Таблицы твердости металлов по бринеллю и роквеллу

Содержание

Лабораторные работы по курсу

Таблицы твердости металлов по бринеллю и роквеллу

Тульскийгосударственный педагогическийуниверситет

им.Л.Н. Толстого

Кафедра технологии

«Материаловедение»

для студентовфизического факультета и

факультета«Технология, предпринимательство,экономика»

Тула,2002

Лабораторныеработы по курсу «Материаловедение» длястудентов физического факультета ифакультета «Технология предпринимательство,экономика» разработаны проф., к.т.н.Ростовцевым Н.М., проф., д.т.н. СергеевымН.Н., доц., к.т.н. Абрамовой В.И.

ЛАБОРАТОРНАЯРАБОТА №1

Измерение твердости металлов по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу

Цель работы:ознакомиться с методикой определениятвердости металлов по Бринеллю, Роквеллуи Виккерсу

Твердость– это свойство металлов оказыватьсопротивление пластической деформацииили хрупкому разрушению в поверхностномслое при местных контактных воздействияхв определенных условиях испытания. Этаформулировка пригодна для методоввнедрения и для методов царапания.

Разнообразиеметодов измерения твердости и разныйфизический смысл чисел твердостизатрудняет выработку общего определениятвердости как механического свойства.В разных методах и при различных условияхпроведения испытаний числа твердостимогут характеризовать упругие свойства,сопротивление малым или большимпластическим деформациям, сопротивлениематериала разрушению.

Измерениетвердости отличается простотой и высокойпроизводительностью, отсутствиемразрушения образца, возможностью оценкисвойств отдельных структурных составляющихи тонких слоев на малой площади.

Существующиеметоды измерения твердости отличаютсядруг от друга по форме применяемогоиндентора, условиям приложения нагрузкии способу расчета чисел твердости. Выборметода определения твердости зависитот различных факторов: твердости образца(детали), его размеров, толщины слоя,твердость которого надо измерить.

Во всех методахиспытания на твердость очень важноправильно подготовить поверхностныйслой образца. Он должен наиболее полнохарактеризовать материал, твердостькоторого необходимо определить. Всеповерхностные дефекты (окалина, выбоины,вмятины, грубые риски) должны бытьудалены.

Требования к качеству испытуемойповерхности зависят от применяемогоиндентора и величины прилагаемойнагрузки.

Чем меньше глубина вдавливаемостииндентора, тем меньше должна бытьшероховатость поверхности и тем болеестрого нужно следить за тем, чтобысвойства поверхностного слоя неизменялись вследствие наклепа илиразогрева при шлифовании и полировке.

Нагрузка должнаприлагаться по оси вдавливаемогоиндентора перпендикулярно к испытуемойповерхности. Для соблюдения этогоусловия плоскость испытуемой поверхностиобразца должна быть строго параллельнаопорной поверхности.

Приопределении твердости всеми методами(кроме микротвердости) измеряютсопротивление металла внедрению в негоиндентора, усредняющее твердость всехимеющихся структурных составляющих.

Твердость по Бринеллю

Пристандартном (ГОСТ 9012-59) измерениитвердости по Бринеллю стальной шарикдиаметром Dвдавливается в испытуемый образец поднагрузкой Р, приложенной в течениеопределенного времени.

Послеснятия нагрузки измеряют диаметр dоставшегося на поверхности образцаотпечатка (рис.1). В поверхностном слоепод инден-тором идет интенсивнаяпластическая деформация, а диаметротпечатка получается тем меньше, чемвыше сопротивление металла образцадеформации, производимой индентором.Число твердости по Бринеллю (НВ) естьотношение нагрузки Р, действующей нашаровой индентор диаметром Dи площади Fшаровой поверхности отпечатка:

(1)

РазмерностьH/мм2;1H/мм2=1МПа0,1кгс/мм2

Площадьотпечатка определяется по глубиневдавливаемого индентора:

F= Dh (2)

Числотвердости имеет размерность напряжения(кгс/мм2,Н/ мм2),но в соответствии со стандартом оно непишется. При определении твердости НВшариком с D=10ммпод нагрузкой Р=3 000 кгс и времени выдержки=10сек число твердости записывают так: НВ400, НВ 250, НВ 230 и так далее.

