Твердость титана по роквеллу

Содержание

Твердость стали HRc, что за зверь

Твердость титана по роквеллу

Понятие твердости металлов раньше было известно только выпускникам технических вузов, рабочим машиностроительных заводов и мастерам кузнечного дела. В обиход современного ножемана этот термин вошел вместе с принятием закона об оружии и ГОСТов, которые приводят признаки, на основании которых нож может быть отнесен к холодному оружию.

Одним из обязательных признаков, по которым то или иное изделие относится к холодному оружию является твердость стали из которой выполнен клинок ножа (или как это называется в ГОСТе — боевая часть холодного оружия). И начиная с этого момента, найфоманы в России начали потихоньку почитывать справочники в которых приводятся характеристики разных сталей, пояснения в различии порошковых и ламинированных сталей, ну и конечно показатели твердости стали, те самые заметные HRC.

Если один автолюбитель сможет спросить другого о том, сколько «кубиков в движке», то продвинутый найфоман, посмотрев на характеристики полевого ножа в которых указано «57-59 HRC» может на полном серьезе определить, что это модель хлипковата для бушкрафта и ей место на кухне.

Данная статья в простой и понятной форме расскажет о том, что же за зверь такой HRC, откуда от взялся и зачем он вообще нужен.

Интересный факт: На американских и европейских сайтах в числе параметров, которые указывают продавцы или производители крайне редко встречается такой параметр, как твердость стали. Законодательно этот вопрос никак не регулируется, вот и не нужен этот параметр обычному неискушенному покупателю.

Итак, что же нам нужно знать о твердости металлов?

Человек издревле столкнулся с понятием твердости материалов. А также достаточно быстро понял, что различные материалы отличаются друг от друга по твердости и прочности. Если ударить палкой по камню, то палка либо сломается, либо отскочит. Если ударить камнем по палке, то палка сломается. Если кокос упадет с дерева на галечный пляж, то разобьется. А если долго и старательно бить кремнем по более мягкому камню, то вполне себе можно изготовить голову для каменного топора.

Постепенно, в процессе эволюции наши с вами предки поняли, что различные материалы имеют различную твердость, и в зависимости от этой твердости обладают или не обладают нужными свойствами. Так родился способ определения твердости материла, посредством сравнения его с неким эталоном.

Так, хороший плотник может определить степень усушки бревна постукивая по нему киянкой, выполненной из дерева более твердой породы. Гончар с помощью специального молоточка может определить степень готовности глиняной посуды. Вольно или невольно, каждый из нас хоть раз в жизни прибегал к аналогичному способу определения твердости предмета.

Однако, самым распространенным методом определения твердости материала до недавнего времени был склерометрический метод. Склерометрия представляет собой физический процесс, когда проверяемый материал царапает (или царапается) некий эталонный образец. Если проверяемый материла царапает эталон — значит проверяемый материал тверже.

Если проверяемый материал не может оставить следа на эталоне и при этом сам легко царапается эталоном — значит проверяемый материал имеет твердость меньше чем у эталона. Сейчас такая процедура кажется нам смешной, но до недавнего времени, это был единственный способ определить твердость материала. А как еще древние шумеры могли определить, что можно наносить надписи острой палочкой на почти засохшую глину?

Вопрос с определением твердости материалов (особенно камней и металлов) остро встал в конце XVIII и начале XIX веков, с развитием геологии и началом расцвета машиностроения.

Именно к этому времени относится появление известной всем физикам и археологам «шкалы Мооса». Однако, первым кто предложил измерять твердость металлов посредством их сравнения с эталоном был французский естествоиспытатель середины XVIII века Рене Антуан Реомюр.

Реомюр активно проводил эксперименты, связанные с плавлением и обработкой металлов и поэтому перед ним остро стоял вопрос определения различных характеристик тех сплавов, которые он получал в процессе своих изысканий.

Его идеи подхватил и развил немецкий естествоиспытатель и геолог Карл Фридрих Христиан Моос. В 1811-м году он придумал систему эталонного сравнения минералов, которая теперь носит его имя. Примерно до середины XX века это шкалой активно пользовались разведывательные геологические партии по всему миру.

Шкала Мооса представляет собой сравнительную таблицу в которой указаны различные по твердости известные минералы и указана их твердость измеряемая в критериях:

  • Царапается ногтем;
  • Царапается медью;
  • Царапается стеклом;
  • Царапает стекло;
  • Обрабатывается только алмазом.

К самому мягкому эталонному минералу относится тальк, к самому твердому минералу отнесен алмаз. Твердость талька по шкале Мооса составляет «1», твердость алмаза составляет «10». Между тальком и алмазом по мере возрастания твердости расположены: гипс (твердость 2), кальцит (твердость 3), флюорит (твердость 4), апатит (твердость 5), ортоклаз (твердость 6), кварц (твердость 7), топаз (твердость 8), корунд (твердость 9). Такой простой способ определения твердости минералов оказался незаменим в полевых условиях.

