ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ

Нормативные ссылки:

ГОСТ 2999—75. Металлы и сплавы. Метод измерения твер­дости по Виккерсу.

ГОСТ 9012-59 (ИСО 410-82, ИСО 6506-81). Металлы. Ме­тод измерения твердости по Бринеллю.

ГОСТ 9013—59 (ИСО 6508—86). Металлы. Метод измерения

твердости по Роквеллу.

ГОСТ 24622—91 (ИСО 2039-2-87). Пластмассы. Определе­ние твердости. Твердость по Роквеллу.

Термины и определения

Твердость — свойство поверхностного слоя материала сопротив­ляться деформации (или разрушению) при местном контактном воздействии на него другого, более твердого тела (индентора).

Введение

Твердость как свойство проявляется при взаимодействии раз­личных материалов в машинах и механизмах, а также в техно­логических процессах по обработке и разрушению материалов механическими способами. Показатель твердости на практике используется для правильного выбора материала обрабатываю­щих инструментов (резца, сверла, фрезы и т.д.) и устройств (на­пример, Прессов, прокатных станов, буровых долот, перфорато­ров и т.д.). Значения твердости для некоторых материалов и горных пород приведены в приложении П1.

Для пластичных материалов (черные и цветные металлы, их сплавы, пластмассы, композиты и т.д.) используются стандартные методы определения твердости: Бринелля, Виккерса, Роквелла. Для хрупких материалов (керамика, горные породы, стекло и т.д.) получили распространение методы, предложенные Шрейнером, Бароном.

Цель лабораторной работы — измерение твердости материа­лов различными методами.

1. Метод испытаний

1. Общие сведения

Твердость в значительной степени зависит от состава материа­ла, его температуры нагрева и предварительной технологической обработки (цементация, отжиг, закалка, механическое упрочне­ние и Т.Д.).

Существующие методы измерения твердости в зависимости от скорости приложения нагрузки подразделяют на статические и динамические, а по способу ее приложения — на методы вдавли­вания и царапания. Статическим методом измерения твердости материала называется такой, при котором индентор медленно и непрерывно вдавливается в испытуемый материал с опреде­ленной силой. Динамический метод измерения твердости материа­лов (метод Шора) основан на измерении высоты отскока бойка (индентора) после его удара об испытуемый материал. Метод царапания известен в геологии и горном деле и используется для определения твердости минералов (шкала относительной твердости Мооса).

Наибольшее распространение получили статические методы при вдавливании индентора перпендикулярно поверхности образца. Инденторы (штампы) могут иметь форму шарика» конуса, призмы, пирамиды, цилиндра и изготавливаются из твердых ма­териалов (закаленная сталь, твердый сплав, алмаз).

Область применения различных методов измерения твердости в зависимости от испытуемого материала и толщины образцов может быть выбрана согласно рекомендациям табл. 2.7,1,

Во всех методах испытаний на твердость очень важно пра­вильно подготовить поверхностный слой образца. Все дефекты, имеющиеся на поверхности (окалины, вмятины, грубые риски и т.д.) должны быть удалены, а сама испытуемая поверхность должна быть ровной и параллельной опорной поверхности сто­лика прибора.

2. Измерение твердости по Бринеллю

Измерение твердости по Бринеллю производится на специ­альном приборе — твердомере типа ТШ-2 или прессе. Метод измерения заключается во вдавливании стального закаленного шарика диаметром D в испытуемый образец под действием нагрузки в течение определенного времени и последующем изме­рении диаметра отпечатка d после снятая нагрузки (рис. 2.7.1). 2.7.1.

Число твердости по Бринеллю [НВ) определяется отношени­ем нагрузки Р к площади шаровой поверхности отпечатка :

HB =, (2.7.1)

Если выразить площадь шаровой поверхности отпечатка че­рез D и d, то получим:

HB= (2.7.2)

Отсюда видно, что для получения одинаковых значений НВ у одного и того же образца при использовании шариков разного диаметра необходимо постоянство отношения Р/ и dlD (усло­вие геометрического подобия отпечатков). В качестве индентора в соответствии со стандартом используются металлические шарики диаметром 10; 5 и 2,5 мм.

Соотношения диаметра шарика, требуемой нагрузки и време­ни выдержки под ней для различных материалов приведены в табл. 2.7.2.

Рис. 2.7.1. Схема измерения твердости по Бринеллю

Наименование материала	Хар-ка материала	Твердость по Бринеллю МПа	Толщина образца, мм	Тип индентора	Диаметр индентора, мм	Метод опред. твердости по
						Бриннелю	Виккерсу	Роквеллу	Барону
Черные металлы (стали,чугуны)	Незакаленные стали	<4500	0,1-1	Алмаз-ная призма	-	-	+	+	+
			1-2	Закаленный сталь-ной шарик	1,56	-	-	+	-
			2-4		2,5	+	-	-	-
			4-6		5,0	+	-	-	-
			>6		10,0	+	-	-	-
	Специальные закален-ные стали, чугуны	>4500	>0,1	Алмазный конус, призма	-	-	+	+	-
Цветные металлы, Сплавы и пластмассы	-	-	2-4	Закаленный стальной шарик	2,5	+	-	-	-
			4-6		5,0	+	-	-	-
			>6		10,0	+	-	-	-
Керами-ка и компази-ционные материа-лы	-	-	>0,1	Алмаз-ный конус	-	-	-	+	+
Горные породы	Малопрочные, пористые	<4500	>100	Закаленная сталь, ци-линдр	3-10	-	-	-	+
	Прочные и очень прочные	>4500	>100	Твер-дый сплав	1-2	-	-	-	+