Yoga-mgn.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что это — метод Роквелла? Метод определения твердости

Методы определения твердости металла

Твердость — это способность металла сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела.

Твердость металла является весьма важной характеристикой, так как тесно связана с такими основными характеристиками металлов и сплавов, как прочность, износостойкость и др.

В настоящее время имеется много способов определения твердости металлов. Рассмотрим некоторые из них, наиболее широко применяемые в промышленности.

Определение твердости вдавливанием стального шарика (метод Бринелля)

Стальной шарик, изготовленный из закаленной шарикоподшипниковой стали, под действием усилия вдавливается в поверхность металла.

С помощью специальной лупы измеряется диаметр лунки. По таблицам, приложенным к прибору, определяется значение твердости НЕ.

Для испытания применяют специальный пресс типа Бринелля, внешний вид которого показан на рисунке

Стальной шарик крепится в оправке 2.

Исследуемый образец ставится на предметный столик 1 и поднимается к шарику штурвалом 4.

При включении мотора 5 грузы пресса 3 опускаются и вдавливают стальной шарик в образец.

Для стали значение твердости, определенное этим методом, связано с пределом прочности соотношением, которым на практике иногда пользуются:

Определение твердости по глубине вдавливания алмазного конуса (метод Роквелла)

Алмазный конус с углом при вершине 120° вдавливается в металл предварительной постоянной нагрузкой 10 кг, а затем полкой нагрузкой 60 или 150 кг.

Для испытания используют специальный пресс, внешний вид которого показан на рис. 25.

Алмазный конус крепится в оправке 4.

Образец устанавливается «на столик 3 и поднимается с помощью штурвала 2 до нагрузки 10 кг.

Ручка 1 освобождает грузы6, которые создают усилие для вдавливания конуса в металл. Глубину вдавливания, т.е. значение твердости, отмечает индикатор 5.

Значения твердости этим методом определяются по разности глубины вдавливания алмазного конуса под действием полной и предварительной нагрузок.

Чем тверже металл, тем на меньшую глубину проникает алмаз при вдавливании, тем больше будет число твердости.

Стандартной нагрузкой при этом методе является 150 кг.

Обозначается твердость НRC. В некоторых случаях, например при измерении твердости на тонком образце или при измерении твердости поверхностного слоя металла, нагрузку применяют до 60 кг.

Измерение твердости мягких материалов

На этом же приборе можно производить измерение твердости мягких материалов (цветные металлы, отожженная сталь).

В этом случае используют стальной закаленный шарик диаметром 1,59 мм (1/16»). Стандартной нагрузкой является 100 кг, и величина твердости обозначается индексом НRB.

Определение твердости динамическим вдавливанием шарика

При изменении твердости массивных деталей и конструкций, когда нельзя использовать описанные выше приборы, применяют переносный прибор, показанный на рисунке:

В прибор закладывают эталонный образец 1. При ударе по прибору молотком специальный шарик 2 наносит отпечатки на исследуемый предмет и эталонный образец, твердость которого известна.

Сопоставляя значения диаметров лунок образца и детали по таблицам, определяют твердость детали.

Определение твердости методом упругой отдачи

В тех случаях, когда нельзя применять методы вдавливания, чтобы не испортить поверхности изделия, используется прибор, определяющий твердость металла методом упругой отдачи.

На рисунке показан внешний вид прибора:

С постоянной высоты на металл падает определенного веса боек и отскакивает. По величине отскока судят о твердости. Чем больше твердость, тем больше отскок бойка.

Производительность этого метода испытаний очень велика (несколько сот измерений в час). Однако применять его можно только для сравнения между собой твердости изделий из одного и того же металла или из металлов, имеющих одинаковые упругие свойства.

Что это — метод Роквелла? Метод определения твердости

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

Понятие «твердость» широко распространено в повседневной жизни и часто применяется.

Твердость – особое свойство, которое проявляется в способности твердого тела оказывать сопротивление всяким попыткам упруго или пластично деформировать участок его поверхности, или оторвать частицы с поверхности, или же одновременно произвести какую – либо комбинацию из этих действий. Твердость измеряется условно двумя методами: 1) динамическим – путем нанесения царапины на поверхность испытуемого тела; 2) статическим – путем образования вмятины на поверхности тела. Наибольшее распространение получили статические методы.

Рисунок 7.1 — Классификация методов определения твердости

В минерологи – используется шкала Моосса. Однако для измерения твердости металлов (как и всех технических материалов) этот способ не подходит потому, что разрыв между отдельными ступенями твердости относительно велик и неравномерен.

