Aby díly a mechanismy sloužily dlouho a spolehlivě, musí materiály, ze kterých jsou vyrobeny, splňovat potřebné pracovní podmínky. Proto je důležité kontrolovat přípustné hodnoty jejich hlavních mechanických parametrů. Mezi mechanické vlastnosti patří tvrdost, pevnost, rázová houževnatost, tažnost. Tvrdost kovů je primární strukturální charakteristika.
Koncept
Tvrdost kovů a slitin je vlastnost materiálu vytvářet odpor, když do jeho povrchových vrstev pronikne jiné těleso, které se nedeformuje a nezbortí při doprovodném zatížení (indentor). Definováno s účelem:
- získání informací o přijatelných konstrukčních prvcích a provozních možnostech;
- analýza stavu pod vlivem času;
- monitorování výsledků tepelného zpracování.
Síla a odolnost povrchu vůči stárnutí částečně závisí na tomto indikátoru. Prozkoumat jako originálmateriál a hotové díly.
Možnosti výzkumu
Indikátor je hodnota zvaná číslo tvrdosti. Pro měření tvrdosti kovů existují různé metody. Nejpřesnějším výzkumem je použití různých typů výpočtů, indentorů a vhodných tvrdoměrů:
- Brinell: podstatou přístroje je vtlačení kuličky do studovaného kovu nebo slitiny, výpočet průměru otisku a poté matematický výpočet mechanického parametru.
- Rockwell: Používá se koule nebo diamantový kužel. Hodnota je zobrazena na stupnici nebo vypočtena.
- Vickers: Nejpřesnější měření tvrdosti kovu pomocí diamantové pyramidální špičky.
Existují speciální vzorce a tabulky pro určení parametrických shod mezi indikátory různých metod měření pro stejný materiál.
Faktory, které určují možnost měření
V laboratorních podmínkách s nezbytným rozsahem vybavení se výběr výzkumné metody provádí v závislosti na určitých vlastnostech obrobku.
- Indikační hodnota mechanického parametru. Pro konstrukční oceli a materiály s nízkou tvrdostí do 450-650 HB se používá metoda Brinell; pro nástrojové, legované oceli a jiné slitiny - Rockwell; pro tvrdé slitiny - Vickers.
- Rozměry zkušebního vzorku. Zvláště malé a choulostivé části jsou zkoumány pomocípomocí tvrdoměru Vickers.
- Tloušťka kovu v místě měření, zejména nauhličené nebo nitridované vrstvy.
Všechny požadavky a shody jsou dokumentovány společností GOST.
Vlastnosti techniky Brinell
Testování tvrdosti kovů a slitin pomocí tvrdoměru Brinell se provádí s následujícími vlastnostmi:
- Indentor - kulička z legované oceli nebo slitiny karbidu wolframu o průměru 1, 2, 2, 5, 5 nebo 10 mm (GOST 3722-81).
- Trvání statického vtisku: pro litinu a ocel - 10-15 s, pro neželezné slitiny - 30, doba trvání 60 s je také možná a v některých případech - 120 a 180 s.
- Mezní hodnota mechanického parametru: 450 HB při měření s ocelovou kuličkou; 650 HB při použití karbidu.
- Možná zatížení. Pomocí závaží obsažených v soupravě je korigována skutečná deformační síla na zkušebním vzorku. Jejich minimální přípustné hodnoty: 153, 2, 187, 5, 250 N; maximum – 9807, 14710, 29420 N (GOST 23677-79).
Pomocí vzorců, v závislosti na průměru vybrané koule a testovaném materiálu, lze vypočítat vhodnou přípustnou vtlačovací sílu.
| Typ slitiny | Matematický výpočet zatížení |
| Slitiny oceli, niklu a titanu | 30D2 |
| Litina | 10D2, 30D2 |
| Měď a slitiny mědi | 5D2, 10D2, 30D2 |
| Lehké kovy a slitiny | 2, 5D2, 5D2, 10D2, 15D 2 |
| Olovo, cín | 1D2 |
Příklad zápisu:
400HB10/1500/20, kde 400HB je tvrdost kovu podle Brinella; 10 – průměr kuličky, 10 mm; 1500 - statické zatížení, 1500 kgf; 20 – doba odsazení, 20 s.
