Tvrdoća metala. Tabela tvrdoće metala

Da bi se osiguralo da su dijelovi i mehanizmi dugi i pouzdani, materijali iz kojih su napravljeni moraju se pridržavati potrebnih radnih uslova. Zbog toga je važno kontrolisati dozvoljene vrijednosti njihovih glavnih mehaničkih indikatora. Mehanička svojstva uključuju tvrdoću, čvrstoću, žilavost, duktilnost. Tvrdoća metala je glavna karakteristika dizajna.

Koncept

Čvrstoća metala i legura je svojstvo materijala koji stvara otpor kada neko drugo telo prodre u svoje površinske slojeve, što se ne deformiše i ne sruši pod pratećim opterećenjima (indenter). Utvrdite sa svrhom:

• Dobijanje informacija o dozvoljenim dizajnerskim karakteristikama i mogućnostima rada;
• Analiza stanja pod dejstvom vremena;
• Kontrola rezultata temperature tretmana.

Snaga i stabilnost površine do starenja delimično zavise od ovog indeksa. Istražite sirovine i gotovih delova.

Opcije istraživanja

Indikator je količina koja se naziva broj tvrdoće. Postoje različite metode za merenje tvrdoće metala. Najtačnije studije se sastoje u upotrebi različitih vrsta računanja, indentora i odgovarajućih ispitivanja tvrdoće:

1. Brinell: suština aparata - pritiska lopte u proučavan metal ili leguru, proračun prečnika štampe i naknadne matematičke proračune mehaničkog parametra.
2. Rockwell: koristi se loptica ili dijamantski konus konusa. Vrednost se prikazuje na skali ili određuje obračunom.
3. Vickers: Najtačnije merenje tvrdoće metala pomoću piramidalnog vrhova dijamanta.

Da bi se odredili parametričke korelacije između indikatora različitih metoda mjerenja za isti materijal, postoje posebne formule i tabele.

Faktori koji određuju opciju merenja

U laboratorijskim uslovima, u prisustvu potrebnog asortimana opreme, vrši se izbor metode ispitivanja u zavisnosti od određenih karakteristika radnog komada.

1. Približna vrednost mehaničkog parametra. Za konstrukcijske čelika i materijala sa malom čvrstoćom do 450-650 HB koristi se Brinellova metoda; Za instrumentalne, legirane čelike i druge legure - Rockwell; Za karbide - Vickers.
2. Dimenzije ispitnog uzorka. Posebno mali i fini detalji se ispituju pomoću Vickers testera tvrdoće.
3. Debljina metala na mestu mjerenja, posebno, cementiranog ili nitridiranog sloja.

Svi zahtevi i usaglašenosti dokumentuju GOST.

Karakteristike metode Brinell

Ispitivanje tvrdoće metala i legura pomoću testera tvrdoće Brinell vrši se sa sledećim karakteristikama:

1. Indenter je kugla od legiranog čelika ili legure karbida-volframa prečnika 1, 2, 2,5, 5 ili 10 mm (gost 3722-81).
2. Trajanje statičke uvlačenja: 10-15 sekundi za liveno gvožđe i čelik, 30 za obojene legure, 60 sekundi, au nekim slučajevima 120 i 180 sekundi.
3. Granična vrednost mehaničkog parametra: 450 HB kada se meri sa čeličnom kuglom; 650 NW kada koristite tvrdu leguru.
4. Moguća opterećenja. Uz pomoć tereta uključenih u set, ispravna sila deformacije za ispitni uzorak je korigovana. Njihove minimalne dozvoljene vrijednosti su: 153.2, 187.5, 250 N; Maksimalno - 9807, 14710, 29420 N (gost 23677-79).

Pomoću formula, u zavisnosti od prečnika izabrane kugle i materijala za ispitivanje, moguće je izračunati odgovarajuću dozvoljenu sila za probijanje.

Tip legure	Matematički proračun opterećenja
Čelik, nikl i titan legure	30D 2
Liveno gvožđe	10D 2 , 30D 2
Bakar i legure bakra	5D 2 , 10D 2 , 30D 2
Laki metali i legure	2.5D2, 5D2, 10D2, 15D2
Olovo, lim	1D 2

Primer oznake:

400HB10 / 1500/20, gde je 400HB Brinell tvrdoća; 10 - promjer lopte, 10 mm; 1500 - statičko opterećenje, 1500 kgf; 20 - period indentacije, 20 s.

