Лекція Механічні властивості й способи визначення їхніх кількісних характеристик: твердість, в'язкість, стала міцність

 

Твердість – це опір матеріалу проникненню в його поверхню стандартного тіла (індентора), що не деформується при випробуванні.

Широке поширення пояснюється тим, що не потрібні спеціальні зразки.

Це неруйнуючий метод контролю. Основний метод оцінки якості термічній обробці виробу. Про твердість судять або по глибині проникнення индентора (метод Роквелла), або по величині відбитка від вдавлення (методи Бринелля, Виккерса, мікротвердості).

У всіх випадках відбувається пластична деформація матеріалу. Чим більше опір матеріалу пластичної деформації, тим вище твердість.

Найбільше поширення одержали методи Бринелля, Роквелла, Виккерса й мікротвердості. Схеми випробувань представлені на мал.

С хеми визначення твердості: а – по Бринеллю; б – по Роквеллу; в – по

Виккерсу

 

Твердість по Бринеллю ( держстандарт 9012)

 

Випробування проводять на твердомір Бринелля. У якості індентора використовується сталева загартована кулька діаметром D 2,5; 5; 10 мм, залежно від товщини виробу.

Навантаження Р, залежно від діаметра кульки й вимірюваної твердості: для термічно обробленої сталі й чавуну - , литий бронзи й латуні - , алюмінію й інших дуже м'яких металів - .

Тривалість витримки/: для сталі й чавуну - 10 з, для латуні й бронзи - 30 с.

Отриманий відбиток виміряється у двох напрямках за допомогою лупи Бринелля.

Твердість визначається як відношення прикладеного навантаження Р к сферичної поверхні відбитка F:

Стандартними умовами є D = 10 мм; Р = 3000 кгс; = 10 с. У цьому випадку твердість по Бринеллю позначається НВ 250, в інших випадках вказуються умови: НВ D / P / /, НВ 5/ 250 /30 - 80.

 

Метод Роквелла держстандарт 9013

 

Заснований на вдавленні в поверхню наконечника під певним навантаженням

Індентор для м'яких матеріалів (до НВ 230) - сталева кулька діаметром 1/16” (1,6 мм), для більше твердих матеріалів - конус алмазний.

Навантаженні здійснюється у два етапи. Спочатку прикладається попереднє навантаження (10 кгс) для щільного зіткнення наконечника зі зразком. Потім прикладається основне навантаження Р₁, протягом деякого часу діє загальне робоче навантаження Р. Після зняття основного навантаження визначають значення твердості по глибині залишкового вдавлення наконечника h під навантаженням .

Залежно від природи матеріалу використовують три шкали твердості

Таблиця. Шкали для визначення твердості по Роквеллу

 

Метод Виккерса

 

Твердість визначається по величині відбитка У якості індентора використовується алмазна чотиригранна піраміда з кутом при вершині 136^o.

Твердість розраховується як відношення прикладеного навантаження P до площі поверхні відбитка F:

Навантаження Р становить 5…100кгс. Діагональ відбитка d виміряється за допомогою мікроскопа, установленого на приладі.

Перевага даного способу в тім, що можна вимірювати твердість будь-яких матеріалів, тонкі вироби, поверхневі шари. Висока точність і чутливість методу.

Спосіб мікротвердості – для визначення твердості окремих їх структурних тридцятилітніх і фаз сплаву, дуже тонких поверхневих шарів (соті частки міліметра).

Аналогічний способу Виккерса. Індентор - піраміда менших розмірів, навантаження при вдавленні Р становлять 5...500 гс