Az Orosz Föderáció Oktatási és Tudományos Minisztériuma
Szövetségi Oktatási Ügynökség
Szaratovi Állami Műszaki Egyetem
Az anyagok keménységének meghatározása
Módszertani utasítások az oktatáshoz és kutatáshoz laboratóriumi munka minden szakos hallgató számára
nappali, esti és levelezési nyomtatványok tanulás
Jóváhagyott
szerkesztői és kiadói tanács
Szaratov állam
technikai Egyetem
Szaratov 2009
A munka célja: megismertetni a hallgatókkal az anyagok keménységének meghatározására szolgáló módszereket
A keménység meghatározása laboratóriumi és gyári körülmények között széles körben alkalmazott vizsgálati módszer az anyagok mechanikai tulajdonságainak jellemzésére.
A fémek keménységét úgy mérik, hogy a fémfelületet enyhén deformáló anyagból (keményített acél, gyémánt, zafír vagy kemény ötvözet) készült hegynek teszik ki. A csúcs lehet golyó, kúp, piramis vagy tű.
A keménység mérésének többféle módja van, amelyek a hegy ütésének természetében különböznek: hegy bemélyedése, felületi karcolás, golyós hegy ütközése.
A legszélesebb körben alkalmazott keménységmérés behúzással. A bemélyedés következtében a fém csúcs alatti és közelében elhelyezkedő felületi rétegei plasztikusan deformálódnak. A terhelés eltávolítása után lenyomat marad. Az ilyenkor fellépő deformáció sajátossága, hogy csak kis térfogatban megy végbe, deformálatlan fémmel körülvéve. Így a keménység a fém képlékeny alakváltozással szembeni ellenállását jellemzi, és a mechanikai tulajdonságát jelenti.
A bemélyedés keménységének meghatározására két módszert kell megkülönböztetni: a makrokeménység mérését és a mikrokeménység mérését:
1. A keménység (makrokeménység) mérésére jellemző, hogy a vizsgált fémbe jelentős méretű testet préselnek (például egy 10 mm átmérőjű acélgolyót), amely egy viszonylagos fémbe hatol. nagy mélység. Ennek eredményeként az ötvözet minden fázisa és szerkezeti eleme megjelenik a deformálható térfogatban. A mért keménységnek ebben az esetben a teljes vizsgált anyag keménységét kell képviselnie (az „átlagos” keménység).
A hegy alakjának, méretének és terhelésének megválasztása a vizsgálat céljától, szerkezetétől, várható tulajdonságaitól, felületi állapotától és a próbatest méreteitől függ.
2. A mikrokeménység mérése az ötvözet egyes szemcséinek, fázisainak és szerkezeti komponenseinek keménységének meghatározását célozza. Ebben az esetben a benyomódással deformált térfogatnak kisebbnek kell lennie, mint a mért szemcse térfogata. Ezért az alkalmazott terhelést kicsire választják.
A legszélesebb körben használt a következő módokon keménység mérések:
acélgolyó bemélyedése (Brinell-módszer);
gyémántkúp bemélyedése (Rockwell-módszer);
tetraéderes gyémánt piramis bemélyedése (Vickers-módszer).
KEMÉNYSÉGMÉRÉS GOLYÓBEMENETEKKEL
(BRINELL KEMÉNYSÉG)
Ezt a módszert mind a fémek, mind a nemfémes anyagok keménységének meghatározására használják.
A fémek keménységének Brinell szerint történő mérése során egy edzett acélgolyót préselnek az anyagba adott terhelés hatására meghatározott ideig. Ennek eredményeként a minta felületén lenyomat képződik, melynek átmérőjét megmérik. A keménység értékét a labda által hagyott lenyomat felületének mérete határozza meg. A labdát préssel kell benyomni (1. ábra). A 3. vizsgálati mintát (részlet) az 1. asztalra kell felszerelni, polírozott felülettel felfelé. A kézi kerék 2 óramutató járásával megegyező irányú elforgatásával az asztal felemelkedik, és a 3 minta a 4 labdához nyomódik. A terhelést az 5 villanymotor az indítógomb megnyomásakor automatikusan kifejti. Ez a 6 súly által létrehozott terhelés általában 10-60 másodpercig tart, a mérendő anyag keménységétől függően. A motor automatikus leállítása után a 2. lendkerék óramutató járásával ellentétes irányú elforgatásával a műszerasztal leereszkedik, és a 3. mintát eltávolítjuk.
Rizs. 1. A Brinell-keménység mérési sémája
A mintán egy gömbfelületű (lyuk) lenyomat marad. A lenyomat átmérőjét általában nagyítóval mérik, melynek okulárján 0,1 mm-nek megfelelő osztásokkal skála található. A Brinell keménységvizsgálat sémája és a skálán leolvasott érték az 1. ábrán látható. egy.
A Brinell keménységi számot, amelyet HB-vel jelölünk, úgy határozzuk meg, hogy elosztjuk a terhelést a gömb alakú behúzás felületével, és a következő képlettel határozható meg:
Newtonban kifejezve ill
,
Ezekben a kifejezésekben
DE a lenyomat felülete, mm;
D- a préselt golyó átmérője, mm;
d- lenyomatátmérő, mm.
A golyó átmérőjét, a terhelést és a terhelés alatti expozíció időtartamát a vizsgált termék vagy minta keménységétől és vastagságától függően választják ki. A vizsgálathoz tiszta és sima felületű mintákat használunk, a minták vastagsága legalább tízszerese legyen a bemélyedés mélységének.
A Brinell keménységi vizsgálati arányokat a táblázat tartalmazza. egy.
Asztal 1
Brinell keménységi teszt szabványok
Ha egy bizonyos átmérőjű golyóval és beállított terhelésekkel mérik a keménységet, nem szükséges a fenti képlet szerint számolni. A gyakorlatban a nyomat átmérőjéből származó HB-k számát feltüntető, előre összeállított táblázatok használják.
A Brinell keménységmérés nem univerzális módszer, mivel nem teszi lehetővé:
a) használjon HB4500H-nál nagyobb keménységű anyagokat, mivel a labda deformálódik, és a leolvasások nem lesznek pontosak;
b) mérje meg egy vékony felületi réteg keménységét (1-2 mm vastag), mivel a golyó átnyomja a vékony fémréteget.