При использованиидругих условий испытания индекс НВдополняют цифрами, указывающими диаметриспользованного шарика (мм), нагрузку(кгс) и продолжительность выдержки (с).

Например, НВ 5(750)30=350 – означает: числотвердости по Бринеллю 350, полученноепри выдавливании шарика D=5мм,нагрузкой Р=750кгс в течение =30сек.

Приопределении твердости по Бринеллюиспользуют инденторы с завальцованнымив них шариками следующих диаметров –2,5; 5 или 10 мм. Шарики имеют твердость неменее 850 кгс/мм2.

Спомощью метода Бринелля можно испытыватьметаллы с твердостью от НВ 8 до НВ 450, прибольшой твердости образца шарик инденторапретерпевает остаточную деформацию навеличину, превышающую стандартныйдопуск.

Минимальнаятолщина испытуемого образца должнабыть не меньше 10-кратной глубиныотпечатка. При известной величине НВглубина отпечатка:

,мм

Поверхностьобразца должна быть тщательно отшлифована,чтобы края отпечатка были достаточноотчетливы для измерения его диаметрас требуемой точностью (0,01-0,05 мм). Этиизмерения проводят на инструментальныхмикроскопах или с помощью измерительнойлупы. Величина отпечатка dвесьма велика по сравнению с размерамиотпечатка при других методах определениятвердости, что позволяет получатьдостоверные средние значения НВ по 3-5отпечаткам.

Расстоянияот центра отпечатки до края образцадолжно быть не менее 2,5d,а расстояние между центрами двух соседнихотпечатков – не менее 4d(для металлов НВ 35 соответственно 3dи 6d).

Изформулы (1) следует, что для полученияодинаковых значений одного и того жеобразца при использовании шарика разногодиаметра необходимо постоянствоотношений P/D2и d/D.Это условие геометрического подобияотпечатков при использовании шаровогоиндентора.

На практике такого постоянствадобиться невозможно. Отношение d/Dподдерживается в пределах 0,2-0,6. Дляполучения отпечатков оптимальныхразмеров необходимо правильно подобратьсоотношение между нагрузкой и диаметромшарика.

В зависимости от твердостиматериала величина P/D2должна быть равной 30 (при НВ>130), 10(HB35-130) и 2,5 (НВ

Источник: https://StudFiles.net/preview/2378422/

Сравнение шкал измерения твёрдости

Твёрдость – свойство материала сопротивляться внедрению в него другого, более твёрдого тела – индентора.

Для измерения твёрдости существует несколько шкал (методов измерения), наиболее распространёнными среди которых являются [1]:

  • метод Бринелля (HB) – твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение усилия, приложенного к шарику, к площади отпечатка. Размерность единиц твёрдости по Бринеллю – МПа. Метод не применяется для тонких материалов и материалов с большой твёрдостью;
  • метод Роквелла (HRA, HRB, HRC) – твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания металлического шарика или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Твёрдость вычисляется по формуле [2]: HR = HRmax – (H – h) / 0,002, где HRmax – максимальная твёрдость по Роквеллу (по шкалам A и C составляет 100 единиц, а по шкале B – 130 единиц), (H – h) – разность глубин погружения индентора (в миллиметрах) после снятия основной нагрузки и до её приложения (при предварительном нагружении). Твёрдость, определённая по этому методу, является безразмерной величиной. Метода Роквелла проще в реализации, но обладает меньшей точностью по сравнению с методами Бринелля и Виккерса. Не допускается проверка образцов с толщиной менее десятикратной глубины проникновения наконечника;
  • метод Виккерса (HV) – твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение нагрузки, приложенной к пирамидке, к площади отпечатка. Размерность единиц твёрдости по Виккерсу – МПа. Позволяет определять твёрдость азотированных и цементированных поверхностей, а также тонких листовых материалов [3]:, но обладает пониженной точностью в нижнем диапазоне (для мягких материалов).
Читайте также  Ультразвуковая полировка металла

Результаты измерения твёрдости по методам Роквелла и Виккерса могут быть переведены с помощью таблиц в единицы твёрдости по методу Бринелля (таблица 1) [4]. Зная твёрдость по Бринеллю, можно рассчитать предел прочности и текучести материала, что важно для прикладных инженерных задач [5]:

  • для стали:σв = 3,33 × HB;σт = 1,67 × HB;
  • для алюминиевых сплавов:σв = 3,62 × HB;
  • для медных сплавов:σв = 2,60 × HB;

где σв – предел прочности, МПа; σт – предел текучести, МПа.