Методы определения твердости при статическом нагружении

Эти методы отличаются друг от друга формой индектора (шарик, пирамида, конус), его материалам (закаленная сталь, твердый сплав алмаза) и величиной приложенной нагрузки (измерение макротвердости, твердости при малых нагрузках и микротвердости), а также способом выражения характеристик твердости. К статическим испытаниям макротвердости относятся испытания с Р > 30Н (определение твердости по Виккерсу, Роквеллу).

Некоторые специальные методы измерения твердости при вдавливании шарика (Р = 2…..20Н). Этот метод используется преимущественно для мелких деталей, тонких сплавов и материалов с низкой твердостью.

При определении твердости с использованием небольших и очень малых нагрузок. (до 2Н) удается получить характеристики твердости в специфических областях. Поэтому получаемые отпечатки очень малы.

7.1.1 Определение твердости по Бринеллю

Бринелль предложил свой метод в 1900 г. До настоящего времени этот метод был одним из основных методов определения твердости. Пример твердости по Бринеллю регламентируется ГОСТ 99012 – 59.

Сущность метода состоит в том, что шарик определенного диаметра в течение установленного времени вдавливается с определенной силой Р в испытуемый образец. После удаления нагрузки измеряется диаметр отпечатка оставшийся на поверхности образца.

Твердость НВ = 0,102Р/F,

где Р – нагрузка ℓН;

F = π Dh – площадь поверхности отпечатка в мм;

D – диаметр шарика в мм;

h – 0,5 ( D — D 2 – d 2 ) ½ ;

d – диаметр отпечатка, мм.

Число твердости по Бринеллю зависит от нагрузки, прилагаемой к шарику. Анализ вдавливания показал, что для сравнимости результатов, получаемых для шариков разного диаметра, необходимо соблюдать определенное отношение нагрузки к квадрату диаметра шарика т.е. степень нагружения шарика, при котором угол вдавливания равен ≈ 44º.

Кроме этого должно сохраняться соотношение:

Шарики из закаленной стали или твердого сплава имеет диаметр

10,5, 2,5, 1,25 и 1,0 мм.

Рисунок 7.2 — Определение твердости по Бринеллю

Стандартные условия испытаний являются Р=29420Н (29420 х 0,102 = 3000) и длительные нарушения 10 – 15 с.

ГОСТ 90/2 – 59 регламентирует и нагрузку применительную к испытуемому материалу, а также продолжительность выдержки материала под нагрузкой.

Поверхность образца должна быть подготовлена так, чтобы диаметр образца отпечатка можно было примерить точно. Толщина образца должна быть такой, чтобы отпечаток не вызывал на обратной стороне, контактирующей со столом прибора, немного заметной деформации. Минимальная толщина образца:

Необходимо, чтобы твердость испытуемого образца (материала) была НВ ≤ 450, т.е. при НВ > 450 шарик сам может деформироваться, т.е. измерение будет не действительным.

Измеряют твердость по Бринеллю стационарными твердомерами Бринелля (ГОСТ 23677 – 79) и переносными твердомерами Бринелля (ГОСТ 9030 – 75). В лабораториях и цехах наибольшее распространение получил стационарный прибор ТШ – 2 м.

Твердость измеряется НВ 8 – 450, при нагрузках Н (КГС): 1840 (187,5), 7355 (750), 9800 (1000), 19420 (2000). Шариком: 4,5, 50, 10,0.

Диаметр отпечатка измеряемый при помощи микроскопа МПБ – 2 в двух взаимноперпендикулярных направлениях. Твердость определяется по среднему диаметру отпечатка по специальным таблицам.

7.1.2 Методы и приборы Роквелла и Супер Роквелла

Метод Роквелла начали применять в 1919 г. В настоящее время он является одним из наиболее распространенных методов технологического контроля металлических деталей. Измерение твердости по методу Роквелла регламентирован ГОСТ 9013 – 59.

У метода Роквелла по сравнению с методом Бринелля следующие преимущества: возможность проводить испытания деталей высокой твердости; простота определения числа твердости путем отсчета по шкале индикатора без вычисления или использования специальных таблиц, малая повреждаемость поверхности в результате его применения; высокая производительность измерения, возможность обслуживания приборов малоквалифицированным персоналом.

Недостатки метода Роквелла по сравнению с методом Бринелля и Виккерса: отсутствие единой шкалы твердости (15 независимых шкал Супер – Роквелла), произвольность выбора шкал; большая зависимость числа твердости от побочных факторов; невозможность повторной проверки полученных результатов; изменение характера вдавливания разных участков шкалы при применении алмазного наконечника в форме конуса с закругленной вершиной (например шкала А и С) (вдавливания только сферической части у очень твердых образцов, вдавливания закругления и конуса у мелких образцов).

