Σκληρότητα των μετάλλων. Πίνακας σκληρότητας των μετάλλων

Προκειμένου να διασφαλιστεί ότι τα μέρη και μηχανισμοί είναι μακρά και αξιόπιστα, τα υλικά από τα οποία κατασκευάζονται πρέπει να συμμορφώνονται με τις απαραίτητες συνθήκες εργασίας. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο είναι σημαντικό να ελέγχονται οι επιτρεπόμενες τιμές των κύριων μηχανικών τους δεικτών. Οι μηχανικές ιδιότητες περιλαμβάνουν σκληρότητα, αντοχή, σκληρότητα, ολκιμότητα. Η σκληρότητα των μετάλλων είναι το κύριο χαρακτηριστικό του σχεδιασμού.

Η έννοια του

Η σκληρότητα των μετάλλων και των κραμάτων είναι η ιδιότητα ενός υλικού που δημιουργεί αντοχή όταν ένα άλλο σώμα διεισδύει στα επιφανειακά του στρώματα, το οποίο δεν παραμορφώνεται και δεν καταρρέει κάτω από τα συνοδευτικά φορτία (indenter). Προσδιορίστε με το σκοπό:

• Λήψη πληροφοριών σχετικά με τα επιτρεπόμενα χαρακτηριστικά σχεδιασμού και τις δυνατότητες λειτουργίας.
• Ανάλυση του κράτους υπό τη δράση του χρόνου.
• Έλεγχος των αποτελεσμάτων της επεξεργασίας θερμοκρασίας.

Η αντοχή και η σταθερότητα της επιφάνειας στη γήρανση εξαρτώνται εν μέρει από αυτόν τον δείκτη. Εξερευνήστε τόσο την πρώτη ύλη όσο και τα τελικά μέρη.

Επιλογές έρευνας

Ένας δείκτης είναι μια ποσότητα που ονομάζεται αριθμός σκληρότητας. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι μέτρησης της σκληρότητας των μετάλλων. Οι πιο ακριβείς μελέτες συνίστανται στη χρήση διαφόρων τύπων υπολογισμών, εγκοπών και των αντίστοιχων δοκιμαστών σκληρότητας:

1. Brinell: η ουσία της συσκευής που σπρώχνει τη σφαίρα στο μέταλλο ή το κράμα που μελετάται, υπολογίζει τη διάμετρο της εκτύπωσης και τον επακόλουθο μαθηματικό υπολογισμό της μηχανικής παραμέτρου.
2. Rockwell: χρησιμοποιείται μια άκρη με κώνο ή με διαμάντι. Η τιμή εμφανίζεται στην κλίμακα ή προσδιορίζεται με τον υπολογισμό.
3. Vickers: Η πιο ακριβής μέτρηση της σκληρότητας ενός μετάλλου χρησιμοποιώντας μια διαμαντένια πυραμιδοειδή άκρη.

Για τον προσδιορισμό των παραμετρικών αντιστοιχιών μεταξύ των δεικτών διαφορετικών μεθόδων μέτρησης για το ίδιο υλικό, υπάρχουν ειδικοί τύποι και πίνακες.

Παράγοντες που καθορίζουν την επιλογή μέτρησης

Σε εργαστηριακές συνθήκες, με την παρουσία της αναγκαίας ποικιλίας εξοπλισμού, η επιλογή της μεθόδου διερεύνησης γίνεται ανάλογα με ορισμένα χαρακτηριστικά του τεμαχίου.

1. Η κατά προσέγγιση τιμή της μηχανικής παραμέτρου. Για δομικά χάλυβα και υλικά με μικρή σκληρότητα μέχρι 450-650 HB, χρησιμοποιείται η μέθοδος Brinell. Για τους οργανικούς, κραματοποιημένους χάλυβες και άλλα κράματα - Rockwell. Για καρβίδια - Vickers.
2. Οι διαστάσεις του δοκιμαστικού δείγματος. Ιδιαίτερα μικρές και λεπτές λεπτομέρειες εξετάζονται με τη χρήση ενός δοκιμαστή σκληρότητας Vickers.
3. Το πάχος του μετάλλου στη θέση της μέτρησης, ειδικότερα, ενός στρώματος με τσιμέντο ή νιτρίδι.

Όλες οι απαιτήσεις και οι συμμορφώσεις τεκμηριώνονται από την GOST.

