För att delar och mekanismer ska fungera under lång tid och pålitligt måste materialen som de är gjorda av uppfylla de nödvändiga arbetsvillkoren. Det är därför det är viktigt att kontrollera de tillåtna värdena för deras huvudsakliga mekaniska parametrar. Mekaniska egenskaper inkluderar hårdhet, hållfasthet, slaghållfasthet, duktilitet. Hårdheten hos metaller är en primär strukturell egenskap.
Koncept
Hårdheten hos metaller och legeringar är egenskapen hos ett material att skapa motstånd när en annan kropp tränger in i dess ytskikt, som inte deformeras och inte kollapsar under åtföljande belastningar (intrång). Definierat med syftet:
- får information om acceptabla designegenskaper och driftsmöjligheter;
- analys av staten under tidens inflytande;
- övervaka resultaten av värmebehandling.
Ytans styrka och motståndskraft mot åldrande beror delvis på denna indikator. Utforska som originalmaterial och färdiga delar.
Forsknings alternativ
Indikatorn är ett värde som kallas hårdhetstalet. Det finns olika metoder för att mäta hårdheten hos metaller. Den mest exakta forskningen är att använda olika typer av beräkningar, indenters och lämpliga hårdhetstestare:
- Brinell: kärnan i apparaten är att trycka in en kula i metallen eller legeringen som studeras, beräkna diametern på avtrycket och sedan matematiskt beräkna den mekaniska parametern.
- Rockwell: En kula eller diamantkon används. Värdet visas på en skala eller beräknas.
- Vickers: Den mest exakta mätningen av metallhårdhet med en pyramidformad diamantspets.
Det finns speciella formler och tabeller för att fastställa parametriska överensstämmelser mellan indikatorer för olika mätmetoder för samma material.
Faktorer som avgör mät alternativ
I laboratorieförhållanden, med det nödvändiga utbudet av utrustning, görs valet av forskningsmetod beroende på vissa egenskaper hos arbetsstycket.
- Indikativt värde för den mekaniska parametern. För konstruktionsstål och material med låg hårdhet upp till 450-650 HB används Brinellmetoden; för verktyg, legerat stål och andra legeringar - Rockwell; för hårda legeringar - Vickers.
- Testprovets mått. Särskilt små och ömtåliga delar undersöks medmed en Vickers hårdhetstestare.
- Tockleken på metallen vid mätpunkten, särskilt det uppkolade eller nitrerade lagret.
Alla krav och efterlevnad dokumenteras av GOST.
Funktioner i Brinell-tekniken
Hårdhetstestning av metaller och legeringar med en Brinell-hårdhetsprovare utförs med följande egenskaper:
- Indenter - en kula gjord av legerat stål eller volframkarbidlegering med en diameter på 1, 2, 2, 5, 5 eller 10 mm (GOST 3722-81).
- Varaktighet för statisk indragning: för gjutjärn och stål - 10-15 s, för icke-järnlegeringar - 30, en varaktighet på 60 s är också möjlig, och i vissa fall - 120 och 180 s.
- Gränsvärde för mekanisk parameter: 450 HB mätt med en stålkula; 650 HB vid användning av hårdmetall.
- Möjliga belastningar. Med hjälp av vikterna som ingår i satsen korrigeras den faktiska deformationskraften på testexemplaret. Deras lägsta tillåtna värden: 153, 2, 187, 5, 250 N; max - 9807, 14710, 29420 N (GOST 23677-79).
Med hjälp av formler, beroende på diametern på den valda kulan och materialet som testas, kan lämplig tillåten intryckningskraft beräknas.
| Legeringstyp | Matematisk belastningsberäkning |
| Stål, nickel och titanlegeringar | 30D2 |
| Gjutjärn | 10D2, 30D2 |
| Koppar och kopparlegeringar | 5D2, 10D2, 30D2 |
| Lättmetaller och legeringar | 2, 5D2, 5D2, 10D2, 15D 2 |
| Bly, plåt | 1D2 |
Notationsexempel:
400HB10/1500/20, där 400HB är metallens Brinell-hårdhet; 10 – kuldiameter, 10 mm; 1500 - statisk belastning, 1500 kgf; 20 - period av indrag, 20 s.
