Kad dalys ir mechanizmai tarnautų ilgai ir patikimai, medžiagos, iš kurių jie pagaminti, turi atitikti būtinas darbo sąlygas. Štai kodėl svarbu kontroliuoti leistinas jų pagrindinių mechaninių parametrų vertes. Mechaninės savybės apima kietumą, stiprumą, atsparumą smūgiams, plastiškumą. Metalų kietumas yra pagrindinė struktūrinė charakteristika.
Koncepcija
Metalų ir lydinių kietumas – tai medžiagos savybė sukurti atsparumą, kai į jos paviršinius sluoksnius prasiskverbia kitas kūnas, kuris nesideformuoja ir nesugriūva veikiant lydinčioms apkrovoms (įtraukta). Apibrėžiama tokiu tikslu:
- informacijos apie priimtinas dizaino ypatybes ir veikimo galimybes gavimas;
- būsenos laiko įtakoje analizė;
- terminio apdorojimo rezultatų stebėjimas.
Nuo šio rodiklio iš dalies priklauso paviršiaus stiprumas ir atsparumas senėjimui. Naršykite kaip originaląmedžiaga ir baigtos dalys.
Tyrimų parinktys
Indikatorius yra vertė, vadinama kietumo skaičiumi. Yra įvairių metalų kietumo matavimo metodų. Tiksliausias tyrimas yra naudoti įvairių tipų skaičiavimus, įtraukas ir tinkamus kietumo matuoklius:
- Brinelis: aparato esmė yra įspausti rutulį į tiriamą metalą ar lydinį, apskaičiuojant atspaudo skersmenį ir tada matematiškai apskaičiuojant mechaninį parametrą.
- Rockwell: naudojamas rutulys arba deimantinis kūgis. Reikšmė rodoma skalėje arba apskaičiuojama.
- Vickers: tiksliausias metalo kietumo matavimas naudojant deimantinį piramidinį antgalį.
Yra specialios formulės ir lentelės, leidžiančios nustatyti parametrinius atitikmenis tarp skirtingų tos pačios medžiagos matavimo metodų rodiklių.
Veiksniai, lemiantys matavimo parinktį
Laboratorinėmis sąlygomis, turint reikiamą įrangos asortimentą, tyrimo metodas parenkamas atsižvelgiant į tam tikras ruošinio charakteristikas.
- Mechaninio parametro orientacinė vertė. Konstrukciniam plienui ir medžiagoms, kurių kietumas mažas iki 450-650 HB, naudojamas Brinelio metodas; įrankių, legiruotojo plieno ir kitų lydinių - Rockwell; kietiesiems lydiniams – Vickers.
- Tiriamojo mėginio matmenys. Ypač mažos ir gležnos dalys apžiūrimos sunaudojant Vickers kietumo matuoklį.
- Metalo storis matavimo taške, ypač karbiuruotas arba nitriduotas sluoksnis.
Visi reikalavimai ir atitiktis patvirtinti GOST.
Brinelio technikos ypatybės
Metalų ir lydinių kietumo bandymas naudojant Brinell kietumo matuoklį atliekamas naudojant šias savybes:
- Indenter – 1, 2, 2, 5, 5 arba 10 mm skersmens rutulys, pagamintas iš legiruotojo plieno arba volframo karbido lydinio (GOST 3722-81).
- Statinio įdubimo trukmė: ketui ir plienui - 10-15 s, spalvotųjų metalų lydiniams - 30, taip pat galima 60 s trukmė, o kai kuriais atvejais - 120 ir 180 s.
- Ribinė mechaninio parametro vertė: 450 HB matuojant plieniniu rutuliu; 650 HB naudojant karbidą.
- Galimi įkrovimai. Naudojant komplekte esančius svorius, patikslinama tikroji bandinio deformacijos jėga. Jų minimalios leistinos reikšmės: 153, 2, 187, 5, 250 N; maksimalus – 9807, 14710, 29420 N (GOST 23677-79).
Naudojant formules, priklausomai nuo pasirinkto rutulio skersmens ir bandomos medžiagos, galima apskaičiuoti atitinkamą leistiną įspaudimo jėgą.
| Lydinio tipas | Matematinis apkrovos skaičiavimas |
| Plienas, nikelis ir titano lydiniai | 30D2 |
| Ketus | 10D2, 30D2 |
| Varis ir vario lydiniai | 5D2, 10D2, 30D2 |
| Lengvieji metalai ir lydiniai | 2, 5D2, 5D2, 10D2, 15D 2 |
| Švinas, alavas | 1D2 |
Pažymėjimo pavyzdys:
400HB10/1500/20, kur 400HB yra metalo Brinelio kietumas; 10 – rutulio skersmuo, 10 mm; 1500 - statinė apkrova, 1500 kgf; 20 – įtraukos laikotarpis, 20 s.
