Da bi dijelovi i mehanizmi služili dugo i pouzdano, materijali od kojih su izrađeni moraju ispunjavati potrebne uslove rada. Zato je važno kontrolirati dopuštene vrijednosti njihovih glavnih mehaničkih parametara. Mehanička svojstva uključuju tvrdoću, čvrstoću, udarnu čvrstoću, duktilnost. Tvrdoća metala je primarna strukturna karakteristika.
Concept
Tvrdoća metala i legura je svojstvo materijala da stvara otpor kada drugo tijelo prodre u njegove površinske slojeve, koje se ne deformiše i ne urušava pod pratećim opterećenjima (indenter). Definisano sa svrhom:
- dobivanje informacija o prihvatljivim karakteristikama dizajna i operativnim mogućnostima;
- analiza stanja pod uticajem vremena;
- praćenje rezultata termičke obrade.
Jačina i otpornost površine na starenje djelimično zavise od ovog pokazatelja. Istražite kao originalmaterijal i gotovi dijelovi.
Opcije istraživanja
Indikator je vrijednost koja se zove broj tvrdoće. Postoje različite metode za mjerenje tvrdoće metala. Najpreciznije istraživanje je korištenje različitih tipova proračuna, indentera i odgovarajućih testera tvrdoće:
- Brinell: suština aparata je utiskivanje lopte u metal ili leguru koja se proučava, izračunavanje prečnika otiska i zatim matematički izračunavanje mehaničkog parametra.
- Rockwell: Koristi se kugla ili dijamantski konus. Vrijednost je prikazana na skali ili izračunata.
- Vickers: Najpreciznije mjerenje tvrdoće metala pomoću dijamantskog piramidalnog vrha.
Postoje posebne formule i tabele za određivanje parametarske korespondencije između indikatora različitih metoda mjerenja za isti materijal.
Faktori koji određuju opciju mjerenja
U laboratorijskim uslovima, uz neophodan asortiman opreme, izbor metode istraživanja vrši se u zavisnosti od određenih karakteristika radnog komada.
- Indikativna vrijednost mehaničkog parametra. Za konstrukcijske čelike i materijale niske tvrdoće do 450-650 HB koristi se Brinellova metoda; za alat, legirane čelike i druge legure - Rockwell; za tvrde legure - Vickers.
- Dimenzije probnog uzorka. Posebno mali i osjetljivi dijelovi se ispituju sakoristeći Vickers tester tvrdoće.
- Debljina metala na mernoj tački, posebno naugljeničnog ili nitrizovanog sloja.
Svi zahtjevi i usklađenosti su dokumentirani od strane GOST-a.
Karakteristike Brinellove tehnike
Ispitivanje tvrdoće metala i legura pomoću Brinellove tvrdoće se vrši sa sljedećim karakteristikama:
- Indenter - lopta napravljena od legiranog čelika ili legure volfram karbida prečnika 1, 2, 2, 5, 5 ili 10 mm (GOST 3722-81).
- Trajanje statičkog udubljenja: za liveno gvožđe i čelik - 10-15 s, za obojene legure - 30, moguće je i trajanje od 60 s, au nekim slučajevima - 120 i 180 s.
- Granička vrijednost mehaničkog parametra: 450 HB kada se mjeri čeličnom kuglom; 650 HB kada se koristi karbid.
- Moguća opterećenja. Koristeći utege uključene u komplet, koriguje se stvarna sila deformacije na ispitnom uzorku. Njihove minimalne dozvoljene vrijednosti: 153, 2, 187, 5, 250 N; maksimalno - 9807, 14710, 29420 N (GOST 23677-79).
Upotrebom formula, u zavisnosti od prečnika odabrane lopte i materijala koji se testira, može se izračunati odgovarajuća dozvoljena sila udubljenja.
| Vrsta legure | Matematički proračun opterećenja |
| Čelik, legure nikla i titanijuma | 30D2 |
| Ljevano željezo | 10D2, 30D2 |
| Bakar i legure bakra | 5D2, 10D2, 30D2 |
| Laki metali i legure | 2, 5D2, 5D2, 10D2, 15D 2 |
| Olovo, kalaj | 1D2 |
Primjer notacije:
400HB10/1500/20, gdje je 400HB tvrdoća metala po Brinellu; 10 – prečnik kugle 10 mm; 1500 - statičko opterećenje, 1500 kgf; 20 - period uvlačenja, 20 s.
