Ministero dell'Istruzione e della Scienza della Federazione Russa
Agenzia federale per l'istruzione
Università tecnica statale di Saratov
Determinazione della durezza dei materiali
Istruzioni metodologiche per l'insegnamento e la ricerca lavoro di laboratorio per studenti di tutte le specialità
giorno, sera e moduli di corrispondenza apprendimento
Approvato
consiglio editoriale ed editoriale
Stato di Saratov
Università Tecnica
Saratov 2009
Lo scopo del lavoro: familiarizzare gli studenti con i metodi per determinare la durezza dei materiali
La determinazione della durezza è un metodo di prova ampiamente utilizzato in laboratorio e in condizioni di fabbrica per caratterizzare le proprietà meccaniche dei materiali.
La durezza dei metalli viene misurata esponendo la superficie del metallo a una punta fatta di un materiale a bassa deformazione (acciaio temprato, diamante, zaffiro o lega dura). La punta può essere a forma di palla, cono, piramide o ago.
Esistono diversi modi per misurare la durezza, che differiscono per la natura dell'impatto della punta: rientranza della punta, graffi sulla superficie, impatto della punta della sfera.
La più utilizzata è la misurazione della durezza mediante indentazione. A causa della rientranza, gli strati superficiali del metallo situati sotto la punta e vicino ad essa vengono deformati plasticamente. Dopo aver rimosso il carico, rimane un'impronta. La particolarità della deformazione che si verifica in questo caso è che procede solo in un piccolo volume circondato da metallo indeformato. Pertanto, la durezza caratterizza la resistenza di un metallo alla deformazione plastica e ne rappresenta le proprietà meccaniche.
Si devono distinguere due metodi per determinare la durezza di indentazione: misurazione della macrodurezza e misurazione della microdurezza:
1. La misura della durezza (macrodurezza) è caratterizzata dal fatto che un corpo di notevoli dimensioni viene pressato nel metallo testato (ad esempio una sfera d'acciaio del diametro di 10 mm), penetrando in un grande profondità. Di conseguenza, tutte le fasi e le componenti strutturali della lega sono rappresentate nel volume deformabile. La durezza misurata in questo caso dovrebbe rappresentare la durezza dell'intero materiale da testare (la durezza “media”).
La scelta della forma, delle dimensioni e del carico della punta dipende dallo scopo della prova, dalla struttura, dalle proprietà previste, dalle condizioni della superficie e dalle dimensioni del provino.
2. La misurazione della microdurezza ha lo scopo di determinare la durezza dei singoli grani, fasi e componenti strutturali della lega. In questo caso, il volume deformato dalla rientranza dovrebbe essere inferiore al volume della grana misurata. Pertanto, il carico applicato viene scelto piccolo.
Il più usato i seguenti modi misure di durezza:
rientranza di una sfera d'acciaio (metodo Brinell);
rientranza di un cono di diamante (metodo Rockwell);
rientranza di una piramide di diamanti tetraedrica (metodo Vickers).
MISURA DELLA DUREZZA CON INGRESSI A SFERA
(DUREZZA BRINELL)
Questo metodo viene utilizzato per determinare la durezza sia dei metalli che dei materiali non metallici.
Quando si misura la durezza dei metalli secondo Brinell, una sfera di acciaio temprato viene premuta nel materiale sotto l'azione di un determinato carico per un certo tempo. Di conseguenza, si forma un'impronta sulla superficie del campione, il cui diametro viene misurato. Il valore della durezza è determinato dalla dimensione della superficie dell'impronta lasciata dalla pallina. La palla viene premuta con una pressa (Fig. 1). Il campione di prova (particolare) 3 è installato sul tavolo 1, con la superficie lucidata verso l'alto. Ruotando manualmente il volantino 2 in senso orario, il tavolo viene sollevato e il campione 3 viene premuto contro la sfera 4. Il carico viene applicato automaticamente dal motore elettrico 5 quando viene premuto il pulsante di avvio. Questo carico, creato dal peso 6, dura solitamente 10-60 secondi, a seconda della durezza del materiale da misurare. Dopo lo spegnimento automatico del motore, ruotando il volano 2 in senso antiorario, si abbassa il tavolo portastrumenti e si preleva il campione 3.
Riso. 1. Schema per misurare la durezza Brinell
Sul campione rimane un'impronta con una superficie sferica (foro). Il diametro dell'impronta viene solitamente misurato con una lente d'ingrandimento, sul cui oculare è presente una scala con divisioni corrispondenti a 0,1 mm. Lo schema della prova di durezza Brinell e la lettura sulla scala sono riportati in fig. uno.
Il numero di durezza Brinell, indicato con HB, è determinato dividendo il carico per la superficie della rientranza sferica e può essere determinato dalla formula:
espresso in Newton o
,
In queste espressioni
MAè la superficie dell'impronta, mm;
D- diametro della sfera pressata, mm;
d- diametro dell'impronta, mm.
Il diametro della sfera, il carico e la durata dell'esposizione sotto carico sono selezionati in base alla durezza e allo spessore del prodotto o del campione da testare. Per il test vengono utilizzati campioni con una superficie pulita e liscia e lo spessore dei campioni deve essere almeno dieci volte la profondità della rientranza.
I tassi di test di durezza Brinell sono riportati nella tabella. uno.
Tabella 1
Standard di prova di durezza Brinell
Quando si misura la durezza con una sfera di un certo diametro e si impostano i carichi, non è necessario calcolare secondo la formula sopra. In pratica viene utilizzato da tabelle precompilate che indicano il numero di HB dal diametro della stampa.
La misurazione della durezza Brinell non è un metodo universale, poiché non consente:
a) utilizzare materiali con una durezza superiore a HB4500H, poiché la sfera si deformerà e le letture non saranno accurate;
b) misurare la durezza di un sottile strato superficiale (1-2 mm di spessore), poiché la pallina spingerà attraverso un sottile strato di metallo.