Norint nustatyti tikslius skaičius, racionalu tą pačią imtį tirti keliose vietose, o bendrą rezultatą nustatyti suradus gauto vidurkį.
Brinelio kietumo testas
Tyrimo procesas vyksta tokia seka:
- Patikrinimas, ar dalis atitinka reikalavimus (GOST 9012-59, GOST 2789).
- Įrenginio būklės tikrinimas.
- Reikiamo kamuoliuko parinkimas, galimos jėgos nustatymas, jo formavimo svarmenų nustatymas, įdubimo laikotarpis.
- Kietumo testerio paleidimas ir pavyzdžio deformacija.
- Įdubos skersmens matavimas.
- Empirinis skaičiavimas.
НВ=F/A, kur F yra apkrova, kgf arba N; A – įspaudo sritis, mm2.
НВ=(0, 102F)/(πDh), kur D – rutulio skersmuo, mm; h – įspaudo gylis, mm.
Metalų kietumas, išmatuotas šiuo metodu, turi empirinį ryšį sustiprumo parametrų skaičiavimas. Metodas yra tikslus, ypač minkštiems lydiniams. Tai labai svarbu sistemose, nustatančiose šios mechaninės savybės vertes.
Rokvelio technikos ypatybės
Šis matavimo metodas buvo išrastas XX amžiaus 20-ajame dešimtmetyje, labiau automatizuotas nei ankstesnis. Naudojamas kietesnėms medžiagoms. Pagrindinės jo charakteristikos (GOST 9013-59; GOST 23677-79):
- Esama 10 kgf pirminė apkrova.
- Laikymo laikotarpis: 10–60 s.
- Galimų rodiklių ribinės reikšmės: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20–70.
- Skaičius vaizduojamas kietumo matuoklio ciferblate, jį taip pat galima apskaičiuoti aritmetiškai.
- Svarsčiai ir įdubos. Yra 11 skirtingų svarstyklių, priklausomai nuo įdubos tipo ir didžiausios leistinos statinės apkrovos. Dažniausiai naudojami: A, B ir C.
A: deimantinis kūgio antgalis, 120˚ taško kampas, 60 kgf bendra statinė jėga, HRA; tiriami ploni gaminiai, daugiausia valcuoti gaminiai.
C: taip pat 150 kgf HRC deimantinis kūgis, tinkamas kietoms ir grūdintoms medžiagoms.
B: 1,588 mm rutulys, pagamintas iš grūdinto plieno arba kieto volframo karbido, apkrova 100 kgf, HRB, naudojamas atkaitintų gaminių kietumui įvertinti.
Rumulio formos antgalis (1,588 mm) tinka Rockwell B, F, G svarstyklėms. Taip pat yra E, H, K svarstyklių, kurioms skirtas rutulys, kurio skersmuo 3,175 mm (GOST 9013-59) yra naudojamas.
Pavyzdžių skaičius,pagamintas su Rockwell kietumo matuokliu vienoje srityje riboja detalės dydis. Antrasis bandymas leidžiamas 3-4 skersmenų atstumu nuo ankstesnės deformacijos vietos. Taip pat reguliuojamas bandomojo gaminio storis. Jis turi būti ne mažesnis nei 10 kartų didesnis už galiuko įsiskverbimo gylį.
Pažymėjimo pavyzdys:
50HRC – Rokvelo metalo kietumas, matuojamas deimantiniu antgaliu, jo skaičius yra 50.
Rockwell studijų planas
Metalo kietumo matavimas yra paprastesnis nei taikant Brinelio metodą.
- Detalės matmenų ir paviršiaus charakteristikų įvertinimas.
- Įrenginio būklės tikrinimas.
- Nustatykite antgalio tipą ir apkrovą.
- Rašto nustatymas.
- Pirminės jėgos, veikiančios medžiagą, įgyvendinimas, vertė 10 kgf.
- Dėti visas ir tinkamas pastangas.
- Gauto skaičiaus skaitymas ciferblato skalėje.
Matematiniais skaičiavimais taip pat galima tiksliai nustatyti mechaninį parametrą.
