Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 [ 41 ] 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57

получается одна прямая, выходящая из начала координат (рис. 145,6).

На основе рассмотренных закономерностей было предложено число пластической твердости

НД= (P-Ps)MO/iocT.

(82)

которое является характеристикой коэффициента деформационного упрочнения материала и ие зависит от условий испытания. Для экспериментального определения НД необходимо, кроме измерения Лост после вдавливания шарика какой-то силой Р, построить графическую зависимость Р от hoot (см. рнс. 144, а), чтобы оценить Ре. Учитывая

Р,И 8000

300DO

0,4 0,8 12 Dh,flfl О

Рис. 145. Зависимость силы вдапливания Р (а) и величины {Р- (б) от Dh при диаметре шарика 20 (/). 15 (2), и 10 (3) мм:

/ - сталь I8XHBA после закалки и отпуска; - арико-железо после нормализация

линейность зависимости Р-Лост, можно ограничиться двумя замерами Лсст при произвольных значениях нагрузки н рассчитать НД, проставив эти значения вместо Р и Р, в формулу (82).

Такой способ оценки НД стандартизован (ГОСТ 18835-73). Для измерения глубины отпечатка разработана специальная приставка к твердомеру ТШ-2.

Еще большим приближением к обычной диаграмме деформации является диаграмма в координатах НВ--ф (см. рис. 144,6). По ней можно оценивать Ядц, о,2, а н г1)равя с последующим пересчетом «твердостиых» напряжений в эквивалентные им растягивающие напряжения по контуру контакта шарового индентора с образцом (аэиа= = 0,636P/(i2). Показано, что эти напряжения близки, т. е. е-СТэкв-

Несмотря на ряд очевидных преимуществ, число пластической твердости НД, как н НМ, ие получили еще широкого распространения в массовых испытаниях. Величина НВ остается основной характеристикой твердостн прн статическом вдавливании шарового индентора. Для достаточно пластичных материалов ее физический смысл соответствует условному пределу прочности нрн растяжении.

Для многих металлов и сплавов между НВ и Ов существует линейная связь: Ниже приведены значения коэффициента х для различных материалов. Там же приведено значение dlD н средняя степень деформации в лунке г)ад, соответствующая этому отношению, а также величина равномерной деформации 1зравн, соответствующая временному сопротивлению для каждой группы сплавов.

Видно, что деформация в лунке i1)bh для чугунов, титановых н литейных алюминиевых сплавов значительно больше, чем li-VaBu при растяжении. У высокопрочных сталей хвдравн, а для аустенитных сталей и латунн "фвд-Сравн. Таким образом, разница в значениях коэффициента иропорциональности между твердостью по Бринеллю и временным сопротивлением у разных материалов связана с тем, что они сопоставляются не при одинаковой степени деформации. Если же фвд=раЕн, как у высокопрочных сталей, то jc=0,33. У материалов с вд>фравн а:<0,33, а если ii5Bfl<vl)paHH, то л>0,33. Коэффициент пропорциональности X тем больше, чем меньше степень равномерной деформации. Он зависит также от упругих констант материала. Величина X для большинства деформируемых алюминиевых сплавов примерно постоянна н близка к 0,25, для сталей л~0,35, для меди -0,48 и т. д.

У малопластичных металлов н сплавов корреляция НВ н о» может отсутствовать: высокая твердость часто сочетается с низким пре-делодМ прочности. Это вполне естественно, если учесть совершенно разный физический смысл этих характеристик для хрупких материалов. Предел прочности таких материалов близок к истинному сопротивлению разрушению, а НВ остается критерием сопротивляемости значительной пластической деформации в условиях более мягкой схемы на-пряже1шого состояния.