För att fastställa exakta siffror är det rationellt att undersöka samma urval på flera ställen och bestämma det totala resultatet genom att hitta medelvärdet av de erhållna.
Brinell hårdhetstest
Undersökningsprocessen fortsätter i följande sekvens:
- Kontrollerar att delen uppfyller kraven (GOST 9012-59, GOST 2789).
- Kontrollerar enhetens tillstånd.
- Välja önskad boll, bestämma den möjliga kraften, ställa in vikter för dess formation, indragningsperiod.
- Starta hårdhetstestaren och deformation av provet.
- Mätning av diametern på ett urtag.
- empirisk beräkning.
НВ=F/A, där F är lasten, kgf eller N; A – tryckområde, mm2.
НВ=(0, 102F)/(πDh), där D – kulans diameter, mm; h – avtrycksdjup, mm.
Hårdheten hos metaller mätt med denna metod har ett empiriskt samband medberäkning av hållfasthetsparametrar. Metoden är noggrann, speciellt för mjuka legeringar. Det är grundläggande i system för att bestämma värdena för denna mekaniska egenskap.
Features of the Rockwell-teknik
Denna mätmetod uppfanns på 20-talet av XX-talet, mer automatiserad än den föregående. Används för hårdare material. Dess huvudsakliga egenskaper (GOST 9013-59; GOST 23677-79):
- Närvaro av en primär belastning på 10 kgf.
- Behållningsperiod: 10-60 s.
- Gränsvärden för möjliga indikatorer: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20-70.
- Numret visas på ratten på hårdhetstestaren, det kan även beräknas aritmetiskt.
- Vågar och indenters. Det finns 11 olika skalor, beroende på typen av indenter och den maxim alt tillåtna statiska belastningen. Mest använda: A, B och C.
A: Diamantkonspets, 120˚ spetsvinkel, 60 kgf total statisk kraft, HRA; tunna produkter undersöks, främst valsade produkter.
C: även 150kgf HRC diamantkon, lämplig för hårda och härdade material.
B: 1,588 mm kula gjord av härdat stål eller hård volframkarbid, belastning 100 kgf, HRB, används för att utvärdera hårdheten hos glödgade produkter.
Kulformad spets (1,588 mm) är användbar för Rockwell B, F, G-skalor. Det finns även E, H, K-skalor, för vilka en boll med en diameter på 3,175 mm (GOST 9013-59) används.
Antal prover,tillverkad med en Rockwell hårdhetstestare i ett område begränsas av delens storlek. Ett andra test är tillåtet på ett avstånd av 3-4 diametrar från den tidigare deformationsplatsen. Tjockleken på produkten som testas är också reglerad. Det bör inte vara mindre än 10 gånger spetsens penetrationsdjup.
Notationsexempel:
50HRC - Rockwell-hårdhet av metall, mätt med en diamantspets, dess nummer är 50.
Rockwell Study Plan
Mätning av metallhårdhet är enklare än för Brinell-metoden.
- Uppskattning av dimensioner och ytegenskaper för en del.
- Kontrollerar enhetens tillstånd.
- Fastställ spetstyp och lastkapacitet.
- Ange mönstret.
- Implementeringen av den primära kraften på materialet, värdet av 10 kgf.
- Att göra en fullständig och lämplig insats.
- Läser det mottagna numret på urtavlans skala.
Matematisk beräkning är också möjlig för att exakt bestämma den mekaniska parametern.