Читать еще:  Сварка низкоуглеродистых и среднеуглеродистых конструкционных сталей

Твердость по Роквеллу Н R , выражаемая в условных единицах, вычисляют как условную линейную функцию разности глубин, на которые вдавливается наконечник под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок, предварительной и основной Р 1 нагрузок.

В странах СНГ и Казахстане твердость по Роквеллу измеряется алмазным конусом по шкале А и С и шариком по шкале В.

Измерение твердости по методу Роквелла по шкалам А и С при помощи алмазного конуса с образованным углом при вершине α = 120º ± 30’ и закругленной вершиной с радиусом сферы 0,2 ± 0,05 мм.

Твердость по Роквеллу ,

где А – некоторая постоянна, выбираемая в зависимости от применяемой шкалы; h 0 – глубина вдавливания наконечника под действием предварительной нагрузки Р 0 ; h – глубина вдавливания наконечника под действием нагрузки (Р 0 +Р 1 ), измеряемая после снятия нагрузки Р 1 при наличии предварительной нагрузки Р 0 ; С – цена деления шкалы измерительного устройства в условных единицах твердости.

Для шкал А и С, величину А выбирают равной 200 мкм, (рисунок 7.3), а для шкалы В – равной 260 мкм (рисунок 7.4).

В методе Роквелла за единицу твердости С принимают перемещение 0,002 мм. Применяемые при измерении твердости по методу Роквелла шарики должны отвечать следующим требованиям: твердость HV ≥ 850; диаметр 1,588 ± 0,001 мм. Нагрузки (Н) по методу Роквелла регламентированы. Предварительные 98 (10); основные 490 (50), 882 (90), 1374 (140); общие 589 (60), 981 (100) и 1471 (150).

При нанесении отпечатка на образец расстояние между соседними отпечатками и до края образца должно быть не менее 3 мм. Чтобы на обратной стороне не было заметной деформации, толщина образца должна быть не менее, чем в 8 раз больше глубины.

В общем случае поверхность образца должна быть плоской, т.к. при контроле цилиндра образцов вдавливание глубже, чем при испытаниях плоских образцов той же твердости, поэтому твердость получается заниженной.

Если не возможно выдержать 8-ми кратный запас по толщине или контролируемая поверхность слишком мала, применяют метод Роквелла при малых нагрузках (Супер – Роквелла). В этом случае при измерении твердости алмазным конусом (шкала №) применяют нагрузки, Н (КГС), предварительные 28,4 (3) и общие 147 (15) и 294 (30), 441 (45), при измерении твердости шариком диаметром 1,588 мм – 294 (30). За единицу твердости в приборах Супер – Роквелла принимают перемещение 0,001 мм.

Измеряют твердость по методу Роквелла стационарными твердомерами Роквелла (ГОСТ 23677 – 79) и переносными твердомерами Роквелла (ГОСТ 9030 – 75). Стационарные приборы ТК – 2, ТК – 2 М, ТК – 14 – 250 ( U = 220В; частота 50 ± 1 Гц).

Рисунок 7.3 — Схема выбора величины А для шкал А и С Роквелла

Рисунок 7.4 — Схема выбора величины А для шкалы А и С Роквелла

Метод определения твердости по Виккерсу. Приборы Виккерса.

Метод определения твердости вдавливанием четырехгранной алмазной пирамиды с квадратным основанием был предложен Смитом в 1925 г. Название свой метод получил от английской фирмы Виккерс – Армстронг, впервые изготовившей для него специальный прибор. В СССР, СНГ метод регламентирован ГОСТ 2999 – 75.

Измеряют твердость по методу Виккерса так же, как и по методу Бринелля. Различие заключается в том, что шарик заменяют алмазной пирамидой.

Метод имеет существенные преимущества: твердость определяется независимо от прилагаемой нагрузки; можно испытывать самые твердые материалы, поверхность повреждается незначительно, можно определять твердость очень тонких слоев.

Недостатки: хрупкость алмазной пирамиды и невозможность подвергать испытанию крупнозернистые материалы из-за искажения формы отпечатков.

Твердость по методу Виккерса:

где Р – нагрузка, Н;

F – площадь поверхности отпечатка, мм 2 .

