Методы определения твердости материалов Фаюстов Анатолий Афанасьевич доцент

Методы определения твердости материалов Фаюстов Анатолий Афанасьевич доцент кафедры управления инновациями в реальном секторе экономики Москва - 2012

Методы определения твердости По Бринеллю – по диаметру отпечатка шарика; По Роквеллу – по глубине вдавливания алмазного конуса или закаленного шарика; По Виккерсу – для деталей малой толщины или тонких поверхностных слоев твердость определяют по диагонали отпечатка алмазной пирамиды. 2

Схемы определения твердости а) по Бринеллю б) по Роквеллу в) по Виккерсу 3

Измерение твердости по Бринеллю (ГОСТ 9012 -59 в ред. 1993 г. ) Сущность метода заключается в том, что шарик (стальной или из твердого сплава) определенного диаметра под действием усилия, приложенного перпендикулярно поверхности образца, в течение определенного времени вдавливается в испытуемый металл (рис. а). Величину твердости по Бринеллю определяют исходя из измерений диаметра отпечатка после снятия усилия. При измерении твердости по Бринеллю применяются шарики (стальные или из твердого сплава) диаметром 1, 0; 2, 5; 5, 0; 10, 0 мм. При твердости металлов менее 450 единиц для измерения твердости применяют стальные шарики или шарики из твердого сплава. При твердости металлов более 450 единиц - шарики из твердого сплава. Величина твердости материала определяется в условных единицах (единицах твердости по Бринеллю). 4

Расчет величины твердости по Бринеллю (HB) где: НВ – твердость по Бринеллю применении стального шарика; (HBW твердость по Бринеллю применении шарика из твердого сплава), МПа (кгс); F – усилие, действующее на шарик, Н (кгс); А – площадь поверхности сферического отпечатка, мм 2; D – диаметр шарика, мм; d – диаметр отпечатка, мм. 5

Измерение твердости по Роквеллу (ГОСТ 9013 -59 в ред. 1991 г. ) Измерение твердости на приборе Роквелла производится путем вдавливания в испытываемый материал стального закаленного шарика диаметром 1, 588 мм или алмазного наконечника с углом при вершине 1200 (рис. б). Шарик и конус вдавливают в испытываемый образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок – предварительной (F 0) и основной (F 1). Общая нагрузка будет равна сумме предварительной и основной нагрузок : F = F 0 + F 1. Предварительная нагрузка F 0 во всех случаях равна 100 Н (10 кгс). 6

Выбор нагрузки и наконечника для измерения твердости по Роквеллу Обозначение Шкала твердости по Индентор Роквеллу А B C Нагрузка, кгс Допустимые пределы измерения твердости F 0 F 1 F HRA Алмазный конус с углом 1200 10 50 60 70 - 85 HRB Стальной закаленный шарик диаметром 1, 588 мм 10 90 100 25 - 100 HRC Алмазный конус с углом 1200 10 140 150 20 -67 7

Определение твердости по Роквеллу Число твердости по Роквеллу определяется по формулам: а) при измерении по шкалам А и С: где e – остаточная глубина проникновения наконечника (индентора) б) при измерении по шкале В: Величина твердости по Роквеллу определяется в условных единицах (числах твердости). 8

Измерение твердости по Виккерсу (ГОСТ 2999 -75) Измерение твердости основано на вдавливании алмазного наконечника в форме правильной четырехгранной пирамиды в образец (изделие) под действием нагрузки F, приложенной в течение определенного времени, и измерении диагоналей отпечатка d 1, d 2, оставшихся на поверхности образца после снятия нагрузки (рис. в). Продолжительность выдержки под нагрузкой должна составлять 10 -15 с. При измерении твердости алмазной пирамидой применяются следующие нагрузки: 1; 2; 2, 5; 3; 5; 10; 20; 30; 100 кгс. 9

Расчет величины твердости по Виккерсу (HV) • Твердость по Виккерсу (HV) вычисляют по формуле: где F – нагрузка, Н 10

Расчет величины твердости по Виккерсу (HV) где F – нагрузка, кгс; α – угол между противоположными гранями пирамиды при вершине, равный 1360 ; d – среднее арифметическое значение длин обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки, мм. Величина твердости по Виккерсу также определяется в условных единицах (числах 11 твердости).

Примеры обозначения твердости по Виккерсу Твердость по Виккерсу при условиях испытания F = 30 кгс и времени выдержки под нагрузкой 10 -15 с – обозначается цифрами, характеризующими величину твердости, и буквами HV. При других условиях испытания после букв HV указывается нагрузка и время выдержки. Примеры обозначения: 500 HV – твердость по Виккерсу, полученная при нагрузке F = 30 кгс и времени выдержки 10 -15 с; 220 HV 10/40 – твердость по Виккерсу, полученная при нагрузке F = 10 кгс (98, 07 Н) и времени выдержки 40 с. 12

Сравнение чисел твердости при измерении в различных шкалах 13