Kako bi dijelovi i mehanizmi služili dugo i pouzdano, materijali od kojih su izrađeni moraju ispunjavati potrebne radne uvjete. Zato je važno kontrolirati dopuštene vrijednosti njihovih glavnih mehaničkih parametara. Mehanička svojstva uključuju tvrdoću, čvrstoću, udarnu čvrstoću, duktilnost. Tvrdoća metala je primarna strukturna karakteristika.
koncept
Tvrdoća metala i legura je svojstvo materijala da stvara otpor kada drugo tijelo prodire u njegove površinske slojeve, koje se ne deformira i ne urušava pod pratećim opterećenjima (indenter). Definirano sa svrhom:
- dobivanje informacija o prihvatljivim karakteristikama dizajna i operativnim mogućnostima;
- analiza stanja pod utjecajem vremena;
- praćenje rezultata toplinske obrade.
O ovom pokazatelju djelomično ovise snaga i otpornost površine na starenje. Istražite kao originalmaterijal i gotovi dijelovi.
Opcije istraživanja
Indikator je vrijednost koja se zove broj tvrdoće. Postoje različite metode za mjerenje tvrdoće metala. Najtočnije istraživanje je korištenje različitih vrsta proračuna, indentera i odgovarajućih testera tvrdoće:
- Brinell: suština aparata je utiskivanje lopte u metal ili leguru koja se proučava, izračunavanje promjera otiska i zatim matematički izračunavanje mehaničkog parametra.
- Rockwell: Koristi se kugla ili dijamantni konus. Vrijednost je prikazana na skali ili izračunata.
- Vickers: Najtočnije mjerenje tvrdoće metala pomoću dijamantnog piramidalnog vrha.
Postoje posebne formule i tablice za određivanje parametarske korespondencije između indikatora različitih metoda mjerenja za isti materijal.
Čimbenici koji određuju opciju mjerenja
U laboratorijskim uvjetima, uz potreban raspon opreme, odabir metode istraživanja provodi se ovisno o određenim karakteristikama izratka.
- Indikativna vrijednost mehaničkog parametra. Za konstrukcijske čelike i materijale niske tvrdoće do 450-650 HB koristi se Brinellova metoda; za alat, legirane čelike i druge legure - Rockwell; za tvrde legure - Vickers.
- Dimenzije ispitnog uzorka. Posebno mali i osjetljivi dijelovi se ispituju spomoću Vickersovog testera tvrdoće.
- Debljina metala na mjernoj točki, posebno ugljičenog ili nitridiranog sloja.
Sve zahtjeve i usklađenosti dokumentira GOST.
Značajke Brinellove tehnike
Ispitivanje tvrdoće metala i legura pomoću Brinellove mjerenja tvrdoće provodi se sa sljedećim značajkama:
- Indenter - kugla izrađena od legiranog čelika ili legure volframovog karbida promjera 1, 2, 2, 5, 5 ili 10 mm (GOST 3722-81).
- Trajanje statičkog udubljenja: za lijevano željezo i čelik - 10-15 s, za obojene legure - 30, moguće je i trajanje od 60 s, au nekim slučajevima - 120 i 180 s.
- Granička vrijednost mehaničkog parametra: 450 HB kada se mjeri čeličnom kuglom; 650 HB kada se koristi karbid.
- Moguća opterećenja. Koristeći utege uključene u komplet, korigira se stvarna sila deformacije na ispitnom uzorku. Njihove minimalne dopuštene vrijednosti: 153, 2, 187, 5, 250 N; maksimalno - 9807, 14710, 29420 N (GOST 23677-79).
Upotrebom formula, ovisno o promjeru odabrane kuglice i materijalu koji se testira, može se izračunati odgovarajuća dopuštena sila udubljenja.
| Vrsta legure | Matematički izračun opterećenja |
| Čelik, legure nikla i titana | 30D2 |
| Ljevano željezo | 10D2, 30D2 |
| Bakar i legure bakra | 5D2, 10D2, 30D2 |
| Laki metali i legure | 2, 5D2, 5D2, 10D2, 15D 2 |
| olovo, kositar | 1D2 |
Primjer zapisa:
400HB10/1500/20, gdje je 400HB tvrdoća metala po Brinellu; 10 – promjer kugle, 10 mm; 1500 - statičko opterećenje, 1500 kgf; 20 - razdoblje uvlačenja, 20 s.