BETÖRÉS KEMÉNYSÉGMÉRÉSE
GYÉMÁNT KÚP VAGY ACÉLGOLYÓ
(ROCKWELL KEMÉNYSÉG)
Az alapvető különbség a Rockwell-módszerrel és a Brinell-módszerrel végzett keménységmérés között, hogy nem átmérővel, hanem egy egyenlő csúcsszögű gyémántkúp benyomásakor kapott lenyomat mélységével mérjük. 120°-ig, vagy edzett acélgolyó, amelynek átmérője 1,588 mm. A kúpot vagy golyót két egymás utáni terhelés hatására a próbadarabba nyomják: R 0 és a fő egyenlő lesz: P=P 0 + P 1 .
Teszteléskor először előterhelést alkalmazunk R 0 =100 N, akkor a teljes terhelés R, egyenlő: ha a golyót (B skála) 1000 N-ben nyomják; gyémántkúp behúzásakor (C skála) 1500 N; amikor a gyémántkúpot (A skála) 600 N-ban nyomják (2. ábra).
2. ábra. A hegy behatolási mélységének változása két terhelés alatt
A Rockwell-keménységet a HR számok és betűk jelzik a keménységi skála (A, B, C) jelzésével.
A Rockwell keménységi számot a képlet határozza meg
HR = (k-(h-h 0 )/c
ahol h 0 - a hegy behatolási mélysége erő hatására R 0 ;
h- a hegy behatolási mélysége a teljes hatás hatására
terhelések R;
nak nek- állandó érték, a labdánál 0,26; kúpnál 0,2;
Val vel- az irányjelző számlap felosztásának ára.
A keménység mérésekor a terhelésnek szigorúan a minta felületére merőlegesen kell hatnia. A terheléseket egyenletesen kell alkalmazni.
ábrán látható készüléken mérik a keménységet. 3.
3. ábra. A Rockwell-keménységet mérő műszer sematikus diagramja
Az 1. táblázat a 3. próbaminta ráhelyezését szolgálja A 2. kézikereket az óramutató járásával megegyező irányba forgatva hozza a mintát a 4. hegyhez. A kézikerék további elforgatásával a hegy elkezd behatolni a mintába, és az indikátor skálán a kis nyíl fordulatát figyeljük meg. Az előtöltés addig történik, amíg a jelző kis nyíla egybe nem esik a piros ponttal.
Amikor a minta 100 N (10 kG) előterhelést kap, a nagy indikátortű függőleges helyzet(vagy ahhoz közel). A jelzőskála pontos nullára állítása a 6 dob segítségével történik. Ezután megnyomjuk a 7 gombot, ez biztosítja a főterhelés hatását és létrehoz egy teljes terhelést (előzetes + fő).
Ilyen terhelés alatt a nagy nyíl az óramutató járásával ellentétes irányban mozog a jelző tárcsa mentén. A teljes terhelés alkalmazási ideje 5-7 s. Ezután a fő terhelés automatikusan lekerül, és csak az előterhelés marad meg. A nagy mutatómutató az óramutató járásával megegyező irányban mozog. A jelzőtárcsán lévő nagy kéz által jelzett szám a Rockwell keménységi számot jelöli. Ezután forgassa el a lendkereket 2 az óramutató járásával ellentétes irányba, engedje le az asztalt és vegye ki a mintát.
A Rockwell keménysége mérhető:
1) gyémánt kúppal, 1500 N (150 kgf) összterheléssel. Ebben az esetben a keménységi értéket az indikátor „C” fekete skáláján határozzuk meg, és HRC-ként jelöljük. Ezt a skálát edzett acélok (HRC 67-ig) tesztelésekor használják;
2) egy gyémánt kúp, amelynek összterhelése 600 N (60 kgf). Ebben az esetben a keménységi értékeket szintén a fekete „C” skálán határozzák meg, de HRA-val jelölik. A HRA számok a következő képlettel konvertálhatók HRC számokká: HRC = 2 HRA - 104. Ezt a skálát szuperkemény ötvözetek (például 68-nál nagyobb keménységű volfrám-karbidok), vékony lemezek és mérések tesztelésére használják. vékony felületi rétegek keménysége (0 ,3-0,5 mm);
3) acélgolyó 1000 N (100 kgf) összterheléssel.
Ebben az esetben a keménységi értékeket a piros "B" skálán határozzák meg, és HRB-vel jelölik. A B skálát közepes keménységű fémek és 0,8-2 mm vastagságú termékek vizsgálatára használják.
A Rockwell módszer előnyei közé tartozik a nagy termelékenység, a könnyű karbantartás, a mérési pontosság és a minőségi felület megőrzése a tesztelés után.
KEMÉNYSÉGMÉRÉS
GYÉMÁNT PIRAMIS
(VICKERS KEMÉNYSÉG)
Ezt a módszert vas- és színesfémek és ötvözetek keménységének mérésére használják.
A Vickers-módszer szerinti keménységet úgy határozzuk meg, hogy 50, 100, 200, 300, 500, 1000 N terhelés mellett egy gyémánt tetraéder piramist nyomunk a vizsgálati felületbe 136°-os szöggel. h 1
és h 2
lenyomat, piramis és sarok 
a piramis tetején a lenyomat felületét a következő képlet határozza meg és számítja ki:
HV = (2 P bűn( /2)/ d 2 ) = 1,854 (P/ d 2 ),
- a gúla szemközti lapjai közötti szög (136 0);
d a lenyomat mindkét átlójának hosszának számtani középértékei a kirakodás után, mm.
A vizsgálatokat egy rögzített vázas készüléken (4. ábra) végezzük, melynek alsó részében egy 1. asztal található, amely a 2 lendkerék forgatásával függőlegesen mozog. A 3. mintát az asztalra helyezzük úgy, hogy a felület alá kerül teszt felfelé, és az asztalt szinte addig emeljük, amíg a minta hozzá nem ér a gyémánt piramishoz 4. Az 5 indítókar pedáljainak megnyomásával működtetjük a terhelési mechanizmust, amely a terhelések nyomását 6 továbbítja a karon keresztül A terhelés időtartama a vizsgálat során 10 és 60 s között van, amit a készüléken lévő jelzőfény rögzít. A teher eltávolítása után az asztalt leengedjük és bevisszük a 7-es mikroszkópot, melynek segítségével meghatározzuk a lenyomatátló hosszát.
