Твердость металлических материалов

Твердость металлических материалов означает способность материала сопротивляться местной деформации, в частности пластической деформации, вмятинам или царапинам. Это показатель мягкости или твердости материала.

Твердость делится на три типа в зависимости от методов испытаний.

Твердость к царапинам: в основном используется для сравнения твердости различных минералов. Метод предполагает использование стержня, один конец которого твердый, а другой мягкий, а затем проводят стержень по испытуемому материалу. Место появления царапин определяет твердость материала. Качественно более твердый предмет оставляет более длинную царапину, а более мягкий — более короткую.

Твердость отпечатка: в основном используется для металлических материалов. Этот метод предполагает приложение определенной нагрузки для вдавливания определенного индентора в испытуемый материал. Твердость материала определяется степенью локальной пластической деформации на поверхности. Из-за различий в инденторе, нагрузке и продолжительности нагрузки существует несколько типов испытаний на твердость при вдавливании, включая, среди прочего, твердость по Бринеллю, твердость по Роквеллу, твердость по Виккерсу и микротвердость.

Твердость отскока: в основном используется для металлических материалов. Метод заключается в том, что специально разработанный молоток свободно падает с определенной высоты и ударяет по образцу испытуемого материала. Твердость материала определяется количеством энергии деформации, которую образец поглощает (а затем высвобождает) во время удара, которая измеряется высотой, на которую отскакивает молоток.

Наиболее распространенные испытания на твердость металлических материалов — твердость по Бринеллю, твердость по Роквеллу и твердость по Виккерсу — подпадают под категорию твердости при вдавливании. Значение твердости представляет собой способность материала сопротивляться пластической деформации при вдавливании в его поверхность другого объекта. Испытания на твердость на отбой (Шор, Либ) измеряют твердость на основе степени упругой деформации металла, при этом значение твердости указывает на способность материала к упругой деформации.

Твердость по Бринеллю

Индентор диаметромDшарик из закаленной стали или твердого сплава прижимается к поверхности образца с соответствующим испытательным усилиемF. По истечении указанного времени выдержки испытательное усилие снимают, оставляя углубление диаметромd. Значение твердости по Бринеллю рассчитывается путем деления испытательной силы на площадь поверхности отпечатка. Полученное значение представляет собой твердость по Бринеллю, обозначаемую какОБДилиHBW.

HРазница междуОБДиHBWзависит от типа используемого индентора.ОБДотносится к испытанию с использованием закаленного стального шарика в качестве индентора, обычно используемому для измерения значений твердости по Бринеллю в материалах с твердостью ниже 450, таких как мягкие стали, серый чугун и цветные металлы.HBWС другой стороны, в качестве индентора используется твердосплавный шарик, который используется для измерения значений твердости по Бринеллю в материалах с твердостью ниже 650.

Для одного и того же образца и в идентичных условиях испытания результаты двух методов будут различаться.HBWзначения часто превышаютОБДценности. Однако между ними нет четкой количественной зависимости.

С 2003 года Китай принял международный стандарт и заменил использование шариков из закаленной стали карбидными шариками для определения твердости по Бринеллю. Как результат,ОБДбольше не используется иHBWстало стандартным обозначением твердости по Бринеллю. Во многих случаяхполупансиониспользуется отдельно для обозначения твердости по Бринеллю, которая обычно относится кHBW. Однако,ОБДвсе еще можно увидеть в некоторой литературе и научных статьях.

Тест на твердость по Бринеллю подходит для таких материалов, как чугун, цветные сплавы и различные отожженные или отпущенные стали. Он не подходит для испытаний слишком твердых, слишком маленьких или слишком тонких материалов, а также образцов, поверхность которых не выдерживает больших вмятин.