MISURA DUREZZA INTRUSIONE
CONO DI DIAMANTE O SFERA D'ACCIAIO
(DUREZZA ROCKWELL)
La differenza fondamentale tra la misura della durezza con il metodo Rockwell e la misura con il metodo Brinell è che si misura non dal diametro, ma dalla profondità dell'impronta ottenuta a seguito della rientranza di un cono di diamante con angolo di apice uguale a 120° o una sfera in acciaio temprato del diametro di 1.588 mm. Il cono o la sfera viene premuto nel provino sotto l'azione di due carichi applicati in sequenza: R 0 e il principale sarà uguale a: P=P 0 + P 1 .
Durante il test, viene prima applicato un precarico R 0 =100 N, quindi il carico totale R, pari a: quando la palla viene premuta (scala B) 1000 N; quando si intacca un cono di diamante (scala C) 1500 N; quando il cono di diamante viene premuto (scala A) 600 N (Fig. 2).
Fig.2. Variazione della profondità di penetrazione della punta sotto due carichi
La durezza Rockwell è indicata dai numeri e dalle lettere HR con l'indicazione della scala di durezza (A, B, C).
Il numero di durezza Rockwell è determinato dalla formula
FC = (k-(h-h 0 )/c
dove h 0 - profondità di penetrazione della punta sotto l'azione della forza R 0 ;
h- profondità di penetrazione della punta sotto l'azione del totale
carichi R;
a- valore costante, per la palla 0,26; per un cono 0,2;
Insieme a- il prezzo di divisione del quadrante indicatore.
Quando si misura la durezza, il carico deve agire rigorosamente perpendicolarmente alla superficie del campione. I carichi devono essere applicati senza intoppi.
La durezza viene misurata sul dispositivo mostrato in fig. 3.
Fig.3. Diagramma schematico dello strumento per la misura della durezza Rockwell
La tabella 1 serve per installare su di esso il campione di prova 3. Ruotando il volantino 2 in senso orario, portare il campione a contatto con la punta 4. Con un'ulteriore rotazione del volantino, la punta inizia a penetrare nel campione e sulla scala dell'indicatore, si osserva il giro della piccola freccia. Il precaricamento viene effettuato finché la piccola freccia dell'indicatore non coincide con il punto rosso.
Quando il campione riceve un precarico di 100 N (10 kG), assume l'ago indicatore grande posizione verticale(o vicino ad esso). L'esatto azzeramento della scala dell'indicatore si effettua tramite il tamburo 6. Successivamente viene premuto il tasto 7, questo assicura l'azione del carico principale e crea un carico totale (preliminare + principale).
Sotto tale carico, la freccia grande si muove in senso antiorario lungo il quadrante dell'indicatore. Il tempo di applicazione del carico totale è di 5-7 s. Quindi il carico principale viene rimosso automaticamente e rimane solo il carico preliminare. La lancetta indicatrice grande si muove in senso orario. Il numero indicato dalla lancetta grande sul quadrante indicatore rappresenta il numero di durezza Rockwell. Quindi, ruotare il volano 2 in senso antiorario, abbassare il tavolo e rimuovere il campione.
La durezza Rockwell può essere misurata:
1) con un cono diamantato con un carico totale di 1500 N (150 kgf). In questo caso, il valore della durezza è determinato sulla scala nera “C” dell'indicatore ed è designato come HRC. Questa scala viene utilizzata per testare acciai temprati (fino a HRC 67);
2) un cono di diamante con un carico totale di 600 N (60 kgf). Anche in questo caso i valori di durezza sono determinati sulla scala “C” nera, ma indicati con HRA. I numeri HRA possono essere convertiti in numeri HRC utilizzando la formula: HRC = 2 HRA - 104. Questa scala viene utilizzata per testare leghe superdure (ad esempio, a base di carburi di tungsteno con una durezza di HRC>68), materiale in fogli sottili e per misurare la durezza degli strati superficiali sottili (0,3-0,5 mm);
3) sfera d'acciaio con un carico totale di 1000 N (100 kgf).
In questo caso, i valori di durezza sono determinati sulla scala rossa "B" e indicati con HRB. La scala B viene utilizzata per testare metalli di media durezza e per testare prodotti con uno spessore da 0,8 a 2 mm.
I vantaggi del metodo Rockwell includono l'elevata produttività, la facilità di manutenzione, l'accuratezza della misurazione e la conservazione di una superficie di alta qualità dopo il test.
MISURA DELLA DUREZZA
PIRAMIDE DI DIAMANTI
(DUREZZA VICKERS)
Questo metodo viene utilizzato per misurare la durezza di metalli e leghe ferrosi e non ferrosi.
La durezza secondo il metodo Vickers è determinata premendo una piramide tetraedrica di diamante nella superficie di prova con un angolo nella parte superiore di 136 0 sotto un carico di 50, 100, 200, 300, 500, 1000 N. In diagonale h 1
e h 2
impronta, piramide e angolo 
nella parte superiore della piramide, la superficie dell'impronta è determinata e calcolata dalla formula:
AT = (2 P peccato( /2)/ d 2 ) = 1,854 (P/ d 2 ),
- angolo tra facce opposte della piramide (136 0);
d sono i valori medi aritmetici delle lunghezze di entrambe le diagonali dell'impronta dopo lo scarico, mm.
Le prove vengono eseguite su un dispositivo (Fig. 4) avente un telaio fisso, nella parte inferiore del quale è presente un tavolo 1, che si sposta verticalmente ruotando il volano 2. Il campione 3 viene posizionato sul tavolo con il piano sotto prova verso l'alto e il tavolo viene sollevato quasi fino a quando il campione tocca la piramide diamantata 4. Premendo i pedali della leva di avviamento 5 azionare il meccanismo di caricamento, che trasmette attraverso la leva la pressione dei carichi 6. La durata del carico durante la prova è da 10 a 60 s, che viene registrato da una spia luminosa sul dispositivo. Dopo aver rimosso il carico, il tavolo viene abbassato e viene portato il microscopio 7, con l'aiuto del quale viene determinata la lunghezza della diagonale dell'impronta.