Таблица 1 – Перевод результатов измерения твёрдости

Шкала Бринелля, HBШкала Роквелла, HRB (HRC)Шкала Виккерса, HV
100 52,4 100
105 57,5 105
110 60,9 110
115 64,1 115
120 67,0 120
125 69,8 125
130 72,4 130
135 74,7 135
140 76,6 140
145 78,3 145
150 79,9 150
155 81,4 155
160 82,8 160
165 84,2 165
170 85,6 170
175 87,0 175
180 88,3 180
185 89,5 185
190 90,6 190
195 91,7 195
200 92,8 200
205 93,8 205
210 94,8 210
215 95,7 215
220 96,6 220
225 97,5 225
230 98,4 230
235 99,2 235
240 100,0 240
245 (21,2) 245
250 (22,1) 250
255 (23,0) 255
260 (23,9) 260
265 (24,8) 265
270 (25,6) 270
275 (26,4) 275
280 (27,2) 280
285 (28,0) 285
290 (28,8) 290
295 (29,5) 295
300 (30,2) 300
310 (31,6) 310
319 (33,0) 320
328 (34,2) 330
336 (35,3) 340
344 (36,3) 350
352 (37,2) 360
360 (38,1) 370
368 (38,9) 380
376 (39,7) 390
384 (40,5) 400
392 (41,3) 410
400 (42,1) 420
408 (42,9) 430
416 (43,7) 440
425 (44,5) 450
434 (45,3) 460
443 (46,1) 470
(47,5) 490
(48,2) 500
(49,6) 520
(50,8) 540
(52,0) 560
(53,1) 580
(54,2) 600
(55,4) 620
(56,5) 640
(57,5) 660
(58,4) 680
(59,3) 700
(60,2) 720
(61,1) 740
(62,0) 760
(62,8) 780
(63,6) 800
(64,3) 820
(65,1) 840
(65,8) 860
(66,4) 880
(67,0) 900
(69,0) 1114
(72,0) 1220

Перевод значений твёрдости следует использовать лишь в тех случаях, когда невозможно испытать материал при заданных условиях. Полученные переводные числа твёрдости являются лишь приближёнными и могут быть неточными для конкретных случаев. Строго говоря, такое сравнение чисел твёрдости, полученных разными методами и имеющих разную размерность, лишено всякого физического смысла, но, тем не менее, имеет вполне определённую практическую ценность.

Перечень ссылок

Источник: https://eam.su/sravnenie-shkal-izmereniya-tvyordosti.html

Соотношения между числами твердости

Твердостью металла называют его свойство оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии стандартного тела-наконечника на поверхностные слои материала.

Испытание на твердость — основной метод оценки качества термообработки изделия.

Определение твердости по методу Бринелля. Метод основан на том, что в плоскую поверхность под нагрузкой внедряют стальной шарик. Число твердости НВ определяется отношением нагрузки к сферической поверхности отпечатка.

Метод Роквелла (HR) основан на статическом вдавливании в испытываемую поверхность наконечника под определенной нагрузкой. В качестве наконечников для материалов с твердостью до 450 HR используют стальной шарик. В этом случае твердость обозначают как HRB. При использовании алмазного конуса твердость обозначают как HRA или HRC (в зависимости от нагрузки).

Твердость по методу Виккерса (HV) определяют путем статического вдавливания в испытуемую поверхность алмазной четырехгранной пирамиды. При испытании измеряют отпечаток с точностью до 0,001 мм при помощи микроскопа, который является составной частью прибора Виккерса.

Метод Шора. Сущность данного метода состоит в определении твердости материала образца по высоте отскакивания бойка, падающего на поверхность испытуемого тела с определенной высоты. Твердость оценивается в условных единицах, пропорциональных высоте отскакивания бойка.

