Độ cứng của kim loại. Bảng độ cứng kim loại

2024 Tác giả: Angel Austin | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-18 04:34

Để các bộ phận và cơ cấu hoạt động lâu dài và đáng tin cậy, vật liệu tạo ra chúng phải đáp ứng các điều kiện làm việc cần thiết. Đó là lý do tại sao điều quan trọng là phải kiểm soát các giá trị cho phép của các thông số cơ học chính của chúng. Các đặc tính cơ học bao gồm độ cứng, độ bền, độ bền va đập, độ dẻo. Độ cứng của kim loại là một đặc điểm cấu trúc chính.

Khái niệm

Độ cứng của kim loại và hợp kim là đặc tính của vật liệu để tạo ra lực cản khi vật thể khác xâm nhập vào các lớp bề mặt của nó, không bị biến dạng và không bị xẹp xuống khi chịu tải trọng đi kèm (thụt vào). Được xác định với mục đích:

• thu thập thông tin về các tính năng thiết kế được chấp nhận và khả năng vận hành;
• phân tích trạng thái dưới tác động của thời gian;
• giám sát kết quả xử lý nhiệt.

Độ bền và khả năng chống lão hóa của bề mặt phụ thuộc một phần vào chỉ số này. Khám phá như ban đầuvật liệu và các bộ phận hoàn thiện.

Lựa chọn nghiên cứu

Chỉ số là một giá trị được gọi là số độ cứng. Có nhiều phương pháp khác nhau để đo độ cứng của kim loại. Nghiên cứu chính xác nhất là sử dụng các loại máy tính toán khác nhau, thiết bị đo độ sâu và độ cứng thích hợp:

1. Brinell: bản chất của bộ máy là ép một quả bóng vào kim loại hoặc hợp kim đang được nghiên cứu, tính toán đường kính của dấu ấn và sau đó tính toán toán học thông số cơ học.
2. Rockwell: Một quả bóng hoặc hình nón kim cương được sử dụng. Giá trị được hiển thị trên thang đo hoặc được tính toán.
3. Vickers: Phép đo độ cứng của kim loại chính xác nhất bằng cách sử dụng một đầu kim cương hình chóp.

Có các công thức và bảng đặc biệt để xác định sự tương ứng tham số giữa các chỉ số của các phương pháp đo lường khác nhau cho cùng một loại vật liệu.

Các yếu tố xác định tùy chọn đo lường

Trong điều kiện phòng thí nghiệm, với nhiều thiết bị cần thiết, việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu được thực hiện tùy thuộc vào các đặc tính nhất định của phôi.

1. Giá trị chỉ thị của thông số cơ học. Đối với thép kết cấu và vật liệu có độ cứng thấp đến 450-650 HB, phương pháp Brinell được sử dụng; cho công cụ, thép hợp kim và các hợp kim khác - Rockwell; cho hợp kim cứng - Vickers.
2. Kích thước của mẫu thử. Các bộ phận đặc biệt nhỏ và tinh vi được kiểm tra bằngsử dụng máy đo độ cứng Vickers.
3. Độ dày của kim loại tại điểm đo, cụ thể là lớp cacbon hoặc nitrided.

Tất cả các yêu cầu và tuân thủ đều được GOST ghi lại.

Đặc điểm của kỹ thuật Brinell

Kiểm tra độ cứng của kim loại và hợp kim bằng máy đo độ cứng Brinell được thực hiện với các tính năng sau:

1. Indenter - một quả bóng làm bằng thép hợp kim hoặc hợp kim cacbua vonfram có đường kính 1, 2, 2, 5, 5 hoặc 10 mm (GOST 3722-81).
2. Khoảng thời gian tạo vết lõm tĩnh: đối với gang và thép - 10-15 giây, đối với hợp kim màu - 30, cũng có thể có thời gian là 60 giây, và trong một số trường hợp - 120 và 180 giây.
3. Giá trị giới hạn của thông số cơ học: 450 HB khi đo bằng bi thép; 650 HB khi sử dụng cacbua.
4. Tải có thể. Sử dụng các quả cân có trong bộ dụng cụ, lực biến dạng thực tế trên mẫu thử được hiệu chỉnh. Giá trị tối thiểu cho phép của chúng: 153, 2, 187, 5, 250 N; tối đa - 9807, 14710, 29420 N (GOST 23677-79).

Sử dụng công thức, tùy thuộc vào đường kính của quả bóng đã chọn và vật liệu đang được kiểm tra, có thể tính toán lực lõm cho phép thích hợp.

Loại hợp kim	Tính toán tải trọng toán học
Hợp kim thép, niken và titan	30D2
Gang	10D2, 30D2
Đồng và hợp kim của đồng	5D2, 10D2, 30D2
Kim loại nhẹ và hợp kim	2, 5D2, 5D2, 10D2, 15D 2
Chì, thiếc	1D2

Ví dụ về ký hiệu:

400HB10 / 1500/20, trong đó 400HB là độ cứng Brinell của kim loại; 10 - đường kính bi, 10 mm; 1500 - tải trọng tĩnh, 1500 kgf; 20 - khoảng thời gian thụt lề, 20 giây.

Để thiết lập các con số chính xác, điều hợp lý là kiểm tra cùng một mẫu ở một số nơi và xác định kết quả tổng thể bằng cách tìm giá trị trung bình của giá trị thu được.

Kiểm tra độ cứng Brinell

Quá trình nghiên cứu tiến hành theo trình tự sau:

1. Kiểm tra bộ phận xem có tuân thủ các yêu cầu không (GOST 9012-59, GOST 2789).
2. Kiểm tra tình trạng của thiết bị.
3. Chọn quả bóng cần thiết, xác định lực có thể, đặt trọng lượng cho sự hình thành của nó, khoảng thời gian thụt vào.
4. Khởi động máy đo độ cứng và độ biến dạng của mẫu.
5. Đo đường kính của hốc.
6. Tính toán theo kinh nghiệm.

НВ=F / A, trong đó F là tải trọng, kgf hoặc N; A - khu vực dấu ấn, mm².

НВ=(0, 102F) / (πDh), trong đó D - đường kính bóng, mm; h - độ sâu dấu ấn, mm.

Độ cứng của kim loại được đo bằng phương pháp này có mối quan hệ thực nghiệm vớitính toán các thông số cường độ. Phương pháp này chính xác, đặc biệt là đối với hợp kim mềm. Nó là cơ bản trong các hệ thống xác định các giá trị của đặc tính cơ học này.

Đặc điểm của kỹ thuật Rockwell

Phương pháp đo lường này được phát minh vào những năm 20 của thế kỷ XX, tự động hóa hơn so với phương pháp trước đó. Được sử dụng cho các vật liệu cứng hơn. Đặc điểm chính của nó (GOST 9013-59; GOST 23677-79):

1. Có tải chính là 10 kgf.
2. Thời gian giữ: 10-60 giây.
3. Giá trị ranh giới của các chỉ số có thể: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20-70.
4. Con số được hiển thị trực quan trên mặt số của máy đo độ cứng, nó cũng có thể được tính theo số học.
5. Vảy và vết lõm. Có 11 thang đo khác nhau, tùy thuộc vào loại đầu thụt và tải trọng tĩnh tối đa cho phép. Thường được sử dụng nhất: A, B và C.

A: Đầu hình nón kim cương, góc 120˚, tổng lực tĩnh 60kgf, HRA; các sản phẩm mỏng được điều tra, chủ yếu là các sản phẩm cán.

C: cũng là nón kim cương HRC 150kgf, thích hợp cho các vật liệu cứng và cứng.

B: Quả cầu 1,588 mm làm bằng thép cứng hoặc cacbua vonfram cứng, tải trọng 100 kgf, HRB, được sử dụng để đánh giá độ cứng của sản phẩm ủ.

Đầu hình quả bóng (1.588 mm) áp dụng cho các thang đo Rockwell B, F, G. Ngoài ra còn có các thang đo E, H, K, cho một quả bóng có đường kính 3,175 mm (GOST 9013-59) được sử dụng.

Số lượng mẫu,được thực hiện bằng máy thử độ cứng Rockwell ở một khu vực bị giới hạn bởi kích thước của bộ phận. Phép thử thứ hai được phép ở khoảng cách 3-4 đường kính so với vị trí biến dạng trước đó. Độ dày của sản phẩm được thử nghiệm cũng được quy định. Độ sâu thâm nhập của đầu nhọn không được ít hơn 10 lần.

Ví dụ về ký hiệu:

50HRC - Độ cứng Rockwell của kim loại, được đo bằng đầu kim cương, số của nó là 50.

Kế hoạch Học tập Rockwell

Việc đo độ cứng của kim loại được đơn giản hóa hơn so với phương pháp Brinell.

1. Ước tính kích thước và đặc điểm bề mặt của một bộ phận.
2. Kiểm tra tình trạng của thiết bị.
3. Xác định loại đầu tip và khả năng chịu tải.
4. Thiết lập mẫu.
5. Việc thực hiện lực chính lên vật liệu, giá trị 10 kgf.
6. Nỗ lực đầy đủ và phù hợp.
7. Đọc số đã nhận trên thang quay số.

Tính toán toán học cũng có thể xác định chính xác thông số cơ học.

Khi sử dụng hình nón kim cương có tải trọng 60 hoặc 150 kgf:

HR=100 - ((H-h) / 0, 002;

khi thử nghiệm với một quả bóng dưới lực 100 kgf:

HR=130 - ((H-h) / 0, 002, trong đó h là độ sâu xuyên thấu của đầu lõm ở lực chính 10 kgf; H là độ sâu xuyên thấu của vết lõm khi đầy tải; 0, 002 là hệ số quy định lượng chuyển động của đầu nhọn khi số độ cứng thay đổi 1 đơn vị.

Phương pháp củaRockwell rất đơn giản nhưng không đủ chính xác. Đồng thời, nó có thể đo tính chất cơ học của kim loại và hợp kim cứng.

Đặc điểm của kỹ thuật Vickers

Xác định độ cứng của kim loại bằng phương pháp này là đơn giản và chính xác nhất. Công việc của máy đo độ cứng dựa trên sự thụt vào của một đầu hình chóp kim cương vào mẫu.

Tính năng chính:

1. Thụt lề: kim tự tháp chóp 136 °.
2. Tải trọng tối đa cho phép: đối với gang và thép hợp kim - 5-100 kgf; đối với hợp kim đồng - 2,5-50 kgf; đối với nhôm và hợp kim dựa trên nó - 1-100 kgf.
3. Thời gian giữ tải tĩnh: 10 đến 15 giây.
4. Vật liệu đã được thử nghiệm: thép và kim loại màu có độ cứng trên 450-500 HB, kể cả các sản phẩm sau khi xử lý nhiệt hóa học.

Ví dụ về ký hiệu:

700HV20 / 15, trong đó 700HV là số độ cứng Vickers; 20 - tải trọng, 20 kgf; 15 - khoảng thời gian cố gắng tĩnh, 15 giây.

Trình tự học của Vickers

Thủ tục cực kỳ đơn giản.

1. Kiểm tra mẫu và thiết bị đo đạc. Đặc biệt chú ý đến bề mặt của bộ phận.
2. Lựa chọn nỗ lực cho phép.
3. Cài đặt vật liệu thử nghiệm.
4. Khởi động máy đo độ cứng đi vào hoạt động.
5. Đọc kết quả trên quay số.

Tính toán toán học theo phương pháp này như sau:

HV=1, 8544(F / d²), trong đó F là tải,kgf; d là giá trị trung bình của độ dài các đường chéo của nhà xuất bản, mm.

Nó cho phép bạn đo độ cứng của kim loại, các bộ phận mỏng và nhỏ, đồng thời cung cấp độ chính xác cao của kết quả.

Phương pháp chuyển đổi giữa các thang âm

Sau khi xác định đường kính của bản in bằng thiết bị đặc biệt, bạn có thể sử dụng các bảng để xác định độ cứng. Bảng độ cứng của kim loại là một trợ thủ đắc lực trong việc tính toán thông số cơ học này. Vì vậy, nếu giá trị Brinell được biết, có thể dễ dàng xác định số Vickers hoặc Rockwell tương ứng.

Ví dụ về một số giá trị phù hợp:

Đường kính in, mm	Phương pháp nghiên cứu
	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

Bảng độ cứng của kim loại được biên soạn trên cơ sở số liệu thực nghiệm và có độ chính xác cao. Cũng có những phụ thuộc đồ họa của độ cứng Brinell vào hàm lượng cacbon trong hợp kim sắt-cacbon. Vì vậy, theo sự phụ thuộc như vậy, đối với thép có lượng cacbon trong thành phần bằng 0,2%, nó là 130 HB.

Yêu cầu mẫu

Theo yêu cầu của GOST, các bộ phận được kiểm tra phải đáp ứng các đặc điểm sau:

1. Phôi phải phẳng, nằm chắc chắn trên bàn của máy đo độ cứng, các góc cạnh phải nhẵn hoặc được gia công cẩn thận.
2. Bề mặt phải có độ nhám tối thiểu. Phải được chà nhám và làm sạch, kể cả với sự trợ giúp của các hợp chất hóa học. Đồng thời, trong quá trình gia công, điều quan trọng là phải ngăn chặn sự hình thành quá trình đông cứng và tăng nhiệt độ của lớp được xử lý.
3. Bộ phận phải tuân thủ phương pháp đã chọn để xác định độ cứng bằng các đặc tính tham số.

Việc đáp ứng các yêu cầu chính là điều kiện tiên quyết để có các phép đo chính xác.

Độ cứng của kim loại là một tính chất cơ học cơ bản quan trọng quyết định một số tính năng cơ học và công nghệ khác của chúng, kết quả của các quá trình xử lý trước đó, ảnh hưởng của yếu tố thời gian và các điều kiện hoạt động có thể có. Việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu phụ thuộc vào các đặc tính gần đúng của mẫu,thông số và thành phần hóa học.