Fig.4. Schema di un dispositivo per la misurazione della durezza Vickers
L'oculare del microscopio (Fig. 5b) ha una scala mobile e tre tratti: due linee principali 1 e 2 e un'ulteriore 3 (Fig. 5b). Ruotando la vite 1 (Fig. 5, a) si porta la corsa 1 all'angolo sinistro dell'impronta (Fig. 5, b). Ruotando la vite micrometrica 2 (Fig. 5, a) si porta la corsa 2 all'angolo destro dell'impronta. Registrare il valore della diagonale di stampa risultante nel rapporto di prova.
Fig.5. Schemi: a). vite micrometrica; b). determinare la dimensione della stampa
È necessario misurare entrambe le diagonali della stampa e prendere il valore medio delle misurazioni. Convertire il risultato ottenuto nel valore di durezza HV utilizzando le tabelle. La possibilità di applicare piccoli carichi di 50, 100 N consente di determinare la durezza di parti di piccolo spessore e strati superficiali sottili, ad esempio cementati, nitrurati e altri.
I numeri di durezza Vickers e Brinell per materiali con durezza fino a HB 4500 sono praticamente gli stessi. Allo stesso tempo, le misurazioni piramidali danno di più valori esatti per metalli con durezza elevata rispetto alle misure a sfera o cono. La piramide di diamante ha un ampio angolo di vertice (136 0) e la diagonale della sua impronta è circa 7 volte la profondità dell'impronta, il che aumenta la precisione della misurazione anche quando la piramide penetra a una profondità ridotta.
MISURA DELLA MICRODUREZZA
Per studiare le proprietà e le trasformazioni nelle leghe, è necessario conoscere non solo la durezza "media", che rappresenta la durezza come risultato dell'influenza totale delle fasi e dei componenti strutturali presenti nella lega. In alcuni casi è necessario conoscere la durezza delle singole fasi e strutture. La microdurezza è determinata dalla rientranza di una piramide di diamante. Per fare ciò, utilizzare un dispositivo del tipo PMT-3 (Fig. 6), sviluppato da M.N. Krusciov ed E.S. Berkovic. Il dispositivo è costituito da un treppiede 8, un microscopio verticale con un tubo che si muove su e giù con l'aiuto di una vite macrometrica 6 e una vite micrometrica 5. Un micrometro oculare 7 è montato sull'estremità superiore del tubo e un'asta 2 con una piramide diamantata, un illuminatore opaco 9 e obiettivi sono fissati all'estremità inferiore 11. Con l'ausilio di viti micrometriche 13 spostare il tavolo nella direzione desiderata. La maniglia 1 serve per ruotare la tavola di 90°. Il dispositivo è dotato di due lenti per la visualizzazione della microsezione con ingrandimenti di 478 e 135 volte. L'oculare ingrandisce 15 volte. Il micrometro oculare ha una griglia fissa, un tamburo micrometrico di lettura e un carrello con griglia mobile. Sulla griglia fissa sono presenti tratti con numeri e un quadrato ad angolo retto, la cui sommità coincide con il numero 0. Per determinare la microdurezza si utilizzano diversi tipi di punte: a base quadrata; con una base a forma di triangolo equilatero; con base rombica; con base bicilindrica. La punta di diamante più utilizzata. La punta ha un angolo tra le facce nella parte superiore di 136° (come per misurare la durezza Vickers). Il carico di rientranza è creato dai pesi 3, che sono installati sull'asta 2. Nel dispositivo vengono utilizzati pesi da 1 a 500 grammi, a seconda delle caratteristiche della struttura in studio. Per la misurazione, i campioni vengono preparati appositamente, che vengono macinati e lucidati e, se necessario, sottoposti a incisione con reagenti. La microsezione preparata viene posta sul tavolo 12 in modo che la superficie della microsezione sia rivolta verso l'alto. La microsezione installata viene visualizzata attraverso l'oculare. Con l'aiuto di viti, il tavolo viene spostato e viene selezionata l'area richiesta sulla microsezione. Quest'area è posta al centro del campo visivo del microscopio, esattamente nell'angolo superiore della griglia fissa. Quindi viene installato il carico. Successivamente, l'asta con la piramide di diamante viene abbassata in modo che il diamante tocchi il campione. In questa posizione, stai in piedi per 5 - 10 secondi, dopodiché l'asta viene sollevata. La tabella 12 viene ruotata di 180° sotto la lente del microscopio e vengono misurate le diagonali della stampa. La lunghezza della diagonale è indicata sul tamburo micrometrico dello strumento. Determina la lunghezza di entrambe le diagonali e calcola la lunghezza media. ricevuto lunghezza media tradurre secondo la tabella nel numero di microdurezza. Le misurazioni vengono eseguite almeno 2-3 volte. I numeri di durezza nella tabella sono calcolati dalla formula 
e rappresentano i numeri di durezza Vickers. Il dispositivo permette di fotografare la microstruttura della lega con le impronte risultanti.
Fig.6. Schema del dispositivo PMT-3
ESERCIZIO 1
Per studiare il funzionamento del dispositivo per la misurazione della durezza Brinell.
Determinare la durezza dei campioni di acciai strutturali e per utensili al carbonio e confrontare i risultati.
Converti i numeri di durezza Brinell in numeri di durezza Rockwell.
Trarre una conclusione sull'influenza della composizione della lega sulla sua durezza.
Rapporto di prova di durezza Brinell
Tabella 1
COMPITO 2
Per studiare il funzionamento del dispositivo per misurare la durezza con il metodo Rockwell.
Determinare la durezza di campioni di acciaio allo stato ricotto e allo stato temprato, leghe di metalli non ferrosi e leghe dure.
Registrare i risultati della misurazione nel rapporto di prova.
Trarre una conclusione sull'influenza della composizione del materiale sulla sua durezza.
COMPITO 3
Studiare il funzionamento del dispositivo per misurare la durezza con il metodo Vickers.
Determinare la durezza dei campioni di acciaio dolce dopo la cementazione, la nitrurazione.