Pro stanovení přesných čísel je rozumné prozkoumat stejný vzorek na několika místech a určit celkový výsledek nalezením průměru získaného.
Brinellův test tvrdosti
Výzkumný proces probíhá v následujícím pořadí:
- Kontrola shody dílu s požadavky (GOST 9012-59, GOST 2789).
- Kontrola stavu zařízení.
- Výběr požadovaného míče, určení možné síly, nastavení závaží pro jeho vytvoření, perioda odsazení.
- Spuštění tvrdoměru a deformace vzorku.
- Měření průměru vybrání.
- Empirický výpočet.
НВ=F/A, kde F je zatížení, kgf nebo N; A – plocha otisku, mm2.
НВ=(0, 102F)/(πDh), kde D – průměr kuličky, mm; h – hloubka otisku, mm.
Tvrdost kovů měřená touto metodou má empirický vztah svýpočet pevnostních parametrů. Metoda je přesná, zvláště u měkkých slitin. V systémech je zásadní pro určování hodnot této mechanické vlastnosti.
Vlastnosti Rockwellovy techniky
Tato metoda měření byla vynalezena ve 20. letech 20. století, více automatizovaná než ta předchozí. Používá se na tvrdší materiály. Jeho hlavní charakteristiky (GOST 9013-59; GOST 23677-79):
- Přítomnost primárního zatížení 10 kgf.
- Doba držení: 10–60 s.
- Hraniční hodnoty možných indikátorů: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20-70.
- Číslo je zobrazeno na číselníku tvrdoměru, lze jej také vypočítat aritmeticky.
- Váhy a odsazovače. Existuje 11 různých stupnic v závislosti na typu indentoru a maximálním povoleném statickém zatížení. Nejčastěji používané: A, B a C.
A: Diamantový kuželový hrot, vrcholový úhel 120˚, celková statická síla 60kgf, HRA; zkoumají se tenké výrobky, hlavně válcované výrobky.
C: také 150kgf HRC diamantový kužel, vhodný pro tvrdé a tvrzené materiály.
B: Kulička 1,588 mm vyrobená z kalené oceli nebo tvrdého karbidu wolframu, zatížení 100 kgf, HRB, používaná k hodnocení tvrdosti žíhaných výrobků.
Hrot ve tvaru koule (1,588 mm) je použitelný pro stupnice Rockwell B, F, G. Existují také stupnice E, H, K, pro které je kulička o průměru 3,175 mm (GOST 9013-59) se používá.
Počet vzorků,vyrobeno pomocí tvrdoměru Rockwell v jedné oblasti je omezeno velikostí součásti. Druhá zkouška je povolena ve vzdálenosti 3-4 průměrů od předchozího místa deformace. Tloušťka testovaného produktu je také regulována. Neměla by být menší než 10násobek hloubky průniku hrotu.
Příklad zápisu:
50HRC - Rockwellova tvrdost kovu, měřená diamantovým hrotem, její číslo je 50.
Rockwell Studijní plán
Měření tvrdosti kovu je jednodušší než u Brinellovy metody.
- Odhad rozměrů a povrchových charakteristik součásti.
- Kontrola stavu zařízení.
- Určete typ hrotu a nosnost.
- Nastavení vzoru.
- Implementace primární síly na materiál, hodnota 10 kgf.
- Vynaložit plné a přiměřené úsilí.
- Čtení přijatého čísla na stupnici číselníku.
Pro přesné určení mechanického parametru je také možný matematický výpočet.