Помимо шкалы Мооса, существуют другие способы определения твердости материалов, которые получили активное развитие в конце XIX и в начале XX века. Обычно выделяют четыре самых известных способа определения твердости металлов:

  • Метод Бринелля;
  • Метод Виккерса;
  • Метод Шора;
  • Метод Роквелла.

Забегая вперед, заметим: все эти методы похожи между собой, так как основаны на вдавливании эталонного образца в поверхность металла. Различаются только форма эталона, сила давления, формула расчета величины.

Элемент, который вдавливается в поверхность металла, называется «индентор». В качестве индентора могут использоваться стальной шарик (метод Бринелля), алмазный конус (метод Роквелла), алмазная пирамидка (методы Виккерса и Шора).

Востребованность указанных методов измерения твердости металла объясняется их следующими особенностями:

  • все описанные методы позволяют производить измерения каждого готового образца в отдельности, что, несомненно, повышает качество серийной продукции;
  • не происходит разрушения готового изделия (например, ножа) и в дальнейшем его можно использовать по назначению;
  • высокая скорость измерений, а значит большая производительность метода.

Важно: Результаты испытаний с помощью различных методов несопоставимы между собой.

Рассмотрим каждый метод в отдельности, уделив особое внимание методу Роквелла.

Метод Бринелля

Этот метод был предложен шведом Юханом Августом Бринеллем начале 20-го века. На тот момент, это был самый точный способ определения твердости металлов. В качестве индентора используются стальные шарики различного диаметра (от 1,2 до 10 миллиметров). Диаметр шарика выбирается в зависимости от предполагаемой твердости металла.

Бринелль разделил металлы на несколько групп, объединив их по твердости. В группу с минимальной твердостью попали олова, свинец и их сплавы. В группу с самой высокой твердостью вошли титан, никель и стальные сплавы. Для металлов с минимальной твердостью используется шарик самого малого диаметра, для металлов высокой твердости используется шарик самого большого диаметра.

Измерения происходят по следующему алгоритму: проверяемый образец помещают на специальный стол, сверху в образец происходит вдавливание индентора с постепенно увеличивающейся нагрузкой. Это происходит в течение короткого промежутка времени от 2-х до 8-ми секунд. После достижения максимального уровня динамической нагрузки, нагрузка поддерживается в статическом состоянии, примерно в течение 10-ти секунд. После завершения процедуры, на проверяемом образце замеряют диаметр отпечатка.

Расчет твердости происходит по формуле, где учитываются приложенная нагрузка, диаметр индентора и диаметр отпечатка. Твердость указывается в формате кгс/мм2, формат отображения HBW.

Метод Виккерса

При измерении твердости по методу Виккерса в качестве индентора используется наконечник в форме пирамиды, грани которой сходятся между собой под углом в 136 градусов. Для обеспечения точности испытания важно соблюсти несколько моментов:

  • нагрузка должна приходиться строго в центр алмазного наконечника;
  • вектор приложения нагрузки должен быть строго перпендикулярен поверхности испытуемого образца.

Измерения происходят по следующему алгоритму: проверяемый образец помещают на специальный стол, сверху в образец происходит вдавливание индентора сразу с необходимым уровнем нагрузки (максимальное возможное значение до 100 кгс). Далее происходит удержание индентора под нагрузкой в течение 10-15 секунд. После снятия индентора происходит измерение глубины вдавливания и диагонали отпечатка.

Далее происходит расчет по форму, где учитывается соотношение приложенной нагрузки к диагонали отпечатка и времени в течение которого происходило испытание. Твердость указывается в формате кгс/мм2, формат отображения HV. Метод Виккерса за счет использования алмазного наконечника позволяет делать более точные измерения, чем метод Бринелля.

Метод Шора

Этот метод является продолжением всем хорошо известного метода «постукивания», когда постукивая по детали или заготовке, мастер пытается определить ее твердость. Метод предложен американский инженером Альбертом Шором в начале XX века. Суть метода заключается в том, что твердость металла определяется по высоте отскока индентора.

Прибор для измерения твердости состоит из полой трубки, на которой по всей длине сделан пропил с нанесенными делениями. Трубка устанавливается на поверхность измеряемого образца и в нее сбрасывается боек с алмазным наконечником. Твердость металла определяется визуально по высоте отскока бойка. По сути, этот прибор является «склерометром».

Данный тип измерений не дает высокой точности, но отлично подходит для экспресс-оценки твердости сплавов на металлургических производствах, когда нужно оперативно определить твердость большой детали или детали, которая имеет сложную поверхность.

Формат отображения твердости по Шору HSD(или HSC, в зависимости от используемой шкалы).

Метод Роквелла

В последнее время этот метод получил большое распространение, благодаря своей простоте и универсальности. Метод Роквелла не требует проведения дополнительных вычислений и значение измерения сразу выводится на шкалу прибора.

