Affinché parti e meccanismi funzionino a lungo e in modo affidabile, i materiali con cui sono realizzati devono soddisfare le condizioni di lavoro necessarie. Ecco perché è importante controllare i valori consentiti dei loro principali parametri meccanici. Le proprietà meccaniche includono durezza, resistenza, resistenza all'urto, duttilità. La durezza dei metalli è una caratteristica strutturale primaria.
Concetto
La durezza dei metalli e delle leghe è la proprietà di un materiale di creare resistenza quando un altro corpo penetra nei suoi strati superficiali, che non si deforma e non collassa sotto carichi accompagnatori (penetratore). Definito con lo scopo:
- ottenere informazioni su caratteristiche di progettazione accettabili e possibilità operative;
- analisi dello stato sotto l'influenza del tempo;
- monitorare i risultati del trattamento termico.
La forza e la resistenza della superficie all'invecchiamento dipendono in parte da questo indicatore. Esplora come originalemateriale e parti finite.
Opzioni di ricerca
L'indicatore è un valore chiamato numero di durezza. Esistono vari metodi per misurare la durezza dei metalli. La ricerca più accurata consiste nell'utilizzare diversi tipi di calcolo, penetratori e durometri appropriati:
- Brinell: l'essenza dell'apparato è premere una pallina nel metallo o nella lega in studio, calcolare il diametro dell'impronta e poi calcolare matematicamente il parametro meccanico.
- Rockwell: viene utilizzata una palla o un cono di diamante. Il valore viene visualizzato su una scala o calcolato.
- Vickers: la misurazione più accurata della durezza del metallo utilizzando una punta piramidale diamantata.
Ci sono formule e tabelle speciali per determinare le corrispondenze parametriche tra indicatori di diversi metodi di misurazione per lo stesso materiale.
Fattori che determinano l'opzione di misurazione
In condizioni di laboratorio, con la necessaria gamma di attrezzature, la scelta del metodo di ricerca viene effettuata in base a determinate caratteristiche del pezzo.
- Valore indicativo del parametro meccanico. Per acciai strutturali e materiali con durezza ridotta fino a 450-650 HB si utilizza il metodo Brinell; per utensili, acciai legati e altre leghe - Rockwell; per leghe dure - Vickers.
- Dimensioni del campione di prova. Vengono esaminate parti particolarmente piccole e delicateutilizzando un durometro Vickers.
- Lo spessore del metallo nel punto di misurazione, in particolare lo strato cementato o nitrurato.
Tutti i requisiti e le conformità sono documentati da GOST.
Caratteristiche della tecnica Brinell
Le prove di durezza di metalli e leghe utilizzando un durometro Brinell vengono eseguite con le seguenti caratteristiche:
- Indenter - una sfera in acciaio legato o lega di carburo di tungsteno con un diametro di 1, 2, 2, 5, 5 o 10 mm (GOST 3722-81).
- Durata dell'impronta statica: per ghisa e acciaio - 10-15 s, per leghe non ferrose - 30, è possibile anche una durata di 60 s, e in alcuni casi - 120 e 180 s.
- Valore limite del parametro meccanico: 450 HB se misurato con una sfera d'acciaio; 650 HB quando si usa il metallo duro.
- Possibili carichi. Utilizzando i pesi inclusi nel kit, viene corretta la forza di deformazione effettiva sul provino. I loro valori minimi consentiti: 153, 2, 187, 5, 250 N; massimo - 9807, 14710, 29420 N (GOST 23677-79).
Utilizzando formule, a seconda del diametro della sfera selezionata e del materiale da testare, è possibile calcolare la forza di indentazione ammissibile appropriata.
| Tipo di lega | Calcolo del carico matematico |
| Acciaio, nichel e leghe di titanio | 30RE2 |
| Ghisa | 10Re2, 30Re2 |
| Rame e leghe di rame | 5Re2, 10 RE2, 30 RE2 |
| Metalli leggeri e leghe | 2, 5D2, 5D2, 10D2, 15D 2 |
| Piombo, stagno | 1Re2 |
Esempio di notazione:
400HB10/1500/20, dove 400HB è la durezza Brinell del metallo; 10 – diametro sfera, 10 mm; 1500 - carico statico, 1500 kgf; 20 - periodo di rientro, 20 s.
