5.7. Твердость по Виккерсу
При измерении твердости материалов по Виккерсу наконечник стандартного типа (алмазная пирамида с углом 1360 между боковыми гранями при вершине) вдавливается в испытуемый образец под действием нагрузки Р (рис. 10, а), которая выбирается в пределах от5 до 120 кгс (от 49 до 1176 Н). Мерой твердости при этом служит диагональ отпечатка.
Методом Виккерса измеряют микротвердость материалов.
Рис. 10. Испытание твердости по Виккерсу:
а – схема внедрения алмазной пирамиды в испытуемый образец, б – схема измерения отпечатка по шкале оптического микрометра.
В результате испытаний на поверхности образца получают отпечаток в виде ромба, измеряют обе его диагонали и вычисляют среднее значение.
Твердость по Виккерсу HV так же, как и по Бринеллю, определяют как удельное давление, приходящееся на единицу поверхности отпечатка, т.е. отношение нагрузки, приложенной к пирамиде Р, кгс, к поверхности отпечатка F, мм2.
1.8 Общие сведенья о динамических испытаниях
Механические свойства гладких образцов, определенные медленным повышением нагрузки, часто не соответствует действительным условиям нагружения деталей при их эксплуатации, когда нагрузки возрастают очень быстро. Это привело к необходимости исследовать свойства металла при быстро возрастающих нагрузках, так называемых динамических (или ударных) нагрузках.
Если детали машин, узлы, механизмы и т.п. в процессе эксплуатации испытывают ударные нагрузки, то металл, идущий на изготовление таких деталей, кроме статических испытаний подвергают еще испытанию динамической нагрузкой, так как некоторые детали с достаточно высокими показателями статической прочности разрушаются при малых ударных нагрузках.
О состоянии металла можно судить по характеру разрушения. Чем медленнее производится нагружение, тем меньше требуется нагрузка для деформации образца, следовательно, с увеличением скорости приложение нагрузки сопротивление металла деформации возрастает.
При наличие в изделиях резких переходов в сечении, надрезов, внутренних дефектов наблюдается неравномерное распределение напряжений.
На рисунке 5.11 показана схема распределения напряжений по сечению в образцах с разными надрезами, подвергнутых растяжению. Как видно на рисунке 11, а, у образца 1 без надреза продольные напряжения одинаковы по всему сечению, у образцов 2 и 3 с надрезами наблюдается повышение продольных напряжений до максимальных значений у вершине надреза.
Отношение максимальных напряжений σмакс к нормальному напряжению определяет концентрацию напряжений. Таким образом, можно сказать, что чем острее надрез, тем больше концентрация напряжений.
Рис. 5.11. Влияние надрезов на распределение напряжения в образцах:
а – схема распределения в образцах, б – диаграмма растяжения образцов с надрезами:
1 – без надреза, 2 – образец с тупым надрезом, 3 – образец с острым надрезом.
При растяжении образца наряду с продольной возникает также поперечная деформация и, таким образом, кроме продольных нормальных напряжений будут наблюдаться поперечные напряжения, действующие перпендикулярно оси образца. А это значит, что в зоне надреза металл растягивается не только по оси образца, но и в поперечном направлении.
Сопротивление пластической деформации неодинаково для образца с надрезом и без надреза.
Диаграмма (рис. 11, б) показывает, что наличие надреза повышает пределы пропорциональности, упругости и текучести и снижает пластические свойства (кривые 2 и 3).
Изменение температуры также оказывает значительное влияние на механические характеристики металла. Понижение температуры способствует переходу металла из пластического состояние в хрупкое. Температура, при которой начнет проявляться хрупкость, называется критической температурой хрупкости.
Таким образом, следует, что при испытаниях для выявления хрупкости металлов нужно учитывать все вышеперечисленные факторы.
Данные динамических испытаний зависят от незначительных изменений в структуре металла, поэтому отдельные случайные отклонения в технологии или составе, часто не влияющие на результаты статических испытаний, оказывают резкое влияние на динамические характеристики свойств металла.