Da bi deli in mehanizmi služili dolgo in zanesljivo, morajo materiali, iz katerih so izdelani, izpolnjevati potrebne delovne pogoje. Zato je pomembno nadzorovati dovoljene vrednosti njihovih glavnih mehanskih parametrov. Mehanske lastnosti vključujejo trdoto, trdnost, udarno trdnost, duktilnost. Trdota kovin je primarna strukturna značilnost.
koncept
Trdota kovin in zlitin je lastnost materiala, da ustvarja upor, ko drugo telo prodre v njegove površinske plasti, ki se ne deformira in se ne poruši pod spremljajočimi obremenitvami (indenter). Določeno z namenom:
- pridobivanje informacij o sprejemljivih oblikovnih značilnostih in možnostih delovanja;
- analiza stanja pod vplivom časa;
- spremljanje rezultatov toplotne obdelave.
Od tega indikatorja sta delno odvisna trdnost in odpornost površine proti staranju. Raziščite kot izvirnikmaterial in končni deli.
Možnosti raziskav
Indikator je vrednost, imenovana številka trdote. Obstajajo različne metode za merjenje trdote kovin. Najbolj natančna raziskava je uporaba različnih vrst izračunov, vtičev in ustreznih merilnikov trdote:
- Brinell: bistvo aparata je stiskanje kroglice v preučevano kovino ali zlitino, izračun premera odtisa in nato matematično izračun mehanskega parametra.
- Rockwell: Uporabljena je krogla ali diamantni stožec. Vrednost je prikazana na lestvici ali izračunana.
- Vickers: Najnatančnejša meritev trdote kovine z diamantno piramidalno konico.
Obstajajo posebne formule in tabele za določanje parametričnih korespondenc med indikatorji različnih merilnih metod za isti material.
Dejavniki, ki določajo možnost merjenja
V laboratorijskih pogojih, s potrebnim naborom opreme, se izbira raziskovalne metode izvaja glede na določene značilnosti obdelovanca.
- Okvirna vrednost mehanskega parametra. Za konstrukcijska jekla in materiale z nizko trdoto do 450-650 HB se uporablja Brinellova metoda; za orodja, legirana jekla in druge zlitine - Rockwell; za trde zlitine - Vickers.
- Dimenzije testnega vzorca. Posebej majhni in občutljivi deli se pregledajo zz uporabo merilnika trdote Vickers.
- Debelina kovine na merilni točki, zlasti karburizirane ali nitrirane plasti.
Vse zahteve in skladnosti dokumentira GOST.
Lastnosti Brinellove tehnike
Preizkušanje trdote kovin in zlitin z Brinellovim merilnikom trdote se izvaja z naslednjimi funkcijami:
- Indenter - krogla iz legiranega jekla ali zlitine volframovega karbida s premerom 1, 2, 2, 5, 5 ali 10 mm (GOST 3722-81).
- Trajanje statične vdolbine: za lito železo in jeklo - 10-15 s, za neželezove zlitine - 30, možno je tudi trajanje 60 s, v nekaterih primerih - 120 in 180 s.
- Mejna vrednost mehanskega parametra: 450 HB pri merjenju z jekleno kroglo; 650 HB pri uporabi karbida.
- Možna obremenitev. Z uporabo uteži, vključenih v komplet, se popravi dejanska sila deformacije na preskusnem vzorcu. Njihove najmanjše dovoljene vrednosti: 153, 2, 187, 5, 250 N; največ - 9807, 14710, 29420 N (GOST 23677-79).
S pomočjo formul, odvisno od premera izbrane krogle in materiala, ki se testira, je mogoče izračunati ustrezno dovoljeno silo vdolbine.
| vrsta zlitine | Matematični izračun obremenitve |
| Jeklo, nikelj in titanove zlitine | 30D2 |
| lito železo | 10D2, 30D2 |
| Baker in bakrove zlitine | 5D2, 10D2, 30D2 |
| Lahke kovine in zlitine | 2, 5D2, 5D2, 10D2, 15D 2 |
| svinec, kositer | 1D2 |
Primer zapisa:
400HB10/1500/20, kjer je 400HB Brinellova trdota kovine; 10 – premer krogle, 10 mm; 1500 - statična obremenitev, 1500 kgf; 20 - obdobje zamika, 20 s.
