3.3 Ударная вязкость

Ударная вязкость – способность материала сопротивляться ударной динамической нагрузке.

Рисунок 36 – Схема процесса испытания образца на ударную вязкость

Под ударной вязкостью следует понимать работу удара, отнесенную к начальной площади поперечного сечения образца в месте концентратора.

, [дж/см²] (14)

где К – работа удара, Дж;

F₀ – площадь поперечного сечения образца в месте концентратора, см².

ГОСТ 9454-73 предусматривает 20 типов образцов. Различают KCU, KCV, KCT. Разрушение при ударной вязкости может быть хрупким, вязким или смешанным (рисунок 37).

а – хрупкий излом, б – вязкий, в – смешанный

Рисунок 37 – Схематическое представление вида излома

Вязкому разрушению предшествует значительная пластическая деформация.

Степень хрупкости зависит не только от природы материала, но и многих других факторов (размеров зерна, наличия концентраторов напряжений, микродефектов, габаритов, скорости приложения нагрузки). Одним из главных факторов степени хрупкости является температура. Температура перехода из вязкого в хрупкое состояние – называется порог хладноломкости. Хрупким разрушение – это когда в сечение излома более чем 50% хрупкой составляющей.

3.4 Твердость материалов

Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела или, что равнозначно, сопротивляться пластической деформации.

Существует несколько десятков способов определения твердости материалов (наиболее широко применяется способы Бринелля, Роквелла, Виккерса, Польди, Жора и др.).

3.4.1 Статические методы определения твердости

Метод Бринелля ГОСТ 9012-59 основан на внедрении индентера в виде шарика в испытуемый образец, и по диаметру отпечатка можно определить значение твердости.

, МПа (15)

где Р – усилие вдавливания, Н

D и d – диаметр индентера и диаметр отпечатка, соответственно, мм

Однако зачастую используются условные единицы. Для чего значение необходимо разделить на 10. Для упрощения проведения измерений по диаметру отпечатка из составленных таблиц без расчетов определяют значение твердости по Бринеллю.

Рисунок 38 – Схематическое представление метода измерения твердости по Бринеллю

Метод Бринелля позволяет измерять твердость в пределах от 8 до 450 единиц НВ стальным закаленным шариком и от 450 до 650 шариком из твердого сплава.

Метод Роквелла ГОСТ 9013-59. Для вдавливания в материал используют индентор в виде алмазного или твёрдосплавного конуса с углом при вершине 120°, а также закаленного шарика диаметром 1,588 мм. Шариковый индентор используется для измерения твёрдости металлов до 250 НВ. Индентор в виде алмазного конуса используется для измерения твердости закаленных сталей и других очень твердых материалов. Применение различных инденторов и усилий вдавливания позволяет использовать 9 способов измерения твёрдости по Роквеллу, которые обозначаются HRA, HRB, НRС, HRD, HRE, HRF, HRG, HRH, HRK. В отличие от метода измерения твердости по Бринеллю при измерениях по Роквеллу не нужно определять диаметр отпечатка, а данные снимаются с циферблата прибора.

Метод Виккерса ГОСТ 2999-75. Осуществляется вдавливанием (с нагрузкой от 49 до 1176 Н) четырехгранной алмазной пирамиды с углом при вершине 136° в испытуемую поверхность образца. Для определения значения твердости проводят измерение диагоналей сформировавшегося отпечатка.

, [МПа] (16)

где P – нагрузка вдавливания, Н

d² – среднее арифметическое двух диагоналей отпечатка, мм

Рисунок 39 – Схематическое представление способа измерения твердости по Виккерсу

Твердость по Виккерсу также как и по Бринеллю определяют табличным способом. До 4000 HB твердости измеренные по методу Бринелля и Виккерса совпадают.

Микротвердость — это сопротивление пластическому вдавливанию твердого индентора в плоскую поверхность образца или изделия. В качестве индентера обычно используют алмазную пирамиду.

Определение микротвердости отличается от обычных измерений твердости очень малыми нагрузками от 147 до 4905 мН и малыми размерами отпечатка (ГОСТ 9450-76).

Микротвердость позволяет оценивать свойства отдельных структурных составляющих, очень тонких поверхностных слоев, покрытий, фольги, тонкой проволоки, мелких деталей механизмов часов и приборов, метал­лических нитей, искусственных оксидных пленок, а также очень хрупких тел (стекол, эмалей и др.), которые растрескиваются при использовании обычных методов оценки твердости.

Микротвердость определяется по аналогии с твердостью по Виккерсу только нагрузка Р измеряется в мН, а диагональ отпечатка в мкм. Записывается, например H₅₀=240, что означает микротвердость 240 единиц при нагрузке на индентор 49 мН.