4. ábra. Vickers-keménységet mérő készülék diagramja
A mikroszkóp okulárjának (5b. ábra) mozgatható skálája és három vonása van - két fő vonal 1 és 2, valamint egy további 3 (5b. ábra). Az 1. csavar elforgatásával (5. ábra, a) az 1. löket a lenyomat bal sarkába kerül (5. ábra, b). A 2. mikrométercsavar elforgatásával (5. ábra, a) a 2. löket a lenyomat jobb sarkába kerül. Jegyezze fel a kapott lenyomatátló értékét a vizsgálati jegyzőkönyvbe.
5. ábra. Sémák: a). mikrométeres csavar; b). a nyomat méretének meghatározása
Meg kell mérni a nyomat mindkét átlóját, és meg kell venni a mérések átlagértékét. A kapott eredményt a táblázatok segítségével konvertálja át HV keménységi értékre. Az 50, 100 N kis terhelések alkalmazásának lehetősége lehetővé teszi a kis vastagságú és vékony felületi rétegek, például cementált, nitridált és mások keménységének meghatározását.
A HB 4500-ig terjedő keménységű anyagok Vickers és Brinell keménységi számai gyakorlatilag megegyeznek. A piramismérés ugyanakkor többet ad pontos értékeket a golyós vagy kúpos méreteknél nagyobb keménységű fémekhez. A gyémánt piramis csúcsszöge nagy (136 0), és lenyomatának átlója körülbelül 7-szerese a lenyomat mélységének, ami még akkor is növeli a mérési pontosságot, ha a piramis kis mélységbe hatol.
A MIKROHARDSÁG MÉRÉSE
Az ötvözetek tulajdonságainak és átalakulásainak tanulmányozásához nem csak az "átlagos" keménységet kell ismerni, amely az ötvözetben jelenlévő fázisok és szerkezeti komponensek összhatásából adódó keménységet jelenti. Bizonyos esetekben ismerni kell az egyes fázisok és szerkezetek keménységét. A mikrokeménységet egy gyémánt piramis bemélyedésével határozzuk meg. Ehhez használjon PMT-3 típusú eszközt (6. ábra), amelyet az M.N. fejlesztett ki. Hruscsov és E.S. Berkovich. A készülék egy 8 állványból, egy függőleges mikroszkópból, egy 6 makrometrikus csavar és egy 5 mikrometrikus csavar segítségével fel-le mozgó csőből áll. A cső felső végére egy 7 szemmikrométer és egy rúd van felszerelve. A 2. ábrán látható gyémánt gúlával, a 11 alsó végére egy átlátszatlan 9 világítótest és objektívek vannak rögzítve. A 13 mikrométeres csavarok segítségével mozgassa az asztalt a kívánt irányba. Az 1. fogantyú az asztal 90 o-kal történő elforgatására szolgál. A készülék két lencsével van felszerelve a mikrometszet megtekintésére 478-as és 135-szörös nagyítással. Az okulár 15-szörösére nagyít. A szemlencse-mikrométer fix ráccsal, leolvasó mikrométer dobbal és mozgó rácsos kocsival rendelkezik. A rögzített rácson számokkal és derékszögű négyzet található, amelyek teteje egybeesik a 0-val. A mikrokeménység meghatározásához többféle hegyet használnak: négyzet alakú alappal; egyenlő oldalú háromszög alakú alappal; rombusz alappal; kéthengeres alappal. A legszélesebb körben használt gyémánt hegy. A hegy tetején a lapok közötti szög 136 o (ugyanúgy, mint a Vickers-keménység mérésénél). A benyomódási terhelést a 3. súlyok hozzák létre, amelyeket a 2. rúdra szerelnek fel. Az eszközben 1-500 gramm súlyokat használnak, a vizsgált szerkezet jellemzőitől függően. A méréshez speciálisan mintákat készítenek, amelyeket megőrölnek és políroznak, és szükség esetén reagensekkel maratnak. Az elkészített mikrometszetet úgy helyezzük a 12 asztalra, hogy a mikrometszet felülete felfelé nézzen. A beépített mikrometszet az okuláron keresztül látható. Csavarok segítségével az asztalt mozgatjuk, és a mikrometszeten kiválasztjuk a kívánt területet. Ez a terület a mikroszkóp látómezejének közepén helyezkedik el, pontosan a rögzített rács felső sarkában. Ezután a terhelés telepítve van. Ezt követően a gyémántpiramisos rudat leengedjük úgy, hogy a gyémánt hozzáérjen a mintához. Ebben a helyzetben álljon 5-10 másodpercig, majd a rúd felemelkedik. A 12. táblázatot 180°-kal elforgatjuk a mikroszkóp lencséje alatt, és megmérjük a nyomat átlóit. Az átló hosszát a műszer mikrométeres dobja jelzi. Határozza meg mindkét átló hosszát, és számítsa ki az átlagos hosszt. kapott átlagos hosszúság a táblázat szerint fordítsuk le a mikrokeménység számára. A méréseket legalább 2-3 alkalommal kell elvégezni. A táblázatban szereplő keménységi számokat a képlet alapján számítjuk ki 
és Vickers keménységi számokat képviselnek. A készülék lehetővé teszi az ötvözet mikroszerkezetének fényképezését a keletkező lenyomatokkal.
6. ábra. A PMT-3 eszköz vázlata
1. FELADAT
A Brinell-keménység mérő készülék működésének tanulmányozása.
Határozza meg a szén szerkezeti és szerszámacélok mintáinak keménységét, és hasonlítsa össze az eredményeket.
Konvertálja a Brinell keménységi számokat Rockwell keménységi számokká.
Következtessen az ötvözet összetételének a keménységére gyakorolt hatásáról.
Brinell keménységi vizsgálati jelentés
Asztal 1
2. FELADAT
A keménységmérő készülék működésének tanulmányozása Rockwell módszerrel.
Határozza meg a lágyított és edzett állapotú acélminták keménységét, a színesfémötvözetek és keményötvözetek keménységét.
A mérési eredményeket rögzítse a vizsgálati jegyzőkönyvben.
Következtetés az anyag összetételének a keménységére gyakorolt hatásáról.
3. FELADAT
A Vickers-módszerrel végzett keménységmérő készülék működésének tanulmányozása.
Határozza meg lágyacél minták keménységét karburálás, nitridálás után.
A mérési eredményeket rögzítse a vizsgálati jegyzőkönyvben.