Алмазная четырехгранная пирамида с квадратным основанием имеет угол при вершине φ = 136º. Угол выбран с таким расчетом, чтобы получаемая твердость была близка к твердости по Бринеллю при угле вдавливания шарика 44º, который считается оптимальным.

Площадь (мм 2 ) поверхности отпечатка:

F = d 2 /(2sin φ/2) =d 2 / 1,8544

Твердость HV = 0,189 Р / d 2

Рисунок 7.5 — Схема определения числа твердости по Виккерсу

Так как поверхность отпечатка не имеет точной формы квадрата, то для расчета твердости используют величину:

где d 1 и d 2 – длины диагоналей.

Разность длин диагоналей одного отпечатка должна превышать 2% от длины меньшей из них. Твердость по Виккерсу и Бринеллю совпадает до НВ 400 – 500, после чего твердость по Виккерсу становится выше твердости по Бринеллю вследствие влияния деформации шарика.

Измерения по Виккерсу применяют стационарные твердомеры Виккерса (ГОСТ 23677 – 75) и переносные твердомеры Виккерса (ГОСТ 9030 – 75).

Для измерения твердости по методу Виккерса в СССР серийно выпускают прибор ТП – 7Р – 1.

При испытаниях применяют нагрузки в Н (КГС): 49 (5); 196 (20); 294 (30); 490 (50); 980 (100). Прибор позволяет примерять твердость HV 8 – 1000 на стальных образцах с высотой до 200 мм и расстоянием до края отпечатка не более 180 мм.

Механические методы определения твердости.

Твердость материала – это способность оказывать сопротивление механическому проникновению в его поверхностный слой другого твердого материала. Она определяется величиной нагрузки необходимой для начала разрушения материала. Твердость делится на относительную и абсолютную. Относительная твердость – это твердость одного материала по отношению к другому. Абсолютная твердость определяется с помощью методов вдавливания.

Твёрдость зависит от множества факторов. Среди них: межатомные расстояния вещества, валентность, природа химической связи, хрупкости и ковкости материала, гибкости, упругости, вязкости и других качеств.

Наиболее твёрдыми из существующих на сегодняшний день материалов являются две аллотропные модификации углерода — лонсдейлит, который твёрже алмаза в полтора раза и фуллерит с превышением твёрдости алмаза в два раза. Однако среди распространённых веществ по-прежнему самым твёрдым является алмаз.

Для измерения твёрдости существует несколько шкал (методов измерения). Для разных материалов они будут разными. Для измерения твердости металлов применяются методы:

Метод Бринелля — твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение усилия, приложенного к шарику, к площади отпечатка. Единицами измерения являются кгс/мм². Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HB, где H = hardness (твёрдость, англ.), B — Бринелль. Это один из самых старых методов, применявшийся еще в XIX веке.

Метод Роквелла — твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания металлического или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Твёрдость, обозначается HR, где H – hardness, а R — Rockwell. Твёрдость вычисляется по формуле HR = 100 − kd, где d — глубина вдавливания наконечника после снятия основной нагрузки, а k — коэффициент. Таким образом, максимальная твёрдость по Роквеллу соответствует HR 100. 3-й буквой в обозначении идёт наименование типа шкалы, напр. HRA, HRB, HRC и т.д. Для ножей твердость определяется по шкале HRC, которая фактически заканчивается на 70 единицах, так как большая твердость ножа не позволяет им полноценно пользоваться из-за снижения ударной вязкости, повышения хрупкости и т.д. Эта система была самой распространенной в XX веке.

Твердость по методу Роквелла можно измерять:

1) Алмазным конусом с общей нагрузкой 150 кгс. Твердость измеряется по шкале С и обозначается HRC (например, 62 HRC). Метод позволяет определять твердость закаленной и отпущенной сталей, материалов средней твердости, поверхностных слоев толщиной более 0,5 мм;

2) Алмазным конусом с общей нагрузкой 60 кгс. Твердость измеряется по шкале А, совпадающей со шкалой С, и обозначается HRA. Применяется для оценки твердости очень твердых материалов, тонких поверхностных слоев (0,3 … 0,5 мм) и тонколистового материала;

3) Стальным шариком с общей нагрузкой 100 кгс. Твердость обозначается HRB и измеряется по шкале B. Так определяют твердость мягкой (отожженной) стали и цветных сплавов.