Při použití diamantového kužele se zatížením 60 nebo 150 kgf:
HR=100-((H-h)/0, 002;
při testování s míčem pod silou 100 kgf:
HR=130-((H-h)/0, 002, kde h je hloubka průniku indentoru při primární síle 10 kgf; H je hloubka průniku indentoru při plném zatížení; 0, 002 je koeficient, který reguluje velikost pohybu hrotu, když se číslo tvrdosti změní o 1 jednotku.
Rockwellova metoda je jednoduchá, ale není dostatečně přesná. Zároveň dokáže měřit mechanické vlastnosti tvrdých kovů a slitin.
Charakteristiky Vickersovy techniky
Určení tvrdosti kovů pomocí této metody je nejjednodušší a nejpřesnější. Práce tvrdoměru je založena na vtlačení diamantové pyramidální špičky do vzorku.
Hlavní vlastnosti:
- Zahloubení: 136° vrcholová diamantová pyramida.
- Maximální přípustné zatížení: pro legovanou litinu a ocel - 5-100 kgf; pro slitiny mědi - 2,5-50 kgf; pro hliník a slitiny na jeho bázi - 1-100 kgf.
- Doba udržení statické zátěže: 10 až 15 s.
- Testované materiály: ocel a neželezné kovy s tvrdostí vyšší než 450-500 HB, včetně výrobků po chemickém tepelném zpracování.
Příklad zápisu:
700HV20/15, kde 700HV je číslo tvrdosti podle Vickerse; 20 - zatížení, 20 kgf; 15 – období statického úsilí, 15 s.
Vickers studijní sekvence
Postup je extrémně zjednodušený.
- Zkontrolujte vzorek a vybavení. Zvláštní pozornost je věnována povrchu součásti.
- Výběr přípustného úsilí.
- Instalace testovacího materiálu.
- Uvedení tvrdoměru do provozu.
- Přečtěte si výsledek na číselníku.
Matematický výpočet touto metodou je následující:
HV=1, 8544(F/d2), kde F je zatížení,kgf; d je průměrná hodnota délek úhlopříček otisku, mm.
Umožňuje měřit tvrdost kovů, tenkých a malých dílů a zároveň poskytuje vysokou přesnost výsledku.
Metody přechodu mezi stupnicemi
Po určení průměru tisku pomocí speciálního zařízení můžete použít tabulky ke stanovení tvrdosti. Osvědčeným pomocníkem při výpočtu tohoto mechanického parametru je tabulka tvrdosti kovů. Pokud je tedy známa hodnota Brinella, lze snadno určit odpovídající číslo podle Vickerse nebo Rockwella.
Příklad některých odpovídajících hodnot:
| Průměr tisku, mm | Metoda výzkumu | ||||
| 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 |
Tabulka tvrdosti kovů je sestavena na základě experimentálních dat a má vysokou přesnost. Existují také grafické závislosti tvrdosti podle Brinella na obsahu uhlíku ve slitině železo-uhlík. Takže v souladu s těmito závislostmi je pro ocel s množstvím uhlíku ve složení rovným 0,2 % 130 HB.
Ukázkové požadavky
V souladu s požadavky GOST musí testované díly splňovat následující vlastnosti:
- Obrobek musí být plochý, pevně ležet na stole tvrdoměru, jeho hrany musí být hladké nebo pečlivě opracované.
- Povrch by měl mít minimální drsnost. Musí se brousit a čistit, a to i pomocí chemických sloučenin. Zároveň je při obráběcích procesech důležité zabránit vzniku deformačního zpevnění a zvýšení teploty upravované vrstvy.
- Součást musí odpovídat zvolené metodě stanovení tvrdosti pomocí parametrických vlastností.
Splnění primárních požadavků je předpokladem pro přesná měření.
Tvrdost kovů je důležitou základní mechanickou vlastností, která určuje některé jejich další mechanické a technologické vlastnosti, výsledky předchozích procesů zpracování, vliv časových faktorů a možné provozní podmínky. Volba metodologie výzkumu závisí na přibližné charakteristice vzorku, jehoparametry a chemické složení.