Χαρακτηριστικά της μεθόδου Brinell

Ο έλεγχος της σκληρότητας των μετάλλων και των κραμάτων χρησιμοποιώντας έναν δοκιμαστή σκληρότητας Brinell πραγματοποιείται με τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

1. Ο κατακόρυφος είναι μια μπάλα από κράμα χάλυβα ή κράμα καρβιδίου-βολφραμίου με διάμετρο 1, 2, 2,5, 5 ή 10 mm (επισκέπτης 3722-81).
2. Διάρκεια στατικής εσοχής: 10-15 δευτερόλεπτα για χυτοσίδηρο και χάλυβα, 30 για μη σιδηρούχα κράματα, 60 δευτερόλεπτα επίσης δυνατόν, και σε μερικές περιπτώσεις 120 και 180 δευτερόλεπτα.
3. Οριακή τιμή της μηχανικής παραμέτρου: 450 HB όταν μετριέται με χαλύβδινη σφαίρα. 650 NW όταν χρησιμοποιείτε σκληρό κράμα.
4. Πιθανά φορτία. Με τη βοήθεια των φορτίων που περιλαμβάνονται στο σύνολο, διορθώνεται η πραγματική δύναμη παραμόρφωσης για το δείγμα δοκιμής. Οι ελάχιστες επιτρεπόμενες τιμές τους είναι: 153,2, 187,5, 250 N, Το μέγιστο - 9807, 14710, 29420 N (επισκέπτης 23677-79).

Με τη βοήθεια των τύπων, ανάλογα με τη διάμετρο της επιλεγμένης σφαίρας και του υλικού δοκιμής, είναι δυνατόν να υπολογιστεί η κατάλληλη επιτρεπόμενη δύναμη διάτρησης.

Τύπος κράματος	Μαθηματικός υπολογισμός του φορτίου
Χάλυβας, νικέλιο και κράματα τιτανίου	30D 2
Χυτοσίδηρος	10D 2 , 30D 2
Χαλκός και κράματα χαλκού	5D 2 , 10D 2 , 30D 2
Ελαφρά μέταλλα και κράματα	2.5D2, 5D2, 10D2, 15D2
Μόλυβδος, κασσίτερος	1D 2

Παράδειγμα προσδιορισμού:

400ΗΒ10 / 1500/20, όπου 400ΗΒ είναι η σκληρότητα Brinell. 10 - διάμετρος της σφαίρας, 10 mm. 1500 - στατικό φορτίο, 1500 kgf. 20 - περίοδος εσοχής, 20 δευτ.

Για να προσδιοριστούν τα ακριβή αριθμητικά στοιχεία, είναι λογικό να μελετήσουμε το ίδιο δείγμα σε διάφορα σημεία και το συνολικό αποτέλεσμα προσδιορίζεται με την εύρεση της μέσης τιμής από τα ληφθέντα.

Προσδιορισμός της σκληρότητας του Brinell

Η ερευνητική διαδικασία ακολουθεί την ακόλουθη σειρά:

1. Έλεγχος των λεπτομερειών συμμόρφωσης με τις απαιτήσεις (GOST 9012-59, επισκέπτης 2789).
2. Ελέγξτε τη λειτουργικότητα της συσκευής.
3. Επιλογή της απαραίτητης μπάλας, προσδιορισμός της πιθανής προσπάθειας, εγκατάσταση του φορτίου για το σχηματισμό του, περίοδος εσοχής.
4. Τρέξιμο του δοκιμαστή σκληρότητας και παραμόρφωση του δείγματος.
5. Μέτρηση της διαμέτρου της εσοχής.
6. Ένας εμπειρικός υπολογισμός.

HB = F / A,

Όπου F είναι το φορτίο, kgf ή Η, Το Α είναι η περιοχή της εκτύπωσης, mm ² .

HB = (0,102 * F) / (π * D * h),

Όπου D είναι η διάμετρος της σφαίρας, mm. H - βάθος εκτύπωσης, mm.

Η σκληρότητα των μετάλλων που μετράται με αυτή τη μέθοδο έχει μια εμπειρική σχέση με τον υπολογισμό των παραμέτρων αντοχής. Η μέθοδος είναι ακριβής, ειδικά για τα μαλακά κράματα. Είναι θεμελιώδες σε συστήματα για τον προσδιορισμό των τιμών αυτής της μηχανικής ιδιότητας.

Χαρακτηριστικά της τεχνικής Rockwell

Αυτή η μέθοδος μέτρησης εφευρέθηκε στη δεκαετία του 20 του 20ου αιώνα, πιο αυτοματοποιημένη από την προηγούμενη. Χρησιμοποιείται για σκληρότερα υλικά. Τα κύρια χαρακτηριστικά του (GOST 9013-59, φιλοξενούμενος 23677-79):

1. Παρουσία πρωτογενούς φορτίου 10 kgf.
2. Χρόνος συγκράτησης: 10-60 s.
3. Οριακές τιμές πιθανών δεικτών: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20-70.
4. Ο αριθμός εμφανίζεται στον πίνακα μετρητή σκληρότητας και μπορεί επίσης να υπολογιστεί αριθμητικά.
5. Κλίμακες και αδένες. Υπάρχουν 11 διαφορετικές κλίμακες, ανάλογα με τον τύπο του ελατηρίου και το μέγιστο επιτρεπτό στατικό φορτίο. Τα πιο συνηθισμένα κατά τη χρήση: Α, Β και Γ.

