 мм. В соответствии со шкалой, по которой определялась твердость, она обозначается соответственно HRA, HRB, HRC, например, 65 HRC. Диапазоны измерения твердости и сферы применения шкал приведе­ны в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Измерение твердости по Роквеллу

Определение твердости по Виккерсу (ГОСТ 2999-75)

Измерение твердости производится путем внедрения в поверх­ность правильной четырехгранной алмазной пирамиды с углом при вершине 136° при определенной нагрузке, выдержке т и измерении диагонали отпечатка d, остающегося на поверхности после снятия на­грузки. Твердость измеряется на тщательно отшлифованной или по­лированной поверхности при нагрузках 1, 2, 5, 10, 20, 30, 50, 100 кгс. Чем меньше толщина образца, тем меньше выбирается нагрузка. Твердость определяют по формуле

Основной режим испытаний P = 30 кгс, т = 10.. .15 с. Твердость обозначается 420HV, при других режимах в обозначении твердости указывается нагрузка и время выдержки под нагрузкой, например, 420HV50/20.

Этот метод применяется в основном для оценки твердости мало-толщинных деталей и тонких поверхностных слоев.

3