Читать еще:  Руководство по обработке анодированного алюминия

При измерении твердости на приборе Роквелла необходимо, чтобы на поверхности образца не было окалины, трещин, выбоин и др. Необходимо контролировать перпендикулярность приложения нагрузки к поверхности образца и устойчивость его положения на столике прибора. Расстояние отпечатка должно быть не менее 1,5 мм при вдавливании конуса и не менее 4 мм при вдавливании шарика. Твердость измеряется не менее 3 раз на одном образце, затем выводится среднее значение. Преимущество метода Роквелла по сравнению с методами Бринелля и Виккерса заключается в том, что значение твердости по методу Роквелла фиксируется непосредственно стрелкой индикатора, при этом отпадает необходимость в оптическом измерении размеров отпечатка.

Метод Виккерса — самая широкая по охвату шкала, твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Обозначается HV, где H — Hardness (твёрдость, англ.), V — Vickers (Виккерс, англ.). При испытании твердости по методу Виккерса, в поверхность материала вдавливается алмазная четырехгранная пирамида с углом. После снятия нагрузки вдавливания измеряется диагональ отпечатка. Число твердости по Виккерсу обозначается символом HV с указанием нагрузки P и времени выдержки под нагрузкой, причем размерность числа твердости (кгс/мм2) не ставится. Продолжительность выдержки индентора под нагрузкой для сталей 10 – 15 с, а для цветных металлов – 30 с. Преимущества метода Виккерса по сравнению с методом Бринелля заключается в том, что методом Виккерса можно испытывать материалы более высокой твердости из-за применения алмазной пирамиды.

Твёрдость по Шору (Метод вдавливания) — твёрдость определяется по глубине проникновения в материал специальной закаленной стальной иглы (индентора) под действием калиброванной пружины. В данном методе измерения используется прибор — дюрометр. Обычно метод Шора используется для определения твердости низкомодульных материалов (полимеров). Метод Шора, предполагает 12 шкал измерения. Чаще всего используются варианты A (для мягких материалов) или D (для более твердых). Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается буквой используемой шкалы, записываемой после числа с указанием метода. В качестве примера, можно привести резину в покрышке колеса легкового автомобиля, которая имеет твердость примерно 70A, а школьный ластик — примерно 50A.

Твёрдость по Шору (Метод отскока) — метод определения твёрдости очень твёрдых материалов, преимущественно металлов, по высоте, на которую после удара отскакивает специальный боёк, падающий с определённой высоты. Твердость по этому методу Шора оценивается в условных единицах, пропорциональных высоте отскакивания бойка. Обозначается HSx, где H — Hardness, S — Shore и x — латинская буква, обозначающая тип использованной при измерении шкалы.

Метод Либу (твердомеры)

Это самый широко применяемый на сегодня метод в мире, твёрдость определяется как отношение скоростей до и после отскока бойка от поверхности. Обозначается HL, где H — Hardness (твёрдость, англ.), L — Leeb (Либ, англ.), а 3-й буквой идёт обозначение типа датчика, напр. HLD, HLC и т.д. При использовании данного метода падающий нормально к поверхности исследуемого материала боек сталкивается с поверхностью и отскакивает. Скорость бойка измеряют до и после отскакивания. Предполагается, что боек не подвергается необратимой деформации.

Метод Аскер — твёрдость определяется по глубине введения стальной полусферы под действием пружины. Используется для мягких резин. По принципу измерения соответствует методу Шора, но отличается формой поверхности щупа. Аскер использует полусферу диаметром 2.54 мм.

Метод Кузнецова — Герберта — Ребиндера — твёрдость определяется временем затухания колебаний маятника, опорой которого является исследуемый металл.

Метод Польди (двойного отпечатка шарика) — твердость оценивается в сравнении с твердостью эталона, испытание производится путем ударного вдавливания стального шарика одновременно и в образец, и в эталон.

Твёрдость минералов.

Шкала твёрдости минералов Мооса (склерометры царапающие) – метод определения твёрдости минералов путём царапания одного минерала другим, для сравнительной диагностики твёрдости минералов между собой по системе мягче-твёрже. Испытываемый минерал либо не царапается другим минералом (эталоном Мооса или склерометром) и тогда его твёрдость по Моосу выше, либо царапается — и тогда его твёрдость по Моосу ниже. Шкала Мооса — опредедяет, какой из десяти стандартных минералов царапает тестируемый материал, и какой материал из десяти стандартных минералов царапается тестируемым материалом.

Сущность метода измерения по Роквеллу

Кто впервые предложил метод?

Впервые метод предложили уроженцы штата Коннектикут Хью М. Роквелл и Стэнли П. Роквелл в 1990 году в Швеции.

В чем заключается сущность метода Роквелла?

Сущность метода определения твердости по Роквеллу заключается во внедрении индентора в испытуемый образец, c измерением глубины отпечатка во время испытания.