Za utvrđivanje tačnih brojeva, racionalno je ispitati isti uzorak na više mjesta, a ukupni rezultat odrediti pronalaženjem prosjeka dobijenih.
Brinell test tvrdoće
Proces istraživanja se odvija u sljedećem nizu:
- Provera usklađenosti dela sa zahtevima (GOST 9012-59, GOST 2789).
- Provjera ispravnosti uređaja.
- Odabir potrebne lopte, određivanje moguće sile, postavljanje težine za njeno formiranje, period uvlačenja.
- Pokretanje testera tvrdoće i deformacija uzorka.
- Mjerenje prečnika udubljenja.
- Empirijski proračun.
NV=F/A, gde je F opterećenje, kgf ili N; A – površina otiska, mm2.
NV=(0, 102F)/(πDh), gde je D – prečnik kugle, mm; h – dubina otiska, mm.
Tvrdoća metala mjerena ovom metodom ima empirijski odnos saproračun parametara čvrstoće. Metoda je precizna, posebno za meke legure. To je fundamentalno u sistemima za određivanje vrijednosti ove mehaničke osobine.
Karakteristike Rockwell tehnike
Ova metoda mjerenja je izmišljena 20-ih godina XX vijeka, automatiziranija od prethodne. Koristi se za tvrđe materijale. Njegove glavne karakteristike (GOST 9013-59; GOST 23677-79):
- Prisustvo primarnog opterećenja od 10 kgf.
- Period zadržavanja: 10-60 s.
- Granične vrijednosti mogućih indikatora: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20-70.
- Broj je vizualizovan na brojčaniku merača tvrdoće, može se izračunati i aritmetički.
- Vage i indenteri. Postoji 11 različitih skala, ovisno o vrsti indentera i maksimalnom dopuštenom statičkom opterećenju. Najčešće korišteni: A, B i C.
A: Dijamantski konusni vrh, ugao tačke od 120˚, ukupna statička sila 60kgf, HRA; istražuju se tanki proizvodi, uglavnom valjani proizvodi.
C: takođe 150kgf HRC dijamantski konus, pogodan za tvrde i očvrsne materijale.
B: kugla od 1.588 mm od kaljenog čelika ili tvrdog volfram karbida, opterećenje 100 kgf, HRB, koristi se za procjenu tvrdoće žarenih proizvoda.
Vrh u obliku kugle (1.588 mm) je primenljiv za Rockwell skale B, F, G. Postoje i skale E, H, K, za koje je lopta prečnika 3.175 mm (GOST 9013-59) se koristi.
Broj uzoraka,napravljen sa Rockwell testerom tvrdoće u jednom području ograničen je veličinom dijela. Drugi test je dozvoljen na udaljenosti od 3-4 promjera od prethodnog mjesta deformacije. Debljina proizvoda koji se testira je također regulirana. Ne bi trebao biti manji od 10 puta dubina prodiranja vrha.
Primjer notacije:
50HRC - Rockwell tvrdoća metala, mjerena dijamantskim vrhom, njen broj je 50.
Rockwell studijski plan
Mjerenje tvrdoće metala je jednostavnije nego kod Brinellove metode.
- Procjena dimenzija i površinskih karakteristika dijela.
- Provjera ispravnosti uređaja.
- Odredite vrstu vrha i nosivost.
- Postavljanje uzorka.
- Primjena primarne sile na materijal, vrijednost 10 kgf.
- Učiniti pun i odgovarajući napor.
- Očitavanje primljenog broja na skali brojčanika.
Matematički proračun je također moguć za precizno određivanje mehaničkog parametra.
Kada koristite dijamantski konus sa opterećenjem od 60 ili 150 kgf:
HR=100-((H-h)/0, 002;
pri testiranju s loptom pod silom od 100 kgf:
HR=130-((H-h)/0, 002, gdje je h dubina prodiranja indentera pri primarnoj sili od 10 kgf; H je dubina prodiranja indentera pri punom opterećenju; 0,002 je koeficijent koji reguliše količinu pomicanja vrha kada se broj tvrdoće promijeni za 1 jedinicu.