1. A munka célja.
2. Feladat.
3. A vizsgálati eljárás leírása.
4. Keménységi vizsgálati jelentés.
5. Következtetések a munkáról.
ÖNELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK
Mi az anyagok keménysége?
Hogyan mérik az anyagok keménységét?
A Brinell-keménység meghatározása; Rockwell szerint; Vickers szerint.
Keménységi jelölések.
A Brinell-keménység meghatározására szolgáló módszerek köre; Rockwell és Vickers.
IRODALOM
Geller Yu. A., Rakhshtadt L. G. Anyagtudomány. Moszkva: Kohászat. 1975.- 345s.
Samohodniy A. I., Kunyavsky M. N. Laboratóriumi munka a fémek kohászatával és hőkezelésével kapcsolatban. M.: Mashinostroenie. 1981.
Szovetova L.V., Guszev V.I. Útmutató a laboratóriumi munkához "Az anyagok keménységének meghatározása". Szaratov, SPI, 1982
AZ ANYAGOK KEMÉNYSÉGÉNEK MEGHATÁROZÁSA
Útmutató az oktatói és kutatólaboratóriumi munkához minden szakos hallgató számára
nappali, esti és részidős oktatás
Összeállította:
Fedorov Julius Stepanovics
Keménység
Keménység- ez az anyag azon képessége, hogy ellenálljon egy másik, szilárdabb test behatolásának - egy bemélyedésnek a teljes terhelési tartományban: a felülettel való érintkezéstől a bemélyedésig a maximális mélységig. Vannak módszerek a meghatározására helyreállítottákés vissza nem térítve keménység.
Meghatározási módszer helyreállították keménység.
A keménység a terhelés nagyságának a felülethez, a vetületi területhez vagy a bemélyedés térfogatához viszonyított aránya. Megkülönböztetni felszínes, kivetítésés térfogat- keménység:
Meghatározási módszer vissza nem térítve keménység.
A keménységet az ellenállási erőnek az anyagba ágyazott bemélyedés részének felületéhez, vetületi területéhez vagy térfogatához viszonyított arányaként határozzuk meg. Megkülönböztetni felszínes, kivetítésés térfogat- keménység:
A keménységet három tartományban mérik: makro, mikro, nano. A makrotartomány 2 és 30 kN között szabályozza a behúzó terhelését. A mikrotartomány 2 N-ig szabályozza a behúzó terhelését, és a behatolási mélység nagyobb, mint 0,2 µm. A nanotartomány csak a bemélyedés behatolási mélységét szabályozza, amelynek 0,2 µm-nél kisebbnek kell lennie. A nanoméretű keménységet gyakran úgy emlegetik nanokeménység [ismeretlen kifejezés] .
A mért keménység elsősorban a bemélyedés terhelésétől függ. Ezt a függőséget ún mérethatás, az angol irodalomban - behúzás méretének hatása. A keménység terheléstől való függésének jellegét a behúzás alakja határozza meg:
Közvetve a keménység a következőktől is függhet:
A ma létező legkeményebb anyagok a szén két allotróp módosulata – a lonsdaleit, amely 58%-kal keményebb, mint a gyémánt és a fullerit (kb. 2-szer keményebb, mint a gyémánt). azonban gyakorlati használat ezek az anyagok még mindig nem valószínű. A legkeményebb közönséges anyag a gyémánt (10 egység a Mohs-skálán, lásd alább).
Készülék Poldi
A keménység meghatározására szolgáló módszerek a terhelés alkalmazásának módja szerint a következőkre oszlanak: 1) statikusés 2) dinamikus(dob).
Számos skála (mérési módszer) létezik a keménység mérésére:
A keménységmérési módszerek két fő kategóriába sorolhatók: statikus keménységi módszerek és dinamikus keménységi módszerek.
A keménység műszeres meghatározásához keménységmérőknek nevezett eszközöket használnak. A keménység meghatározására szolgáló módszerek a tárgyra gyakorolt hatás mértékétől függően roncsolásmentes és roncsoló módszerekre egyaránt vonatkozhatnak.
A keménység-meghatározás jelenlegi módszerei nem tükrözik teljes mértékben az anyagok egyetlen konkrét alapvető tulajdonságát sem, ezért nincs közvetlen kapcsolat a különböző skálák és módszerek között, de vannak hozzávetőleges táblázatok, amelyek az egyes anyagok csoportjaira, kategóriáira vonatkozóan összekapcsolják az egyes módszerek skáláit. Ezek a táblázatok csak kísérleti tesztek eredményei alapján készültek, és nincsenek olyan elméletek, amelyek lehetővé tennék a számítási módszer áttérését az egyik keménységmeghatározási módszerről a másikra.
A keménység meghatározására konkrét módszert választanak ki az anyag tulajdonságai, a mérési feladatok, a megvalósítás feltételei, a rendelkezésre álló berendezések stb.
A FÁK-ban nem minden keménységi skála van szabványosítva.
Wikimédia Alapítvány. 2010 .