Этот метод придумали два однофамильца, которые носили одну фамилию Роквелл. Звали их Хью и Стенли. Оба они работали в металлургическом холдинге в штате Коннектикут, где в то время остро встал вопрос оперативного измерения твердости элементов подшипников. Существующий метод Бринелля не позволял производить измерения с высокой точностью, а также не позволял производить испытание на каждом готовом экземпляре.

Читайте также  Пайка титана в домашних условиях

Роквелы придумали способ измерения твердости, основанный на измерении разности глубины проникновения индентора в образец под разной нагрузкой.

Измерение твердости по методу Роквелла происходит по следующему алгоритму: выбирается соответствующая шкала и индентор, образец помещается на специально подготовленный стол, к нему прилагается предварительная нагрузка в 10 кгс, нагрузка снимается. Далее прилагается основная максимальная нагрузка, нагрузка снимается. Результат последнего измерения является величиной твердости металла по Роквеллу.

Для измерений по методу Роквелла используется 11 шкал, которые отличаются друг от друга типом (и формой) индентора и нагрузкой. Все шкалы имеют буквенное обозначение: A; B; C; D; E; F; G; H; K; N; T.

Чаще всего используются шкалы:

  • А (нагрузка 60 кгс, в качестве индентора используется алмазный наконечник с углом в 120 градусов);
  • В (нагрузка 100 кгс, стальной закаленный шарик с диаметром 1/16 дюйма);
  • С (нагрузка 150 кгс, в качестве индентора используется алмазный наконечник с углом в 120 градусов).

В качестве единицы измерения берется условная глубина, на которую индентор погружается в образец. Одно деление считается равным 0,002 миллиметра. При использовании в качестве индентора алмазного конуса, максимально возможным считается погружении на 100 делений, а при использовании шарика на 130 делений. Соответственно формулы для расчета твердости по шкалам А-С и по шкале В, выглядят следующим образом:

Важные моменты, которые нужно учитывать при проведении измерений:

  • толщина образца (ширина образца должна быть в 10 больше глубины проникновения);
  • размер расстояния между оттисками (минимально допустимое расстояние — 3 миллиметра);
  • нагрузка должна прикладывать строго перпендикулярно к поверхности образца;
  • образец должен быть максимально прочно зафиксирован на испытательном стенде;
  • для получения максимально точного результата требуется проведение 3-х кратного измерения.

Преимущества проведения измерений по методу Роквелла:

  • измерять можно любое металлическое изделие, даже если не известен его состав;
  • не требуется чистка и полировка поверхности;
  • минимальное повреждение поверхности проверяемого образца;
  • нет необходимости производить дополнительные измерения и расчеты, прибор сразу показывает твердость изделия на специальной шкале;
  • удобство проведения измерений, их скорость;
  • возможность автоматизации процесса, можно производить измерения на конвейере;
  • возможность оперативно проводить испытания с опытными и экспериментальными образцами.

Рассмотрев основные варианты измерения твердости металлов, можно сказать, что на сегодняшний день, одним из самых удобных методов, который получил распространение в ножевой промышленности, является метод Роквелла, благодаря своему удобству, точности и высокой производительности.

Источник: https://knife-mag.ru/publ/stati_o_nojah/tverdost_stali_hrc_chto_za_zver/1-1-0-119

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.

Твердость металлов

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:

  • вдавливанием;
  • царапанием;
  • резанием;
  • отскоком.

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.

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:

Н□ 0,195 = 2800, где

□  — форма наконечника;

0,196  — нагрузка на наконечник, Н;

2800 – численное значение твердости, Н/мм2.

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*√(D2-d2),

  • гдеР – 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 — 30D2;медь и ее сплавы — 10D2;баббиты, свинцовые бронзы — 2,5D2.

Условное изображение принципа испытания

Скачать ГОСТ 9012-59

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.

Скачать ГОСТ 9013-59

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

Метод Виккерса

Математическая формула для расчета:
HV=0.189*P/d2 МПа
HV=1,854*P/d2 кгс/мм2
Прикладываемая нагрузка варьируется от 9,8 Н (1 кгс) до 980 Н (100 кгс). Значения определяются по таблицам относительно измеренного отпечатка d.

Метод Шора

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.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: http://StankiExpert.ru/tehnologii/tverdost-metallov.html

Соотношения между числами твердости

Твердостью металла называют его свойство оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии стандартного тела-наконечника на поверхностные слои материала.

Читайте также  Титан и его сплавы материаловедение

Испытание на твердость — основной метод оценки качества термообработки изделия.

Определение твердости по методу Бринелля. Метод основан на том, что в плоскую поверхность под нагрузкой внедряют стальной шарик. Число твердости НВ определяется отношением нагрузки к сферической поверхности отпечатка.

