Твердость незакаленной стали какая

Твердость металлов

Машиностроительные детали и механизмы, а также инструменты, предназначенные для их обработки, обладают набором механических характеристик. Немалую роль среди характеристик играет твердость. Твердость металлов наглядно показывает:

  • износостойкость металла;
  • возможность обработки резанием, шлифованием;
  • сопротивляемость местному давлению;
  • способность резать другой материал и прочие.

На практике доказано, что большинство механических свойств металлов напрямую зависят от их твердости.

Понятие твердости

Твердость материала – это стойкость к разрушению при внедрении во внешний слой более твердого материала. Другими словами, способность к сопротивлению деформирующим усилиям (упругой или пластической деформации).

Определение твердости металлов производится посредством внедрения в образец твердого тела, именуемого индентором. Роль индентора выполняет: металлически шарик высокой твердости; алмазный конус или пирамида.

После воздействия индентора на поверхности испытуемого образца или детали остается отпечаток, по размеру которого определяется твердость. На практике используются кинематические, динамические, статические способы измерения твердости.

В основе кинематического метода лежит составление диаграммы на основе постоянно регистрирующихся показаний, которые изменяются по мере вдавливания инструмента в образец. Здесь прослеживается кинематика всего процесса, а не только конечного результата.

Динамический метод заключается в следующем. Измерительный инструмент воздействует на деталь. Обратная реакция позволяет рассчитать затраченную кинетическую энергию. Данный метод позволяет проводить испытание на твердость не только поверхности, но и некоторого объема металла.

Статические методы – это неразрушающие способы, позволяющие определить свойства металлов. Методы основаны на плавном вдавливании и последующей выдержке в течение некоторого времени. Параметры регламентируются методиками и стандартами.

Прилагаемая нагрузка может прилагаться:

Машиностроительные предприятия на данный момент для определения твердости материалов используют методы Бринелля, Роквелла, Виккерса, а также метод микротвердости.

На основе проводимых испытаний составляется таблица, в которой указываются материалы, прилагаемые нагрузки и полученные результаты.

Единицы измерения твердости

Каждый способов измерения сопротивления металла к пластической деформации имеет свою методику его проведения, а также единицы измерения.

Измерение твердости мягких металлов производится методом Бринелля. Данному способу подвергаются цветные металлы (медь, алюминий, магний, свинец, олово) и сплавы на их основе, чугуны (за исключением белого) и отожженные стали.

Твердость по Бринеллю определяется вдавливанием закаленного, отполированного шарика из шарикоподшипниковой стали ШХ15. Окружность шарика зависит от испытуемого материала. Для твердых материалов – все виды сталей и чугунов – 10 мм, для более мягких – 1 – 2 — 2,5 — 5 мм. Необходимая нагрузка, прилагаемая к шарику:

  • сплавы железа – 30 кгс/мм2;
  • медь и никель – 10 кгс/мм2;
  • алюминий и магний – 5 кгс/мм2.

Единица измерения твердости – это числовое значение и следующий за ними числовой индекс HB. Например, 200 НВ.

Твердость по Роквеллу определяется посредством разницы приложенных нагрузок к детали. Вначале прикладывается предварительная нагрузка, а затем общая, при которой происходит внедрение индентора в образец и выдержка.

В испытуемый образец внедряется пирамида (конус) из алмаза или шарик из карбида вольфрама (каленой стали). После снятия нагрузки производится замер глубины отпечатка.

Единица измерения твердости – это условные единицы. Принято считать, что единица — это величина осевого перемещения конуса, равная 2 мкм. Обозначение твердости маркируется тремя буквами HR (А, В, С) и числовым значением. Третья буква в маркировке обозначает шкалу.

Читайте также:  Как определить глубину залегания металла

Методика отображает тип индентора и прилагаемую к нему нагрузку.

