Hardheten til metaller. Hardhetstabell i metall

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sist endret: 2024-01-18 04:23

For at deler og mekanismer skal fungere i lang tid og pålitelig, må materialene de er laget av oppfylle de nødvendige arbeidsforholdene. Det er derfor det er viktig å kontrollere de tillatte verdiene for deres viktigste mekaniske parametere. Mekaniske egenskaper inkluderer hardhet, styrke, slagstyrke, duktilitet. Hardheten til metaller er en primær strukturell egenskap.

konsept

Hardheten til metaller og legeringer er egenskapen til et materiale for å skape motstand når en annen kropp trenger inn i overflatelagene, som ikke deformeres og ikke kollapser under medfølgende belastninger (innrykk). Definert med formålet:

• å få informasjon om akseptable designfunksjoner og driftsmuligheter;
• analyse av staten under påvirkning av tiden;
• overvåking av resultatene av varmebehandling.

Styrken og motstanden til overflaten mot aldring avhenger delvis av denne indikatoren. Utforsk som originalmateriale og ferdige deler.

Forsknings alternativer

Indikatoren er en verdi som kalles hardhetstallet. Det finnes ulike metoder for å måle hardheten til metaller. Den mest nøyaktige forskningen er å bruke forskjellige typer beregninger, innrykk og passende hardhetstestere:

1. Brinell: essensen av apparatet er å trykke en kule inn i metallet eller legeringen som studeres, beregne diameteren på avtrykket og deretter matematisk beregne den mekaniske parameteren.
2. Rockwell: En kule eller diamantkjegle brukes. Verdien vises på en skala eller beregnes.
3. Vickers: Den mest nøyaktige målingen av metallhardhet ved bruk av en diamantpyramideformet spiss.

Det finnes spesielle formler og tabeller for å bestemme parametriske samsvar mellom indikatorer for ulike målemetoder for samme materiale.

Faktorer som bestemmer måle alternativet

Under laboratorieforhold, med nødvendig utvalg av utstyr, blir valget av forskningsmetode utført avhengig av visse egenskaper ved arbeidsstykket.

1. Indikativ verdi for den mekaniske parameteren. For konstruksjonsstål og materialer med lav hardhet opp til 450-650 HB brukes Brinell-metoden; for verktøy, legert stål og andre legeringer - Rockwell; for harde legeringer - Vickers.
2. Dimensjoner på testprøven. Spesielt små og delikate deler undersøkes medved hjelp av en Vickers hardhetstester.
3. Tykkelsen på metallet ved målepunktet, spesielt det karburerte eller nitrerte laget.

Alle krav og samsvar er dokumentert av GOST.

Funksjoner ved Brinell-teknikken

Hardhetstesting av metaller og legeringer med en Brinell hardhetstester utføres med følgende funksjoner:

1. Indenter - en kule laget av legert stål eller wolframkarbidlegering med en diameter på 1, 2, 2, 5, 5 eller 10 mm (GOST 3722-81).
2. Varighet av statisk innrykk: for støpejern og stål - 10-15 s, for ikke-jernholdige legeringer - 30, en varighet på 60 s er også mulig, og i noen tilfeller - 120 og 180 s.
3. Grenseverdi for mekanisk parameter: 450 HB målt med stålkule; 650 HB ved bruk av karbid.
4. Mulige belastninger. Ved å bruke vektene som er inkludert i settet, korrigeres den faktiske deformasjonskraften på testprøven. Deres minste tillatte verdier: 153, 2, 187, 5, 250 N; maksimum - 9807, 14710, 29420 N (GOST 23677-79).

Ved å bruke formler, avhengig av diameteren til den valgte kulen og materialet som testes, kan den passende tillatte innrykkkraften beregnes.

Legeringstype	Matematisk belastningsberegning
Stål, nikkel og titanlegeringer	30D2
Støpejern	10D2, 30D2
Kobber og kobberlegeringer	5D2, 10D2, 30D2
Lette metaller og legeringer	2, 5D2, 5D2, 10D2, 15D 2
Bly, tinn	1D2

Noteeksempel:

400HB10/1500/20, der 400HB er Brinell-hardheten til metallet; 10 – kulediameter, 10 mm; 1500 - statisk belastning, 1500 kgf; 20 - periode med innrykk, 20 s.

