ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ
Цель работы: ознакомить студентов с методами определения твердости материалов.
Определение твердости материалов является широко применяемым в лабораторных и заводских условиях способом испытаний для характеристики механических свойств материалов.
Твердость металлов измеряют при помощи воздействия на поверхность металла наконечника, изготовленного из малодеформирующегося материала (твердая закаленная сталь, алмаз, сапфир или твердый сплав). Наконечник может иметь форму шарика, конуса, пирамиды или иглы.
Существует способ измерения твердости несколько различающихся по характеру воздействий наконечника: вдавливанием наконечника, царапанье поверхности, удар наконечника – шарика.
Наибольшее применение получило измерение твердости вдавливанием. В результате вдавливания поверхностные слои металла, находящиеся под наконечником и вблизи него, пластически деформируется. После снятия нагрузки остается отпечаток. Особенность происходящей при этом деформации в том, что она протекает только в небольшом объеме, окруженном недеформированным металлом. Таким образом, твердость характеризуется сопротивлением металла пластической деформации и представляет собой механическое свойство.
Следует различать два способа определения твердости вдавливанием: измерение макротвердости и измерение микротвердости.
1.Измерение твердости (макротвердости) характерно тем, что в испытуемый металл вдавливается тело значительных размеров (например, стальной шарик диаметром 10 мм.) проникающие на сравнительно большую глубину. В результате чего в деформируемом объеме оказываются представленными все структурные составляющие сплава. Измеренная твердость должна в этом случае характеризовать твердость всего испытуемого материала (“ усредненная“ твердость).
Выбор формы, размеров наконечников и величины нагрузки зависят от целей испытания, структуры, ожидаемых свойств, состояния поверхности и размеров испытуемого образца.
2. Измерение микротвердости имеет целью определить твердость отдельных зерен, фаз и структурных составляющих сплава. В этом случае объем, деформированный вдавливанием, должен быть меньше измеряемого зерна. Поэтому прилагаемая нагрузка выбирается небольшой.
Наиболее широко применяются следующие способы измерения твердости:
1) вдавливанием стального шарика (метод Бринелля);
2) вдавливанием стального конуса (метод Роквелла);
3) вдавливанием четырехгранной алмазной пирамиды (метод Виккерса).
ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ВДАВЛИВАНИЕМ ШАРИКА
(ТВЕРДОСТЬ ПО БРИНЕЛЛЮ).
Этот способ используется для определения твердости как металлов, так и полимерных материалов.
На образце остается отпечаток со сферической поверхностью (лунка). Диаметр отпечатка, измеряют обычно лупой, на окуляре которой нанесена шкала с делениями, соответствующими 0,1мм.
Число твердости по Бринеллю, обозначаемая НВ, определяется путем деления нагрузки на площадь поверхности сферического отпечатка, и может быть определено по формуле:
НВ=Р/F=2P/пD(D- D-d )
P - нагрузка на шарик, Н;
F – поверхность отпечатка, кв. мм.;
D – диметр вдавливания шарика, мм.;
D – диаметр отпечатка, мм.
Чем тверже металл, тем меньше диаметр отпечатка и тем выше число твердости по Бринеллю.
Диаметр шарика, нагрузка и продолжительность выдержки под нагрузкой выбирают в зависимости от твердости и толщины испытуемого изделия или образца. Нормы испытания на твердость по Бринеллю приведены в таблице.
При измерении шариком определенного диаметра и с установленными нагрузками нет необходимости проводить расчет по указанной выше формуле. На практике пользуются заранее составленными таблицами, указывающими число НВ от диаметра отпечатка.
Измерение твердости по Бринеллю не является универсальным способом. Этот способ не позволяет:
а) использовать материалы с твердостью более 500 НВ, т. к. шарик будет деформироваться и показания будут не точны.
б) измерять твердость тонкого поверхностного слоя (толщиной 1-2 мм.), т. к. шарик будет продавливать тонкий слой металла.