  • где:
  • Рпр– предварительная нагрузка;
  • Росн– основная нагрузка;
  • h0 – глубина вдавливания индентора при предварительной нагрузки Рпр;
  • h – глубина вдавливания индентора при основной нагрузки Росн;

Какой индентор используют для определения твердости по Роквеллу?

Для определения твердости используют твердосплавный шарик (диаметром 1,588 мм) или алмазный конус (120 градусов).

Как вычисляют твердость?

Твердость по Роквеллу (HR) вычисляют как разность между глубиной отпечатка при максимальных нагрузках и глубиной отпечатка при предварительной нагрузке.

Области применения по твердостям HRA, HRB и HRC?

Для измерения твердости по Роквеллу существуют 11 шкал, применяемых в зависимости от целевой задачи и отличающиеся друг от друга усилием и формой индентора. Наиболее распространенные шкалы – тип A, тип B и тип C.

Тип шкалыВид индентораУсилие, кгсОбозначение твердостиОбласть применения
PпрPпр+Pосн
AАлмазный конус с углом при вершине 120°1060HRAДля особо твердых материалов: керамика, твердые и хрупкие материалы и покрытия, поверхности после химико-термической обработки
BСтальной закаленный шарик диаметром 1,588 мм10100HRBДля относительно мягких материалов: пластичные материалов, тонкой фольги и покрытий
CАлмазный конус с углом при вершине 120°10150HRCТвердые материалы после термической обработки

По какой формуле рассчитывается твердость алмазным наконечником?

При определении твердости алмазным наконечником (120 градусов) по шкале A и C применяют формулу:

где H-h-разность глубин внедрения индентора (в мм) после снятия основной нагрузки и до ее приложения.

По какой формуле рассчитывается твердость закаленным стальным шаровым индентором?

При определении твердости закаленным стальным шаровым индентором (диаметром 1,588 мм) по шкале B:

Что это — метод Роквелла? Метод определения твердости

Если у Вас возникают проблемы, пожалуйста дайте нам знать, отправив письмо на адрес: info@techintest.ru . Спасибо!

ГРАФИК РАБОТЫ

Часы работы нашего офиса:

Пн-Пт: 9:00 — 18:00
Сб-Вс: ВЫХОДНОЙ

ВОЙДИТЕ В СИСТЕМУ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ ДОСТУП К ДОП. ФУНКЦИЯМ

РЕГИСТРАЦИЯ

ЗАБЫЛИ ПАРОЛЬ?

  • ПОМОЩЬ
  • ВХОД
  • Главная
  • СТАТЬИ
  • Твердость. Измерение твердости по Роквеллу, Бринеллю, Виккерсу

Sunday Nov 01st, 2020

Твердость. Измерение твердости по Роквеллу, Бринеллю, Виккерсу

Твердость – сопротивление твердого тела изменению формы (деформированию) либо разрушению в поверхностном слое при местных силовых контактных воздействиях. Проецируя это определение на методы неразрушающего контроля, можем получить следующее определение твердости: это свойство материала сопротивляться пластической деформации.

Наибольшее распространение для определения твердости металлов получили методы, основанные на вдавливании индентора в виде стального шарика (методы Бринелля и Роквелла), алмаза в форме пирамиды (метод Виккерса) или алмаза с округлой вершиной (также метод Роквелла) в испытуемый образец.

Давайте рассмотрим отдельной каждый из указанных методов.

Метод Роквелла – метод определения твердости материалов, преимущественно металлов, основанный на вдавливании под заданной нагрузкой в поверхность испытуемого образца специального индентора – алмаза в форме конуса либо стального закаленного шарика. Метод назван по имени разработавшего его в 1919 году американского металлурга Стенли Роквелла. Отличием данного метода является применение небольших испытательных нагрузок (60, 100 и 150 кгс), что позволяет применять его для испытания тонких образцов и окончательно обработанных изделий, а также применение специальных шкал твердости, связанных только с глубиной отпечатка.

Шкалы твердости по Роквеллу.

Существует 11 основных шкал для определения твердости по методу Роквелла. Это шкалы A; B; C; D; E; F; G; H; K; N; T, при этом, как упоминалось ранее, наиболее часто используемые среди них – это шкалы А, В и С с испытательной нагрузкой 60, 100 и 150 кгс соответственно.

Читать еще:  Какие виды и марки углеродистой стали существуют

Таблица 1. Наиболее широко используемые шкалы твёрдости по Роквеллу.