Za utvrđivanje točnih brojeva, racionalno je ispitati isti uzorak na više mjesta, te odrediti ukupni rezultat pronalaženjem prosjeka dobivenih.
Brinell test tvrdoće
Proces istraživanja se odvija u sljedećem slijedu:
- Provjera usklađenosti dijela sa zahtjevima (GOST 9012-59, GOST 2789).
- Provjera ispravnosti uređaja.
- Odabir potrebne lopte, određivanje moguće sile, postavljanje težine za njeno formiranje, razdoblje uvlačenja.
- Pokretanje testera tvrdoće i deformacija uzorka.
- Mjerenje promjera udubljenja.
- Empirijski izračun.
NV=F/A, gdje je F opterećenje, kgf ili N; A – površina otiska, mm2.
NV=(0, 102F)/(πDh), gdje je D – promjer kuglice, mm; h – dubina otiska, mm.
Tvrdoća metala mjerena ovom metodom ima empirijski odnos sproračun parametara čvrstoće. Metoda je točna, posebno za meke legure. To je temeljno u sustavima za određivanje vrijednosti ovog mehaničkog svojstva.
Obilježja Rockwell tehnike
Ova metoda mjerenja izumljena je 20-ih godina XX. stoljeća, automatiziranija od prethodne. Koristi se za tvrđe materijale. Njegove glavne karakteristike (GOST 9013-59; GOST 23677-79):
- Prisutnost primarnog opterećenja od 10 kgf.
- Razdoblje zadržavanja: 10-60 s.
- Granične vrijednosti mogućih indikatora: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20-70.
- Broj je vizualiziran na brojčaniku mjerača tvrdoće, može se izračunati i aritmetički.
- Vage i indenters. Postoji 11 različitih ljestvica, ovisno o vrsti indentera i maksimalnom dopuštenom statičkom opterećenju. Najčešće korišteni: A, B i C.
A: Dijamantni konusni vrh, kut točke od 120˚, ukupna statička sila od 60 kgf, HRA; istražuju se tanki proizvodi, uglavnom valjani proizvodi.
C: također 150 kgf HRC dijamantni konus, pogodan za tvrde i očvrsne materijale.
B: kugla od 1,588 mm od kaljenog čelika ili tvrdog volframovog karbida, opterećenje 100 kgf, HRB, koristi se za procjenu tvrdoće žarenih proizvoda.
Vrh u obliku kugle (1.588 mm) primjenjiv je za Rockwellove skale B, F, G. Postoje i skale E, H, K, za koje je kugla promjera 3.175 mm (GOST 9013-59) koristi se.
Broj uzoraka,izrađeno s Rockwell testerom tvrdoće u jednom području ograničeno je veličinom dijela. Drugo ispitivanje dopušteno je na udaljenosti od 3-4 promjera od prethodnog mjesta deformacije. Također je regulirana debljina proizvoda koji se ispituje. Trebao bi biti najmanje 10 puta veći od dubine prodiranja vrha.
Primjer zapisa:
50HRC - Rockwell tvrdoća metala, mjerena dijamantnim vrhom, broj je 50.
Plan studija Rockwell
Mjerenje tvrdoće metala je jednostavnije nego kod Brinellove metode.
- Procjena dimenzija i površinskih karakteristika dijela.
- Provjera ispravnosti uređaja.
- Odredite vrstu vrha i nosivost.
- Postavljanje uzorka.
- Primjena primarne sile na materijal, vrijednost 10 kgf.
- Učiniti pun i odgovarajući napor.
- Očitavanje primljenog broja na skali brojčanika.
Matematički izračun također je moguć za točno određivanje mehaničkog parametra.
Kada koristite dijamantni konus s opterećenjem od 60 ili 150 kgf:
HR=100-((H-h)/0, 002;
pri testiranju s loptom pod silom od 100 kgf:
HR=130-((H-h)/0, 002, gdje je h dubina prodiranja indentera pri primarnoj sili od 10 kgf; H je dubina prodiranja indentera pri punom opterećenju; 0,002 je koeficijent koji regulira količinu pomicanja vrha kada se broj tvrdoće promijeni za 1 jedinicu.