Szinonimák:Ennek a kifejezésnek más jelentése is van, lásd Keménység (jelentések). A határozottság (a jellem szilárdsága, az akarat szilárdsága is) olyan jellemvonás, amelyet a célok elérésében vagy a nézetek fenntartásában való következetesség és kitartás jellemez. ... ... Wikipédia
Ennek a kifejezésnek más jelentése is van, lásd Shore keménység. Meg kell érteni, hogy bár más értelemben ez a módszer a keménység mérésére is alkalmas, mindkét módszert ugyanaz a szerző javasolta, és ugyanazok ... ... Wikipédia
keménység- és; és. 1) keményre 2), 3), 4), 5), 6), 7), 8), 9) Fa keménysége. A szellem erőssége. Az akarat szilárdsága, jellem, meggyőződés. A memória keménysége. A döntés szilárdsága. A mozgás merevsége... Sok kifejezés szótára
Ennek a kifejezésnek más jelentése is van, lásd Shore keménység. Meg kell érteni, hogy bár más értelemben ez a módszer a keménység mérésére is alkalmas, mindkét módszert ugyanaz a szerző javasolta, és ugyanazok ... ... Wikipédia
Martens keménység- sclerometric hardness scleroscope hardness - Témák olaj- és gázipar Szinonimák sclerometric hardness scleroscope hardness EN ... ... Műszaki fordítói kézikönyv
A fémek benyomódással szembeni ellenállása. A T.m. nem fizikai állandó, hanem egy összetett tulajdonság, amely mind a szilárdságtól és plaszticitástól, mind a mérési módszertől függ. A T. m.-t keménységi szám jellemzi. A legtöbb… …
Brinell keménység- Brinell-módszer [J.A. Brinell svéd mérnök megbízásából] egy módszer az anyagok keménységének meghatározására 2,5 átmérőjű edzett acélgolyó vizsgálati felületbe történő benyomásával; 5 és 10 mm P terhelés mellett 625 N és 30 kN között. Szám… … Kohászati szótár
Vickers keménység- Vickers-módszer [a Vickers (Vickers Limited) angol hadiipari konszern nevén] egy módszer az anyagok keménységének meghatározására, egy szabályos tetraéder alakú gyémánt bemélyedés mintájának vagy termékének felületébe nyomva. . Kohászati szótár
Rockwell keménység- Rockwell-módszer [az ezt a módszert kidolgozó S. Rockwell amerikai kohász megbízásából] egy módszer az anyagok (főleg fémek) keménységének meghatározására oly módon, hogy egy gyémánt bemélyedést nyomnak a vizsgálati felületbe ... ... Kohászati szótár
Az ásványok azon tulajdonsága, hogy ellenállnak más testek bejutásának. A keménység az ásvány fontos diagnosztikai és tipomorf jellemzője, összetételének és szerkezetének függvénye, amely változó mértékben tükrözi az ásványképződés feltételeit. T. m... Nagy szovjet enciklopédia
Annak érdekében, hogy az alkatrészek és mechanizmusok hosszú ideig és megbízhatóan szolgálhassanak, az anyagoknak, amelyekből készültek, meg kell felelniük a szükséges feltételeket munka. Ezért fontos az ellenőrzés megengedett értékek fő mechanikai mutatóik. A mechanikai tulajdonságok közé tartozik a keménység, szilárdság, hajlékonyság. A fémek keménysége az elsődleges szerkezeti jellemző.
A fémek és ötvözetek keménysége az anyag azon tulajdonsága, hogy ellenállást kelt, amikor egy másik test behatol a felületi rétegeibe, amely nem deformálódik és nem esik össze a kísérő terhelés hatására (behúzás). A következő célokra határozták meg:
A felület szilárdsága és öregedéssel szembeni ellenállása részben ettől a mutatótól függ. Vizsgálja meg a forrásanyagot és a kész alkatrészeket is.
A mutató egy keménységi számnak nevezett érték. Létezik különféle módszerek fémek keménységének mérése. A legpontosabb kutatás a használata különféle fajták számítások, behúzások és a kapcsolódó keménységmérők:
Az indikátorok közötti parametrikus megfelelések meghatározása különböző utak ugyanarra az anyagra vonatkozó mérések esetén speciális képletek és táblázatok vannak.
Laboratóriumi körülmények között, a szükséges felszerelés jelenlétében, a kutatási módszer kiválasztása a munkadarab bizonyos jellemzőitől függően történik.
Minden követelményt és megfelelést a GOST dokumentál.
A fémek és ötvözetek keménységi vizsgálata Brinell keménységmérővel a következő jellemzőkkel történik:
Képletekkel, a kiválasztott golyó átmérőjétől és a vizsgált anyagtól függően, kiszámítható a megfelelő megengedett bemélyedési erő.
Kinevezési példa:
400HB10/1500/20, ahol 400HB a fém Brinell keménysége; 10 - golyó átmérője, 10 mm; 1500 - statikus terhelés, 1500 kgf; 20 - behúzódási időszak, 20 s.
A pontos számadatok megállapításához racionális ugyanazt a mintát több helyen megvizsgálni, ill összesített eredmény határozza meg a kapott átlagérték meghatározásával.
A kutatási folyamat a következő sorrendben zajlik:
ahol F a terhelés, kgf vagy N; A - nyomtatási terület, mm 2.
HB=(0,102*F)/(π*D*ó),
ahol D - golyó átmérője, mm; h - lenyomatmélység, mm.
A fémek ezzel a módszerrel mért keménysége empirikus kapcsolatban áll a szilárdsági paraméterek számításával. A módszer pontos, különösen lágyötvözeteknél. Alapvető fontosságú ezen mechanikai tulajdonság értékeinek meghatározására szolgáló rendszerekben.
Ezt a mérési módszert a XX. század 20-as éveiben találták fel, automatizáltabban, mint az előző. Keményebb anyagokhoz használják. Főbb jellemzői (GOST 9013-59; GOST 23677-79):
A: gyémánt kúpcsúcs, 120˚ pontszög, teljes megengedett statikus erő - 60 kgf, HRA; vékony termékeket, elsősorban hengerelt termékeket vizsgálnak.
C: kemény és edzett anyagokhoz is egy gyémánt kúp, amelyet 150 kgf maximális erőre terveztek, HRC.
B: edzett acélból vagy kemény volfrám-karbidból készült 1,588 mm-es golyó, terhelés - 100 kgf, HRB, az izzított termékek keménységének értékelésére szolgál.
A Rockwell B, F, G mérlegekhez golyó alakú hegy (1,588 mm) alkalmazható. Léteznek E, H, K mérlegek is, amelyekhez 3,175 mm átmérőjű golyót használnak (GOST 9013-59).
A Rockwell keménységmérővel egy területen végzett vizsgálatok számát az alkatrész mérete korlátozza. Egy második vizsgálat megengedett az előző deformáció helyétől 3-4 átmérőnyi távolságban. A vizsgált termék vastagsága is szabályozott. Nem lehet kisebb, mint a hegy behatolási mélységének 10-szerese.
Kinevezési példa:
50HRC - A fém Rockwell keménysége, gyémántcsúccsal mérve, száma 50.
A fém keménységének mérése egyszerűbb, mint a
A mechanikai paraméterek pontos meghatározása érdekében matematikai számítás is lehetséges.
60 vagy 150 kgf teherbírású gyémántkúp használatától függően:
HR=100-((H-h)/0,002;
100 kgf erejű labdával történő teszteléskor:
HR=130-((H-ó)/0,002,
ahol h a bemélyedés behatolási mélysége 10 kgf elsődleges erő mellett; H a bemélyedés behatolási mélysége teljes terhelésnél; 0,002 - a hegy mozgásának mértékét szabályozó együttható, amikor a keménységi szám 1 egységgel változik.