Метод Роквелла (HR) основан на статическом вдавливании в испытываемую поверхность наконечника под определенной нагрузкой. В качестве наконечников для материалов с твердостью до 450 HR используют стальной шарик. В этом случае твердость обозначают как HRB. При использовании алмазного конуса твердость обозначают как HRA или HRC (в зависимости от нагрузки).

Твердость по методу Виккерса (HV) определяют путем статического вдавливания в испытуемую поверхность алмазной четырехгранной пирамиды. При испытании измеряют отпечаток с точностью до 0,001 мм при помощи микроскопа, который является составной частью прибора Виккерса.

Метод Шора. Сущность данного метода состоит в определении твердости материала образца по высоте отскакивания бойка, падающего на поверхность испытуемого тела с определенной высоты. Твердость оценивается в условных единицах, пропорциональных высоте отскакивания бойка.

Числа твердости HRC для некоторых деталей и инструментов

Детали и инструменты Число твердости HRC
Головки откидных болтов, гайки шестигранные, рукоятки зажимные 33…38
Головки шарнирных винтов, концы и головки установочных винтов, оси шарниров, планки прижимные и съемные, головки винтов с внутренними шестигранными отверстиями, палец поводкового патрона 35…40
Шлицы круглых гаек 36…42
Зубчатые колеса, шпонки, прихваты, сухари к станочным пазам 40…45
Пружинные и стопорные кольца, клинья натяжные 45…50
Винты самонарезающие, центры токарные, эксцентрики, опоры грибковые и опорные платики, пальцы установочные, цанги 50…60
Гайки установочные, контргайки, сухари к станочным пазам, эксцентрики круговые, кулачки эксцентриковые, фиксаторы делительных устройств, губки сменные к тискам и патронам, зубчатые колеса 56…60
Рабочие поверхности калибров — пробок и скоб 56…64
Копиры, ролики копирные 58…63
Втулки кондукторные, втулки вращающиеся для расточных борштанг 60…64

Таблица соотношений между числами твердости по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу, Шору

По РоквеллуПо БринеллюПо Виккерсу (HV)По ШоруHRCHRAHRBДиаметр отпечатка HB
65 84,5 2,34 688 940 96
64 83,5 2,37 670 912 94
63 83 2,39 659 867 93
62 82,5 2,42 643 846 92
61 82 2,45 627 818 91
60 81,5 2,47 616
59 81 2,5 601 756 86
58 80,5 2,54 582 704 83
57 80 2,56 573 693
56 79 2,6 555 653 79,5
55 79 2,61 551 644
54 78,5 2,65 534 618 76,5
53 78 2,68 522 594
52 77,5 2,71 510 578
51 76 2,75 495 56 71
50 76 2,76 492 549
49 76 2,81 474 528
48 75 2,85 461 509 65,5
47 74 2,9 444 484 63,5
46 73,5 2,93 435 469
45 73 2,95 429 461 61,5
44 73 3 415 442 59,5
42 72 3,06 398 419
40 71 3,14 378 395 54
38 69 3,24 354 366 50
36 68 3,34 333 342
34 67 3,44 313 319 44
32 67 3,52 298 302
30 66 3,6 285 288 40,5
28 65 3,7 269 271 38,5
26 64 3,8 255 256 36,5
24 63 100 3,9 241 242 34,5
22 62 98 4 229 229 32,5
20 61 97 4,1 217 217 31
18 60 95 4,2 207 206 29,5
59 93 4,26 200 199
58 4,34 193 192 27,5
57 91 4,4 187 186 27
56 89 4,48 180 179 25

Источник: http://tekhnar.ru/materialy/tverdost.html

Твердость металлов. Таблица твердости металлов

Для того чтобы детали и механизмы служили длительно и надежно, материалы, из которых они изготовлены, должны соответствовать необходимым условиям работы. Именно поэтому важно контролировать допустимые значения их основных механических показателей. К механическим свойствам относятся твердость, прочность, ударная вязкость, пластичность. Твердость металлов — первичная конструкционная характеристика.

Понятие

Твердость металлов и сплавов — это свойство материала создавать сопротивление при проникновении в его поверхностные слои иного тела, которое не деформируется и не разрушается при сопутствующих нагрузках (индентора). Определяют с целью:

  • получения информации о допустимых конструкционных особенностях и о возможностях эксплуатации;
  • анализа состояния под действием времени;
  • контроля результатов температурной обработки.

От этого показателя частично зависят прочность и устойчивость поверхности к старению. Исследуют как исходный материал, так и уже готовые детали.

Варианты исследования

Показателем является величина, которая называется числом твердости. Существуют различные методы измерения твердости металлов. Наиболее точные исследования заключаются в использовании различных видов вычисления, инденторов и соответствующих твердомеров:

  1. Бринелля: суть работы аппарата – вдавливание шарика в исследуемый металл или сплав, вычисление диаметра отпечатка и последующее математическое вычисление механического параметра.
  2. Роквелла: используются шарик или алмазный конусный наконечник. Значение отображается на шкале или определяется расчётно.
  3. Виккерса: наиболее точное измерение твердости металла с применением алмазного пирамидального наконечника.