Per stabilire numeri esatti, è razionale esaminare lo stesso campione in più punti e determinare il risultato complessivo trovando la media dei risultati ottenuti.
Test di durezza Brinell
Il processo di ricerca procede nella seguente sequenza:
- Controllo della parte per la conformità ai requisiti (GOST 9012-59, GOST 2789).
- Controllo dello stato di salute del dispositivo.
- Selezione della palla richiesta, determinazione della possibile forza, impostazione dei pesi per la sua formazione, periodo di rientro.
- Avvio del durometro e deformazione del campione.
- Misurare il diametro di un incavo.
- Calcolo empirico.
НВ=F/A, dove F è il carico, kgf o N; A – area di stampa, mm2.
НВ=(0, 102F)/(πDh), dove D – diametro della sfera, mm; h – profondità di stampa, mm.
La durezza dei metalli misurata con questo metodo ha una relazione empirica concalcolo dei parametri di forza. Il metodo è accurato, soprattutto per le leghe morbide. È fondamentale nei sistemi per la determinazione dei valori di questa proprietà meccanica.
Caratteristiche della tecnica Rockwell
Questo metodo di misura è stato inventato negli anni '20 del XX secolo, più automatizzato del precedente. Usato per materiali più duri. Le sue caratteristiche principali (GOST 9013-59; GOST 23677-79):
- Presenza di un carico primario di 10 kgf.
- Periodo di attesa: 10-60 secondi
- Valori limite dei possibili indicatori: HRA: 20-88; FC: 20-100; HRC: 20-70.
- Il numero è visualizzato sul quadrante del durometro, può essere calcolato anche aritmeticamente.
- Bilance e penetratori. Esistono 11 scale diverse, a seconda del tipo di penetratore e del carico statico massimo consentito. Più comunemente usati: A, B e C.
A: punta conica diamantata, angolo della punta di 120˚, forza statica totale di 60 kgf, HRA; vengono esaminati i prodotti sottili, principalmente i prodotti laminati.
C: anche cono diamantato HRC da 150kgf, adatto per materiali duri e temprati.
B: Sfera da 1.588 mm in acciaio temprato o carburo di tungsteno duro, carico 100 kgf, HRB, utilizzata per valutare la durezza dei prodotti ricotti.
La punta a sfera (1.588 mm) è applicabile per le scale Rockwell B, F, G. Esistono anche scale E, H, K, per le quali una sfera con un diametro di 3.175 mm (GOST 9013-59) viene utilizzato.
Numero di campioni,realizzato con un durometro Rockwell in un'area è limitato dalle dimensioni della parte. Una seconda prova è consentita a una distanza di 3-4 diametri dal precedente punto di deformazione. Viene inoltre regolato lo spessore del prodotto in prova. Non dovrebbe essere inferiore a 10 volte la profondità di penetrazione della punta.
Esempio di notazione:
50HRC - Durezza Rockwell del metallo, misurata con una punta di diamante, il suo numero è 50.
Piano degli studi Rockwell
La misurazione della durezza del metallo è più semplificata rispetto al metodo Brinell.
- Stima delle dimensioni e delle caratteristiche superficiali di una parte.
- Controllo dello stato di salute del dispositivo.
- Determina il tipo di punta e la capacità di carico.
- Impostazione del modello.
- L'implementazione della forza primaria sul materiale, il valore di 10 kgf.
- Fare uno sforzo completo e appropriato.
- Lettura del numero ricevuto sulla scala del quadrante.
È anche possibile effettuare calcoli matematici per determinare con precisione il parametro meccanico.