Egyszerű, de nem elég pontos. Ugyanakkor lehetővé teszi a keményfémek és ötvözetek mechanikai tulajdonságainak mérését.
A fémek keménységének meghatározása a ez a módszer legegyszerűbb és legpontosabb. A keménységmérő munkája egy gyémánt piramiscsúcs mintadarabba való behúzásán alapul.
Főbb jellemzők:
Kinevezési példa:
ahol 700HV a Vickers keménységi szám; 20 - terhelés, 20 kgf; 15 - statikus erőfeszítés időtartama, 15 s.
Az eljárás rendkívül egyszerű.
Ennek a módszernek a matematikai számítása a következő:
HV=1,8544*(F/d2),
ahol F - terhelés, kgf; d - a lenyomat átlóinak hosszának átlagos értéke, mm.
Lehetővé teszi fémek, vékony és apró alkatrészek nagy keménységének mérését, miközben az eredmény nagy pontosságát biztosítja.
A nyomat átmérőjének speciális berendezéssel történő meghatározása után a keménység táblázatok segítségével meghatározható. A fémek keménységi táblázata bizonyítottan segíti ennek a mechanikai paraméternek a kiszámítását. Tehát, ha ismerjük a Brinell-értéket, a megfelelő Vickers- vagy Rockwell-szám könnyen meghatározható.
Példa néhány egyezési értékre:
lenyomat átmérője, | Kutatási módszer |
||||
Brinell | Rockwell | Vickers |
|||
A fémek keménységi táblázatát kísérleti adatok alapján állítják össze, és nagy pontosságú. A Brinell-keménység grafikus függősége is van a vas-szén ötvözet széntartalmától. Tehát az ilyen függőségeknek megfelelően a 0,2% -os széntartalmú acél esetében ez 130 HB.
A GOST követelményeinek megfelelően a vizsgált alkatrészeknek meg kell felelniük a következő jellemzőknek:
Elsődleges követelmények teljesítése - szükséges feltétel mérési pontosság.
A fémek keménysége fontos alapvető mechanikai tulajdonság, amely meghatározza néhány egyéb mechanikai és technológiai jellemzők, korábbi feldolgozási folyamatok eredményei, időtényezők hatása, lehetséges működési feltételek. A kutatási módszer megválasztása a minta hozzávetőleges jellemzőitől, paramétereitől és kémiai összetételétől függ.
Keménység- egy fém azon tulajdonsága, hogy jobban ellenáll egy másik behatolásának szilárd test legalább 10-szer. A keménység meghatározásához a következő módszereket alkalmazzuk: Brinell, Rockwell és Vickers módszerek.
Brinell módszer: meghatározott átmérőjű edzett acélgolyót bizonyos terhelés mellett a vizsgált anyagba préselnek, és a keménységet a golyólenyomat átmérőjének nagysága alapján ítélik meg. A lenyomat úgy néz ki, mint egy gömb alakú szegmens. A Brinell keménységet (HB) a HB=P/F kifejezésből határozzuk meg, ahol P a terhelés, F a golyólenyomat felülete. A B. módszer hátrányai közé tartozik a 450 MPa-nál kisebb keménységű vagy 2 mm-nél nagyobb vastagságú fémek vizsgálatának lehetetlensége. 450 MPa-nál nagyobb keménységű vizsgálatkor a golyó deformálódhat, és az eredmények pontatlanok lesznek.
Rockwell módszer: azon alapul, hogy a próbatestbe 120°-os csúcsszögű gyémántkúpot vagy 1,59 mm átmérőjű edzett acélgolyót préselnek. Gyémánt kúp - kemény, golyós - lágy fémekhez. A golyós/gyémánt kúpot két egymás után alkalmazott terhelés – előzetes (0,1 kN) és fő – hatására a próbatestbe nyomják. Ennek megfelelően ezekkel a terhelésekkel skálákat alkalmaznak az eszköz indikátorán: fekete A és C, valamint piros B. Skála A - nagyon kemény felületi réteggel rendelkező termékek keménységének mérése; C skála - edzett acélok keménységének mérésére; B skála - nem edzett acélok, színesfémek és ötvözetek, amelyek keménysége HRB 100. Az R. módszer egyszerű és Magassebesség mérések, biztosítja a kiváló minőségű felület megőrzését a tesztelés után, lehetővé teszi mind az alacsony, mind a nagy keménységű fémek tesztelését, legfeljebb 0,8 mm vastagságú termékekkel. Ez a módszer nem javasolt nem egyenletes szerkezetű ötvözetek esetén (szürkeöntvény, temperönthető és nagy szilárdságú).
Vikkres módszer: a TP-2 készülék (Vickers típusú) képes tesztelni a 0,15 mm és annál vastagabb termékek keménységét, valamint a fém felületi rétegeit szinte bármilyen anyagból. Az V. módszerével végzett mérés abból áll, hogy terhelés alatt a vizsgált termékbe egy szabályos tetraéderes gyémánt piramis formájú hegyet nyomnak meghatározott ideig. Keménység meghatározása a TP-2 készüléken: lenyomat vétele, lenyomat optikai mérése, keménységi szám meghatározása. A keménység meghatározásakor a következő szabályokat kell betartani: a terhelésnek egyenletesen kell növekednie a kívánt értékig; a vizsgálati minta felületének fényesnek és idegen zárványoktól mentesnek kell lennie; a minta felületének száraznak és tisztának kell lennie; a csúcsnak merőlegesnek kell lennie a minta felületére.
Keménység az anyag ellenállása a felületbe való behatolás ellen egy szabványos test (behúzó) által, amely nem deformálódik a vizsgálat során.
Ez egy roncsolásmentes ellenőrzési módszer, a termék hőkezelésének minőségének értékelésének fő módja. A keménységet vagy a bemélyedés behatolási mélysége (Rockwell-módszer), vagy a bemélyedésből származó lenyomat nagysága (Brinell, Vickers, mikrokeménységi módszerek) alapján ítélik meg.
Minden esetben előfordul az anyag képlékeny deformációja. Minél nagyobb az anyag ellenállása a képlékeny alakváltozással szemben, annál nagyobb a keménység. A vizsgálati sémák az ábrán láthatók. egy.
Rizs. 1. Sémák a keménység meghatározására: a- Brinell szerint ; b- Rockwell szerint; ban ben- Vickers szerint
A kellően nagy terhelés melletti bemélyedés következtében az anyag csúcs alatti és közelében elhelyezkedő felületi rétegei plasztikusan deformálódnak 5. A terhelés eltávolítása után lenyomat marad. Az ilyenkor fellépő deformáció sajátossága, hogy csak kis térfogatban megy végbe, deformálatlan anyaggal körülvéve.