Для определения параметрических соответствий между показателями разных способов измерения для одного и того же материала существуют специальные формулы и таблицы.

В лабораторных условиях, при наличии необходимого ассортимента оборудования, выбор способа исследования осуществляется в зависимости от определенных характеристик заготовки.

  1. Ориентировочное значение механического параметра. Для конструкционных сталей и материалов с небольшой твердостью до 450-650 НВ применяют метод Бринелля; для инструментальных, легированных сталей и других сплавов – Роквелла; для твердосплавов – Виккерса.
  2. Размеры испытуемого образца. Особо маленькие и тонкие детали обследуются с помощью твердомера Виккерса.
  3. Толщина металла в месте замера, в частности, цементированного или азотированного слоя.

Все требования и соответствия задокументированы ГОСТом.

Особенности методики Бринелля

Испытания на твердость металлов и сплавов с помощью твердомера Бринелля проводятся со следующими особенностями:

  1. Индентор – шарик из легированной стали или из карбидо-вольфрамового сплава диаметром 1, 2, 2,5, 5 или 10 мм (гост 3722-81).
  2. Продолжительность статического вдавливания: для чугуна и стали – 10-15 с., для цветных сплавов – 30, также возможна длительность в 60 с., а в некоторых случаях – 120 и 180 с.
  3. Граничное значение механического параметра: 450 НВ при измерении стальным шариком; 650 НВ при использовании твердосплава.
  4. Возможные нагрузки. С помощью входящих в комплект грузов корректируется фактическая сила деформации на испытуемый образец. Их минимальные допустимые значения: 153,2, 187,5, 250 Н; максимальные – 9807, 14710, 29420 Н (гост 23677-79).

С помощью формул, в зависимости от диаметра выбранного шарика и от испытуемого материала, можно вычислить соответствующее допустимое усилие вдавливания.

Тип сплава Математическое вычисление нагрузки
Сталь, сплавы никеля и титана 30D2
Чугун 10D2, 30D2
Медь и медные сплавы 5D2, 10D2, 30D2
Легкие металлы и сплавы 2,5D2, 5D2, 10D2, 15D2
Свинец, олово 1D2

Пример обозначения:

400HB10/1500/20, где 400HB – твердость металла по Бринеллю; 10 – диаметр шарика, 10 мм; 1500 – статическая нагрузка, 1500 кгс; 20 – период осуществления вдавливания, 20 с.

Для установления точных цифр рационально исследовать один и тот же образец в нескольких местах, а общий результат определять путем нахождения среднего значения из полученных.

Определение твердости по методу Бринелля

Процесс исследования протекает в следующей последовательности:

  1. Проверка детали на соответствие требованиям (ГОСТ 9012-59, гост 2789).
  2. Проверка исправности аппарата.
  3. Выбор необходимого шарика, определение возможного усилия, установка грузов для его формирования, периода вдавливания.
  4. Запуск твердомера и деформация образца.
  5. Измерение диаметра углубления.
  6. Эмпирическое вычисление.

НВ=F/A,

где F – нагрузка, кгс или Н; A – площадь отпечатка, мм2.

НВ=(0,102*F)/(π*D*h),

где D – диаметр шарика, мм; h – глубина отпечатка, мм.

Твердость металлов, измеренная этим способом, имеет эмпирическую связь с вычислением параметров прочности. Метод точен, особенно для мягких сплавов. Является основополагающим в системах определения значений этого механического свойства.

Особенности методики Роквелла

Этот способ измерения был изобретен в 20-х годах XX века, более автоматизирован, чем предыдущий. Применяется для более твердых материалов. Основные его характеристики (ГОСТ 9013-59; гост 23677-79):

  1. Наличие первичной нагрузки в 10 кгс.
  2. Период выдержки: 10-60 с.
  3. Граничные значения возможных показателей: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20-70.
  4. Число визуализируется на циферблате твердомера, также может рассчитываться арифметически.
  5. Шкалы и инденторы. Известно 11 различных шкал в зависимости от типа индентора и предельно-допустимой статической нагрузки. Наиболее распространённые в использовании: А, В и С.

А: алмазный конусный наконечник, угол при вершине 120˚, общая допустимая сила статического влияния – 60 кгс, HRA; исследуются тонкие изделия, в основном прокат.

С: также алмазный конус, рассчитанный на максимальное усилие 150 кгс, HRC, применим для твердых и закаленных материалов.

В: шарик размером 1,588 мм, изготовленный из закаленной стали или из твердого карбидо-вольфрамового сплава, нагрузка – 100 кгс, HRB, используется для оценки твердости отожжённых изделий.

Шарикообразный наконечник (1,588 мм) применим для шкал Роквелла B, F, G. Также существуют шкалы E, H, K, для которых используется шарик диаметром 3,175 мм (ГОСТ 9013-59).