Da bi se utvrdile tačne brojke, racionalno je proučavati isti uzorak na više mesta, a ukupni rezultat određuje se pronalaženjem prosječne vrijednosti od dobijenih.

Određivanje tvrdoće Brinell

Proces istraživanja nastavlja se u sledećem nizu:

1. Provera detalja o usklađenosti sa zahtevima (GOST 9012-59, gost 2789).
2. Proverite ispravnost uređaja.
3. Odabir potrebne lopte, utvrđivanje mogućeg napora, ugradnja tereta za njegovo formiranje, period unošenja.
4. Pokretanje testera tvrdoće i deformacija uzorka.
5. Merenje prečnika udubljenja.
6. Empirijski proračun.

HB = F / A,

Gdje je F opterećenje, kgf ili H; A je površina štampe, mm ² .

HB = (0,102 * F) / (π * D * h),

Gdje je D promjer lopte, mm; H - dubina otiska, mm.

Tvrdoća metala izmerena ovom metodom ima empirijsku vezu sa izračunavanjem parametara čvrstoće. Metoda je tačna, posebno za meke legure. Osnovno je u sistemima za određivanje vrednosti ove mehaničke svojine.

Karakteristike Rockwell tehnike

Ovaj metod mjerenja izumljen je u dvadesetim dvadesetim stoljećima, automatizovaniji od prethodnog. Koristi se za teže materijale. Njegove glavne karakteristike (GOST 9013-59, gost 23677-79):

1. Prisustvo primarnog opterećenja od 10 kgf.
2. Period održavanja: 10-60 s.
3. Granične vrijednosti mogućih indikatora: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20-70.
4. Broj se vizualizuje na točkiću merača tvrdoće, a može se izračunati i aritmetički.
5. Vage i indenteri. Postoji 11 različitih vaga, u zavisnosti od tipa indentora i maksimalno dozvoljenog statičkog opterećenja. Najčešće u upotrebi: A, B i C.

A: vrh dijamantskog konusa, ugao na vrhu 120˚, ukupna dozvoljena sila statičkog uticaja - 60 kg, HRA; Ispitani su tanki proizvodi, uglavnom valjani.

C: takođe dijamantski konus dizajniran za maksimalnu snagu od 150 kgf, HRC, pogodan za tvrde i otvrdnjene materijale.

B: kugla od 1,588 mm od tvrdog čelika ili tvrdog karbida-volframa, opterećenje - 100 kgf, HRB, koristi se za procenu tvrdoće žarenih proizvoda.

Konus tipa u obliku kugle (1.588 mm) primenjuje se za Rockwellove vage B, F, G. Takođe postoje i vage E, H, K, za koje se koristi kugla prečnika 3.175 mm (GOST 9013-59).

Broj uzoraka uzetih sa Rockwell testerom tvrdoće u jednoj oblasti je ograničen veličinom dela. Ponovljeni test je dozvoljen na rastojanju od 3-4 prečnika od prethodnog mesta deformacije. Takođe je regulisana debljina testiranog proizvoda. Trebalo bi da bude ne manje od 10 puta dubine penetracije vrhova.

Primer oznake:

50HRC - tvrdoća Rockwell, mjerena dijamantskim vrhom, njen broj je 50.

Rockwell Research Plan

Merenje tvrdoće metala je više pojednostavljeno nego za Brinell metodu.

1. Procjena dimenzija i karakteristika površine dela.
2. Proverite ispravnost uređaja.
3. Određivanje vrste vrha i dozvoljenog opterećenja.
4. Instalacija uzorka.
5. Primjena primarnog napora na materijalu, vrijednost 10 kgf.
6. Sprovođenje punog odgovarajućeg napora.
7. Čitanje primljenog broja na točkićima za pozivanje.

Moguć je i matematički proračun za precizno određivanje mehaničkog parametra.