For å etablere eksakte tall er det rasjonelt å undersøke samme utvalg flere steder, og bestemme det samlede resultatet ved å finne gjennomsnittet av de oppnådde.

Brinell hardhetstest

Forsøksprosessen fortsetter i følgende rekkefølge:

1. Sjekker delen for samsvar med kravene (GOST 9012-59, GOST 2789).
2. Sjekker enhetens tilstand.
3. Velge ønsket ball, bestemme mulig kraft, sette vekter for formasjonen, innrykkperiode.
4. Starte hardhetstesteren og deformasjon av prøven.
5. Måling av diameteren til en fordypning.
6. empirisk beregning.

НВ=F/A, der F er lasten, kgf eller N; A – avtrykksområde, mm².

НВ=(0, 102F)/(πDh), der D – kulediameter, mm; h – avtrykksdybde, mm.

Hardheten til metaller målt med denne metoden har et empirisk forhold tilberegning av styrkeparametere. Metoden er nøyaktig, spesielt for myke legeringer. Det er grunnleggende i systemer for å bestemme verdiene til denne mekaniske egenskapen.

Funksjoner ved Rockwell-teknikken

Denne målemetoden ble oppfunnet på 20-tallet av XX-tallet, mer automatisert enn den forrige. Brukes til hardere materialer. Hovedkarakteristikkene (GOST 9013-59; GOST 23677-79):

1. Tilstedeværelse av en primær belastning på 10 kgf.
2. Holdingsperiode: 10-60 s.
3. Grenseverdier for mulige indikatorer: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20–70.
4. Tallet er visualisert på skiven til hardhetstesteren, det kan også beregnes aritmetisk.
5. Skalaer og innrykk. Det er 11 forskjellige skalaer, avhengig av type innrykk og maksimal tillatt statisk belastning. Mest brukt: A, B og C.

A: Diamantkjeglespiss, 120˚ punktvinkel, 60 kgf total statisk kraft, HRA; tynne produkter undersøkes, hovedsakelig valsede produkter.

C: også 150kgf HRC diamantkjegle, egnet for harde og herdede materialer.

B: 1,588 mm kule laget av herdet stål eller hardt wolframkarbid, belastning 100 kgf, HRB, brukt til å evaluere hardheten til glødede produkter.

Kuleformet spiss (1,588 mm) gjelder for Rockwell B, F, G-skalaer. Det finnes også E, H, K-skalaer, for hvilke en ball med en diameter på 3,175 mm (GOST 9013-59) er brukt.

Antall prøver,laget med en Rockwell hardhetstester i ett område er begrenset av størrelsen på delen. En andre test er tillatt i en avstand på 3-4 diametre fra forrige deformasjonssted. Tykkelsen på produktet som testes er også regulert. Den bør ikke være mindre enn 10 ganger penetreringsdybden til spissen.

Noteeksempel:

50HRC - Rockwell-hardhet av metall, målt med en diamantspiss, nummeret er 50.

Rockwell Study Plan

Måling av metallhardhet er mer forenklet enn for Brinell-metoden.

1. Estimering av dimensjoner og overflateegenskaper til en del.
2. Sjekker enhetens tilstand.
3. Bestem tiptype og lastekapasitet.
4. Angi mønsteret.
5. Implementeringen av primærkraften på materialet, verdien av 10 kgf.
6. Gjør en full og passende innsats.
7. Leser det mottatte nummeret på skalaen til skiven.

Matematisk beregning er også mulig for nøyaktig å bestemme den mekaniske parameteren.