Registrare i risultati della misurazione nel rapporto di prova.
1. Lo scopo del lavoro.
2. Compito.
3. Descrizione della procedura di prova.
4. Rapporto sulla prova di durezza.
5. Conclusioni sul lavoro.
DOMANDE DI AUTOCONTROLLO
Qual è la durezza dei materiali?
Come si misura la durezza dei materiali?
Determinazione della durezza Brinell; secondo Rockwell; secondo Vickers.
Denominazioni di durezza.
Ambito dei metodi per determinare la durezza Brinell; Rockwell e Vickers.
LETTERATURA
Geller Yu. A., Rakhshtadt L. G. Scienza dei materiali. Mosca: metallurgia. 1975.- 345s.
Samohodniy A. I., Kunyavsky M. N. Lavori di laboratorio sulla metallurgia e il trattamento termico dei metalli. M.: Mashinostroenie. 1981.
Sovetova LV, Gusev VI Guida al lavoro di laboratorio "Determinazione della durezza dei materiali". Saratov, SPI, 1982
DETERMINAZIONE DELLA DUREZZA DEI MATERIALI
Linee guida per l'insegnamento e il lavoro di laboratorio di ricerca per studenti di tutte le specialità
istruzione diurna, serale e part-time
Compilato da:
Fedorov Julius Stepanovic
Durezza
Durezza- questa è la capacità di un materiale di resistere alla penetrazione di un altro corpo più solido - un penetratore in esso nell'intero range di carico: dal momento del contatto con la superficie e all'incavo fino alla profondità massima. Ci sono metodi per determinare restaurato e non recuperato durezza.
Metodo di determinazione restaurato durezza.
La durezza è definita come il rapporto tra l'entità del carico e l'area della superficie, l'area di proiezione o il volume della rientranza. Distinguere superficiale, proiezione e volumetrico durezza:
Metodo di determinazione non recuperato durezza.
La durezza è definita come il rapporto tra la forza di resistenza e l'area superficiale, l'area di proiezione o il volume della parte del penetratore incorporato nel materiale. Distinguere superficiale, proiezione e volumetrico durezza:
La durezza viene misurata in tre gamme: macro, micro, nano. Il macrorange regola il carico sul penetratore da 2 a 30 kN. Il microrange regola il carico sul penetratore fino a 2 N e la profondità di penetrazione del penetratore è maggiore di 0,2 µm. Il nanorange regola solo la profondità di penetrazione del penetratore, che dovrebbe essere inferiore a 0,2 µm. La durezza su scala nanometrica è spesso indicata come nanodurezza [termine sconosciuto] .
La durezza misurata dipende principalmente dal carico applicato al penetratore. Questa dipendenza è chiamata effetto dimensione, nella letteratura inglese - effetto della dimensione del rientro. La natura della dipendenza della durezza dal carico è determinata dalla forma del penetratore:
Indirettamente, la durezza può anche dipendere da:
I materiali più duri che esistono oggi sono due modificazioni allotropiche del carbonio: la lonsdaleite, che è il 58% più dura del diamante e la fullerite (circa 2 volte più dura del diamante). Tuttavia uso pratico queste sostanze è ancora improbabile. La sostanza comune più dura è il diamante (10 unità sulla scala di Mohs, vedi sotto).
Dispositivo Poldi
I metodi per determinare la durezza in base al metodo di applicazione del carico sono suddivisi in: 1) statico e 2) dinamico(batteria).
Esistono diverse scale (metodi di misurazione) per misurare la durezza:
I metodi di misurazione della durezza si dividono in due categorie principali: metodi di durezza statica e metodi di durezza dinamica.
Per la determinazione strumentale della durezza vengono utilizzati dispositivi chiamati durometri. I metodi per determinare la durezza, a seconda del grado di impatto sull'oggetto, possono fare riferimento a metodi sia non distruttivi che distruttivi.
I metodi esistenti per determinare la durezza non riflettono completamente nessuna specifica proprietà fondamentale dei materiali, quindi non esiste una relazione diretta tra diverse scale e metodi, ma esistono tabelle approssimative che collegano le scale dei singoli metodi per determinati gruppi e categorie di materiali. Queste tabelle sono costruite solo sulla base dei risultati di prove sperimentali e non esistono teorie che permettano al metodo di calcolo di passare da un metodo di determinazione della durezza all'altro.
Viene selezionato un metodo specifico per determinare la durezza in base alle proprietà del materiale, ai compiti di misurazione, alle condizioni per la sua implementazione, alle attrezzature disponibili, ecc.
Nella CSI non tutte le scale di durezza sono standardizzate.
Fondazione Wikimedia. 2010.