När du använder en diamantkon med en belastning på 60 eller 150 kgf:
HR=100-((H-h)/0, 002;
vid testning med en boll under en kraft på 100 kgf:
HR=130-((H-h)/0, 002, där h är inträngningsdjupet för intryckaren vid en primärkraft på 10 kgf; H är inträngningsdjupet för intryckaren vid full belastning; 0, 002 är en koefficient som reglerar hur mycket spetsen rör sig när hårdhetstalet ändras med 1 enhet.
Rockwells metod är enkel men inte tillräckligt exakt. Samtidigt kan den mäta de mekaniska egenskaperna hos hårdmetaller och legeringar.
Vickers-teknikens egenskaper
Att bestämma hårdheten på metaller med den här metoden är det enklaste och mest exakta. Hårdhetstestarens arbete är baserat på intryckningen av en pyramidformad diamantspets i provet.
Huvudfunktioner:
- Indenter: 136° spets diamantpyramid.
- Maxim alt tillåten belastning: för legerat gjutjärn och stål - 5-100 kgf; för kopparlegeringar - 2,5-50 kgf; för aluminium och legeringar baserade på det - 1-100 kgf.
- Statisk lasthållningsperiod: 10 till 15 s.
- Testat material: stål och icke-järnmetaller med en hårdhet på mer än 450-500 HB, inklusive produkter efter kemisk värmebehandling.
Notationsexempel:
700HV20/15, där 700HV är Vickers hårdhetsnummer; 20 - belastning, 20 kgf; 15 - period av statisk ansträngning, 15 s.
Vickers studiesekvens
Proceduren är extremt förenklad.
- Kontrollera prov och instrumentering. Särskild uppmärksamhet ägnas åt delens yta.
- Välja den tillåtna insatsen.
- Installera testmaterialet.
- Startar hårdhetstestaren i drift.
- Läs resultatet på urtavlan.
Matematisk beräkning med denna metod är som följer:
HV=1, 8544(F/d2), där F är lasten,kgf; d är medelvärdet för längderna på avtrycksdiagonalerna, mm.
Det låter dig mäta hårdheten hos metaller, tunna och små delar, samtidigt som det ger hög noggrannhet i resultatet.
Metoder för övergång mellan skalor
Efter att ha bestämt diametern på trycket med hjälp av specialutrustning kan du använda tabellerna för att bestämma hårdheten. Hårdhetstabellen för metaller är en beprövad assistent vid beräkningen av denna mekaniska parameter. Så om Brinell-värdet är känt kan motsvarande Vickers- eller Rockwell-tal lätt bestämmas.
Exempel på några matchande värden:
| Utskriftsdiameter, mm | Forskningsmetod | ||||
| 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 |
Hårdhetstabellen för metaller är sammanställd på basis av experimentella data och har hög noggrannhet. Det finns också grafiska beroenden av Brinells hårdhet på kolh alten i järn-kol-legeringen. Så, i enlighet med sådana beroenden, för stål med mängden kol i sammansättningen lika med 0,2 %, är det 130 HB.
Exempelkrav
I enlighet med kraven i GOST måste de testade delarna uppfylla följande egenskaper:
- Arbetsstycket måste vara plant, ligga stadigt på hårdhetstestarens bord, dess kanter måste vara släta eller noggrant bearbetade.
- Ytan ska ha minimal strävhet. Ska slipas och rengöras, bland annat med hjälp av kemiska föreningar. Samtidigt, under bearbetningsprocesser, är det viktigt att förhindra bildandet av arbetshärdning och en ökning av temperaturen på det behandlade lagret.
- Delen måste överensstämma med den valda metoden för bestämning av hårdhet genom parametriska egenskaper.
Uppfyllande av primära krav är en förutsättning för korrekta mätningar.
Hårdheten hos metaller är en viktig grundläggande mekanisk egenskap som bestämmer några av deras andra mekaniska och tekniska egenskaper, resultaten av tidigare bearbetningsprocesser, inverkan av tidsfaktorer och möjliga driftsförhållanden. Valet av forskningsmetod beror på provets ungefärliga egenskaper, dessparametrar och kemisk sammansättning.