Ved bruk av en diamantkjegle med en belastning på 60 eller 150 kgf:

HR=100-((H-h)/0, 002;

ved testing med en ball under en kraft på 100 kgf:

HR=130-((H-h)/0, 002, hvor h er inntrengningsdybden til innrykk ved en primærkraft på 10 kgf; H er inntrengningsdybden til inntrykket ved full belastning; 0, 002 er en koeffisient som regulerer bevegelsen til spissen når hardhetstallet endres med 1 enhet.

Rockwells metode er enkel, men ikke nøyaktig nok. Samtidig kan den måle de mekaniske egenskapene til harde metaller og legeringer.

Vickers-teknikkens kjennetegn

Å bestemme hardheten til metaller ved hjelp av denne metoden er den enkleste og mest nøyaktige. Arbeidet til hardhetstesteren er basert på innrykk av en diamantpyramideformet spiss i prøven.

Hovedfunksjoner:

1. Indenter: 136° apex diamantpyramide.
2. Maksimal tillatt belastning: for legert støpejern og stål - 5-100 kgf; for kobberlegeringer - 2,5-50 kgf; for aluminium og legeringer basert på det - 1-100 kgf.
3. Statisk lastholdeperiode: 10 til 15 s.
4. Testede materialer: stål og ikke-jernholdige metaller med en hardhet på mer enn 450-500 HB, inkludert produkter etter kjemisk varmebehandling.

Noteeksempel:

700HV20/15, der 700HV er Vickers hardhetsnummer; 20 - belastning, 20 kgf; 15 - periode med statisk innsats, 15 s.

Vickers-studiesekvens

Prosedyren er ekstremt forenklet.

1. Sjekk prøve og instrumentering. Spesiell oppmerksomhet rettes mot overflaten på delen.
2. Velge tillatt innsats.
3. Installering av testmaterialet.
4. Starter hardhetstesteren i drift.
5. Les resultatet på urskiven.

Matematisk beregning med denne metoden er som følger:

HV=1, 8544(F/d²), der F er lasten,kgf; d er gjennomsnittsverdien av lengdene til avtrykksdiagonalene, mm.

Den lar deg måle hardheten til metaller, tynne og små deler, samtidig som det gir høy nøyaktighet av resultatet.

Metoder for overgang mellom skalaer

Etter å ha bestemt diameteren på utskriften ved hjelp av spesialutstyr, kan du bruke tabellene til å bestemme hardheten. Hardhetstabellen for metaller er en bevist assistent i beregningen av denne mekaniske parameteren. Så hvis Brinell-verdien er kjent, kan det tilsvarende Vickers- eller Rockwell-tallet enkelt bestemmes.

Eksempel på noen samsvarende verdier:

Utskriftsdiameter, mm	Forskningsmetode
	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

Tabell over hardhet av metaller er satt sammen på grunnlag av eksperimentelle data og har høy nøyaktighet. Det er også grafiske avhengigheter av Brinell-hardhet på karboninnholdet i jern-karbon-legeringen. Så, i samsvar med slike avhengigheter, for stål med mengden karbon i sammensetningen lik 0,2 %, er det 130 HB.

Eksempler på krav

I samsvar med kravene til GOST, må de testede delene oppfylle følgende egenskaper:

1. Arbeidsstykket må være flatt, ligge stødig på bordet til hardhetstesteren, kantene må være glatte eller nøye behandlet.
2. Overflaten skal ha minimal ruhet. Skal pusses og rengjøres, blant annet ved hjelp av kjemiske forbindelser. Samtidig er det under maskineringsprosesser viktig å forhindre dannelse av arbeidsherding og en økning i temperaturen i det behandlede laget.
3. Delen må samsvare med den valgte metoden for å bestemme hardhet ved parametriske egenskaper.

Oppfyllelse av primære krav er en forutsetning for nøyaktige målinger.

Hardheten til metaller er en viktig grunnleggende mekanisk egenskap som bestemmer noen av deres andre mekaniske og teknologiske egenskaper, resultatene av tidligere prosesseringsprosesser, påvirkningen av tidsfaktorer og mulige driftsforhold. Valget av forskningsmetodikk avhenger av de omtrentlige egenskapene til prøven, densparametere og kjemisk sammensetning.