Kada koristite dijamantski konus sa opterećenjem od 60 ili 150 kgf:

HR = 100 - ((Hh) / 0,002;

Prilikom testiranja sa loptom pod silom od 100 kgf:

HR = 130 - ((Hh) / 0,002,

Gde je dubina penetracije indentera pri primarnoj sili od 10 kgf; H je dubina penetracije indentera pri punom opterećenju; 0,002 - koeficijent regulacije količine pomeranja vrha promenom broja tvrdoće za 1 jedinicu.

Metoda Rockwell je jednostavna, ali ne dovoljno precizna. Istovremeno, omogućava merenje mehaničkih svojstava za tvrde metale i legure.

Karakteristike Vickers tehnike

Određivanje tvrdoće metala u ovoj metodi je najjednostavnije i tačnije. Rad testera tvrdoće zasnovan je na odvajanju dijamantske piramidalne vrhove u uzorak.

Glavne karakteristike:

1. Indentor: dijamantska piramida sa uglom od 136 °.
2. Maksimalno dozvoljeno opterećenje: za legirano gvožđe i čelik - 5-100 kg; Za bakarne legure - 2,5-50 kgf; Za aluminijum i legure na osnovu toga - 1-100 kgf.
3. Period držanja statičkog opterećenja: 10 do 15 s.
4. Materijali za ispitivanje: čelik i obojeni metali čvrstoće od više od 450-500 HB, uključujući proizvode nakon hemijsko-termalnog tretmana.

Primer oznake:

700HV20 / 15,

Gde je 700HV broj Vickersove tvrdoće; 20 - opterećenje, 20 kgf; 15 - period statičke sile, 15 s.

Vickers studijska sekvenca

Postupak je izuzetno pojednostavljen.

1. Provera uzorka i opreme. Posebna pažnja posvećena je površini dela.
2. Izbor dozvoljenog napora.
3. Ugradnja ispitnog materijala.
4. Pokrenite tester tvrdoće u radu.
5. Čitanje rezultata na točkiću.

Matematički proračun za ovu metodu je sledeći:

HV = 1,8544 * (F / d ² ),

Gdje je F opterećenje, kgf; D je prosječna vrijednost dijagonalne dužine štampe, mm.

Omogućava vam da izmerite visoku tvrdoću metala, tanke i male dijelove, a istovremeno pružate visoku tačnost rezultata.

Načini prelaska između vaga

Određivanje prečnika štampe pomoću posebne opreme, možete koristiti tablice za određivanje tvrdoće. Tabela tvrdoće metala je verifikovani pomoćnik u izračunavanju ovog mehaničkog parametra. Dakle, ako znate vrednost Brinella, lako možete odrediti odgovarajući broj Vickers ili Rockwell-a.

Primjer nekih vrijednosti meča:

Promjer štampe, Mm	Metod 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

Tabela tvrdoće metala sastavljena je na osnovu eksperimentalnih podataka i ima visoku tačnost. Postoje i grafičke zavisnosti Brinelove tvrdoće o sadržaju ugljenika legure gvožđa i ugljenika. Dakle, u skladu sa ovakvim zavisnostima, za čelik sa količinom ugljenika u sastavu od 0,2%, to je 130 HB.

Zahtjevi za uzorak

U skladu sa zahtevima GOST, testni delovi moraju ispunjavati sledeće karakteristike:

1. Radni predmet mora biti ravan, čvrsto leži na stolu testera tvrdoće, ivice treba da budu glatke ili pažljivo obrađene.
2. Površina mora imati minimalnu hrapavost. Trebalo bi da se zemlja i očisti, uključujući upotrebu hemijskih jedinjenja. Istovremeno, tokom procesa obrade važno je spriječiti stvaranje hladnog rada i povećati temperaturu tretiranog sloja.
3. Dio mora odgovarati izabranom metodu određivanja tvrdoće parametarskim svojstvima.

Ispunjavanje primarnih zahteva je obavezan uslov za tačnost mjerenja.

Čvrstoća metala je važna osnovna mehanička svojstva koja određuje neke od preostalih mehaničkih i tehnoloških osobina, rezultate prethodnih procesa obrade, uticaj vremenskih faktora, moguće radne uslove. Izbor metoda ispitivanja zavisi od karakteristika orijentacije uzorka, njegovih parametara i hemijskog sastava.