Quando si utilizza un cono diamantato con un carico di 60 o 150 kgf:
HR=100-((H-h)/0, 002;
durante il test con una palla sottoposta a una forza di 100 kgf:
HR=130-((H-h)/0, 002, dove h è la profondità di penetrazione del penetratore ad una forza primaria di 10 kgf; H è la profondità di penetrazione del penetratore a pieno carico; 0, 002 è un coefficiente che regola la quantità di movimento della punta quando il numero di durezza cambia di 1 unità.
Il metodo di Rockwell è semplice ma non abbastanza accurato. Allo stesso tempo, può misurare le proprietà meccaniche di metalli duri e leghe.
Caratteristiche della tecnica Vickers
Determinare la durezza dei metalli utilizzando questo metodo è il più semplice e accurato. Il lavoro del durometro si basa sulla rientranza di una punta piramidale diamantata nel campione.
Caratteristiche principali:
- Rientro: piramide di diamante apicale 136°.
- Carico massimo consentito: per ghisa e acciaio legati - 5-100 kgf; per leghe di rame - 2,5-50 kgf; per alluminio e leghe a base di esso - 1-100 kgf.
- Periodo di mantenimento del carico statico: da 10 a 15 s.
- Materiali testati: acciaio e metalli non ferrosi con una durezza superiore a 450-500 HB, compresi i prodotti dopo trattamento termico chimico.
Esempio di notazione:
700HV20/15, dove 700HV è il numero di durezza Vickers; 20 - carico, 20 kgf; 15 - periodo di sforzo statico, 15 s.
Sequenza di studio di Vickers
La procedura è estremamente semplificata.
- Controlla campione e strumentazione. Particolare attenzione è riservata alla superficie del pezzo.
- Scegliere lo sforzo consentito.
- Installazione del materiale di prova.
- Avvio del durometro in funzione.
- Leggi il risultato sul quadrante.
Il calcolo matematico con questo metodo è il seguente:
HV=1, 8544(Fa/Re2), dove F è il carico,kgf; d è il valore medio delle lunghezze delle diagonali di impronta, mm.
Ti permette di misurare la durezza di metalli, parti sottili e piccole, fornendo al contempo un'elevata precisione del risultato.
Metodi di transizione tra scale
Dopo aver determinato il diametro della stampa utilizzando attrezzature speciali, è possibile utilizzare le tabelle per determinare la durezza. La tabella della durezza dei metalli è un valido assistente nel calcolo di questo parametro meccanico. Quindi, se il valore di Brinell è noto, è possibile determinare facilmente il numero di Vickers o Rockwell corrispondente.
Esempio di alcuni valori corrispondenti:
| Diametro di stampa, mm | Metodo di ricerca | ||||
| Brinell | Rockwell | Vickers | |||
| LA | 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 |
La tabella della durezza dei metalli è compilata sulla base di dati sperimentali e ha un'elevata precisione. Ci sono anche dipendenze grafiche della durezza Brinell dal contenuto di carbonio nella lega ferro-carbonio. Quindi, in base a tali dipendenze, per l'acciaio con una quantità di carbonio nella composizione pari allo 0,2%, è 130 HB.
Requisiti del campione
In conformità con i requisiti di GOST, le parti testate devono soddisfare le seguenti caratteristiche:
- Il pezzo deve essere piatto, appoggiato saldamente sul tavolo del durometro, i suoi bordi devono essere lisci o lavorati con cura.
- La superficie dovrebbe avere una rugosità minima. Deve essere carteggiato e pulito, anche con l'aiuto di composti chimici. Allo stesso tempo, durante le lavorazioni, è importante prevenire la formazione di incrudimenti e l'aumento della temperatura dello strato trattato.
- Il pezzo deve essere conforme al metodo selezionato per determinare la durezza mediante proprietà parametriche.
Il soddisfacimento dei requisiti primari è un prerequisito per misurazioni accurate.
La durezza dei metalli è un'importante proprietà meccanica fondamentale che determina alcune delle loro altre caratteristiche meccaniche e tecnologiche, i risultati di precedenti processi di lavorazione, l'influenza dei fattori temporali e le possibili condizioni operative. La scelta della metodologia di ricerca dipende dalle caratteristiche approssimative del campione, la suaparametri e composizione chimica.