Rockwellova metoda je jednostavna, ali nije dovoljno precizna. U isto vrijeme, može mjeriti mehanička svojstva tvrdih metala i legura.
Karakteristike Vickersove tehnike
Određivanje tvrdoće metala ovom metodom je najjednostavniji i najprecizniji. Rad testera tvrdoće zasniva se na uvlačenju dijamantskog piramidalnog vrha u uzorak.
Glavne karakteristike:
- Indenter: dijamantska piramida vrha 136°.
- Maksimalno dozvoljeno opterećenje: za legirano liveno gvožđe i čelik - 5-100 kgf; za legure bakra - 2,5-50 kgf; za aluminijum i legure na njegovoj bazi - 1-100 kgf.
- Period zadržavanja statičkog opterećenja: 10 do 15 s.
- Testirani materijali: čelik i obojeni metali sa tvrdoćom većom od 450-500 HB, uključujući proizvode nakon hemijske termičke obrade.
Primjer notacije:
700HV20/15, gdje je 700HV broj tvrdoće po Vickersu; 20 - opterećenje, 20 kgf; 15 - period statičkog napora, 15 s.
Vickers studijska sekvenca
Procedura je izuzetno pojednostavljena.
- Provjerite uzorak i instrumentaciju. Posebna pažnja se poklanja površini dijela.
- Odabir dozvoljenog napora.
- Instaliranje probnog materijala.
- Pokretanje testera tvrdoće u rad.
- Pročitajte rezultat na brojčaniku.
Matematički proračun ovom metodom je sljedeći:
HV=1, 8544(F/d2), gdje je F opterećenje,kgf; d je prosječna vrijednost dužina dijagonala otiska, mm.
Omogućava vam mjerenje tvrdoće metala, tankih i sitnih dijelova, istovremeno pružajući visoku preciznost rezultata.
Metode prelaska između skala
Kada ste odredili prečnik otiska pomoću posebne opreme, možete koristiti tabele za određivanje tvrdoće. Tablica tvrdoće metala je dokazani pomoćnik u proračunu ovog mehaničkog parametra. Dakle, ako je Brinellova vrijednost poznata, odgovarajući Vickers ili Rockwell broj se može lako odrediti.
Primjer nekih podudarnih vrijednosti:
| Prečnik štampe, mm | Metoda istraživanja | ||||
| Brinell | Rockwell | Vickers | |||
| 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 |
Tabela tvrdoće metala je sastavljena na osnovu eksperimentalnih podataka i ima visoku tačnost. Postoje i grafičke ovisnosti Brinellove tvrdoće od sadržaja ugljika u leguri željezo-ugljik. Dakle, u skladu sa takvim zavisnostima, za čelik sa količinom ugljika u sastavu od 0,2%, to je 130 HB.
Zahtjevi za uzorke
U skladu sa zahtjevima GOST-a, testirani dijelovi moraju ispunjavati sljedeće karakteristike:
- Obradak mora biti ravan, ležati čvrsto na stolu merača tvrdoće, njegove ivice moraju biti glatke ili pažljivo obrađene.
- Površina treba da ima minimalnu hrapavost. Mora se brusiti i čistiti, uključujući i uz pomoć hemijskih jedinjenja. Istovremeno, tokom procesa obrade važno je spriječiti stvaranje radnog otvrdnjavanja i povećanje temperature obrađenog sloja.
- Dio mora odgovarati odabranoj metodi za određivanje tvrdoće parametarskim svojstvima.
Ispunjavanje primarnih zahtjeva je preduslov za tačna mjerenja.
Tvrdoća metala je važno fundamentalno mehaničko svojstvo koje određuje neke njihove druge mehaničke i tehnološke karakteristike, rezultate prethodnih procesa obrade, uticaj vremenskih faktora i moguće uslove rada. Izbor metodologije istraživanja zavisi od približnih karakteristika uzorka, njegovihparametri i hemijski sastav.
