ТВЕРДОСТЬ МЕТАЛЛОВ

 

Цель работы: изучить метод определения твердости по Роквеллу.

Оборудование и материалы: прибор ТК-2, образцы черных и цветных металлов.

 

Твердость

Под твердостью понимают свойство поверхностного слоя материала сопротивляться упругой и пластической деформации или разрушению при местных контактных воздействиях со стороны другого, более твердого тела (индентора) определенной формы и размера.

Способы определения твердости делят на статические и динамические- в зависимости от скорости приложения нагрузки, а по способу ее приложения- на методы вдавливания и царапания. Наиболее распространены методы, в которых используется статическое вдавливание индентора нормально поверхности образца.

Во всех методах испытания на твердость важно правильно подготовить поверхностный слой образца. Для этого все поверхностные дефекты - окалина, выбоины, вмятины, грубые риски и т. п. - должны быть удалены. Поскольку нагрузка прилагается по оси вдавливаемого индентора перпендикулярно к испытуемой поверхности, плоскость образца должна быть строго параллельна опорной поверхности.

В зависимости от продолжительности приложения нагрузки к индентору и времени выдержки индентора под нагрузкой, t, различают кратковременную и длительную твердость. В стандартных методах определяют кратковременную твердость при комнатной температуре. Обычно t=10¸30 с. Длительная твердость оценивается при повышенных температурах и используется как характеристика жаропрочности материала.

 

Твердость по Роквеллу

При измерении твердости по Роквеллу индентор - алмазный конус с углом при вершине 120° или стальной шарик диаметром 1,5875 мм (1/16 дюйма) - вдавливается под действием

двух последовательно прилагаемых нагрузок: предварительной Р₀ и общей Р=Р₀+Р₁, где Р₁ - основная нагрузка.

Число твердости по Роквеллу измеряют в условных единицах, оно является мерой глубины вдавливания индентора под определенной нагрузкой.

Сначала индентор вдавливается в поверхность образца под действием предварительной нагрузки, которая не снимается до конца испытаний. Под нагрузкой Р₀ индентор погружается в образец на глубину h₀. Затем подается полная нагрузка Р=Р₀+Р₁ и увеличивается глубина вдавливания, которая после снятия основной нагрузки Р₁ и определяет число твердости по Роквеллу (HR) (рис. 1).

 

 

При использовании в качестве индентора алмазного конуса твердость по Роквеллу определяют по двум "шкалам" - А и С. При измерении по шкале А: Р₀=10 кг, Р₁=50 кг, Р=60 кг; по шкале С: Р₀=10 кг, Р₁=140 кг, Р=150 кг. Число твердости выражается формулой

HRC (HRA) = 100-e,

где e=(h-h₀)/0,002 (0,002 мм - цена деления шкалы индикатора твердомера Роквелла).

Единица твердости по Роквеллу - безразмерная величина, соответствующая осевому перемещению индикатора на 0,002 мм.

При использовании в качестве индентора стального шарика число твердости HR определяют по шкале В, т.е. при Р₀=10 кг, Р₁=90 кг, Р=100 кг по формуле

HRB = 130-e.

Твердость по шкале В измеряется на изделиях малой толщины и средней прочности. Твердость по шкале С является показателем качества закалки и цементации. Определение твердости по шкале А применяется для изделий из сверхтвердых сплавов или с тонким закаленным слоем. По шкале А измеряют твердость в пределах 70-85, по шкале В - 25-100, по шкале С - 20-67.

Условия испытания и применяемые инденторы приведены в табл. 1.

Таблица 1

Условия измерения твердости и применяемые

инденторы

Шкала измерений	Вид индентора	Предварительная нагрузка, кг	Основная нагрузка, кг	Общая нагрузка, кг	Установка стрелки
HRC (черная)	Алмазный конус с углом при вершине 120°				на 0
HRA (черная)	То же				на 0
HRB (красная)	Стальной закаленный шарик диам. 1,586 мм				на 30

 

Порядок выполнения работы при измерении твердости HR:

1) выбрать режим измерения твердости;

2) установить необходимый индентор и грузы, обеспечивающие требуемую нагрузку;

3) установить образец на стол прибора;

4) вращением маховичка приложить предварительную нагрузку, совместив малую стрелку индикатора с красной точкой;

5) установить большую стрелку на 0 черной шкалы;

6) приложить основную нагрузку;

7) прочитать число твердости по соответствующей шкале индикатора;

8) оформить результаты измерения твердости в виде табл. 2.

Таблица 2

Результаты измерения твердости (HR)

 

Матери	Вид ин-	Нагрузка, кг	Шкала изме-	Твердость, НR
ал образца	ден-тора	Р0	Р1	Р	рений			средняя