Определение твёрдости металлов по Виккерсу

При испытании на твёрдость по методу Виккерса в поверхность ма-териала вдавливается алмазная четырёхгранная пирамида с углом при вершине a=136° (см. рисунок 3.1б). После снятия нагрузки вдавливания измеряются диагонали отпечатка d ₁и d ₂ и определяется среднее арифметическое значение d. Число твёрдости по Виккерсу HV подсчитывается как отношение нагрузки Р к площади поверхности пирамидального отпечатка М:

.

 

Число твёрдости по Виккерсу обозначается символом HV с указанием нагрузки Р и времени выдержки под нагрузкой, причём размерность числа твёрдости (кГс/мм²) не ставится. Продолжительность выдержки индентора под нагрузкой принимают для сталей 10–15 с, а для цветных металлов – 30 с. Например, 450 HV_10/15 означает, что число твёрдости по Виккерсу 450 получено при Р =10 кГс (98,1 Н), приложенной к алмазной пирамиде в течение 15 с. Методом Виккерса можно испытывать материалы очень высокой твёрдости, а также тонкие ленты, полосы, фольгу и прочные слои на поверхности металлов, например, после азотирования.

Определение твёрдости металлов по Роквеллу

Измерение твёрдости по методу Роквелла производят на приборах типа ТК. Твёрдость металла определяется путём вдавливания в его поверхность алмазного конуса с углом при вершине 120 °С или стального шарика диаметром 1,588 мм. Однако, согласно этому методу, за условную меру твёрдости принимается глубина отпечатка. Схема испытания по методу Роквелла показана на рисунке 5.1в. Для испытания изделий, имеющих твёрдость HRC 20–50, допускается применение конуса из твёрдого сплава. Прибор Роквелла в зависимости от прилагаемой нагрузки в 588,6, 981 или 1471,5 Н имеет соответственно шкалы А, В, С. При работе с твердомером ТК соблюдают такую последовательность операций.

Подготовка образцов к испытанию

Испытываемая поверхность образца должна быть параллельна опорной поверхности, не иметь царапин и забоин. С этой целью испытываемую и опорную поверхности образца обрабатывают наждачной бумагой или мелкозернистым шлифовальным кругом, не допуская нагревания образца более чем до 120–150 °С. После установки образца на приборе он не должен сдвигаться, качаться или деформироваться.

Минимальная толщина испытываемого образца в зависимости от его твёрдости составляет 0,7–2,0 мм при испытании по шкале В и 0,7–1,5 мм – по шкале С.

Определение параметров испытаний

В соответствии с установленным пределом измерения для каждой шкалы (см. таблицу 3.2) следует выбрать вид наконечника и общую нагрузку.

Т а б л и ц а 3.2 – Выбор параметров испытаний на твердомере ТК

Шкалой В пользуются при измерении твёрдости мягких металлов (сырых, незакалённых сталей, цветных металлов и их сплавов); шкалой С – при измерении твёрдости закалённых сталей; шкалой А – при измерении твёрдости изделий с твёрдым поверхностным слоем, полученным в результате химико-термической обработки (цементации, цианирования и др.), а также твёрдых сплавов.

Подготовка прибора ТК к испытаниям

В соответствии с выбранной шкалой устанавливают в шпинделе индентор и закрепляют его с помощью винта. С помощью сменных грузов устанавливают необходимую величину основной нагрузки. В зависимости от формы испытываемого образца выбирают и устанавливают сменный предметный столик.

Измерение твёрдости

Образец помещают на столик прибора и вращением маховичка поднимают до соприкосновения с вдавливаемым наконечником до тех пор, пока малая стрелка шкалы индикатора не совместится с красной точкой на циферблате.

При этом пружина прибора обеспечит предварительную нагрузку Р_о =98,1Н. Затем циферблат поворачивают за накатной ободок индикатора до совмещения с нулевым делением шкалы С или, что то же самое, с цифрой 30 красной шкалы В.

Включив двигатель, прикладывают основную нагрузку Р ₁, которая затем автоматически снимается. Величина твёрдости определяется показаниями большой стрелки индикатора. При вдавливании алмазного конуса отсчёт производят по чёрной, а при вдавливании шарикового наконечника – по красной шкале. Для измерения твёрдости более тонких образцов, а также упрочнённых тонких поверхностных слоёв используют метод супер-Роквелла, отличающийся меньшими нагрузками: Р_о =29,4 Н, Р =147,2; 294,3 и 441,5Н.

Выполнение работы

Методы определения твердости металла в зависимости от скорости нагружения образца при испытаниях разделяют:

– на динамические:

а) метод тарированных напильников;

б) метод Шора;

в) метод Либа, и др.

– на статические:

а) метод Бринелля;

б) метод Виккерса;

в) метод Роквелла.

Статические методы испытания являются более точными, динамические используются при экспресс-анализах.

Метод Бринелля

Этот метод применяется при определении твердости металла до 450 НВ.

Методика проведения эксперимента по Бринеллю регламентируется ГОСТ 9012-59.

В таблице 5.3 приведены параметры испытаний по методу Бринелля.

 

Таблица 5.3 - Параметры испытаний для различных групп металлов

	Группа металла	Сталь, чугун, твердые сплавы	Сплавы на основе Al и Cu	Сплавы на основе Zn	Подшипниковые сплавы (баббиты)	Мягкие металлы (Pb, Sn)
	кгс/мм2	30	10	5	2,5	1
	МПа	294	98	49	24,5	9,8
t	с	10	10, 30	30	30, 60	60

Практическая задача:

;

;

;

.

Метод Виккерса

Метод Виккерса применяют для измерения твердости твердых, сверхтвердых и тонких образцов.

Регламентируется ГОСТ 2999-25.

Метод Роквелла

Это универсальная методика, позволяющая определить твердость мягких, твердых, сверхтвердых материалов и их тонких образцов.

Регламентируется ГОСТ 9013-59.

Инденторы:

– твердосплавный шарик, d = 1,588 мм;

– алмазный конус с углом .

HRC (A)  = 100 –
HRB = 130 –

 

где, 130 – число делений шкалы, б/р; 0,002 – цена одного деления, мм;

h – остаточная глубина проникновения индентора в образец под действием основной нагрузки F, мм.

Выбор параметров испытаний по Роквеллу производится в соответствии с таблицей 5.4

Таблица 5.4 - Параметры испытаний твёрдости по Роквеллу

Группы материалов	Шкала	Вид наконечника	Нагрузка, кгс			Обозначение твёрдости	Допускаемые пределы шкалы
					Р
мягкие	B	Стальной шарик, Д=1,588 мм	10	90	100	HRB	25–100
твердые	C	Алмазный конус с углом при вершине 120 + 1,5°. Радиус закругления вершины конуса 0,2 + 0,002 мм	10	140	150	HRC	20–67
сверхтвёрдые металлы и тонкие образцы	A	То же	10	50	60	HRA	70–85

Тестовый вопрос

Какие из перечисленных свойств относятся к физическим:

а) плотность, температура плавления, тепловое расширение, теплопроводность, электропроводность;

б) прочность, упругость, пластичность, твёрдость, вязкость, выносливость;

в) стойкость против коррозии;

г) вытяжка, изгиб, перегиб, резание, сварка.

Вывод