Шкала

Индентор

Нагрузка, кгс

Алмазный конус с углом 120° при вершине

Шарик диаметром 1/16 дюйма из карбида вольфрама (или закалённой стали)

Алмазный конус с углом 120° при вершине

Важно отметить, что чем твёрже материал, тем меньше будет глубина проникновения наконечника в него. Чтобы при большей твёрдости материала не получалось меньшее число твёрдости по Роквеллу, вводят условную шкалу глубин, принимая за одно её деление глубину, равную 0,002 мм. При испытании алмазным конусом предельная глубина внедрения составляет 0,2 мм, или 0,2/0,002 = 100 делений, при испытании шариком — 0,26 мм, или 0,26/0,002 = 130 делений.

Нормативные документы для метода Роквелла.

  • ГОСТ 9013-59. Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу;
  • ISO 6508-1: Metallic Materials — Rockwell Hardness Test. Part 1: Test Method (Scales A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T);
  • ASTM E-18 Standard Methods for Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness of Metallic Materials;
  • ASTM E-140 Standard Hardness Conversion Tables for Metals. Relationship Among Brinell Hardness, Vickers Hardness, Rockwell Hardness, Superficial Hardness, Knoop Hardness, and Scleroscope Hardness.

Метод Виккерса – метод измерения твердости металлов и сплавов, основанный на вдавливании в испытуемый материал правильной четырёхгранной алмазной пирамиды с углом 136° между противоположными гранями. При этом само значение твердости вычисляется путем деления приложенной нагрузки на площадь поверхности полученного пирамидального отпечатка.

Данный метод измерения подходит для определения значений твердости деталей малой толщины из черных и цветных металлов и сплавов; деталей, закаленных на малую глубину, а также деталей, имеющих тонкие слои гальванических покрытий. Основным недостатком метода Виккерса является зависимость измеряемой твёрдости от приложенной нагрузки или глубины внедрения индентора (явление размерного эффекта).

Нормативные документы для метода Виккерса.

  • ГОСТ 2999-75 (СТ СЭВ 470-77) – Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу;
  • ISO 6507-1:2005 Metallic materials. Vickers hardness test. Part 1: Test method.

Метод Бринелля – один из основных методов определения твердости материалов, основанный на вдавливании в поверхность испытуемого материала металлического шарика из твёрдого сплава с определенным диаметром и дальнейшем измерении диаметра полученного отпечатка. В качестве инденторов используются шарики из твёрдого сплава диаметром 1; 2; 2.5; 5 и 10 мм. Величину нагрузки и диаметр шарика выбирают в зависимости от исследуемого материала. При этом сами исследуемые материалы делят на 5 основных групп:

  • сталь, никелевые и титановые сплавы;
  • чугун;
  • медь и сплавы меди;
  • лёгкие металлы и их сплавы;
  • свинец, олово.

Кроме этого, вышеприведенные группы могут разделяться на подгруппы в зависимости от твёрдости образцов.

Нормативные документы для метода Бринелля.

  • ISO 6506-1:2014 «Metallic materials — Brinell hardness test — Part 1: Test method»;
  • ДСТУ ISO 6506-1:2007 «Визначення твердості за Брінеллем. Частина 1. Метод випробування»;
  • ASTM E-10 «Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials»;
  • ASTM E140-07 «Standard Hardness Conversion Tables for Metals Relationship Among Brinell Hardness, Vickers Hardness, Rockwell Hardness, Superficial Hardness, Knoop Hardness, and Scleroscope Hardness».

Важно, также, отметить, что по ISO 6506-1:2005 (ГОСТ 9012-59) регламентированы следующие основные нагрузки для метода Бринелля: 9.807 Н; 24.52 Н; 49.03 Н; 61.29 Н; 98.07 Н; 153.2 Н; 245.2 Н; 294.2 Н; 306.5 Н; 612.9 Н; 980.7 Н; 1226 Н; 2452 Н; 4903 Н; 7355 Н; 9807 Н; 14 710 Н; 29 420 Н.

Среди недостатков метода можно отметить следующие: применим для материалов с твердостью не более 450 HB; измеряемые значения твердости напрямую зависят от приложенной нагрузки (обратный размерный эффект); по краям отпечатка от индентора образуются навалы и наплывы, что затрудняет измерение как диаметра, так и глубины отпечатка; из-за относительно большого диаметра используемых шариков данный метод неприменим для тонких образцов.

Для измерения твердости материалов по указанным методам используются специальные приборы: портативные и стационарные твердомеры. Подробнее о каждом из видов мы расскажем в следующих статьях.

Методы определения твердости

Что такое твердость?