Sinonimi:Questo termine ha altri significati, vedi Durezza (significati). Fermezza (anche fermezza di carattere, fermezza di volontà) è un tratto caratteriale caratterizzato da coerenza e perseveranza nel raggiungere obiettivi o sostenere opinioni. ... ... Wikipedia
Questo termine ha un altro significato, vedi durezza Shore. Dovrebbe essere chiaro che sebbene in un altro senso questo metodo sia anche un metodo per misurare la durezza, entrambi i metodi sono proposti dallo stesso autore, hanno lo stesso ... ... Wikipedia
durezza- e; e. 1) a duro 2), 3), 4), 5), 6), 7), 8), 9) Durezza del legno. Fortezza dello spirito. Fermezza di volontà, carattere, convinzioni. Durezza della memoria. La fermezza della decisione. Rigidità di movimento... Dizionario di molte espressioni
Questo termine ha un altro significato, vedi durezza Shore. Dovrebbe essere chiaro che sebbene in un senso diverso questo metodo sia anche un metodo per misurare la durezza, entrambi i metodi sono proposti dallo stesso autore, hanno lo stesso ... ... Wikipedia
Durezza di Marte- durezza sclerometrica durezza scleroscopio - Temi industria petrolifera e del gas Sinonimi durezza sclerometrica durezza scleroscopio EN ... ... Manuale tecnico del traduttore
La resistenza dei metalli alla rientranza. T. m. non è una costante fisica, ma è una proprietà complessa che dipende sia dalla forza e dalla plasticità, sia dal metodo di misurazione. T. m. è caratterizzato da un numero di durezza. Più… …
Durezza Brinell- Metodo Brinell [per conto dell'ingegnere svedese J.A. Brinell] un metodo per determinare la durezza dei materiali premendo una sfera di acciaio temprato con un diametro di 2,5 nella superficie di prova; 5 e 10 mm con carico P da 625 N a 30 kN. Numero… … Dizionario metallurgico
Durezza Vickers- Metodo Vickers [dal nome della società industriale militare inglese Vickers (Vickers Limited)] un metodo per determinare la durezza dei materiali premendo sulla superficie di un campione o prodotto di un penetratore di diamante avente la forma di un tetraedro regolare .. . Dizionario metallurgico
Durezza Rockwell- Metodo Rockwell [per conto del metallurgista americano S. Rockwell, che ha sviluppato questo metodo] un metodo per determinare la durezza dei materiali (principalmente metalli) premendo un penetratore di diamante nella superficie di prova con un angolo di ... ... Dizionario metallurgico
La proprietà dei minerali di resistere alla penetrazione di altri corpi in essi. La durezza è un'importante caratteristica diagnostica e tipomorfica di un minerale, in funzione della sua composizione e struttura, che riflette in varia misura le condizioni di formazione del minerale. T. m ... Grande enciclopedia sovietica
Affinché parti e meccanismi funzionino a lungo e in modo affidabile, i materiali con cui sono realizzati devono essere conformi condizioni necessarie opera. Ecco perché è importante controllare valori consentiti loro principali indicatori meccanici. Le proprietà meccaniche includono durezza, resistenza, duttilità. La durezza dei metalli è la caratteristica strutturale primaria.
La durezza dei metalli e delle leghe è la proprietà di un materiale di creare resistenza quando un altro corpo penetra nei suoi strati superficiali, che non si deforma e non collassa sotto carichi accompagnatori ( penetratore). Definito allo scopo di:
La forza e la resistenza della superficie all'invecchiamento dipendono in parte da questo indicatore. Esaminare sia il materiale di partenza che le parti finite.
L'indicatore è un valore chiamato numero di durezza. Esistere vari metodi misure della durezza dei metalli. La ricerca più accurata è da usare vari tipi calcoli, penetratori e relativi durometri:
Determinare le corrispondenze parametriche tra indicatori diversi modi misure per lo stesso materiale, ci sono formule e tabelle speciali.
In condizioni di laboratorio, in presenza della necessaria gamma di attrezzature, la scelta del metodo di ricerca viene effettuata in base a determinate caratteristiche del pezzo.
Tutti i requisiti e le conformità sono documentati da GOST.
Le prove di durezza di metalli e leghe utilizzando un durometro Brinell vengono eseguite con le seguenti caratteristiche:
Utilizzando formule, a seconda del diametro della sfera selezionata e del materiale da testare, è possibile calcolare la forza di indentazione ammissibile corrispondente.
Esempio di designazione:
400HB10/1500/20, dove 400HB è la durezza Brinell del metallo; 10 - diametro della sfera, 10 mm; 1500 - carico statico, 1500 kgf; 20 - periodo di rientro, 20 s.
Per stabilire cifre esatte, è razionale esaminare lo stesso campione in più punti, e risultato complessivo determinare trovando il valore medio del ottenuto.
Il processo di ricerca procede nella seguente sequenza:
dove F è il carico, kgf o N; A - area di stampa, mm 2.
HB=(0,102*F)/(π*D*h),
dove D - diametro della sfera, mm; h - profondità di impronta, mm.
La durezza dei metalli misurata con questo metodo ha una relazione empirica con il calcolo dei parametri di resistenza. Il metodo è accurato, soprattutto per le leghe morbide. È fondamentale nei sistemi per determinare i valori di questa proprietà meccanica.
Questo metodo di misurazione è stato inventato negli anni '20 del XX secolo, più automatizzato del precedente. Usato per materiali più duri. Le sue caratteristiche principali (GOST 9013-59; GOST 23677-79):
A: punta conica di diamante, angolo di punta 120˚, forza statica totale consentita - 60 kgf, HRA; vengono studiati prodotti sottili, principalmente prodotti laminati.
C: anche un cono diamantato progettato per una forza massima di 150 kgf, HRC, è applicabile per materiali duri e temprati.
B: sfera da 1.588 mm in acciaio temprato o carburo di tungsteno duro, carico - 100 kgf, HRB, viene utilizzata per valutare la durezza dei prodotti ricotti.
Una punta a forma di palla (1,588 mm) è applicabile per le scale Rockwell B, F, G. Esistono anche scale E, H, K, per le quali viene utilizzata una sfera con un diametro di 3,175 mm (GOST 9013-59).
Il numero di prove effettuate con un durometro Rockwell in un'area è limitato dalle dimensioni della parte. Una seconda prova è consentita a una distanza di 3-4 diametri dal precedente punto di deformazione. Viene inoltre regolato lo spessore del prodotto in prova. Non dovrebbe essere inferiore a 10 volte la profondità di penetrazione della punta.
Esempio di designazione:
50HRC - Durezza Rockwell del metallo, misurata con punta diamantata, il suo numero è 50.
La misurazione della durezza del metallo è più semplificata rispetto a
È possibile anche il calcolo matematico per determinare con precisione il parametro meccanico.
Fatto salvo l'uso di un cono diamantato con un carico di 60 o 150 kgf:
FC=100-((H-h)/0,002;
durante il test con una palla sotto una forza di 100 kgf:
FC=130-((H-h)/0,002,
dove h è la profondità di penetrazione del penetratore ad una forza primaria di 10 kgf; H è la profondità di penetrazione del penetratore a pieno carico; 0,002 - coefficiente che regola la quantità di movimento della punta quando il numero di durezza cambia di 1 unità.