Количество проб, проделанных с помощью твердомера Роквелла на одной площади, ограничивается размером детали. Допускается повторная проба на расстоянии 3-4 диаметра от предыдущего места деформации. Толщина испытуемого изделия также регламентируется. Она должна быть не меньше увеличенной в 10 раз глубины внедрения наконечника.

Пример обозначения:

50HRC – твердость металла по Роквеллу, измерена с помощью алмазного наконечника, ее число равно 50.

План исследования по методу Роквелла

Измерение твердости металла более упрощено, нежели для способа Бринелля.

  1. Оценка размеров и характеристик поверхности детали.
  2. Проверка исправности аппарата.
  3. Определение типа наконечника и допустимой нагрузки.
  4. Установка образца.
  5. Осуществление первичного усилия на материал, величиной в 10 кгс.
  6. Осуществление полного соответствующего усилия.
  7. Чтение полученного числа на шкале циферблата.

Также возможен математический расчет с целью точного определения механического параметра.

При условии использования алмазного конуса с нагрузкой 60 или 150 кгс:

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

при совершении испытания с помощью шарика под усилием 100 кгс:

HR=130-((H-h)/0,002,

где h – глубина внедрения индентора при первичном усилии 10 кгс; H – глубина внедрения индентора при полной нагрузке; 0,002 – коэффициент, регламентирующий величину перемещения наконечника при изменении числа твердости на 1 единицу.

Метод Роквелла является простым, но недостаточно точным. В то же время он позволяет измерять показатели механического свойства для твердых металлов и сплавов.

Читайте также  Часы из титана плюсы и минусы

Характеристики методики Виккерса

Определение твердости металлов по данному способу наиболее просто и точно. Работа твердомера основана на вдавливании в образец алмазного пирамидального наконечника.

Основные особенности:

  1. Индентор: алмазная пирамида с углом при вершине 136°.
  2. Предельно допустимая нагрузка: для легированного чугуна и стали — 5-100 кгс; для медных сплавов — 2,5-50 кгс; для алюминия и сплавов на его основе — 1-100 кгс.
  3. Период выдержки статической нагрузки: от 10 до 15 с.
  4. Испытуемые материалы: сталь и цветные металлы с твердостью более 450-500 НВ, в том числе изделия после химико-термической обработки.

Пример обозначения:

700HV20/15,

где 700HV – число твердости по Виккерсу; 20 – нагрузка, 20 кгс; 15 – период статического усилия, 15 с.

Последовательность исследования Виккерса

Порядок действий предельно упрощен.

  1. Проверка образца и аппаратуры. Особое внимание уделяется поверхности детали.
  2. Выбор допустимого усилия.
  3. Установка испытуемого материала.
  4. Запуск твердомера в работу.
  5. Чтение результата на циферблате.

Математический расчет по этому способу выглядит следующим образом:

HV=1,8544*(F/d2),

где F – нагрузка, кгс; d – среднее значение длин диагоналей отпечатка, мм.

Он позволяет измерять высокую твердость металлов, тонких и небольших деталей, при этом предоставляя высокую точность результата.

Способы перехода между шкалами

Определив диаметр отпечатка с помощью специального оборудования, можно с помощью таблиц определить твердость. Таблица твердости металлов – проверенный помощник в вычислении данного механического параметра. Так, если известно значение по Бринеллю, можно легко определить соответствующее число Виккерса или Роквелла.

Пример некоторых значений соответствия:

Диаметр отпечатка,мм Метод исследования
Бринелля Роквелла Виккерса
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

Таблица твердости металлов составлена на основе экспериментальных данных и имеет высокую точность. Также существуют графические зависимости твердости по Бринеллю от содержания углерода в железоуглеродистом сплаве. Так, в соответствии с такими зависимостями, для стали с количеством карбона в составе равному 0,2% она составляет 130 НВ.

Требования к образцу

В соответствии с требованиями ГОСТов, испытуемые детали должны соответствовать следующим характеристикам:

  1. Заготовка должна быть ровная, твердо лежать на столе твердомера, ее края должны быть гладкими или тщательно обработаны.
  2. Поверхность должна иметь минимальную шероховатость. Должна быть отшлифована и очищена, в том числе с помощью химических составов. Одновременно, во время процессов механической обработки, важно предупредить образование наклепа и повышения температуры обрабатываемого слоя.
  3. Деталь должна соответствовать выбранному методу определения твердости по параметрическим свойствам.

Выполнение первичных требований – обязательное условие точности измерений.

Твердость металлов — важное основополагающее механическое свойство, определяющее их некоторые остальные механические и технологические особенности, результаты предыдущих процессов обработки, влияние временных факторов, возможные условия эксплуатации. Выбор методики исследования зависит от ориентировочных характеристик образца, его параметров и химического состава.