A: άκρη κωνικού διαμαντιού, γωνία στην κορυφή 120˚, συνολική επιτρεπτή δύναμη στατικής επιρροής - 60 κιλά, HRA; Τα λεπτά προϊόντα, κυρίως κυλιόμενα, ερευνούνται.

C: επίσης κώνος με διαμάντια σχεδιασμένο για μέγιστη δύναμη 150 kgf, HRC, κατάλληλο για σκληρά και σκληρυμένα υλικά.

B: μπάλα 1,588 mm από σκληρυμένο χάλυβα ή κράμα σκληρού καρβιδίου-βολφραμίου, φορτίο - 100 kgf, HRB, χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της σκληρότητας των ανόπτητων προϊόντων.

Για τις κλίμακες Rockwell B, F, G. ισχύει και ένα σφαιρικό άκρο (1.588 mm). Υπάρχουν επίσης κλίμακες E, H, K για τις οποίες χρησιμοποιείται μια σφαίρα με διάμετρο 3.175 mm (GOST 9013-59).

Ο αριθμός των δειγμάτων που λαμβάνονται με έναν δοκιμαστή σκληρότητας Rockwell σε μια περιοχή περιορίζεται από το μέγεθος του τμήματος. Επιτρέπεται επαναλαμβανόμενη δοκιμή σε απόσταση 3-4 διαμέτρων από την προηγούμενη θέση παραμόρφωσης. Το πάχος του δοκιμαζόμενου προϊόντος ρυθμίζεται επίσης. Δεν πρέπει να είναι λιγότερο από 10 φορές το βάθος διείσδυσης της άκρης.

Παράδειγμα προσδιορισμού:

50HRC - σκληρότητα Rockwell, μετρημένη με άκρη διαμαντιού, ο αριθμός της είναι 50.

Το ερευνητικό σχέδιο Rockwell

Η μέτρηση της σκληρότητας του μετάλλου είναι απλούστερη απ 'ό, τι για τη μέθοδο Brinell.

1. Εκτίμηση των διαστάσεων και των χαρακτηριστικών της επιφάνειας ενός εξαρτήματος.
2. Ελέγξτε τη λειτουργικότητα της συσκευής.
3. Προσδιορισμός τύπου άκρου και επιτρεπόμενου φορτίου.
4. Εγκατάσταση δείγματος.
5. Εφαρμογή της αρχικής προσπάθειας για το υλικό, η αξία των 10 kgf.
6. Εφαρμογή της πλήρους κατάλληλης προσπάθειας.
7. Ανάγνωση του λαμβανόμενου αριθμού στον επιλογέα κλήσης.

Ένας μαθηματικός υπολογισμός είναι επίσης δυνατός για να προσδιοριστεί με ακρίβεια η μηχανική παράμετρος.

Όταν χρησιμοποιείτε κώνο διαμαντιών με φορτίο 60 ή 150 kgf:

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

Όταν δοκιμάζεται με μια μπάλα κάτω από τη δύναμη των 100 kgf:

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

Όπου h είναι το βάθος διείσδυσης του indenter σε πρωτεύουσα δύναμη 10 kgf. H είναι το βάθος διείσδυσης του indenter σε πλήρες φορτίο. 0.002 - συντελεστής που ρυθμίζει την ποσότητα μετατόπισης του άκρου με μια μεταβολή στον αριθμό σκληρότητας κατά 1 μονάδα.

Η μέθοδος Rockwell είναι απλή, αλλά όχι αρκετά ακριβής. Παράλληλα, επιτρέπει τη μέτρηση μηχανικών ιδιοτήτων για σκληρά μέταλλα και κράματα.

Χαρακτηριστικά της τεχνικής Vickers

Ο προσδιορισμός της σκληρότητας των μετάλλων σε αυτή τη μέθοδο είναι πολύ απλός και ακριβής. Η εργασία του δοκιμαστή σκληρότητας βασίζεται στην τοποθέτηση μιας διαμαντένια πυραμιδικής κορυφής στο δείγμα.

Κύρια χαρακτηριστικά:

1. Indentor: διαμαντένια πυραμίδα με γωνία κορυφής 136 °.
2. Μέγιστο επιτρεπόμενο φορτίο: για κραματοποιημένο σίδηρο και χάλυβα - 5-100 kg. Για κράματα χαλκού - 2,5-50 kgf. Για αλουμίνιο και κράματα που βασίζονται σε αυτό - 1-100 kgf.
3. Στατική περίοδος κράτησης φορτίου: 10 έως 15 s.
4. Υλικά δοκιμής: χάλυβας και μη σιδηρούχα μέταλλα με σκληρότητα άνω των 450-500 HB, συμπεριλαμβανομένων των προϊόντων μετά από χημική-θερμική επεξεργασία.