È semplice ma non abbastanza preciso. Allo stesso tempo, consente di misurare le proprietà meccaniche di metalli duri e leghe.
Determinazione della durezza dei metalli mediante questo metodo più semplice e preciso. Il lavoro del durometro si basa sulla rientranza di una punta piramidale diamantata nel campione.
Caratteristiche principali:
Esempio di designazione:
dove 700HV è il numero di durezza Vickers; 20 - carico, 20 kgf; 15 - periodo di sforzo statico, 15 s.
La procedura è estremamente semplificata.
Il calcolo matematico per questo metodo è il seguente:
HV=1,8544*(F/d2),
dove F - carico, kgf; d - il valore medio delle lunghezze delle diagonali dell'impronta, mm.
Consente di misurare l'elevata durezza di metalli, parti sottili e piccole, fornendo al contempo un'elevata precisione del risultato.
Avendo determinato il diametro della stampa con l'ausilio di attrezzature speciali, è possibile determinare la durezza utilizzando le tabelle. La tabella della durezza dei metalli è un valido assistente nel calcolo di questo parametro meccanico. Quindi, se il valore di Brinell è noto, è possibile determinare facilmente il numero di Vickers o Rockwell corrispondente.
Un esempio di alcuni valori di corrispondenza:
diametro dell'impronta, | Metodo di ricerca |
||||
Brinell | Rockwell | Vickers |
|||
La tabella della durezza dei metalli è compilata sulla base di dati sperimentali e ha un'elevata precisione. Ci sono anche dipendenze grafiche della durezza Brinell dal contenuto di carbonio nella lega ferro-carbonio. Quindi, in base a tali dipendenze, per l'acciaio con una quantità di carbonio nella composizione pari allo 0,2%, è 130 HB.
In conformità con i requisiti dei GOST, le parti testate devono soddisfare le seguenti caratteristiche:
Adempimento dei requisiti primari - condizione richiesta Accuratezza di misurazione.
La durezza dei metalli è un'importante proprietà meccanica fondamentale che determina alcune delle loro altre proprietà meccaniche e caratteristiche tecnologiche, i risultati di precedenti processi di elaborazione, l'influenza dei fattori temporali, le possibili condizioni operative. La scelta della metodologia di ricerca dipende dalle caratteristiche approssimative del campione, dai suoi parametri e dalla composizione chimica.
Durezza- la proprietà di un metallo di resistere maggiormente alla penetrazione di un altro corpo solido almeno 10 volte. Per determinare la durezza si utilizzano i seguenti metodi: metodi Brinell, Rockwell e Vickers.
Metodo Brinell: una sfera d'acciaio temprato di un certo diametro viene pressata nel materiale di prova sotto un certo carico e la durezza è giudicata dalla dimensione del diametro dell'impronta della sfera. L'impronta sembra un segmento sferico. La durezza Brinell (HB) è determinata dall'espressione HB=P/F, dove P è il carico, F è la superficie dell'impronta della sfera. Gli svantaggi del metodo B. includono l'impossibilità di testare metalli con una durezza inferiore a 450 MPa o uno spessore superiore a 2 mm. Quando si esegue il test con una durezza superiore a 450 MPa, la palla potrebbe deformarsi e i risultati non saranno accurati.
Metodo Rockwell: in base al fatto che un cono diamantato con angolo di apice di 120° o una sfera di acciaio temprato con un diametro di 1,59 mm viene pressata nel provino. Cono diamantato - per duro, pallina - per metalli teneri. Il cono a sfera/diamante viene premuto nel provino sotto l'azione di due carichi applicati in sequenza: preliminare (0,1 kN) e principale. Di conseguenza, con questi carichi, le scale vengono applicate sull'indicatore del dispositivo: nero A e C e rosso B. Scala A - misurazione della durezza dei prodotti con uno strato superficiale molto duro; scala C - per misurare la durezza degli acciai temprati; scala B - acciai non temprati, metalli non ferrosi e leghe con durezza HRB 100. Il metodo R. è semplice e alta velocità misurazioni, garantisce la conservazione di una superficie di alta qualità dopo il test, consente di testare metalli sia di bassa che di alta durezza, con uno spessore di prodotti fino a 0,8 mm. Questo metodo non è consigliato per leghe con struttura non uniforme (ghisa grigia, malleabile e ad alta resistenza).
Metodo Vikkres: il dispositivo TP-2 (tipo Vickers) può testare la durezza di prodotti con uno spessore di 0,15 mm e oltre, nonché gli strati superficiali di metallo di quasi tutti i materiali. La misurazione con il metodo di V. consiste nel pressare sotto carico nel prodotto in prova per un certo tempo una punta a forma di piramide di diamante tetraedrica regolare. Determinazione della durezza sul dispositivo TP-2: ricezione di un'impronta, misurazione ottica di un'impronta, determinazione del numero di durezza. Quando si determina la durezza, è necessario osservare le seguenti regole: il carico deve aumentare gradualmente fino al valore richiesto; la superficie del campione di prova deve essere lucida e priva di inclusioni estranee; la superficie del campione deve essere asciutta e pulita; la punta deve essere perpendicolare alla superficie del campione.
Durezzaè la resistenza di un materiale alla penetrazione nella sua superficie da parte di un corpo standard ( penetratore) che non si deforma durante la prova.
Questo è un metodo di controllo non distruttivo, il modo principale per valutare la qualità del trattamento termico di un prodotto. La durezza è giudicata dalla profondità di penetrazione del penetratore (metodo Rockwell) o dalla dimensione dell'impronta dalla rientranza (metodo Brinell, Vickers, microdurezza).
In tutti i casi si verifica una deformazione plastica del materiale. Maggiore è la resistenza del materiale alla deformazione plastica, maggiore è la durezza. Gli schemi di prova sono mostrati in fig. uno.