Источник: http://fb.ru/article/269317/tverdost-metallov-tablitsa-tverdosti-metallov

7.3. Обозначения и свойства сталей, бронз, баббитов

Сталь — сплав железа с углеродом, в котором содержание углерода
менее 2,14%. Различают:

  • низкоуглеродистые стали — 0,1-0,25% С;
  • среднеуглеродистые стали — 0,35-0,55% С;
  • высокоуглеродистые стали — 0,55-0,80% С.

Условные обозначения легирующих элементов:

  • алюминий — Ю;
  • бор — Р;
  • ванадий — Ф;
  • вольфрам — В;
  • кобальт — К;
  • кремний — С;
  • марганец — Г;
  • медь — Д;
  • молибден — М;
  • никель — Н;
  • ниобий — Б;
  • титан — Т;
  • тантал — Та;
  • фосфор — П;
  • хром — Х;
  • цирконий — Ц.

Марка легированной стали составляется из букв, соответствующих легирующим элементам. Если содержание элемента не превышает 1%, соответствующая буква не сопровождается справа цифрой, если содержание элемента более 1%, справа ставится цифра содержания элемента в процентах.

В начале марки слева от букв указывается среднее содержание углерода в сотых долях процента — двузначная цифра, либо в десятых долях процента — однозначная цифра.

Обозначения марок сталей: ст.40Х, ст.40ХН, ст.35ХСА — легированные марки сталей; 38ХН3МА — высоколегированная сталь. Подшипниковая сталь — ШХ15.

Углеродистые стали

Конструкционная сталь обыкновенного качества — Ст.0, Ст.1, Ст.2, Ст.3, Ст.4 поставляется по механическим свойствам. С увеличением цифры повышаются предел прочности и предел текучести, износостойкость, снижаются относительное удлинение и ударная вязкость.

Конструкционная углеродистая качественная сталь — 05, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50. Двузначное число — содержание углерода в сотых долях процента. При повышенном содержании марганца справа ставится буква Г — 60Г, 65Г (пружинная сталь).

Качественная углеродистая инструментальная сталь — У7, У8, У10, У12 (У — углеродистая, цифра — среднее содержание углерода в десятых долях процента). При повышенном содержании марганца справа ставится буква Г — У8Г.

В марках высококачественной инструментальной углеродистой стали в конце добавляется буква А — У8А.

 Углеродистая инструментальная сталь имеет высокое содержание углерода С = 0,8-1,4%, слаболегирована легирующими элементами: C, Cr, Mn, Si; закалка от 750 °С до 800 °С; отпуск — 180 °С; НRС = 65; скорость резания v < 10 м/мин.; максимальная температура резания t = 200-300 °С.

Быстрорежущие стали — сильнолегированные стали с большим содержанием W, Cr, V, Co; закалка — 1350 °С; отпуск — 600 °С; скорость резания v < 25–40 м/мин.; максимальная температура резания: t = 700-750°С. Обозначение:

  • вольфрамовые стали Р9;
  • вольфрамо-ванадиевые стали Р9Ф5;
  • вольфрамо-молибденовые стали Р6М3;
  • вольфрам-окобальтовые стали Р6К5;
  • вольфрамо-кобальтово-ванадиевые стали Р18К5Ф2;
  • вольфрамо-молибденово-кобальтовые стали Р6М5К5.

Твёрдый сплав

  1. Сплавы на основе карбида вольфрама и кобальта в качестве связки, обозначаются ВК.
  2. Сплавы на основе карбида вольфрама с добавкой карбида титана и кобальта в качестве связки, обозначаются ТК.

  3. Сплавы на основе карбида вольфрама с добавкой карбида титана и тантала, и кобальта в качестве связки, обозначаются ТТК.

Скорость резания v < 200-250 м/мин.; максимальная температура резания —
t = 1200-1300°С. Обозначения — Т5К10, Т15К6, ВК8, ВК6. Вредные примеси в стали — сера, газы.

Полезные примеси в стали — марганец, кремний. Дефекты — флокены, волосовины, неметаллические включения.

Чугун

Чугуны — сплавы железа и углерода при содержании углерода 2,14-6,7 %. Чугун КЧ — ковкий чугун, СЧ — серый, ВЧ — высокопрочный.

Свойства металлов

Пластичность — свойство металла менять свою форму и размеры без разрушения под действием внешних сил.

Перед ковкой металл нагревается до 1250°С. Нижний предел температуры ковки металла — 700 °С. Рубку металла на молоте можно проводить при температуре 800 °С.  Температура плавления стали — 1 535 °С.

Твердость закаленной стали с увеличением содержания углерода увеличивается. Склонность к образованию трещин при закалке повышается с увеличением содержания углерода. Прочность металла с понижением температуры возрастает. Ударная вязкость металла с повышением температуры уменьшается.

Литье

Величина литейных уклонов на отливках — 5-7°. Рекомендуемые марки сталей, применяемые для изготовления заготовок методом литья — 35Л, 40ХЛ. Усадка металла — уменьшение объема и размера при охлаждении.