Твердость – это способность материалов сопротивляться проникновению в его поверхность индентора, который должен быть тверже исследуемого образца.

Основные методы определения твердости?

Основными исторически сложившимися определениями твердости являются методы: Бринелля (HB, HBW), Роквелла (HRA, HRB, HRC), Супер-Роквелла (HRN и HRT), Виккерса (HV), Микро-Виккерса (HV) и Шора (HА, НD, НОО и др.).

Во всех перечисленных методах при внедрении индентора происходит пластическая деформация исследуемого образца. Чем больше сопротивление материала пластической деформации, тем на меньшую глубину проникает индентор и тем выше твердость.

Какие исследуемые образцы подвергаются к испытанию методом Бринелля?

По методу Бринелля измеряют твердость более мягких материалов с максимальной твердостью до 650 HBW, например: стали, чугун (кроме белого), медь, мягкие сплавы, черные и цветные металлы, прессованная древесина и фанера при больших нагрузках.

Какие исследуемые образцы подвергаются к испытанию методом Роквелла?

По методу Роквелла измеряют твердость очень твердых и относительно мягких металлов, например: графит и пластмассы, металлы и сплавы после термической обработки при больших нагрузках.

Какие исследуемые образцы подвергаются к испытанию методом Супер-Роквелла?

Метод Супер-Роквелла в отличие от метода Роквелла подходит также для определения твердости алюминиевых сплавов, тонких металлических плит, подшипниковых сталей, толстых защитных покрытий при небольших нагрузках.

Какие исследуемые образцы подвергаются к испытанию методом Виккерса и Микро-Виккерса?

По методу Виккерса позволяют испытывать с высокой твердостью (благодаря использованию алмазного индентора) образцов из твердых сплавов, черных и цветных металлов, тонколистовых сталей, закаленных и не закаленных сталей, литья, полудрагоценных и драгоценных камней, цинкованных, хромированных и луженых покрытий поверхностей при больших нагрузках.

Метод Микро-Виккерса подходит для определения твердости малых образцов или металлической фольги, сталей, керамики, тонких пленок, покрытий, твердых сплавов, тонких закаленных слоев при малых нагрузках.

Какие исследуемые образцы подвергаются к испытанию методом Шора?

По методу Шору измеряют твердость резины и пластмасс, строительных утеплителей, ПВХ, продуктов из натурального каучука, твердых смол, полиэстера, печатных пластин, неопрена, и полиграфических валов.

Как измеряют твердость по методу Бринелля?

Метод измерения твердости по Бринелля описан в ГОСТ 9012-59 и основан на плавном внедрении твердосплавного стального шарика (определенного диаметра) в образец. После окончания испытания с помощью микроскопа измеряют диаметр отпечатка.

Применяют стальные или твердосплавные шарики с диаметрами 2,5 мм; 5 мм; 10 мм (также для определения твердости пластиков и твердых полимерных материалов применяются сферические шарики диаметрами 7,5 и 12 мм).

Как измеряют твердость по методам Роквелла и Супер-Роквелла?

Метод определения твердости по Роквеллу и Супер-Роквеллу в полном соответствии с ГОСТ 9013-59 проводится путем статического внедрения стального шарового индентора диаметром 1,5875 мм или алмазного индентора с углом при вершине 120 градусов с определенным усилием на поверхность исследуемого образца, и измерением глубины отпечатка во время испытания.

Преимущество метода Роквелла.

Преимуществом по Роквеллу является простота метода измерения твердости не требующего замера диаметра отпечатка и поиска твердости по таблице.

Как измеряют твердость по методам Виккерса и Микро-Виккерса?

Метод измерения твердости по Виккерсу и Микро-Виккерсу основан на плавном внедрении правильной четырехгранной алмазной пирамиды (с противоположным углом 136 градусов) в поверхность испытуемого изделия с определенным усилием (P), с последующим измерением диагонали отпечатка и расчета твердости образца по таблицам (ГОСТ 2999-75).

Преимущество метода Виккерса.

Преимущество по методу Виккерсу заключается в том, что возможно измерять твердость очень малых или тонких образцов.

Как измеряют твердость методом Шора?

Метод измерения твердости по Шору заключается во внедрении стального закаленного индентора (с определенной формой) с определенным усилием в поверхность исследуемого образца в соответствии с ГОСТ 263-75, 24622-91, 24621-91, ASTM D2240, ISO 868-85.

Преимущество метода Шора.

Преимуществом твердомеров по методу Шору является простота в использовании для определения твердости, небольшая масса и габариты.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×