Вопрос 9. Твердость материалов. Методы измерения твердости.

Твердость металла – это способность металла сопротивляться проникновению в него более твердого тела.

Для определения твердости принимают следующие методы контроля:

• Метод Бринелля: Стальной закалённый шарик диаметром D(1; 2; 2,5; 5; или 10 мм) вдавливается в испытуемый образец силой P. В результате на поверхности образца остается отпечаток в форме шарового сегмента диаметром d. Величина отпечатка будет тем меньше, чем тверже металл. Твердость по Бринеллю HB вычисляется по формуле HB=P/F, где P- нагрузка на шарик(Н или кг), F- величина поверхности отпечатка (мм²).Каждая нагрузка пригодна лишь для определенного диапазона твердости, поэтому при определении твердости стали и чугуна нагрузка на шарик Р=30D², для меди, её сплавов, никеля, алюминия, магния и их сплавов Р=10D², для баббитов(антифрикционные сплавы) Р=2,5D².Толщина металла под отпечатком должна быть не меньше десятикратной глубины отпечатка, а расстояние от центра отпечатка до края образца не меньше D. По методу Бринелля можно испытывать материалы с твердостью HB до 450 кгс/мм².Этот метод непригоден для испытаний тонколистового материала.

• Метод Роквелла: Испытание производиться путем вдавливания в образец стального шарика диаметром D=1,58 мм(1/16 дюйма) или алмазного конуса с углом 120.Стальной шарик применяться для испытаний мягких металлов (по Бринеллю меньше 220 кгс/мм²) при нагрузке 981 Н(100кгс), алмазный конус – для испытания твердых металлов при нагрузке 1471 Н(150 кгс). Образец помещают на столик прибора Роквелла и вращением маховика поднимают его до соприкосновения с алмазным конусом или стальным шариком. Вращение маховика продолжается до тех пор, пока давление конуса или шарика на образец не станет 98 Н(10кгс)-(предварительная нагрузка), что показывает малая стрелка индикатора. Далее дают основную нагрузку с помощью рукоятки. Вдавливание длиться 5-6 секунд, затем основная нагрузка сниматься. После этого большая стрелка индикатора показывает величину твердости. Циферблат имеет две шкалы: красную B-для испытаний стальным шариком и черную C- для испытаний алмазным конусом. Число твердости по Роквеллу обозначается HR с добавлением индекса шкалы, по которой производились испытания (HRB или HRC).Для испытания очень твердых материалов применяют алмазный конус при нагрузке 588 Н(60 кгс), отсчеты производят по черной шкале, а число твердости обозначают HRA.

• Метод Викерса: Позволяет измерять твердость как мягких так и очень твердых металлов и сплавов; он пригоден для определения твердости тонких поверхностных слоев (например, при химико-термической обработке). По этому методу в образец вдавливается 4-ёх гранная алмазная пирамида с углом при вершине 135.Нагрузка может применяться от 49 до 1170 Н(от 5 до 120 кгс). Замер отпечатка производиться с помощью микроскопа имеющегося при приборе. Число твердости определяться по формуле HV= P/d² где P- нагрузка в H(кгс); d- среднее арифм. Значение длин двух диагоналей отпечатка, измеренных после снятия нагрузки.