Za določitev natančnih številk je smiselno isti vzorec pregledati na več mestih in določiti skupni rezultat z iskanjem povprečja dobljenih.
Brinell test trdote
Raziskovalni proces poteka v naslednjem zaporedju:
- Preverjanje skladnosti dela z zahtevami (GOST 9012-59, GOST 2789).
- Preverjanje zdravja naprave.
- Izbira zahtevane kroglice, določitev možne sile, nastavitev uteži za njeno tvorbo, obdobje vdolbine.
- Zagon merilnika trdote in deformacija vzorca.
- Merjenje premera vdolbine.
- Empirični izračun.
НВ=F/A, kjer je F obremenitev, kgf ali N; A – površina odtisa, mm2.
NВ=(0, 102F)/(πDh), kjer je D – premer krogle, mm; h – globina odtisa, mm.
Trdota kovin, merjena s to metodo, je empirično povezana zizračun parametrov trdnosti. Metoda je natančna, zlasti za mehke zlitine. Je temeljnega pomena v sistemih za določanje vrednosti te mehanske lastnosti.
Značilnosti tehnike Rockwell
Ta metoda merjenja je bila izumljena v 20-ih letih XX stoletja, bolj avtomatizirana kot prejšnja. Uporablja se za trše materiale. Njegove glavne značilnosti (GOST 9013-59; GOST 23677-79):
- Prisotnost primarne obremenitve 10 kgf.
- Obdobje zadrževanja: 10-60 s.
- Mejne vrednosti možnih indikatorjev: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20-70.
- Številka je vizualizirana na številčnici merilnika trdote, lahko jo izračunamo tudi aritmetično.
- Lestvice in vdolbinice. Obstaja 11 različnih lestvic, odvisno od vrste indentorja in največje dovoljene statične obremenitve. Najpogosteje uporabljeni: A, B in C.
A: konica diamantne stožce, kot točke 120˚, skupna statična sila 60 kgf, HRA; preiskujejo se tanki izdelki, predvsem valjani izdelki.
C: tudi 150 kgf HRC diamantni stožec, primeren za trde in utrjene materiale.
B: krogla 1,588 mm iz kaljenega jekla ali trdega volframovega karbida, obremenitev 100 kgf, HRB, ki se uporablja za ocenjevanje trdote žarjenih izdelkov.
Konica v obliki krogle (1,588 mm) je uporabna za lestvice Rockwell B, F, G. Obstajajo tudi lestvice E, H, K, za katere je krogla s premerom 3,175 mm (GOST 9013-59) se uporablja.
Število vzorcev,izdelano z merilnikom trdote Rockwell na enem območju je omejeno z velikostjo dela. Drugi preskus je dovoljen na razdalji 3-4 premerov od prejšnjega mesta deformacije. Regulirana je tudi debelina testiranega izdelka. Naj bo vsaj 10-krat večja od globine penetracije konice.
Primer zapisa:
50HRC - Trdota kovine po Rockwellu, merjena z diamantno konico, njena številka je 50.
Študijski načrt Rockwell
Merjenje trdote kovine je bolj poenostavljeno kot pri Brinellovi metodi.
- Ocena dimenzij in površinskih značilnosti dela.
- Preverjanje zdravja naprave.
- Določite vrsto konice in nosilnost.
- Nastavitev vzorca.
- Izvedba primarne sile na material, vrednost 10 kgf.
- Popoln in primeren trud.
- Branje prejete številke na lestvici številčnice.
Mogoč je tudi matematični izračun za natančno določitev mehanskega parametra.