Сплавы

Сплавы меди — бронзы и латуни. Сплавы меди с оловом, содержащие добавки свинца, фосфора и цинка — оловянистые бронзы. Сплавы из меди с добавками алюминия, марганца, кремния — специальные бронзы. Обладают высокой прочностью, антифрикционными свойствами и коррозионной стойкостью.

Латунь — это сплав меди с цинком, содержащий добавки олова, марганца, никеля, алюминия, железа. Обладает хорошими механическими и технологическими свойствами.

Баббиты — это мягкие антифрикционные сплавы на оловянной и свинцовой основе с добавками сурьмы и меди.

В качестве заменителей баббитов используют антифрикционные сплавы на цинковой основе и антифрикционные чугуны.

Сормайт — это твердый сплав для наплавки.

Твердость — способность материала оказывать сопротивление при местных контактных воздействиях пластической деформации. Твердость определяет качество изготовленного инструмента, возможность использования металла для различных деталей механизма, обрабатываемость металла.
Твердость по Бринеллю определяется вдавливанием стального закаленного шарика в поверхность детали при заданном давлении. Твердость по Бринеллю вычисляется по формуле:

НВ = Р / F Н/мм2,

где НВ — твердость по Бринеллю, Р — нагрузка на шарик, Н, F — площадь поверхности отпечатка, мм2. Обычно твердость по Бринеллю применяют для чугуна и стали твердостью до НВ = 400.

Твердость по отпечатку конусом — твердость материала, определяемая
путем вдавливания в него стального конуса с углом при вершине 90° и вычисляемая как частное от деления нагрузки на боковую поверхность полученного отпечатка.

Твердость по отпечатку пирамиды — твердость материала, определяемая путем вдавливания в него алмазной четырехгранной пирамиды стандартных размеров. Вычисляется как частное от деления нагрузки на поверхность полученного отпечатка.

Твердость по Роквеллу определяется вдавливанием алмазного наконечника конической формы с углом конуса 120° в испытуемый материал. Отсчет твердости проводится по шкале прибора. Примерно равные значения твердости — 401 НВ (по Бринеллю), 42 HRC (по Роквеллу).

Твердость по отскоку (по Шору) определяется по высоте отскока бойка весом 2,5 г с алмазным наконечником, свободно падающего с определенной высоты. Метод удобен для определения твердости деталей.

Твердость по царапанию — твердость материала, определяемая путем царапания его поверхности стандартным наконечником в определенных условиях.

Приборы для определения твердости делятся на стационарные и портативные.

Стационарный прибор для измерения твердости по методу Роквелла
металлов и сплавов, пластмасс, графита и электрографита TP5014 в соответствии с ИСО 6508-86, ДИН 50 103 и АСТМЕ 18-74 имеет электромеханический привод приложения и снятия основной нагрузки, комплект нагрузкой 600 Н. Шкала В — мера твердости (90±10) HRB показывает твердость при вдавливании стального шарика (∅1,59 мм) под нагрузкой 1 000 Н. Шкала С — мера твердости (65±5) НRС
показывает твердость при применении алмазного наконечника под нагрузкой 1 500 Н. Масса — не более 85 кг.

Портативные твердомеры используют метод измерения Либа, предложенный в 1978 году. Метод заключается в определении соотношения скорости отскока ударного элемента к скорости его падения и умножении результата на 1 000. Для отдельной группы материалов (например, сталь, алюминий и т.д.

) значение твердости Либа непосредственно выражает их свойства твердости и поэтому может быть пересчитано в традиционные единицы твердости: Rockwell B и C, Vickers, Brinell и Shore D. Диапазон измерения твердости HB — 93-674; HRB — 59,6-99,2; HRC — 17,9-68,5; HV — 83-976; HS — 32,2-99,5. Результат измерения — в цифровом виде в выбранных единицах твердости. Габаритные размеры — 160×70×40 мм.  Масса прибора — не более 0,4 кг.

Твердость рабочей части режущего инструмента (сверл, зенкеров, разверток, метчиков) должна быть не хуже HRC — 59-65. Твердость и острота зубьев напильников из инструментальной углеродистой стали марок У10, У12, У13 или из хромистой стали марок ШХ6, ШХ9, ШХ15 должна обеспечивать сцепляемость со стальной пластинкой твердостью не менее HRC 54. Твердость хвостовика напильника HRC 35.

 Твердость рабочих концов шабера после закалки должна быть HRC — 62-66. Твердость лезвий ножниц HRC — 52-58. Твердость рабочей части

зубил HRC — 52-57, твердость ударной части HRC — 32-40.

< 7.2. Фундаменты 7.4. Мерительный инструмент >

Источник: https://eam.su/7-3-oboznacheniya-i-svojstva-stalej-bronz-babbitov.html

Понравилась статья? Поделить с друзьями: