Για να λειτουργούν τα εξαρτήματα και οι μηχανισμοί για μεγάλο χρονικό διάστημα και αξιόπιστα, τα υλικά από τα οποία κατασκευάζονται πρέπει να πληρούν τις απαραίτητες συνθήκες εργασίας. Γι' αυτό είναι σημαντικό να ελέγχονται οι επιτρεπόμενες τιμές των κύριων μηχανικών τους παραμέτρων. Οι μηχανικές ιδιότητες περιλαμβάνουν σκληρότητα, αντοχή, αντοχή σε κρούση, ολκιμότητα. Η σκληρότητα των μετάλλων είναι ένα κύριο δομικό χαρακτηριστικό.
Έννοια
Η σκληρότητα των μετάλλων και των κραμάτων είναι η ιδιότητα ενός υλικού να δημιουργεί αντίσταση όταν ένα άλλο σώμα διεισδύει στα επιφανειακά του στρώματα, το οποίο δεν παραμορφώνεται και δεν καταρρέει υπό τα συνοδευτικά φορτία (indenter). Καθορίζεται με το σκοπό:
- απόκτηση πληροφοριών σχετικά με αποδεκτά χαρακτηριστικά σχεδιασμού και δυνατότητες λειτουργίας;
- ανάλυση του κράτους υπό την επίδραση του χρόνου;
- παρακολούθηση των αποτελεσμάτων της θερμικής επεξεργασίας.
Η αντοχή και η αντοχή της επιφάνειας στη γήρανση εξαρτώνται εν μέρει από αυτόν τον δείκτη. Εξερευνήστε ως πρωτότυπουλικό και τελικά εξαρτήματα.
Επιλογές έρευνας
Ο δείκτης είναι μια τιμή που ονομάζεται αριθμός σκληρότητας. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι για τη μέτρηση της σκληρότητας των μετάλλων. Η πιο ακριβής έρευνα είναι η χρήση διαφορετικών τύπων υπολογισμών, εσοχών και κατάλληλων ελεγκτών σκληρότητας:
- Brinell: η ουσία της συσκευής είναι η πίεση μιας μπάλας στο μέταλλο ή το κράμα υπό μελέτη, ο υπολογισμός της διαμέτρου του αποτυπώματος και, στη συνέχεια, ο μαθηματικός υπολογισμός της μηχανικής παραμέτρου.
- Rockwell: Χρησιμοποιείται ένας κώνος με μπάλα ή διαμάντι. Η τιμή εμφανίζεται σε κλίμακα ή υπολογίζεται.
- Vickers: Η πιο ακριβής μέτρηση της σκληρότητας μετάλλου με χρήση πυραμιδικής μύτης διαμαντιού.
Υπάρχουν ειδικοί τύποι και πίνακες για τον προσδιορισμό παραμετρικών αντιστοιχιών μεταξύ δεικτών διαφορετικών μεθόδων μέτρησης για το ίδιο υλικό.
Παράγοντες που καθορίζουν την επιλογή μέτρησης
Σε συνθήκες εργαστηρίου, με την απαραίτητη γκάμα εξοπλισμού, η επιλογή της μεθόδου έρευνας πραγματοποιείται ανάλογα με ορισμένα χαρακτηριστικά του τεμαχίου εργασίας.
- Ενδεικτική τιμή της μηχανικής παραμέτρου. Για δομικούς χάλυβες και υλικά με χαμηλή σκληρότητα έως 450-650 HB, χρησιμοποιείται η μέθοδος Brinell. για εργαλεία, κράμα χάλυβες και άλλα κράματα - Rockwell. για σκληρά κράματα - Vickers.
- Διαστάσεις του δείγματος δοκιμής. Ιδιαίτερα μικρά και ευαίσθητα μέρη εξετάζονται μεχρησιμοποιώντας έναν ελεγκτή σκληρότητας Vickers.
- Το πάχος του μετάλλου στο σημείο μέτρησης, ιδιαίτερα το στρώμα ανθρακικού ή νιτριδίου.
Όλες οι απαιτήσεις και οι συμμορφώσεις τεκμηριώνονται από την GOST.
Χαρακτηριστικά της τεχνικής Brinell
Ο έλεγχος σκληρότητας μετάλλων και κραμάτων με χρήση συσκευής ελέγχου σκληρότητας Brinell πραγματοποιείται με τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:
- Indenter - μια μπάλα από κράμα χάλυβα ή κράμα καρβιδίου βολφραμίου με διάμετρο 1, 2, 2, 5, 5 ή 10 mm (GOST 3722-81).
- Διάρκεια στατικής εσοχής: για χυτοσίδηρο και χάλυβα - 10-15 s, για μη σιδηρούχα κράματα - 30, είναι επίσης δυνατή μια διάρκεια 60 s και σε ορισμένες περιπτώσεις - 120 και 180 s.
- Οριακή τιμή μηχανικής παραμέτρου: 450 HB όταν μετριέται με χαλύβδινη σφαίρα. 650 HB όταν χρησιμοποιείτε καρβίδιο.
- Πιθανά φορτία. Χρησιμοποιώντας τα βάρη που περιλαμβάνονται στο κιτ, διορθώνεται η πραγματική δύναμη παραμόρφωσης στο δοκίμιο. Οι ελάχιστες επιτρεπόμενες τιμές τους: 153, 2, 187, 5, 250 N; μέγιστο - 9807, 14710, 29420 N (GOST 23677-79).
Χρησιμοποιώντας τύπους, ανάλογα με τη διάμετρο της επιλεγμένης μπάλας και το υλικό που δοκιμάζεται, μπορεί να υπολογιστεί η κατάλληλη επιτρεπόμενη δύναμη εσοχής.
| Τύπος κράματος | Υπολογισμός μαθηματικού φορτίου |
| Χάλυβας, νικέλιο και κράματα τιτανίου | 30D2 |
| Χυτοσίδηρος | 10D2, 30D2 |
| Χαλκός και κράματα χαλκού | 5D2, 10D2, 30D2 |
| Ελαφρά μέταλλα και κράματα | 2, 5D2, 5D2, 10D2, 15D 2 |
| Μόλυβδος, tin | 1D2 |
Παράδειγμα σημειογραφίας:
400HB10/1500/20, όπου 400HB είναι η σκληρότητα Brinell του μετάλλου. 10 – διάμετρος μπάλας, 10 mm; 1500 - στατικό φορτίο, 1500 kgf. 20 - περίοδος εσοχής, 20 δευτ.
Για να καθορίσετε τους ακριβείς αριθμούς, είναι λογικό να εξετάζετε το ίδιο δείγμα σε πολλά σημεία και να προσδιορίζετε το συνολικό αποτέλεσμα βρίσκοντας τον μέσο όρο των ληφθέντων.
δοκιμή σκληρότητας Brinell
Η ερευνητική διαδικασία προχωρά με την ακόλουθη σειρά:
- Έλεγχος του εξαρτήματος για συμμόρφωση με τις απαιτήσεις (GOST 9012-59, GOST 2789).
- Έλεγχος της υγείας της συσκευής.
- Επιλογή της απαιτούμενης μπάλας, προσδιορισμός της πιθανής δύναμης, καθορισμός βαρών για το σχηματισμό της, περίοδος εσοχής.
- Έναρξη του ελεγκτή σκληρότητας και παραμόρφωση του δείγματος.
- Μέτρηση της διαμέτρου μιας εσοχής.
- Εμπειρικός υπολογισμός.
НВ=F/A, όπου F είναι το φορτίο, kgf ή N; A – περιοχή αποτύπωσης, mm2.
НВ=(0, 102F)/(πDh), όπου D – διάμετρος μπάλας, mm; h – βάθος αποτύπωσης, mm.
Η σκληρότητα των μετάλλων που μετράται με αυτή τη μέθοδο έχει εμπειρική σχέση μευπολογισμός παραμέτρων αντοχής. Η μέθοδος είναι ακριβής, ειδικά για μαλακά κράματα. Είναι θεμελιώδες στα συστήματα για τον προσδιορισμό των τιμών αυτής της μηχανικής ιδιότητας.
Χαρακτηριστικά της τεχνικής Rockwell
Αυτή η μέθοδος μέτρησης εφευρέθηκε στη δεκαετία του '20 του ΧΧ αιώνα, πιο αυτοματοποιημένη από την προηγούμενη. Χρησιμοποιείται για σκληρότερα υλικά. Τα κύρια χαρακτηριστικά του (GOST 9013-59; GOST 23677-79):
- Παρουσία κύριου φορτίου 10 kgf.
- Περίοδος διατήρησης: 10-60 δευτ.
- Οριακές τιμές πιθανών δεικτών: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20-70.
- Ο αριθμός απεικονίζεται στον επιλογέα του ελεγκτή σκληρότητας, μπορεί επίσης να υπολογιστεί αριθμητικά.
- Ζυγαριές και εσοχές. Υπάρχουν 11 διαφορετικές κλίμακες, ανάλογα με τον τύπο της εσοχής και το μέγιστο επιτρεπόμενο στατικό φορτίο. Πιο συχνά χρησιμοποιούμενα: A, B και C.
A: Μύτη κώνου διαμαντιού, γωνία σημείου 120˚, συνολική στατική δύναμη 60 kgf, HRA; διερευνώνται λεπτά προϊόντα, κυρίως προϊόντα έλασης.
C: επίσης κώνος διαμαντιού 150kgf HRC, κατάλληλος για σκληρά και σκληρυμένα υλικά.
B: Σφαίρα 1,588 mm από σκληρυμένο χάλυβα ή σκληρό καρβίδιο βολφραμίου, φορτίο 100 kgf, HRB, που χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της σκληρότητας των ανοπτημένων προϊόντων.
Μύτη σε σχήμα μπάλας (1,588 mm) ισχύει για τις κλίμακες Rockwell B, F, G. Υπάρχουν επίσης κλίμακες E, H, K, για τις οποίες μια μπάλα με διάμετρο 3,175 mm (GOST 9013-59) χρησιμοποιείται.
Αριθμός δειγμάτων,που κατασκευάζεται με έναν ελεγκτή σκληρότητας Rockwell σε μία περιοχή περιορίζεται από το μέγεθος του εξαρτήματος. Επιτρέπεται μια δεύτερη δοκιμή σε απόσταση 3-4 διαμέτρων από την προηγούμενη θέση παραμόρφωσης. Το πάχος του υπό δοκιμή προϊόντος ρυθμίζεται επίσης. Δεν πρέπει να είναι λιγότερο από 10 φορές το βάθος διείσδυσης του άκρου.
Παράδειγμα σημειογραφίας:
50HRC - Η σκληρότητα του μετάλλου Rockwell, μετρημένη με μύτη διαμαντιού, ο αριθμός του είναι 50.
Σχέδιο μελέτης Rockwell
Η μέτρηση της σκληρότητας του μετάλλου είναι πιο απλοποιημένη από τη μέθοδο Brinell.
- Εκτίμηση των διαστάσεων και των χαρακτηριστικών επιφάνειας ενός εξαρτήματος.
- Έλεγχος της υγείας της συσκευής.
- Προσδιορίστε τον τύπο του άκρου και την ικανότητα φόρτωσης.
- Ρύθμιση του μοτίβου.
- Η εφαρμογή της πρωταρχικής δύναμης στο υλικό, η τιμή των 10 kgf.
- Κάνοντας μια πλήρη και κατάλληλη προσπάθεια.
- Ανάγνωση του ληφθέντος αριθμού στην κλίμακα του καντράν.
Ο μαθηματικός υπολογισμός είναι επίσης δυνατός για τον ακριβή προσδιορισμό της μηχανικής παραμέτρου.
Όταν χρησιμοποιείτε διαμαντένιο κώνο με φορτίο 60 ή 150 kgf:
HR=100-((H-h)/0, 002;
όταν δοκιμάζετε με μπάλα κάτω από δύναμη 100 kgf:
HR=130-((H-h)/0, 002, όπου h είναι το βάθος διείσδυσης της εσοχής με πρωταρχική δύναμη 10 kgf. H είναι το βάθος διείσδυσης της εσοχής σε πλήρες φορτίο. Το 0, 002 είναι ένας συντελεστής που ρυθμίζει το μέγεθος της κίνησης του άκρου όταν ο αριθμός σκληρότητας αλλάζει κατά 1 μονάδα.
Η μέθοδος του Rockwell είναι απλή αλλά όχι αρκετά ακριβής. Ταυτόχρονα, μπορεί να μετρήσει τις μηχανικές ιδιότητες σκληρών μετάλλων και κραμάτων.
Χαρακτηριστικά της τεχνικής Vickers
Ο προσδιορισμός της σκληρότητας των μετάλλων χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο είναι ο πιο απλός και ακριβής. Η εργασία του ελεγκτή σκληρότητας βασίζεται στην εσοχή μιας πυραμιδικής μύτης διαμαντιού στο δείγμα.
Κύρια χαρακτηριστικά:
- Indenter: 136° apex diamond pyramid.
- Μέγιστο επιτρεπόμενο φορτίο: για κραματοποιημένο χυτοσίδηρο και χάλυβα - 5-100 kgf; για κράματα χαλκού - 2,5-50 kgf. για αλουμίνιο και κράματα με βάση αυτό - 1-100 kgf.
- Περίοδος διατήρησης στατικού φορτίου: 10 έως 15 δευτερόλεπτα.
- Δοκιμασμένα υλικά: χάλυβας και μη σιδηρούχα μέταλλα με σκληρότητα μεγαλύτερη από 450-500 HB, συμπεριλαμβανομένων προϊόντων μετά από χημική θερμική επεξεργασία.
Παράδειγμα σημειογραφίας:
700HV20/15, όπου 700HV είναι ο αριθμός σκληρότητας Vickers. 20 - φορτίο, 20 kgf; 15 - περίοδος στατικής προσπάθειας, 15 δευτ.
Ακολουθία μελέτης Vickers
Η διαδικασία είναι εξαιρετικά απλοποιημένη.
- Έλεγχος δείγματος και οργάνων. Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στην επιφάνεια του εξαρτήματος.
- Επιλογή της επιτρεπόμενης προσπάθειας.
- Εγκατάσταση του υλικού δοκιμής.
- Έναρξη λειτουργίας του ελεγκτή σκληρότητας.
- Διαβάστε το αποτέλεσμα στο καντράν.
Ο μαθηματικός υπολογισμός με αυτήν τη μέθοδο έχει ως εξής:
HV=1, 8544(F/d2), όπου F είναι το φορτίο,kgf; d είναι η μέση τιμή των μηκών των διαγωνίων αποτύπωσης, mm.
Σας επιτρέπει να μετράτε τη σκληρότητα μετάλλων, λεπτών και μικρών μερών, παρέχοντας παράλληλα υψηλή ακρίβεια του αποτελέσματος.
Μέθοδοι μετάβασης μεταξύ ζυγαριών
Έχοντας προσδιορίσει τη διάμετρο της εκτύπωσης χρησιμοποιώντας ειδικό εξοπλισμό, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τους πίνακες για να προσδιορίσετε τη σκληρότητα. Ο πίνακας σκληρότητας των μετάλλων είναι ένας αποδεδειγμένος βοηθός στον υπολογισμό αυτής της μηχανικής παραμέτρου. Έτσι, εάν η τιμή Brinell είναι γνωστή, ο αντίστοιχος αριθμός Vickers ή Rockwell μπορεί να προσδιοριστεί εύκολα.
Παράδειγμα ορισμένων τιμών που ταιριάζουν:
| Διάμετρος εκτύπωσης, mm | Μέθοδος έρευνας | ||||
| Brinell | Rockwell | Vickers | |||
| A | C | B | |||
| 3, 90 | 241 | 62, 8 | 24, 0 | 99, 8 | 242 |
| 4, 09 | 218 | 60, 8 | 20, 3 | 96, 7 | 218 |
| 4, 20 | 206 | 59, 6 | 17, 9 | 94, 6 | 206 |
| 4, 99 | 143 | 49, 8 | - | 77, 6 | 143 |
Ο πίνακας σκληρότητας των μετάλλων καταρτίζεται με βάση πειραματικά δεδομένα και έχει υψηλή ακρίβεια. Υπάρχουν επίσης γραφικές εξαρτήσεις της σκληρότητας Brinell από την περιεκτικότητα σε άνθρακα στο κράμα σιδήρου-άνθρακα. Έτσι, σύμφωνα με τέτοιες εξαρτήσεις, για χάλυβα με ποσότητα άνθρακα στη σύνθεση ίση με 0,2%, είναι 130 HB.
Απαιτήσεις δειγμάτων
Σύμφωνα με τις απαιτήσεις της GOST, τα ελεγμένα εξαρτήματα πρέπει να πληρούν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:
- Το τεμάχιο εργασίας πρέπει να είναι επίπεδο, να βρίσκεται σταθερά στο τραπέζι του ελεγκτή σκληρότητας, οι άκρες του πρέπει να είναι λείες ή προσεκτικά επεξεργασμένες.
- Η επιφάνεια πρέπει να έχει ελάχιστη τραχύτητα. Πρέπει να τρίβεται και να καθαρίζεται, μεταξύ άλλων με τη βοήθεια χημικών ενώσεων. Ταυτόχρονα, κατά τις διαδικασίες κατεργασίας, είναι σημαντικό να αποτραπεί ο σχηματισμός σκλήρυνσης εργασίας και η αύξηση της θερμοκρασίας του επεξεργασμένου στρώματος.
- Το εξάρτημα πρέπει να συμμορφώνεται με την επιλεγμένη μέθοδο για τον προσδιορισμό της σκληρότητας με παραμετρικές ιδιότητες.
Η εκπλήρωση των πρωταρχικών απαιτήσεων αποτελεί προϋπόθεση για ακριβείς μετρήσεις.
Η σκληρότητα των μετάλλων είναι μια σημαντική θεμελιώδης μηχανική ιδιότητα που καθορίζει ορισμένα από τα άλλα μηχανικά και τεχνολογικά χαρακτηριστικά τους, τα αποτελέσματα προηγούμενων διεργασιών επεξεργασίας, την επίδραση των παραγόντων χρόνου και πιθανές συνθήκες λειτουργίας. Η επιλογή της μεθοδολογίας της έρευνας εξαρτάται από τα κατά προσέγγιση χαρακτηριστικά του δείγματος, τουπαράμετροι και χημική σύνθεση.