Rockwellova metoda je jednostavna, ali nije dovoljno točna. Istovremeno, može mjeriti mehanička svojstva tvrdih metala i legura.
Karakteristike Vickersove tehnike
Određivanje tvrdoće metala ovom metodom je najjednostavniji i najtočniji. Rad testera tvrdoće temelji se na uvlačenju dijamantnog piramidalnog vrha u uzorak.
Glavne značajke:
- Indenter: dijamantna piramida vrha 136°.
- Maksimalno dopušteno opterećenje: za legirano lijevano željezo i čelik - 5-100 kgf; za bakrene legure - 2,5-50 kgf; za aluminij i legure na njegovoj osnovi - 1-100 kgf.
- Razdoblje zadržavanja statičkog opterećenja: 10 do 15 s.
- Testirani materijali: čelik i obojeni metali s tvrdoćom većom od 450-500 HB, uključujući proizvode nakon kemijske toplinske obrade.
Primjer zapisa:
700HV20/15, gdje je 700HV broj tvrdoće po Vickersu; 20 - opterećenje, 20 kgf; 15 - razdoblje statičkog napora, 15 s.
Vickersov slijed proučavanja
Procedura je krajnje pojednostavljena.
- Provjerite uzorak i instrumentaciju. Posebna se pažnja posvećuje površini dijela.
- Odabir dopuštenog napora.
- Instaliranje ispitnog materijala.
- Pokretanje testera tvrdoće u rad.
- Pročitajte rezultat na brojčaniku.
Matematički izračun ovom metodom je sljedeći:
HV=1, 8544(F/d2), gdje je F opterećenje,kgf; d je prosječna vrijednost duljina dijagonala otiska, mm.
Omogućuje vam mjerenje tvrdoće metala, tankih i malih dijelova, istovremeno pružajući visoku točnost rezultata.
Metode prijelaza između ljestvica
Odredivši promjer otiska pomoću posebne opreme, možete koristiti tablice za određivanje tvrdoće. Tablica tvrdoće metala je dokazani pomoćnik u izračunu ovog mehaničkog parametra. Dakle, ako je Brinellova vrijednost poznata, odgovarajući Vickersov ili Rockwellov broj može se lako odrediti.
Primjer nekih podudarnih vrijednosti:
| Promjer ispisa, mm | Metoda istraživanja | ||||
| Brinell | Rockwell | Vickers | |||
| A | C | B | |||
| 3, 90 | 241 | 62, 8 | 24, 0 | 99, 8 | 242 |
| 4, 09 | 218 | 60, 8 | 20, 3 | 96, 7 | 218 |
| 4, 20 | 206 | 59, 6 | 17, 9 | 94, 6 | 206 |
| 4, 99 | 143 | 49, 8 | - | 77, 6 | 143 |
Tablica tvrdoće metala sastavljena je na temelju eksperimentalnih podataka i ima visoku točnost. Također postoje grafičke ovisnosti Brinellove tvrdoće o sadržaju ugljika u leguri željezo-ugljik. Dakle, u skladu s takvim ovisnostima, za čelik s količinom ugljika u sastavu jednakom 0,2%, to je 130 HB.
Uzorak zahtjeva
U skladu sa zahtjevima GOST-a, ispitani dijelovi moraju ispunjavati sljedeće karakteristike:
- Obradak mora biti ravan, ležati čvrsto na stolu testera tvrdoće, njegovi rubovi moraju biti glatki ili pažljivo obrađeni.
- Površina treba imati minimalnu hrapavost. Mora se brusiti i čistiti, uključujući i uz pomoć kemijskih spojeva. Istodobno, tijekom procesa obrade važno je spriječiti stvaranje radnog otvrdnjavanja i povećanje temperature obrađenog sloja.
- Dio mora odgovarati odabranoj metodi za određivanje tvrdoće parametarskim svojstvima.
Ispunjavanje primarnih zahtjeva je preduvjet za točna mjerenja.
Tvrdoća metala je važno temeljno mehaničko svojstvo koje određuje neka njihova druga mehanička i tehnološka svojstva, rezultate prethodnih procesa obrade, utjecaj vremenskih čimbenika i moguće radne uvjete. Izbor metodologije istraživanja ovisi o približnim karakteristikama uzorka, njegovimparametri i kemijski sastav.