Ilyen körülmények között főként tangenciális feszültségek keletkeznek, és a húzófeszültségek aránya elenyésző a más típusú mechanikai vizsgálatoknál (húzó, hajlítás, csavarás, összenyomás) kapottakhoz képest. Ezért a keménység behúzással történő mérésekor műanyag deformáció nem csak gömbgrafitos, hanem fémeket is (például öntöttvasat) is vizsgálnak, amelyek a szokásos mechanikai vizsgálatok (húzó, nyomó, csavarás, hajlítás) során csekély képlékeny alakváltozással vagy egyáltalán nem tönkremennek.
A keménység tehát a képlékeny alakváltozással szembeni ellenállást jellemzi, és egy anyag mechanikai tulajdonsága, amely a mérési módszerrel különbözik egyéb mechanikai tulajdonságaitól.
A keménységmérés előnyei a következők:
1. A képlékeny fémek benyomódásos módszerrel meghatározott keménysége és egyéb mechanikai tulajdonságok (elsősorban a szakítószilárdság) között mennyiségi összefüggés van. Így a fémek koncentrált képlékeny alakváltozása (a nyak kialakulása során) hasonló ahhoz az alakváltozáshoz, amely a fém felületi rétegeiben jön létre, amikor a keménységet egy hegy behúzásával mérik.
Ilyen mennyiségi függés nem figyelhető meg azoknál a rideg anyagoknál, amelyek szakítóvizsgálatok (vagy nyomó, hajlítás, csavarás) során észrevehető képlékeny alakváltozás nélkül tönkremennek, és keménységméréskor képlékeny alakváltozást kapnak. Számos esetben azonban még ezeknél a fémeknél is (például szürkeöntvényeknél) minőségi összefüggés figyelhető meg a szakítószilárdság és a keménység között; a keménység növekedése általában a nyomószilárdság növekedésének felel meg.
A fémek egyes plasztikus tulajdonságai keménységi értékekből is meghatározhatók. A benyomódási keménység egyes fémek, különösen a réz, a duralumínium és az izzított acélok tartóssági határát is jellemzi.
2. A keménység mérése a kivitelezési technikával sokkal egyszerűbb, mint a szilárdság, hajlékonyság és szívósság meghatározása. A keménységvizsgálatokhoz nincs szükség speciális minták gyártására, és közvetlenül a vizsgált részeken végzik el, miután megtisztították egy sík vízszintes platform felületén, és néha ilyen előkészítés nélkül is.
A keménységmérés gyors.
3. A keménységmérés általában nem jár a vizsgált alkatrész roncsolásával, és mérés után rendeltetésszerűen használható, míg a szilárdság, hajlékonyság és szívósság meghatározásához speciális minták készítése szükséges.
4. A keménység mérhető kis vastagságú részeken, valamint nagyon vékony rétegekben, amelyek nem haladják meg (egyes keménységmérési módszereknél) a tizedmillimétert vagy fém mikrotérfogatait; utóbbi esetben a méréseket mikrokeménységi módszerrel végezzük. Ezért számos keménységmérési módszer alkalmas különböző szerkezetű és tulajdonságú fémrétegek értékelésére, például a karburált, nitridált vagy edzett acél felületi rétegére, amely az alkatrész metszetében eltérő keménységű. A mikrokeménységi módszerrel az ötvözetek egyes összetevőinek keménysége is mérhető.
A benyomódási keménység meghatározásának két módszerét kell megkülönböztetni: a makrokeménység mérését és a mikrokeménység mérését.
Makrokeménység mérés abban különbözik, hogy a vizsgált anyagba egy testet préselnek, amely viszonylag nagy mélységig hatol, az alkalmazott terhelés nagyságától és a fém tulajdonságaitól függően. Ezen túlmenően számos vizsgálatnál jelentős méretű testet préselnek bele például egy 10 mm átmérőjű acélgolyóba, aminek eredményeként az ötvözet minden fázisa és szerkezeti komponense a deformálható térfogatban megjelenik. A mért keménység ebben az esetben a teljes vizsgálati anyag keménységét jellemzi.
A hegy alakjának, méretének és terhelésének megválasztása a vizsgálat céljától, szerkezetétől, várható tulajdonságaitól, felületi állapotától és a próbatest méreteitől függ. Ha a fémnek heterogén szerkezete van, az egyes szerkezeti összetevők nagy szegregációjával, amelyek tulajdonságaiban eltérőek (például szürkeöntvény, színesfém csapágyötvözetek), akkor a keménységvizsgálathoz nagy átmérőjű golyót kell választani.
Ha a fém viszonylag finom és homogén szerkezetű, akkor a vizsgált fém kis területei meglehetősen jellemzőek lehetnek a keménység értékelésére. Ezekben az esetekben a tesztek elvégezhetők egy kisebb test, például gyémántkúp vagy gúla bemélyítésével, kisebb mélységben, tehát kis terheléssel.
Nagy keménységű fémek, például edzett vagy alacsonyan edzett acél vizsgálatakor ez a feltétel még szükséges is, mivel a nagy terhelésű acélgolyó vagy gyémánt bemélyedése a golyó deformálódását vagy a gyémánt kitörését okozhatja.
A terhelés jelentős csökkentése azonban nem kívánatos, mivel ez a deformálható térfogat éles csökkenéséhez vezet, és olyan értékeket adhat, amelyek nem jellemzőek a fém nagy részére. Ezért a terhelések nagysága és az anyagokban kapott nyomatok mérete nem lehet kisebb bizonyos határoknál.
Mérés A mikrokeménység az ötvözet egyes szemcséinek, fázisainak és szerkezeti összetevőinek keménységének meghatározását célozza (nem pedig az "átlagos" keménységet, mint a makrokeménység mérésénél). NÁL NÉL ez az eset a behúzással deformált térfogatnak kisebbnek kell lennie, mint a mért szemcse térfogata (területe). Ezért az alkalmazott terhelést kicsire választják. Ezenkívül a mikrokeménységet mérik a nagyon kicsi alkatrészek tulajdonságainak jellemzésére.