Riso. 1. Schemi per la determinazione della durezza: un- secondo Brinell ; b- secondo Rockwell; in- secondo Vickers
A seguito di una rientranza con un carico sufficientemente grande, gli strati superficiali del materiale situati sotto la punta e vicino ad essa sono deformati plasticamente 5. Dopo aver rimosso il carico, rimane un'impronta. La particolarità della deformazione che si verifica in questo caso è che procede solo in un piccolo volume circondato da materiale indeformato.
In tali condizioni si verificano principalmente sollecitazioni tangenziali e la proporzione delle sollecitazioni di trazione è insignificante rispetto a quelle ottenute in altri tipi di prove meccaniche (trazione, flessione, torsione, compressione). Pertanto, quando si misura la durezza mediante indentazione deformazione plastica testano non solo la duttilità, ma anche i metalli (ad esempio la ghisa), che, durante le normali prove meccaniche (trazione, compressione, torsione, flessione), vengono distrutti con poca o nessuna deformazione plastica.
Pertanto, la durezza caratterizza la resistenza alla deformazione plastica ed è una proprietà meccanica di un materiale che differisce dalle sue altre proprietà meccaniche per il metodo di misurazione.
I vantaggi della misurazione della durezza sono i seguenti:
1. Tra la durezza dei metalli duttili, determinata dal metodo dell'indentazione, e altre proprietà meccaniche (principalmente resistenza alla trazione), esiste una relazione quantitativa. Pertanto, la deformazione plastica concentrata dei metalli (durante la formazione di un collo) è simile alla deformazione creata negli strati superficiali di un metallo quando si misura la durezza mediante la rientranza di una punta.
Una tale dipendenza quantitativa non si osserva per i materiali fragili che, durante le prove di trazione (o compressione, flessione, torsione), falliscono senza una notevole deformazione plastica e quando si misura la durezza subiscono una deformazione plastica. Tuttavia, in un certo numero di casi, anche per questi metalli (ad esempio le ghise grigie) si osserva una relazione qualitativa tra la resistenza alla trazione e la durezza; un aumento della durezza corrisponde solitamente ad un aumento della resistenza alla compressione.
Alcune proprietà plastiche dei metalli possono essere determinate anche dai valori di durezza. La durezza di indentazione caratterizza anche il limite di resistenza di alcuni metalli, in particolare rame, duralluminio e acciai ricotti.
2. La misurazione della durezza secondo la tecnica di esecuzione è molto più semplice che determinare resistenza, duttilità e tenacità. Le prove di durezza non richiedono la produzione di campioni speciali e vengono eseguite direttamente sulle parti testate dopo la pulizia sulla superficie di una piattaforma orizzontale piana, e talvolta anche senza tale preparazione.
Le misurazioni della durezza sono veloci.
3. La misurazione della durezza di solito non comporta la distruzione della parte sottoposta a prova, e dopo la misurazione può essere utilizzata per lo scopo previsto, mentre per determinare la resistenza, la duttilità e la tenacità è necessario realizzare campioni speciali.
4. La durezza può essere misurata su parti di piccolo spessore, nonché in strati molto sottili, non superiori (per alcuni metodi di misurazione della durezza) ai decimi di millimetro, o in microvolumi di metallo; in quest'ultimo caso le misure vengono effettuate con il metodo della microdurezza. Pertanto, molti metodi di misurazione della durezza sono adatti per valutare strati metallici di diversa struttura e proprietà, ad esempio lo strato superficiale di acciaio cementato, nitrurato o temprato, che ha una durezza diversa sulla sezione della parte. Il metodo della microdurezza può essere utilizzato anche per misurare la durezza dei singoli componenti nelle leghe.
Si dovrebbero distinguere due metodi per determinare la durezza di indentazione: la misurazione della macrodurezza e la misurazione della microdurezza.
Misurazione della macrodurezza differisce in quanto un corpo viene premuto nel materiale di prova, penetrando a una profondità relativamente grande, a seconda dell'entità del carico applicato e delle proprietà del metallo. Inoltre, in molte prove, viene pressato un corpo di notevoli dimensioni, ad esempio una sfera d'acciaio del diametro di 10 mm, per cui tutte le fasi e i componenti strutturali della lega sono rappresentati nel volume deformabile. La durezza misurata in questo caso caratterizza la durezza dell'intero materiale di prova.
La scelta della forma, delle dimensioni e del carico della punta dipende dallo scopo della prova, dalla struttura, dalle proprietà previste, dalle condizioni della superficie e dalle dimensioni del provino. Se il metallo ha una struttura eterogenea con grandi segregazioni di singoli componenti strutturali con proprietà diverse (ad esempio ghisa grigia, leghe portanti non ferrose), per la prova di durezza dovrebbe essere selezionata una sfera di grande diametro.
Se il metallo ha una struttura relativamente fine e omogenea, piccole aree del metallo testato possono essere piuttosto caratteristiche per valutarne la durezza. In questi casi le prove possono essere effettuate incidendo un corpo più piccolo, come un cono di diamante o una piramide, e ad una profondità minore, e quindi con un carico ridotto.
Quando si testano metalli con elevata durezza, come l'acciaio temprato o a bassa tempra, questa condizione è persino necessaria, poiché la rientranza di una sfera d'acciaio o di un diamante con un carico elevato può causare la deformazione della sfera o la scheggiatura del diamante.
Tuttavia, una significativa riduzione del carico è indesiderabile, poiché ciò comporterà una forte diminuzione del volume deformabile e potrebbe fornire valori non tipici per l'ingombro del metallo. Pertanto, l'entità dei carichi e le dimensioni delle impronte ottenute nei materiali non devono essere inferiori a determinati limiti.
Misurazione la microdurezza ha lo scopo di determinare la durezza dei singoli grani, fasi e componenti strutturali della lega (piuttosto che la durezza "media", come nella misura della macrodurezza). A questo caso il volume deformato dalla rientranza deve essere inferiore al volume (area) della grana misurata. Pertanto, il carico applicato viene scelto piccolo. Inoltre, viene misurata la microdurezza per caratterizzare le proprietà di parti molto piccole.