Naudojant deimantinį kūgį, kurio apkrova 60 arba 150 kgf:
HR=100-((H-h)/0, 002;
bandant rutulį veikiant 100 kgf jėga:
HR=130-((H-h)/0, 002, kur h yra įtraukos įsiskverbimo gylis, kai pirminė jėga yra 10 kgf; H – įdubos įsiskverbimo gylis esant pilnai apkrovai; 0, 002 yra koeficientas, reguliuojantis antgalio judėjimo kiekį, kai kietumo skaičius pasikeičia 1 vienetu.
Rockwell metodas yra paprastas, bet nepakankamai tikslus. Tuo pačiu metu galima išmatuoti kietųjų metalų ir lydinių mechanines savybes.
Vickers technikos ypatybės
Metalų kietumo nustatymas šiuo metodu yra pats paprasčiausias ir tiksliausias. Kietumo matuoklio darbas pagrįstas deimantinio piramidės antgalio įdubimu mėginyje.
Pagrindinės savybės:
- Įtrauka: 136° viršūnės deimantinė piramidė.
- Didžiausia leistina apkrova: legiruotojo ketaus ir plieno - 5-100 kgf; vario lydiniams - 2,5-50 kgf; aliuminiui ir jo pagrindu pagamintiems lydiniams - 1-100 kgf.
- Statinės apkrovos išlaikymo laikotarpis: 10–15 s.
- Išbandytos medžiagos: plienas ir spalvotieji metalai, kurių kietumas didesnis nei 450–500 HB, įskaitant gaminius po cheminio terminio apdorojimo.
Pažymėjimo pavyzdys:
700HV20/15, kur 700HV yra Vickerso kietumo skaičius; 20 - apkrova, 20 kgf; 15 – statinių pastangų laikotarpis, 15 s.
Vickers studijų seka
Procedūra labai supaprastinta.
- Patikrinkite pavyzdį ir prietaisus. Ypatingas dėmesys skiriamas detalės paviršiui.
- Leidžiamų pastangų pasirinkimas.
- Bandomosios medžiagos diegimas.
- Kietumo matuoklio paleidimas.
- Perskaitykite rezultatą ciferblate.
Matematinis skaičiavimas šiuo metodu yra toks:
HV=1, 8544(F/d2), kur F yra apkrova,kgf; d yra vidutinė atspaudo įstrižainių ilgių vertė, mm.
Jis leidžia išmatuoti metalų, plonų ir mažų dalių kietumą, tuo pačiu užtikrinant didelį rezultato tikslumą.
Perėjimo tarp skalių metodai
Nustatę spaudinio skersmenį naudodami specialią įrangą, galite naudoti lenteles kietumui nustatyti. Metalų kietumo lentelė yra patikrintas pagalbininkas apskaičiuojant šį mechaninį parametrą. Taigi, jei žinoma Brinelio reikšmė, galima lengvai nustatyti atitinkamą Vickers arba Rockwell skaičių.
Kai kurių atitinkančių reikšmių pavyzdys:
| Spaudinio skersmuo, mm | Tyrimo metodas | ||||
| 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 |
Metalų kietumo lentelė sudaryta remiantis eksperimentiniais duomenimis ir yra labai tiksli. Taip pat yra grafinės Brinelio kietumo priklausomybės nuo anglies kiekio geležies ir anglies lydinyje. Taigi, atsižvelgiant į tokias priklausomybes, plienui, kurio sudėtyje esančios anglies kiekis yra 0,2%, jis yra 130 HB.
Reikalavimų pavyzdžiai
Pagal GOST reikalavimus, išbandytos dalys turi atitikti šias charakteristikas:
- Ruošinys turi būti plokščias, tvirtai gulėti ant kietumo matuoklio stalo, jo kraštai turi būti lygūs arba kruopščiai apdoroti.
- Paviršius turi turėti minimalų šiurkštumą. Turi būti šlifuotas ir nuvalytas, taip pat ir cheminių junginių pagalba. Tuo pačiu metu apdirbimo procesų metu svarbu užkirsti kelią darbiniam sukietėjimui ir apdoroto sluoksnio temperatūros padidėjimui.
- Detalė turi atitikti pasirinktą kietumo nustatymo pagal parametrines savybes metodą.
Pirminių reikalavimų įvykdymas yra būtina tikslių matavimų sąlyga.
Metalų kietumas yra svarbi pagrindinė mechaninė savybė, lemianti kai kurias kitas jų mechanines ir technologines savybes, ankstesnių apdirbimo procesų rezultatus, laiko faktorių įtaką ir galimas eksploatavimo sąlygas. Tyrimo metodikos pasirinkimas priklauso nuo apytikslių imties charakteristikų, josparametrus ir cheminę sudėtį.