Тип шкалы Инструмент Прилагаемая нагрузка, кгс
А Конус из алмаза, угол вершины которого 120° 50-60
В Шарик 1/16 дюйма 90-100
С Конус из алмаза, угол вершины которого 120° 140-150

В основном, используются шкалы измерения А и С. Например, твердость стали HRC 26…32, HRB 25…29, HRA 70…75.

Измерению твердости по Виккерсу подвергаются изделия небольшой толщины или детали, имеющие тонкий, твердый поверхностный слой. В качестве клинка используется правильная четырехгранная пирамида угол при вершине, которой составляет 136°. Отображение значений твердости выглядит следующим образом: 220 HV.

Измерение твердости по методу Шора производится путем замера высоты отскока упавшего бойка. Обозначается цифрами и буквами, например, 90 HSD.

К определению микротвердости прибегают, когда необходимо получить значения мелких деталей, тонкого покрытия или отдельной структуры сплава. Измерение производят путем измерения отпечатка наконечника определенной формы. Обозначение значения выглядит следующим образом:

0,196 — нагрузка на наконечник, Н;

2800 – численное значение твердости, Н/мм 2 .

Твердость основных металлов и сплавов

Измерение значения твердости проводится на готовых деталях, отправляющихся на сборку. Контроль производится на соответствие чертежу и технологическому процессу. На все основные материалы уже составлены таблицы значений твердости как в исходном состоянии, так и после термической обработки.

Цветные металлы

Твердость меди по Бринеллю составляет 35 НВ, значения латуни равны 42-60 НВ единиц в зависимости от ее марки. У алюминия твердость находится в диапазоне 15-20 НВ, а у дюралюминия уже 70НВ.

Черные металлы

Твердость по Роквеллу чугуна СЧ20 HRC 22, что соответствует 220 НВ. Сталь: инструментальная – 640-700 НВ, нержавеющая – 250НВ.

Для перевода из одной системы измерения в другую пользуются таблицами. Значения в них не являются истинными, потому что выведены империческим путем. Не полный объем представлен в таблице.

HB HV HRC HRA HSD
228 240 20 60.7 36
260 275 24 62.5 40
280 295 29 65 44
320 340 34.5 67.5 49
360 380 39 70 54
415 440 44.5 73 61
450 480 47 74.5 64
480 520 50 76 68
500 540 52 77 73
535 580 54 78 78

Значения твердости, даже если они производятся одним и тем же методом, зависят от прилагаемой нагрузки. Чем меньше нагрузка, тем выше показания.

Методы измерения твердости

Все методы определения твердости металлов используют механическое воздействие на испытуемый образец – вдавливание индентора. Но при этом не происходит разрушение образца.

Метод определения твердости по Бринеллю был первым, стандартизованным в материаловедении. Принцип испытания образцов описан выше. На него действует ГОСТ 9012. Но можно вычислить значение по формуле, если точно измерить отпечаток на образце:

HB=2P/(πD*√(D 2 -d 2 ),

  • где
    Р – прикладываемая нагрузка, кгс;
  • D – окружность шарика, мм;
  • d – окружность отпечатка, мм.
    Шарик подбирается относительно толщины образца. Нагрузку высчитывают предварительно из принятых норм для соответствующих материалов:
    сплавы из железа — 30D 2 ;
    медь и ее сплавы — 10D 2 ;
    баббиты, свинцовые бронзы — 2,5D 2 .

Условное изображение принципа испытания

Схематически метод исследования по Роквеллу изображается следующим образом согласно ГОСТ 9013.

Метод измерения твердости по Роквеллу

Итоговая приложенная нагрузка равна сумме первоначальной и необходимой для испытания. Индикатор прибора показывает разницу глубины проникновения между первоначальной нагрузкой и испытуемой h –h0.

Метод Виккерса регламентирован ГОСТом 2999. Схематически он изображается следующим образом.

Математическая формула для расчета:
HV=0.189*P/d 2 МПа
HV=1,854*P/d 2 кгс/мм 2
Прикладываемая нагрузка варьируется от 9,8 Н (1 кгс) до 980 Н (100 кгс). Значения определяются по таблицам относительно измеренного отпечатка d.

Читайте также:  Как получить оксид железа fe3o4

Метод считается эмпирическим и имеет большой разброс показаний. Но прибор имеет простую конструкцию и его можно использовать при измерении крупногабаритных и криволинейных деталей.

Измерить твердость по Моосу металлов и сплавов можно царапанием. Моос в свое время предложил делать царапины более твердым минералом по поверхности предмета. Он разложил известные минералы по твердости на 10 позиций. Первую занимает тальк, а последнюю алмаз.

После измерения по одной методике перевод в другую систему весьма условен. Четкие значения существуют только в соотношении твердости по Бринеллю и Роквеллу, так как машиностроительные предприятия их широко применяют. Зависимость можно проследить при изменении диаметра шарика.

d, мм HB HRA HRC HRB
2,3 712 85,1 66,4
2,5 601 81,1 59,3
3,0 415 72,6 43,8
3,5 302 66,7 32,5
4,0 229 61,8 22 98,2
5,0 143 77,4
5,2 131 72,4

Как видно из таблицы, увеличение диаметра шарика значительно снижает показания прибора. Поэтому на машиностроительных предприятиях предпочитают пользоваться измерительными приборами с однотипным размером индентора.

Источник

Твердости стали

Заказывая металлопрокат, нужно не только оценить его размеры, но и обратить внимание на твердость стали. От этой величины зависит, как изделие будет противостоять износу и сильному давлению. Так можно спрогнозировать, какие инструменты потребуются для обработки.

Что такое твердость и способы точного определения

Твердостью называют способность стали противостоять проникновению инородного тела после статического вдавливания. Эту величину определяют, глядя на площадь полученного оттиска, глубину вдавливания предмета в сталь или диагональ оттиска.

На сегодня есть несколько методик выявления данного показателя. Производствам стоит пользоваться самыми простыми и точными вариантами, чтобы изготовить продукцию, которая соответствует установленным нормам ГОСТ.

Выбор контрольного метода зависит от таких показателей:

  • исходная упругость, пластичность, прочность металла;
  • размер объекта контроля или мест соединения (актуально, если нужно иметь дело с твердостью в зоне сварного шва);
  • конечный итог (можно иметь дело с твердостью и самого изделия, и только его поверхности);
  • условия (полевые или лабораторные);
  • насколько стабильны результаты замеров (будут ли они такими же, если снова захотите провести испытание).

«Стальмет» определяет твердость по Роквеллу. Также поставляет сертифицированный металлопрокат предприятиям Санкт-Петербурга и Ленинградской области. Мы соберем партию и организуем доставку по нужному адресу. Средний срок получения металлопроката – от 2 до 10 дней.

Чтобы определить твердость, эталонный образец вдавливают в поверхность стали. На этом принципе основаны все известные на сегодня методики.

Варианты определения твердости:

  • по Роквеллу;
  • на основании методики Виккерса;
  • по Бринеллю;
  • на основании методики Шора.

Далее расскажем о главных особенностях определения твердости с использованием каждого из способов.

Метод измерения на основании шкал Роквелла

Роквелл предложил измерять твердость алмазным конусом (для закаленных сталей) или твердосплавных шариков (для отожженных сталей). Чтобы сделать замер, используют механический и электронный твердомер. Твердость по Роквеллу предполагает использование нескольких шкал испытаний. Чтобы выявить эту величину для инструментов (зубил, напильников, молотков) и крепежей, чаще всего используют шкалу С. Например, оптимальной твердостью клинка считается показатель 52-58 HRC. Если этот показатель выше, нож считается твердым, но хрупким.

Если задействован алмазный конус, для определения твердости использована шкала А или С. Поэтому можно встретить значения вроде 58 HRC, где 58 – показатель твердости, две буквы после нее (HR) указывают на методику Роквелла, а последняя буква (C) сообщает о использованной шкале испытаний.

Читайте также:  Анодированный алюминий это как

Числовые значения разных шкал Роквелла нельзя приравнивать друг к другу. Получается, что 58 HRC и 58 HRA – это не одинаковые показатели.

Как правильно делать замер методом Роквелла?

  • надежно зафиксировать заготовку;
  • планомерно погружать эталонный образец;
  • точно отобразить результаты определения твердости.

Метод Роквелла лежит в основе норм твердости, указанным в ГОСТ. Поэтому можно считать этот вариант самым легким, точным и широко распространенным. Однако, есть еще несколько известных методик, которые тоже заслуживают внимания.

Методика Виккерса

Чтобы узнать, с какой твердостью имеете дело, можно не только проводить замер по Роквеллу, но и использовать метод Виккерса. Этот способ подходит для работы с тонкими листовыми металлами, цементированной поверхностью. Метод основан на вдавливании в поверхность четырехугольной пирамиды. Этот эталонный образец изготовлен из алмаза – материала с максимально известной твердостью.

Требования при измерениях с использованием метода Виккерса:

  • длительность давления на поверхность – до 15 секунд;
  • приложенная сила – 30 кг;
  • минимальная толщина измеримого листа – в 1,2 больше, чем прогнозируемая диагональ оттиска;
  • полученная величина напрямую зависит от приложенной силы;
  • использование методики с чистой отполированной поверхностью (показатель шероховатости – до 0,16 мкм);

Этот способ подходит для выявления микротвердости. В таком случае пирамидку погружают на глубину до 0,2 мкм. Приложенная сила – до 500 г. Если нужно иметь дело с твердостью таких маленьких величин, используем микроскоп.

Чтобы использовать этот метод и получить точный результат, нужно прилагать регламентированную величину силы, следить за длительностью воздействия. Также необходимо тщательно подготовить поверхность.

Способ Бринелля

Твердостью по Бринеллю называют процесс измерения данного показателя, основанный на вдавливании стального шарика под большой нагрузкой в измеримую поверхность. На поверхности остается полусферический оттиск. Измеряя его диаметр и глубину, можно определить, с какой твердостью работаем.

Требования к проведению измерений:

  • отсутствие окалины, изгибов на поверхности;
  • выдержка давления – от 10 до 180 секунд;
  • образцы, отличающееся повышенной твердостью (от 450 кгс/мм2), не испытываются;
  • соотношение между нагрузкой и полученным оттисков должно быть постоянным;
  • не нужно измерять показатель твердости у кромки изделия.

Методика подходит для металлов и сплавов. Диаметр шарика и нагрузку определяют в зависимости от материала. Этим способом проводят измерения незакаленной стали.

Метод Шора

Твердостью по Шору называют быстрое, простое измерение данной величины для различных поверхностей, включая криволинейные. Для измерения исследуют отскок бойка, который падает вертикально на измеримую зону. На величину отскока может влиять шероховатость, структура, толщина и другие показатели, не соотносимые с твердостью.

Требования к проведению замеров:

  • толщина изделия – от 6 мм;
  • проведение измерений на расстоянии от 12 мм от края;
  • ровная поверхность в радиусе 6 мм от кончика эталонного образца;
  • есть риск отклонения результатов из-за шероховатости, перепадов поверхности;
  • важно правильно расположить измерительные приборы.

Этот метод измерения твердости считается быстрым, но не очень точным. Если важно определить, с какой точно твердостью имеете дело, лучше использовать другие способы.

Вместо выводов

Использование одного из перечисленных методов определения твердости позволяет проводить испытания и получать точные результаты в полевых или лабораторных условиях. Однако при исследованиях важную роль играет и сам эталонный образец (расположение, диаметр), и приложенная сила давления, и характеристики измеримой поверхности. Обычно проведение измерений занимает до 2 минут. Так можно убедиться в том, что образец соответствует требованиям, изложенным в ГОСТ.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл и камни