Παράδειγμα προσδιορισμού:

700HV20 / 15,

Όπου 700HV είναι ο αριθμός σκληρότητας Vickers. 20 - φορτίο, 20 kgf. 15 - περίοδος στατικής δύναμης, 15 s.

Ακολουθία μελετών Vickers

Η διαδικασία είναι εξαιρετικά απλοποιημένη.

1. Έλεγχος του δείγματος και του εξοπλισμού. Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στην επιφάνεια του τμήματος.
2. Η επιλογή της επιτρεπόμενης προσπάθειας.
3. Εγκατάσταση του υλικού δοκιμής.
4. Εκτελέστε τη συσκευή σκληρότητας σε λειτουργία.
5. Ανάγνωση του αποτελέσματος στον επιλογέα.

Ο μαθηματικός υπολογισμός για αυτή τη μέθοδο έχει ως εξής:

HV = 1,8544 * (F / d2),

Όπου F είναι το φορτίο, kgf. D είναι η μέση τιμή των διαγώνιων μηκών της εκτύπωσης, mm.

Σας επιτρέπει να μετράτε την υψηλή σκληρότητα των μετάλλων, των λεπτών και των μικρών μερών, παρέχοντας παράλληλα υψηλή ακρίβεια του αποτελέσματος.

Τρόποι αλλαγής κλίμακας

Καθορίζοντας τη διάμετρο της εκτύπωσης με τη βοήθεια ειδικού εξοπλισμού, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τους πίνακες για να καθορίσετε τη σκληρότητα. Ο πίνακας σκληρότητας των μετάλλων είναι ένας επαληθευμένος βοηθός στον υπολογισμό αυτής της μηχανικής παραμέτρου. Έτσι, εάν γνωρίζετε την αξία του Brinell, μπορείτε εύκολα να προσδιορίσετε τον κατάλληλο αριθμό Vickers ή Rockwell.

Παράδειγμα ορισμένων τιμών αντιστοίχισης:

Η διάμετρος της εκτύπωσης, Μμ	Μέθοδος έρευνας
	Brinell	Rockwell			Vickers
		Α	C	Β
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

Ο πίνακας σκληρότητας των μετάλλων καταρτίζεται βάσει πειραματικών δεδομένων και έχει υψηλή ακρίβεια. Υπάρχουν επίσης γραφικές εξαρτήσεις της σκληρότητας του Brinell επί της περιεκτικότητας σε άνθρακα του κράματος σιδήρου-άνθρακα. Έτσι, σύμφωνα με αυτές τις εξαρτήσεις, για τον χάλυβα με ποσότητα άνθρακα στη σύνθεση του 0,2%, είναι 130 HB.

Απαιτήσεις για το δείγμα

Σύμφωνα με τις απαιτήσεις της GOST, τα μέρη δοκιμής πρέπει να πληρούν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

1. Το τεμάχιο εργασίας πρέπει να είναι επίπεδο, να στέκεται σταθερά πάνω στο τραπέζι του δοκιμαστή σκληρότητας, τα άκρα του να είναι λεία ή προσεκτικά επεξεργασμένα.
2. Η επιφάνεια πρέπει να έχει ελάχιστη τραχύτητα. Θα πρέπει να αλεσθεί και να καθαριστεί, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης χημικών ενώσεων. Ταυτόχρονα, κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μηχανουργικής κατεργασίας, είναι σημαντικό να αποφευχθεί ο σχηματισμός κρύου εργασίας και να αυξηθεί η θερμοκρασία του επεξεργασμένου στρώματος.
3. Το τμήμα πρέπει να αντιστοιχεί στην επιλεγμένη μέθοδο προσδιορισμού της σκληρότητας με τις παραμετρικές ιδιότητες.

Η εκπλήρωση των πρωτογενών απαιτήσεων αποτελεί υποχρεωτική προϋπόθεση για την ακρίβεια των μετρήσεων.

Η σκληρότητα των μετάλλων είναι μια σημαντική θεμελιώδης μηχανική ιδιότητα που καθορίζει μερικά από τα υπόλοιπα μηχανικά και τεχνολογικά χαρακτηριστικά, τα αποτελέσματα προηγούμενων διεργασιών επεξεργασίας, την επίδραση των χρονικών παραγόντων, τις πιθανές συνθήκες λειτουργίας. Η επιλογή των μεθόδων έρευνας εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά προσανατολισμού του δείγματος, τις παραμέτρους του και τη χημική του σύνθεση.