A mért anyag felületi állapota jelentős hatással van a keménységi vizsgálatok eredményeire. Ha a felület egyenetlen - ívelt vagy kiemelkedésekkel rendelkezik, akkor az egyes szakaszok különböző mértékben vesznek részt a benyomódással és deformációval szembeni ellenállásban, ami mérési hibákhoz vezet . Minél kisebb a benyomódási terhelés, annál alaposabban kell a felületet előkészíteni. Polírozott vízszintes platformot, a mikrokeménység mérésére pedig polírozottat kell képviselnie.
A mért felületet vízszintesen, azaz a nyomott test hatására merőlegesen kell felszerelni. A minta ellentétes oldalát is meg kell tisztítani, és nem lehet vízkő, mivel ez a minta betöltésekor összetörik, ami torzítja a mérési eredményeket.
A hozzávetőleges keménység érdekében célszerű a Mohs-skálát használni - egy 10 ásványból álló készletet, amelyek a keménység növelésének sorrendjében vannak elrendezve:
Talkum - 1 földpát - 6
Gipsz - 2 kvarc - 7
Kalcit - 3 topáz - 8
Fluorit - 4 Korund - 9
Apatit – 5 gyémánt – 10
Ez a módszer univerzális, és szinte minden anyag keménységének meghatározására szolgál.
Az anyagba egy acélgolyót préselnek, és a keménységi értékeket a golyó által hagyott lenyomat felületének mérete határozza meg. A labdát préssel benyomják.
 |
2. ábra. A keménység elérésére szolgáló eszköz vázlata a golyó megnyomásával (Brinell-mérés): 1 - táblázat a minta központosításához; 2 - lendkerék; 3 - rakományok; 4 - labda; 5 - villanymotor.
A próbamintát a prés fix ágyának alsó részében található 1 asztalra kell felszerelni (2. ábra), polírozott felülettel felfelé. A kézi kerék 2 óramutató járásával megegyező irányba történő kézi elforgatásával az asztal felemelkedik, így a golyó a vizsgálandó felületbe nyomható. Elektromos motoros préseléseknél a 2 lendkereket ütközésig forgatjuk, és a gomb megnyomásával bekapcsoljuk az 5 motort.
Ez utóbbi mozgatja a billenőt, és fokozatosan megnyomja a labdát a billenőre rögzített terhelés által adott terhelés hatására. Ez a terhelés a mért anyag keménységétől függően meghatározott ideig, általában 10-60 s-ig hat, ezután a motor tengelye befordul. hátoldal, ennek megfelelően mozgatja a billenőkart és eltávolítja a terhet. A motor automatikus leállítása után a kézikereket 2 az óramutató járásával ellentétes irányba forgatva engedje le a műszerasztalt, majd vegye ki a mintát.
A mintában egy gömbfelületű (lyuk) lenyomat marad. A lenyomat átmérőjét nagyítóval mérjük, melynek okulárján egy tizedmilliméter osztású skála található. A bemélyedés átmérőjét 0,05 mm-es pontossággal mérjük (amikor egy 10 és 5 (mm) átmérőjű golyót két egymásra merőleges irányba nyomunk be; a keménység meghatározásához a kapott értékek átlagát. u200bis vett.
A HB Brinell keménységszámot a következő egyenlettel számítjuk ki:
ahol P a labda terhelése, kg s (1 kg s - 0,1 MPa); D a nyomott golyó átmérője, mm; d a bemélyedés átmérője, mm. Az így kapott ceteris paribus keménységi szám annál nagyobb, minél kisebb a bemélyedés átmérője.
A keménység pontos meghatározásához szükséges állandó és azonos összefüggést P és d között azonban csak bizonyos feltételek mellett lehet elérni. Ha a golyót különböző mélységekbe nyomják, azaz ugyanarra az anyagra különböző terhelésekkel, a kapott lenyomatátmérők közötti hasonlóság törvénye nem érvényesül.
A legnagyobb eltérések akkor figyelhetők meg, ha a golyót kis terheléssel nyomják és kis átmérőjű lenyomatot hagynak maga után, vagy nagyon nagy terheléssel nyomják, és a labda átmérőjéhez közeli átmérőjű lenyomatot hagynak. Ezért az anyagok keménységét állandó arányban mérjük a terhelés Ri négyzetes golyóátmérője D 2 között. Ennek az aránynak eltérőnek kell lennie a különböző keménységű anyagoknál.
A benyomódás során a mért anyag képlékeny alakváltozásával együtt a nyomott golyó rugalmas alakváltozása is bekövetkezik. Ennek a deformációnak a nagysága, amely torzítja a meghatározás eredményét, szilárd anyagok mérésekor növekszik. Ezért a golyós benyomódási vizsgálatok kis és közepes keménységű fémek mérésére korlátozódnak (a nem nagyobb keménységű acélok esetében HB = 450).
Bizonyos hatást gyakorol a fém terhelés alatti expozíciójának időtartama is. Alacsony olvadáspontú fémek (ólom, cink, bab-bitek). alacsony hőmérsékletátkristályosodik, plasztikus alakváltozást nem csak a benyomódás pillanatában tapasztal, hanem a terhelés alkalmazása után is egy ideig. A terhelés alatti expozíció növekedésével ezeknek a fémeknek a képlékeny alakváltozása gyakorlatilag stabilizálódik.
Fémekhez magas hőmérsékletek olvadáskor a terhelés alatti expozíciós idő befolyása elenyésző, ami több felhasználását teszi lehetővé rövid szemelvények(10-30 s).
A keménység meghatározott átmérőjű labdával és meghatározott terhelésekkel történő mérésekor a gyakorlatban előre összeállított táblázatokat használnak, amelyek jelzik a számot. HB a bemélyedés átmérőjétől és a bemélyedés Ri terhelési felületének arányától függően F. A keménység megadásakor HB néha fel kell jegyezni az elfogadott terhelést és a golyó átmérőjét.
A különböző fémek szakítószilárdsága és HB keménységi száma között a következő összefüggés van:
HB keménységű acél:
120-175 s b » 0,34 HV
175-450 s b » 0,35 HB
Réz, sárgaréz, bronz:
Lágyított s b » 0,55 HB
Hidegen megmunkált s b » 0,40 HB
Alumínium és alumíniumötvözetek HB keménységgel:
20 - 45 s b "(0,33 - 0,36) HB
Duralumínium:
Lágyított s b » 0,36 HB
Kioltás és öregítés után s b » 0,35 HB