La condizione superficiale del materiale misurato ha un impatto significativo sui risultati delle prove di durezza. Se la superficie è irregolare, curva o con sporgenze, le singole sezioni partecipano in varia misura alla resistenza alla rientranza e alla deformazione, il che porta a errori di misurazione . Minore è il carico di indentazione, più accuratamente deve essere preparata la superficie. Dovrebbe rappresentare una piattaforma orizzontale levigata e per misurare la microdurezza, una levigata.
La superficie misurata deve essere installata orizzontalmente, cioè perpendicolare all'azione del corpo pressato. Anche il lato opposto del campione deve essere pulito e privo di incrostazioni, poiché quest'ultimo viene schiacciato durante il caricamento del campione, il che distorce i risultati della misurazione.
Per la durezza approssimativa, è conveniente utilizzare la scala di Mohs, un insieme di 10 minerali disposti in ordine crescente di durezza:
Talco - 1 Feldspato - 6
Gesso - 2 Quarzo - 7
Calcite - 3 Topazio - 8
Fluorite - 4 corindone - 9
Apatite - 5 Diamante - 10
Questo metodo è universale e viene utilizzato per determinare la durezza di quasi tutti i materiali.
Una sfera d'acciaio viene premuta nel materiale e i valori di durezza sono determinati dalla dimensione della superficie dell'impronta lasciata dalla sfera. La palla viene pressata con una pressa.
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Fig.2. Schema del dispositivo per ottenere durezza premendo la sfera (misura Brinell): 1 - tavola per centrare il campione; 2 - volano; 3 - carichi; 4 - palla; 5 - motore elettrico.
Il campione di prova viene installato sul tavolo 1 nella parte inferiore del bancale fisso della pressa (Fig. 2), con la superficie lucidata verso l'alto. Ruotando manualmente il volantino 2 in senso orario, il tavolo viene sollevato in modo che la sfera possa essere premuta contro la superficie da testare. Nelle presse con motore elettrico, il volano 2 viene ruotato fino all'arresto e il motore 5 viene acceso premendo il pulsante.
Quest'ultimo muove il bilanciere e preme gradualmente la palla sotto l'azione del carico impartito dal carico attaccato al bilanciere. Questo carico agisce per un certo tempo, solitamente 10-60 s, a seconda della durezza del materiale misurato, dopodiché l'albero motore, ruotando in rovescio, di conseguenza sposta il bilanciere e rimuove il carico. Dopo lo spegnimento automatico del motore, ruotando il volantino 2 in senso antiorario, abbassare il tavolo portastrumenti e quindi prelevare il campione.
Nel campione rimane un'impronta con una superficie sferica (foro). Il diametro dell'impronta viene misurato con una lente d'ingrandimento, sul cui oculare è presente una scala con divisioni corrispondenti ai decimi di millimetro. Il diametro della rientranza viene misurato con una precisione di 0,05 mm (quando una sfera con un diametro di 10 e 5 (mm) viene premuta in due direzioni reciprocamente perpendicolari; per determinare la durezza, la media dei valori ottenuti \u200b\u200b\u200b\u200b\u200b\ u200è preso.
Il numero di durezza Brinell HB è calcolato dall'equazione:
dove P è il carico sulla palla, kg s (1 kg s - 0,1 MPa); D è il diametro della sfera pressata, mm; d è il diametro della rientranza, mm. Il numero di durezza risultante, ceteris paribus, è maggiore, minore è il diametro della rientranza.
Tuttavia, l'ottenimento di una relazione costante e identica tra P ed d, necessaria per un'accurata determinazione della durezza, si ottiene solo in determinate condizioni. Quando la sfera viene pressata a profondità diverse, cioè con carichi diversi per lo stesso materiale, la legge di somiglianza tra i diametri di impronta risultanti non viene rispettata.
Le maggiori deviazioni si osservano se la palla viene premuta con un piccolo carico e lascia un'impronta di piccolo diametro o viene premuta con un carico molto grande e lascia un'impronta con un diametro vicino al diametro della palla. Pertanto, la durezza dei materiali viene misurata con un rapporto costante tra l'entità del carico Ri al quadrato del diametro della sfera D 2 . Questo rapporto dovrebbe essere diverso per materiali di diversa durezza.
Nel processo di indentazione, insieme alla deformazione plastica del materiale misurato, c'è anche una deformazione elastica della sfera pressata. L'entità di questa deformazione, che distorce i risultati della determinazione, aumenta quando si misurano materiali solidi. Pertanto, le prove di indentazione sferica si limitano alla misurazione di metalli di piccola e media durezza (per acciai con una durezza non superiore a HB = 450).
Una certa influenza è esercitata anche dalla durata dell'esposizione del metallo sotto carico. Metalli bassofondenti (piombo, zinco, bab-bit) aventi bassa temperatura ricristallizzazione, subiscono deformazioni plastiche non solo al momento della rientranza, ma anche per qualche tempo dopo l'applicazione del carico. Con un aumento dell'esposizione sotto carico, la deformazione plastica di questi metalli si stabilizza praticamente.
Per metalli con alte temperature fusione, l'influenza del tempo di esposizione sotto carico è insignificante, il che consente l'uso di più brevi estratti(10-30 s).
Quando si misura la durezza con una sfera di un certo diametro e con carichi stabiliti, in pratica vengono utilizzate tabelle precompilate indicanti il numero HB a seconda del diametro della rientranza e del rapporto tra il carico Ri superficie della rientranza F. Quando si specifica la durezza HB a volte vengono annotati il carico accettato e il diametro della sfera.
Tra la resistenza alla trazione e il numero di durezza HB di vari metalli esiste la seguente relazione:
Acciaio con durezza HB:
120-175 s b » 0,34 AT
175-450 s b » 0,35 HB
Rame, ottone, bronzo:
Ricotto s b » 0,55 HB
Lavorato a freddo s b » 0,40 HB
Alluminio e leghe di alluminio con durezza HB:
20 - 45 s b "(0,33 - 0,36) HB
Duralluminio:
Ricotto s b » 0,36 HB
Dopo tempra e invecchiamento s b » 0,35 HB
