Твердость металлических материалов Твердость относится к способности материала сопротивляться местной деформации, особенно пластической деформации, вмятинам или царапинам. Это показатель твердости материала. По разным методам испытаний твердость делится на три типа.
① Твердость к царапинам. В основном он используется для сравнения твердости и мягкости различных минералов. Метод состоит в том, чтобы выбрать стержень, у которого один конец твердый, а другой мягкий, и поцарапать испытуемый материал вдоль стержня и определить твердость и мягкость испытуемого материала в зависимости от положения царапины. Качественно говоря, царапина, нанесенная твердым предметом, длинная, а царапина, нанесенная мягким предметом, короткая.
② Твердость вдавливания. В основном используется для металлических материалов. Метод заключается в вдавливании указанного индентора в испытуемый материал с определенной нагрузкой и сравнении твердости и мягкости испытуемого материала по величине локальной пластической деформации на поверхности материала. Из-за различий в инденторах, нагрузках и продолжительности нагрузки существует множество типов твердости при индентировании, в основном твердость по Бринеллю, твердость по Роквеллу, твердость по Виккерсу и микротвердость.
③ Твердость отскока. В основном используется для металлических материалов. Метод заключается в том, чтобы специальный небольшой молоток свободно падал с определенной высоты и ударял по образцу испытуемого материала, а твердость материала определяется количеством энергии деформации, запасенной (а затем высвободившейся) образцом во время испытания. удар (измеряется по высоте отскока молоточка).
К твердости при вдавливании наиболее распространены твердость металлических материалов по Бринеллю, твердость по Роквеллу и твердость по Виккерсу. Значение твердости указывает на способность поверхности материала сопротивляться пластической деформации, вызванной другим предметом при его вдавливании в поверхность. Метод отскока (Шор, Либ) измеряет твердость, а значение твердости представляет собой величину функции упругой деформации металла.
Твердость по Бринеллю При измерении твердости по Бринеллю в качестве индентора используется закаленный стальной или твердосплавный шарик диаметром D, который вдавливается в поверхность образца с соответствующей испытательной силой F. По истечении указанного времени выдержки испытательное усилие снимается для получения углубление диаметром d. Испытательное усилие делится на площадь поверхности отпечатка, и полученное значение представляет собой значение твердости по Бринеллю, а обозначение — HBS или HBW.
Разница между HBS и HBW заключается в разнице индентора. HBS означает, что индентор представляет собой шарик из закаленной стали, который используется для измерения материалов со значением твердости по Бринеллю ниже 450, таких как мягкая сталь, серый чугун и цветные металлы. HBW означает, что индентор представляет собой твердосплавный материал, который используется для измерения материалов с твердостью по Бринеллю ниже 650.
Для одного и того же тестового блока, когда другие условия испытаний абсолютно одинаковы, результаты двух испытаний различаются, а значение HBW часто превышает значение HBS, и не существует количественного правила, которому нужно следовать.
После 2003 года моя страна аналогичным образом приняла международные стандарты, отказалась от индентора со стальным шариком и приняла твердосплавные шаровые головки. Поэтому HBS больше не используется, а HBW используется для обозначения символа твердости по Бринеллю. Во многих случаях твердость по Бринеллю обозначается только HB, что означает HBW. Тем не менее, HBS все еще встречается в литературных статьях.
Метод измерения твердости по Бринеллю подходит для чугуна, цветных сплавов, различных отожженных и отпускных сталей. Он не подходит для измерения слишком твердых, слишком маленьких, слишком тонких образцов или заготовок и не допускает больших вмятин на поверхности. Rockwell Hardness использует алмазный конус с углом при вершине конуса 120 градусов или шарик из закаленной стали диаметром 1,588 мм и 3,176 мм в качестве индентора и нагрузки. Образец вдавливается в образец под действием начальной нагрузки 10 кгс и общей нагрузки 60, 100 или 150 кгс (т. е. начальная нагрузка плюс основная нагрузка). После приложения суммарной нагрузки твердость выражается разницей между глубиной вдавливания при снятии основной нагрузки, но с сохранением основной нагрузки, и глубиной вдавливания под действием первоначальной нагрузки. При испытании на твердость по Роквеллу используются три испытательных усилия и три индентора, которые имеют в общей сложности 9 комбинаций, соответствующих 9 шкалам твердости по Роквеллу. Применение этих 9 шкал охватывает практически все обычно используемые металлические материалы. Обычно используются HRA, HRB и HRC, среди которых наиболее широко используется HRC. Диапазон использования шкалы HRC составляет 20 ~ 70HRC. Когда значение твердости меньше 20HRC, из-за слишком сильного давления на коническую часть индентора чувствительность снижается, и вместо нее следует использовать шкалу HRB; когда твердость образца превышает 67HRC, давление на кончик индентора слишком велико, алмаз легко повреждается, а срок службы индентора значительно сокращается, поэтому вместо этого обычно следует использовать шкалу HRA.
Испытание на твердость по Роквеллу является простым, быстрым и имеет небольшое углубление. Он может тестировать поверхность готовой продукции, а также более твердых и тонких заготовок. Из-за небольшого отпечатка значение твердости сильно колеблется для материалов с неравномерной структурой и твердостью, а точность не такая высокая, как твердость по Бринеллю. Твердость по Роквеллу используется для измерения твердости стали, цветных металлов, твердого сплава и т. д.
Твердость по Виккерсу Твердость по Виккерсу Принцип измерения твердости по Виккерсу аналогичен твердости по Бринеллю. Алмазный индентор в виде правильного тетраэдра с относительным углом 136 градусов используется для вдавливания в поверхность материала с заданной испытательной силой F. Пробную силу снимают после выдерживания ее в течение заданного времени. Значение твердости выражается средним давлением на единицу площади поверхности отпечатка правильного тетраэдра, а обозначение — HV. Твердость по Виккерсу имеет широкий диапазон измерения и позволяет измерять материалы с диапазоном твердости 10–1000HV. Он имеет небольшое углубление и обычно используется для измерения более тонких материалов и слоев поверхностного упрочнения, таких как цементация и азотирование.
Leeb Hardness использует ударный корпус определенной массы, оснащенный шаровой головкой из карбида вольфрама, который ударяет по поверхности испытуемого образца с определенной силой, а затем отскакивает. Из-за разной твердости материалов скорость отскока после удара также различна. На ударном устройстве установлен постоянный магнитный материал. Когда ударное тело движется вверх и вниз, его периферийная катушка генерирует электромагнитный сигнал, пропорциональный скорости, который затем преобразуется в значение твердости по Либу с помощью электронной схемы, и символ обозначается как HL.
Для твердомера Leeb не требуется верстак. Его датчик твердости размером с ручку, и им можно управлять непосредственно вручную. Его можно легко обнаружить независимо от того, большая ли это тяжелая заготовка или заготовка сложных геометрических размеров.
Еще одним преимуществом твердости по Либу является то, что она практически не повреждает поверхность изделия и иногда может использоваться в качестве неразрушающего контроля; он уникален при измерении твердости во всех направлениях, в узких пространствах и специальных деталях.