Твердость по Роквеллу

В этом методе в качестве индентора используется алмазный конус с углом при вершине 120 градусов или шарик из закаленной стали в сочетании с определенной конфигурацией нагрузки. Испытание начинают с начальной нагрузки 10 кгс, после чего следует приложение общей нагрузки (которая представляет собой сумму начальной и основной нагрузки) 60, 100 или 150 кгс. Под действием этих нагрузок индентор последовательно впрессовывается в образец. После приложения общей нагрузки твердость определяется разницей глубины вдавливания между глубиной под первоначальной нагрузкой и глубиной под общей нагрузкой после снятия основной нагрузки при сохранении первоначальной нагрузки.

Этот метод обычно используется вТвердость по Роквеллутестирование. Глубина вдавливания при начальной нагрузке и суммарной нагрузке используется для расчета значения твердости, которая отражает устойчивость материала к вдавливанию при обеих нагрузках.

При испытании на твердость по Роквеллу используются три различных испытательных усилия и три типа инденторов, что дает девять возможных комбинаций, каждая из которых соответствует одной из девяти шкал твердости по Роквеллу. Эти девять шкал охватывают почти все обычно используемые металлические материалы. Наиболее часто используемые шкалы:HRA, ХРБ, иСПЧ, сСПЧявляющийся наиболее широко применяемым.

Общая стандартная таблица для определения твердости по Роквеллу

шкала HRCобычно используется для значений твердости от 20 до 70 HRC. Когда значение твердости ниже 20 HRC, чувствительность теста снижается, поскольку конический кончик индентора слишком глубоко проникает в материал. В этом случаешкала HRBВместо этого следует использовать его, поскольку он больше подходит для более мягких материалов.

Когда твердость образца превышает 67 HRC, давление на кончике индентора становится слишком высоким, что может повредить алмаз и значительно сократить срок службы индентора. Поэтому обычно рекомендуется перейти нашкала HRAдля материалов твердостью более 67HRC.

Твердость по Роквеллу проста в эксплуатации, работает быстро и дает небольшие вмятины, что делает его пригодным для проверки поверхностей готового изделия, а также более твердых и тонких заготовок. Из-за небольшого отпечатка значение твердости может колебаться более существенно для материалов с неравномерной микроструктурой или твердостью, что приводит к более низкой точности по сравнению с испытанием на твердость по Бринеллю. Тест на твердость по Роквеллу обычно используется для измерения твердости сталей, цветных металлов, карбидных материалов и других сплавов.

Твердость по Виккерсу

Принцип измерения твердости по Виккерсу аналогичен принципу измерения твердости по Бринеллю. Используется алмазный пирамидальный индентор с углом наклона 136 градусов и указанным испытательным усилием.Fнаносится на поверхность материала. После выдерживания нагрузки в течение заданного периода испытательную силу снимают. Значение твердости определяется средним давлением, оказываемым на единицу площади отпечатка пирамиды с квадратным основанием, а значение твердости обозначается символомВН.

Твердость по Виккерсу имеет широкий диапазон измерений и позволяет измерять материалы со значениями твердости отот 10 до 1000 ВН. Отпечаток небольшой, что делает его особенно подходящим для измерения более тонких материалов и слоев с поверхностной закалкой, таких как науглероженные или азотированные поверхности.

Либ Твердость

При испытании на твердость по Либу ударное тело с шариковым индентором из карбида вольфрама ударяет по поверхности образца с определенной силой, вызывая его отскок. Из-за различной твердости материала скорость отскока различается. Ударное устройство оснащено постоянным магнитом, и при движении ударного тела вверх и вниз окружающая катушка генерирует электромагнитный сигнал, пропорциональный скорости отскока. Затем этот сигнал преобразуется в значение твердости по Либу с помощью электронной схемы, и это значение обозначается символомХЛ.

Для твердомера Leeb не требуется верстак; Его датчик твердости размером с ручку, и им можно управлять непосредственно вручную. Это позволяет без труда испытывать большие, тяжелые детали или образцы сложной геометрической формы.

Еще одним преимуществом твердомера Leeb является то, что он вызывает минимальное повреждение поверхности изделия, а в некоторых случаях его можно использовать длянеразрушающий контроль. Он особенно уникален для измерения твердости в различных направлениях, узких пространствах и специализированных областях, где применение других методов может оказаться затруднительным.