Pri uporabi diamantnega stožca z obremenitvijo 60 ali 150 kgf:
HR=100-((H-h)/0, 002;
pri testiranju z žogo pod silo 100 kgf:
HR=130-((H-h)/0, 002, kjer je h globina penetracije indentorja pri primarni sili 10 kgf; H je globina penetracije indentorja pri polni obremenitvi; 0, 002 je koeficient, ki uravnava količino premikanja konice, ko se število trdote spremeni za 1 enoto.
Rockwellova metoda je preprosta, a premalo natančna. Hkrati lahko meri mehanske lastnosti trdih kovin in zlitin.
Značilnosti Vickersove tehnike
Določanje trdote kovin s to metodo je najbolj preprosto in natančno. Delo merilnika trdote temelji na vdolbini diamantne piramidalne konice v vzorec.
Glavne značilnosti:
- Indenter: 136° vrh diamantne piramide.
- Največja dovoljena obremenitev: za legirano lito železo in jeklo - 5-100 kgf; za bakrove zlitine - 2,5-50 kgf; za aluminij in zlitine na njegovi osnovi - 1-100 kgf.
- Obdobje zadrževanja statične obremenitve: 10 do 15 s.
- Preizkušeni materiali: jeklo in neželezne kovine s trdoto več kot 450-500 HB, vključno z izdelki po kemični toplotni obdelavi.
Primer zapisa:
700HV20/15, kjer je 700HV številka trdote po Vickersu; 20 - obremenitev, 20 kgf; 15 - obdobje statičnega napora, 15 s.
Vickers študijsko zaporedje
Postopek je izjemno poenostavljen.
- Preverite vzorec in instrumentacijo. Posebna pozornost je namenjena površini dela.
- Izbira dovoljenega napora.
- Namestitev testnega materiala.
- Zagon merilnika trdote.
- Preberite rezultat na številčnici.
Matematični izračun po tej metodi je naslednji:
HV=1, 8544(F/d2), kjer je F obremenitev,kgf; d je povprečna vrednost dolžin diagonal odtisa, mm.
Omogoča merjenje trdote kovin, tankih in majhnih delov, hkrati pa zagotavlja visoko natančnost rezultata.
Načini prehoda med lestvicami
Ko določite premer odtisa s posebno opremo, lahko uporabite tabele za določanje trdote. Tabela trdote kovin je preizkušen pomočnik pri izračunu tega mehanskega parametra. Torej, če je Brinellova vrednost znana, je mogoče zlahka določiti ustrezno številko Vickers ali Rockwell.
Primer nekaterih ujemajočih se vrednosti:
| Premer tiska, mm | raziskovalna metoda | ||||
| 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 trdote kovin je sestavljena na podlagi eksperimentalnih podatkov in ima visoko natančnost. Obstajajo tudi grafične odvisnosti Brinellove trdote od vsebnosti ogljika v zlitini železo-ogljik. Torej je v skladu s takšnimi odvisnostmi za jeklo s količino ogljika v sestavi 0,2 % 130 HB.
Vzorčne zahteve
V skladu z zahtevami GOST morajo preizkušeni deli izpolnjevati naslednje značilnosti:
- Obdelovanec mora biti raven, trdno ležati na mizi merilnika trdote, njegovi robovi morajo biti gladki ali skrbno obdelani.
- Površina mora imeti minimalno hrapavost. Treba ga je brušiti in očistiti, tudi s pomočjo kemičnih spojin. Hkrati je med obdelovalnimi procesi pomembno preprečiti nastanek delovnega utrjevanja in zvišanje temperature obdelane plasti.
- Del mora ustrezati izbrani metodi za določanje trdote s parametričnimi lastnostmi.
Izpolnjevanje primarnih zahtev je predpogoj za natančne meritve.
Trdota kovin je pomembna temeljna mehanska lastnost, ki določa nekatere njihove druge mehanske in tehnološke lastnosti, rezultate predhodnih procesov obdelave, vpliv časovnih dejavnikov in možne pogoje delovanja. Izbira raziskovalne metodologije je odvisna od približnih značilnosti vzorca, njegovihparametri in kemična sestava.