Числа твердости HRC для некоторых деталей и инструментов

Детали и инструменты Число твердости HRC
Головки откидных болтов, гайки шестигранные, рукоятки зажимные 33…38
Головки шарнирных винтов, концы и головки установочных винтов, оси шарниров, планки прижимные и съемные, головки винтов с внутренними шестигранными отверстиями, палец поводкового патрона 35…40
Шлицы круглых гаек 36…42
Зубчатые колеса, шпонки, прихваты, сухари к станочным пазам 40…45
Пружинные и стопорные кольца, клинья натяжные 45…50
Винты самонарезающие, центры токарные, эксцентрики, опоры грибковые и опорные платики, пальцы установочные, цанги 50…60
Гайки установочные, контргайки, сухари к станочным пазам, эксцентрики круговые, кулачки эксцентриковые, фиксаторы делительных устройств, губки сменные к тискам и патронам, зубчатые колеса 56…60
Рабочие поверхности калибров — пробок и скоб 56…64
Копиры, ролики копирные 58…63
Втулки кондукторные, втулки вращающиеся для расточных борштанг 60…64

Таблица соотношений между числами твердости по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу, Шору

По РоквеллуПо БринеллюПо Виккерсу (HV)По ШоруHRCHRAHRBДиаметр отпечатка HB
65 84,5 2,34 688 940 96
64 83,5 2,37 670 912 94
63 83 2,39 659 867 93
62 82,5 2,42 643 846 92
61 82 2,45 627 818 91
60 81,5 2,47 616
59 81 2,5 601 756 86
58 80,5 2,54 582 704 83
57 80 2,56 573 693
56 79 2,6 555 653 79,5
55 79 2,61 551 644
54 78,5 2,65 534 618 76,5
53 78 2,68 522 594
52 77,5 2,71 510 578
51 76 2,75 495 56 71
50 76 2,76 492 549
49 76 2,81 474 528
48 75 2,85 461 509 65,5
47 74 2,9 444 484 63,5
46 73,5 2,93 435 469
45 73 2,95 429 461 61,5
44 73 3 415 442 59,5
42 72 3,06 398 419
40 71 3,14 378 395 54
38 69 3,24 354 366 50
36 68 3,34 333 342
34 67 3,44 313 319 44
32 67 3,52 298 302
30 66 3,6 285 288 40,5
28 65 3,7 269 271 38,5
26 64 3,8 255 256 36,5
24 63 100 3,9 241 242 34,5
22 62 98 4 229 229 32,5
20 61 97 4,1 217 217 31
18 60 95 4,2 207 206 29,5
59 93 4,26 200 199
58 4,34 193 192 27,5
57 91 4,4 187 186 27
56 89 4,48 180 179 25
Читайте также  Можно ли сварить нержавейку с черным металлом

Источник: http://tekhnar.ru/materialy/tverdost.html

Таблица перевода единиц твердости HRC, HRA, HB, HV

Роквелл Бринелль Виккерс Шор
HRA HRC HB (3000H) Диаметр отпечатка, мм HV HSD
89 72 782 2.20 1220
86.5 70 1076 101
86 69 744 2.25 1004 99
85.5 68 942 97
85 67 713 2.30 894 95
84.5 66 854 92
84 65 683 2.35 820 91
83.5 64 789 88
83 63 652 2.40 763 87
82.5 62 739 85
81.5 61 627 2.45 715 83
81 60 695 81
80.5 59 600 2.50 675 80
80 58 2.55 655 78
79.5 57 578 636 76
79 56 2.60 617 75
78.5 55 555 598 74
78 54 2.65 580 72
77.5 53 532 562 71
77 52 512 2.70 545 69
76.5 51 495 2.75 528 68
76 50 513 67
75.5 49 477 2.80 498 66
74.5 48 460 2.85 485 64
74 47 448 2.89 471 63
73.5 46 437 2.92 458 62
73 45 426 2.96 446 60
72.5 44 415 3.00 435 58
71.5 42 393 3.08 413 56
70.5 40 372 3.16 393 54
38 352 3.25 373 51
36 332 3.34 353 49
34 313 3.44 334 47
32 297 3.53 317 44
30 283 3.61 301 42
28 270 3.69 285 41
26 260 3.76 271 39
24 250 3.83 257 37
22 240 3.91 246 35
20 230 3.99 236 34

Вдавливание алмазного конуса с углом 120° при вершине и замер относительной глубины погружения в исследуемый материал. 

Шкала А — нагрузка 60 кгс,  для карбида вольфрама (ВК)

Шкала С — нагрузка 150 кгс, для твердых сталей HRB>100

Преимущество — простота. Недостаток — низкая точность.

Твердость по Бринеллю

Диаметр отпечатка  металлического шарика в материале.

Недостаток — твердость до 450HB.

Твердость по Виккерсу

Площадь отпечатка от алмазной пирамидки.

Твердость по Шору

Отскок шарика от поверхности в склероскопе (метод отскока). Очень простой и удобный метод.

Определение твердости материала является важной частью технологического процесса изготовления деталей любой сложности.

Различные методы поиска твердости металла связанны в первую очередь с отличием их структуры и формы. Поработать с обычной заготовкой в форме болванки не составит труда, вот для листового материала нужен особый подход, учитывая его небольшую толщину.

Лишь с помощью метода Виккерса удобнее всего искать твёрдость азотированных и цементированных поверхностей.

Расчет ресурса работы металлорежущего инструмента, его долговечность, всегда производится в первую очередь с учетом табличных показателей.

Именно благодаря повышенной твердости (около 71 HRC) твердосплавные сверла и фрезы из сплава ВК8 позволяют обрабатывать сверхтвердые материалы.

Источник: https://sverla.info/articles/perevod-edinits-tverdosti/

Твердость металлов. Таблица твердости металлов

Для того чтобы детали и механизмы служили длительно и надежно, материалы, из которых они изготовлены, должны соответствовать необходимым условиям работы. Именно поэтому важно контролировать допустимые значения их основных механических показателей. К механическим свойствам относятся твердость, прочность, ударная вязкость, пластичность. Твердость металлов — первичная конструкционная характеристика.

Понятие

Твердость металлов и сплавов — это свойство материала создавать сопротивление при проникновении в его поверхностные слои иного тела, которое не деформируется и не разрушается при сопутствующих нагрузках (индентора). Определяют с целью:

  • получения информации о допустимых конструкционных особенностях и о возможностях эксплуатации;
  • анализа состояния под действием времени;
  • контроля результатов температурной обработки.

От этого показателя частично зависят прочность и устойчивость поверхности к старению. Исследуют как исходный материал, так и уже готовые детали.

Варианты исследования

Показателем является величина, которая называется числом твердости. Существуют различные методы измерения твердости металлов. Наиболее точные исследования заключаются в использовании различных видов вычисления, инденторов и соответствующих твердомеров:

  1. Бринелля: суть работы аппарата – вдавливание шарика в исследуемый металл или сплав, вычисление диаметра отпечатка и последующее математическое вычисление механического параметра.
  2. Роквелла: используются шарик или алмазный конусный наконечник. Значение отображается на шкале или определяется расчётно.
  3. Виккерса: наиболее точное измерение твердости металла с применением алмазного пирамидального наконечника.

Для определения параметрических соответствий между показателями разных способов измерения для одного и того же материала существуют специальные формулы и таблицы.

В лабораторных условиях, при наличии необходимого ассортимента оборудования, выбор способа исследования осуществляется в зависимости от определенных характеристик заготовки.

  1. Ориентировочное значение механического параметра. Для конструкционных сталей и материалов с небольшой твердостью до 450-650 НВ применяют метод Бринелля; для инструментальных, легированных сталей и других сплавов – Роквелла; для твердосплавов – Виккерса.
  2. Размеры испытуемого образца. Особо маленькие и тонкие детали обследуются с помощью твердомера Виккерса.
  3. Толщина металла в месте замера, в частности, цементированного или азотированного слоя.

Все требования и соответствия задокументированы ГОСТом.

Особенности методики Бринелля

Испытания на твердость металлов и сплавов с помощью твердомера Бринелля проводятся со следующими особенностями:

  1. Индентор – шарик из легированной стали или из карбидо-вольфрамового сплава диаметром 1, 2, 2,5, 5 или 10 мм (гост 3722-81).
  2. Продолжительность статического вдавливания: для чугуна и стали – 10-15 с., для цветных сплавов – 30, также возможна длительность в 60 с., а в некоторых случаях – 120 и 180 с.
  3. Граничное значение механического параметра: 450 НВ при измерении стальным шариком; 650 НВ при использовании твердосплава.
  4. Возможные нагрузки. С помощью входящих в комплект грузов корректируется фактическая сила деформации на испытуемый образец. Их минимальные допустимые значения: 153,2, 187,5, 250 Н; максимальные – 9807, 14710, 29420 Н (гост 23677-79).

С помощью формул, в зависимости от диаметра выбранного шарика и от испытуемого материала, можно вычислить соответствующее допустимое усилие вдавливания.

Тип сплава

Математическое вычисление нагрузки

Сталь, сплавы никеля и титана

30D2

Чугун

10D2, 30D2

Медь и медные сплавы

5D2, 10D2, 30D2

Легкие металлы и сплавы

2,5D2, 5D2, 10D2, 15D2

Свинец, олово

1D2

Пример обозначения:

Читайте также  Полезные изделия из металла своими руками

400HB10/1500/20, где 400HB – твердость металла по Бринеллю; 10 – диаметр шарика, 10 мм; 1500 – статическая нагрузка, 1500 кгс; 20 – период осуществления вдавливания, 20 с.

Для установления точных цифр рационально исследовать один и тот же образец в нескольких местах, а общий результат определять путем нахождения среднего значения из полученных.

Определение твердости по методу Бринелля

Процесс исследования протекает в следующей последовательности:

  1. Проверка детали на соответствие требованиям (ГОСТ 9012-59, гост 2789).
  2. Проверка исправности аппарата.
  3. Выбор необходимого шарика, определение возможного усилия, установка грузов для его формирования, периода вдавливания.
  4. Запуск твердомера и деформация образца.
  5. Измерение диаметра углубления.
  6. Эмпирическое вычисление.

НВ=F/A,

где F – нагрузка, кгс или Н; A – площадь отпечатка, мм2.

НВ=(0,102*F)/(π*D*h),

где D – диаметр шарика, мм; h – глубина отпечатка, мм.

Твердость металлов, измеренная этим способом, имеет эмпирическую связь с вычислением параметров прочности. Метод точен, особенно для мягких сплавов. Является основополагающим в системах определения значений этого механического свойства.

Особенности методики Роквелла

Этот способ измерения был изобретен в 20-х годах XX века, более автоматизирован, чем предыдущий. Применяется для более твердых материалов. Основные его характеристики (ГОСТ 9013-59; гост 23677-79):

  1. Наличие первичной нагрузки в 10 кгс.
  2. Период выдержки: 10-60 с.
  3. Граничные значения возможных показателей: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20-70.
  4. Число визуализируется на циферблате твердомера, также может рассчитываться арифметически.
  5. Шкалы и инденторы. Известно 11 различных шкал в зависимости от типа индентора и предельно-допустимой статической нагрузки. Наиболее распространённые в использовании: А, В и С.

А: алмазный конусный наконечник, угол при вершине 120˚, общая допустимая сила статического влияния – 60 кгс, HRA; исследуются тонкие изделия, в основном прокат.

С: также алмазный конус, рассчитанный на максимальное усилие 150 кгс, HRC, применим для твердых и закаленных материалов.

В: шарик размером 1,588 мм, изготовленный из закаленной стали или из твердого карбидо-вольфрамового сплава, нагрузка – 100 кгс, HRB, используется для оценки твердости отожжённых изделий.

Шарикообразный наконечник (1,588 мм) применим для шкал Роквелла B, F, G. Также существуют шкалы E, H, K, для которых используется шарик диаметром 3,175 мм (ГОСТ 9013-59).

Количество проб, проделанных с помощью твердомера Роквелла на одной площади, ограничивается размером детали. Допускается повторная проба на расстоянии 3-4 диаметра от предыдущего места деформации. Толщина испытуемого изделия также регламентируется. Она должна быть не меньше увеличенной в 10 раз глубины внедрения наконечника.

Пример обозначения:

50HRC – твердость металла по Роквеллу, измерена с помощью алмазного наконечника, ее число равно 50.

План исследования по методу Роквелла

Измерение твердости металла более упрощено, нежели для способа Бринелля.

  1. Оценка размеров и характеристик поверхности детали.
  2. Проверка исправности аппарата.
  3. Определение типа наконечника и допустимой нагрузки.
  4. Установка образца.
  5. Осуществление первичного усилия на материал, величиной в 10 кгс.
  6. Осуществление полного соответствующего усилия.
  7. Чтение полученного числа на шкале циферблата.

Также возможен математический расчет с целью точного определения механического параметра.

При условии использования алмазного конуса с нагрузкой 60 или 150 кгс:

HR=100-((H-h)/0,002;

при совершении испытания с помощью шарика под усилием 100 кгс:

HR=130-((H-h)/0,002,

где h – глубина внедрения индентора при первичном усилии 10 кгс; H – глубина внедрения индентора при полной нагрузке; 0,002 – коэффициент, регламентирующий величину перемещения наконечника при изменении числа твердости на 1 единицу.

Метод Роквелла является простым, но недостаточно точным. В то же время он позволяет измерять показатели механического свойства для твердых металлов и сплавов.

Характеристики методики Виккерса

Определение твердости металлов по данному способу наиболее просто и точно. Работа твердомера основана на вдавливании в образец алмазного пирамидального наконечника.

Основные особенности:

  1. Индентор: алмазная пирамида с углом при вершине 136°.
  2. Предельно допустимая нагрузка: для легированного чугуна и стали — 5-100 кгс; для медных сплавов — 2,5-50 кгс; для алюминия и сплавов на его основе — 1-100 кгс.
  3. Период выдержки статической нагрузки: от 10 до 15 с.
  4. Испытуемые материалы: сталь и цветные металлы с твердостью более 450-500 НВ, в том числе изделия после химико-термической обработки.

Пример обозначения:

700HV20/15,

где 700HV – число твердости по Виккерсу; 20 – нагрузка, 20 кгс; 15 – период статического усилия, 15 с.

Последовательность исследования Виккерса

Порядок действий предельно упрощен.

  1. Проверка образца и аппаратуры. Особое внимание уделяется поверхности детали.
  2. Выбор допустимого усилия.
  3. Установка испытуемого материала.
  4. Запуск твердомера в работу.
  5. Чтение результата на циферблате.

Математический расчет по этому способу выглядит следующим образом:

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

где F – нагрузка, кгс; d – среднее значение длин диагоналей отпечатка, мм.

Он позволяет измерять высокую твердость металлов, тонких и небольших деталей, при этом предоставляя высокую точность результата.

Способы перехода между шкалами

Определив диаметр отпечатка с помощью специального оборудования, можно с помощью таблиц определить твердость. Таблица твердости металлов – проверенный помощник в вычислении данного механического параметра. Так, если известно значение по Бринеллю, можно легко определить соответствующее число Виккерса или Роквелла.

Пример некоторых значений соответствия:

Диаметр отпечатка,

мм

Метод исследования

Бринелля

Роквелла

Виккерса

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

Таблица твердости металлов составлена на основе экспериментальных данных и имеет высокую точность. Также существуют графические зависимости твердости по Бринеллю от содержания углерода в железоуглеродистом сплаве. Так, в соответствии с такими зависимостями, для стали с количеством карбона в составе равному 0,2% она составляет 130 НВ.

Требования к образцу

В соответствии с требованиями ГОСТов, испытуемые детали должны соответствовать следующим характеристикам:

  1. Заготовка должна быть ровная, твердо лежать на столе твердомера, ее края должны быть гладкими или тщательно обработаны.
  2. Поверхность должна иметь минимальную шероховатость. Должна быть отшлифована и очищена, в том числе с помощью химических составов. Одновременно, во время процессов механической обработки, важно предупредить образование наклепа и повышения температуры обрабатываемого слоя.
  3. Деталь должна соответствовать выбранному методу определения твердости по параметрическим свойствам.

Выполнение первичных требований – обязательное условие точности измерений.

Твердость металлов — важное основополагающее механическое свойство, определяющее их некоторые остальные механические и технологические особенности, результаты предыдущих процессов обработки, влияние временных факторов, возможные условия эксплуатации. Выбор методики исследования зависит от ориентировочных характеристик образца, его параметров и химического состава.

Источник: http://fb.ru/article/269317/tverdost-metallov-tablitsa-tverdosti-metallov

Понравилась статья? Поделить с друзьями: