загрузка...
 
11 ВИПРОБУВАННЯ НА ТВЕРДІСТЬ 11.1 Загальна характеристика
Повернутись до змісту

11 ВИПРОБУВАННЯ НА ТВЕРДІСТЬ 11.1 Загальна характеристика

Під твердістю розуміють властивість поверхневого шару матеріалу чинити опір пружній і пластичній деформації або руйнуванню при місцевих контактних діях з боку іншого, твердішого і не набуваючого залишкової деформації тіла (індентора) певної форми і розміру.

При цьому можуть бути виміряні:

1) пружні властивості металу, наприклад при пружному відскакуванні кульки;

2) опір малим пластичним деформаціям, тобто властивості, аналогічні межі текучості;

3) опір  значним  пластичним деформаціям, тобто властивість, аналогічна тимчасовому опору, виміряному у металів, що створюють шийку;

4) опір руйнуванню, наприклад, при випробуванні на твердість дряпанням, яке для більшості матеріалів є місцевим руйнуванням шляхом зрізу;

5)  питома робота деформації;

6)  анізотропія  опору   пластичної   деформації.

Таким чином, фізична природа твердості визначається залежностями, що пов'язують її з характеристиками міцності й пластичності або руйнування.

Специфіка випробування на твердість полягає:

1) у місцевій дії на невелику частину поверхні тіла;

2) у малому об'ємі випробовуваного металу;

3) у невеликій частці розтягувальних напружень і подовжень порівняно з дотичними напруженнями і зрушеннями, що створюються в деформованому матеріалі.

Саме з цієї причини для більшості металів методом дряпання виявляється опір зрізу, а не опір відриву.

Випробування на твердість правильніше було б називати місцевими механічними випробуваннями поверхневих шарів матеріалу.

Малий об'єм металу, що деформується, можливість проводити випробування на поверхні тіл різної форми та розмірів і не користуватися спеціально виготовленими зразками роблять випробування на твердість незамінним виробничим методом масового випробування металів. Стовідсотковий контроль матеріалу зварних з'єднань, готових термічно і механічно оброблених деталей був би немислимим без випробувань на твердість, які внаслідок малості поверхневих пошкоджень є практично нешкідливими.

За широтою застосування випробування на твердість, особливо при кімнатній температурі, конкурують з найпоширенішими випробуваннями на статичне розтягування. Це пояснюється простотою і високою продуктивністю, відсутністю руйнування зразка, можливістю оцінки властивостей окремих структурних складових і тонких шарів на малій площі, легко встановлюваним зв'язком результатів визначення твердості з даними інших випробувань. При вимірюванні твердості в поверхневому шарі зразка під індентором виникає складний напружений стан, близький до об'ємного стиснення, яке характеризується найбільшим коефіцієнтом м'якості (? > 2) порівняно з іншими видами механічних випробувань. Тому тут можливі отримання «пластичних» станів й оцінка твердості практично будь-яких, у тому числі й дуже крихких металевих матеріалів.

Існуючі методи вимірювання твердості значно відрізняються  один  від одного за формою застосовуваного індентора, умовами прикладення навантаження і способом розрахунку чисел твердості. Вибір методу визначення твердості залежить від різних факторів: твердості матеріалу зразка (деталі), його розмірів, товщини шару, твердість якого потрібно виміряти і т. д.

 

Рисунок 11.1 – Схема напруженого стану в зоні пластичної деформації при визначенні твердості за Брінеллем  

Способи визначення твердості ділять на статичні й динамічні – залежно від швидкості прикладення навантаження, а за способом її прикладення – на методи вдавлювання і дряпання. Найбільш поширені методи визначення твердості, в яких використовується статичне вдавлювання індентора нормально поверхні зразка.

У всіх методах випробування на твердість дуже важливо правильно підготувати поверхневий шар зразка. Він повинен по можливості повно характеризувати той матеріал,твердість якого необхідно визначити. Всі поверхневі дефекти (окалина, вибоїни, вм'ятини, грубі риски і т. д.) повинні бути видалені. Вимоги до якості випробовуваної поверхні залежать від застосовуваного індентора і величини прикладеного навантаження. Чим менша глибина вдавлювання індентора, тим вища повинна бути чистота поверхні й тим більш відповідально потрібно стежити за тим, щоб властивості поверхневого шару не змінилися внаслідок наклепу або розігрівання при шліфуванні й поліруванні.

Навантаження повинне подаватися по осі вдавлюваного індентора перпендикулярно до випробовуваної поверхні. Для дотримання цієї умови площина випробовуваної поверхні зразка повинна бути строго паралельна опорній поверхні. Неплоскі зразки кріплять на спеціальних опорних столиках, що входять до комплекту твердомірів.

Результати випробувань на твердість залежать від тривалості прикладення навантаження до вдавлюваного індентора і тривалості витримки під навантаженням. При постійному навантаженні Р лінійний розмір відбитку

D = b . ? n,

де ? – час витримки індентора під навантаженням;

      b, n – коефіцієнти, залежні, від властивостей матеріалу

і величини Р.

Залежно  від  ?  розрізняють короткочасну і тривалу твердість. У  стандартних  методах  визначають  короткочасну  твердість  при  кімнатній  температурі. Тут, як правило, ? = 10 – 30 с. Тривала твердість оцінюється при підвищених температурах і використовується як характеристика жароміцності матеріалу.

При визначенні твердості всіма методами (крім мікротвердості) вимірюють сумарний опір металу впровадженню в нього індентора, усереднююче твердість всіх наявних структурних складових. Відбиток, що виходить після зняття навантаження, повинен бути за розміром значно більшим за розміри зерен окремих структурних складових (діаметр або довжина діагоналі відбитків при вимірюванні твердості змінюється від 0,1 –0,2 до декількох міліметрів). Неминучі відмінності в структурі різних ділянок зразка призводять до розкиду значень твердості, який тим більший, чим менший розмір відбитку.



загрузка...