2. Твердость по Виккерсу

Этот метод второй пр распространенности после метода Бринелля. При стандартном измерении твердостн по Виккерсу (ГОСТ 2999-75) в поверхность образца вдавливают алмазный инденгор в форме четырехгранной пирамиды с углом прн вершине а«;136°. После удаления нагрузки Р=10-1000Н, действовавшей определенное время (Ю-15с), измеряют диагональ отпечатка (/, оставшегося на поверхности образца. Число твердости HV (записываемо. по ГОСТу без единиц измерения, например 230 HV) определяют делением нагрузки в килограммах на площадь боковой поверхности полученного пирамидального отпечатка (d"/2) (l/sjn а/2), мм2:

HV- (2Psina/2)/d2 I,854P/d2.

(83)

Если число твердости выражают в МПа, то после него указывают единицу измерения (например, HV = 3200 МПа).

Измерив диагональ d восстановленного отпечатка и зная использованную нагрузку Р, можно найти число твердостн по специальным таблицам, составленным с использованием формулы (83).

Относительно небольшие нагрузки и малая глубина вдавливания индеитора обусловливают необходимость более тщательной подготовки поверхности, чем прн измерении твердости по Брииеллю. Образцы для замера твердости HV, как правило, отполированы, н нх поверхность свободна от наклепа.

Обычно d<l мм, т. е. размеры отпечатка прп определении твердости ио Виккерсу, как правило, значительно меньше, чем в методе Бринелля. При грубой структуре образца это может вызвать больший разброс значений HV в разных точках образца по сравнению с разбросом НВ. Для получения достоверных средних значений HV приходится делать на каждом образце нс менее пяти - десяти замеров.

Схема прибора марки ТП для измерения твердости по Виккерсу показана на рис. 146. Прибор смонтирован на станине 1. Образец помещают иа опорный столик 5. Нагрузка прилагается к ипденто-ру 6 через установленный на призмах рычаг 12 (с отно-

шением илеч 1 : 25) и промежуточный шпиндель 9, постоянно прижатый двумя пружинами к 7 призме рычага. В спокойном состоянии рычаг 12 опирается на штырь 13. На длинном плече рычага имеется подвеска 14 для установки сменных грузов 15. рычаг с подвеской без сменных грузов дает минимальную нагруз-ку 50 И. Шпиндель 8 с индентором и измерительный микроскоп 77 10 смонтированы на поворотной головке, поворот которой производится рукояткой 7. После установки образца на стол твердомера совмещают перекрестие окуляра микроскопа с тем местом на образце, твердость которого необходимо измерить. На резкость наводят перемещением подъемного винта 4 маховичком 3. Затем рукояткой 7 поворотную головку устанавливают так, чтобы индеитор оказался над образцом. Прн этом ось шпинделя 8 сов.мещается с осью промежуточного шпинделя 9. Подъемный винт 4 поднимают вверх до упора в торец защитного колпачка иидентора. Затем рукояткой 23 вводится механизм грузового привода, последний включают нажатием на педаль 2. Прн этом ломаный рычаг 17 выходит из мертвого положения и пустотелый шпиндель 16, связанный с масляным амортизатором 19, опускается вниз. Движение поршня амортизатора с укрепленным на нем грузом 20 вызывает опускание подъемного штыря 13, на котором лен<нт грузовой рычаг прибора. После того как штырь 13 опустится, рычаги 21 н 22 вновь поднимут его, снимая таким образом приложенную нагрузку. Продолжительность выдержки под нагрузкой (10-15 с) регулируется винтом 18 на крышке мзсляного амортизатора. Пока образец находится под нагрузкой, горит сигнальная лампочка, расположенная в верхней части передней панели твердомера.

После снятия нагрузки поворотную головку переводят в такое по-

Рис. 116. Схема прибора ТП для определения твердости по Виккерсу

-ложенне, чтобы полученный отпечаток вновь был виден в микроскоп. Затем с помощью барабанчика окуляр-микрометра замеряют длину диагонали отпечатка. Для повышения точности этих замеров модернизированный прибор ТП-2 снабжен экраном, на который проектируется в увеличенном масштабе изображение отпечатка и линий измерп-тельного микроскопа.

Физический смысл числа твердости по Виккерсу аналогичен НВ, величина HV тоже является усредненным условным напряжением в зоне контакта нндентор-образец и характеризует обычно сопротивление материала значительной пластической деформации.

Числа HV и НВ близки по абсолютной величине. Это обусловлено равенством угла прн вершине пирамиды углу между касательными к шарику для случая «идеального» отпечатка с .==0,375 О. Однако HB?«HV только до 400-450 HV. Выше этих значений метод Бринелля дает искаженные результаты из-за остаточной деформации стального шарика. Алмазная же пирамида в методе Виккерса позволяет определять твердость практически любых металлических материалов. Еще более важное преимущество этого метода - геометрическое подобие отпечатков при любых нагрузках. Величина показателя степени п в уравнении Мейера (78) постоянна и равна двум. Поэтому возможно строгое количественное сопоставление чисел твердости HV любых материалов, испытанных ири различных нагрузках.

3. твердость по роквеллу

При измерении твердости по Роквеллу индеитор - алмазный конус с углом прн вершине 120° (ГОСТ 9013-59) и радиусом закругления 0,2 мм нли стальной шарик диаметром 1,5875 мм (Vio дюйма) - вдавливается в образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок: предварительной Ро и общей p=Po-\-Pi, где Л - основная нагрузка.

Число твердости по Роквеллу измеряют в условных единицах, оно является мерой глубины вдавливания нндентора под определенной нагрузкой.

Схема определения твердости по Роквеллу при вдавливании алмазного конуса приведена на рнс, 147. Сначала индеитор вдавливается в поверхность образца под предварительной нагрузкой Яо=100 Н, которая не снимается до конца испытания. Это обеспечивает повышенную точность испытания, так как исключает влияние вибраций и тонкого поверхностного слоя. Под иагруз-хой Pq индентор погружается в образец на глубину ho. Затем иа образец подается полная нагрузка P=Pq + Px и увеличивается глубина вдавливания. Последняя после снятия основной нагрузки Pi (когда на пидентор вновь действует только предварительная нагрузка Ро) определяет число твердости по Роквеллу (HR). Чем больше глубина вдавливания Л, тем меньше число твердости HR.

Прн нсиользованин в качестве нндентора алмазного конуса твердость по Роквеллу определяют по двум «шкалам» - А н С. Прн измерении по шкале А: Ро=100Н, Pi = 500 H, Р=600Н; по шкале С:

Рис. 147. Схема измерения твердости по Роквеллу

Po=IOOH, Я,= 1400Н, P=I500H. Число твердости выражается формулой

HRC(HRA) = 100- е, (84)

где г= (Л-йо)/0,002 (0,002 мм - цена деления шкалы индикатора твердомера Роквелла).

Единица твердостн по. Роквеллу - безразмерная величина, соответствующая осевому перемещению индентора на 0,002 мм.

При нспользованни в качестве индентора стального шарика число твердостн HR определяют по шкале В, т. е. прн Ро==100Н, Pi=900H, Р= 1000 Н, по формуле

HRB= 130-е, (85)

Числа твердости по Роквеллу записываются так же, как НВ и HV: HRC 65, HRA80 и т. д.

/ff 23 22 2f

1? S й

Ркс, 148. Схема прнбор-а типа ТК для измерения твердости по Роквеллу

По шкале А измеряют твердость в пределах 70-85, чему приблизительно соответствуют числа твердости HV 390-900, по шкале В - 25-100 (HV60-240)), по шкале С = 20-67 (HV 240-900).

Существует несколько типов приборов для измерения твердости по Роквеллу, но принципиальные схемы их работы аналогичны. На рис. 148 даиа схема прибора типа ТК- На станине 14 с одной стороны расположены две стойки 16, которые поддерживают поперечину С другой стороны в направляющей втулке IS со шпонкой 12 помещен подъемный винт 17, на котором устанавливают в зависимости от формы

образца различные опорные столики 21-2S и 10. Винт со столиком и образцом поднимают вращением маховичка Н. Предварительную нагрузку к образцу прикладывают цилиндрической пружиной /Р, действующей непосредственно на шпиндель 20. Грузовой рычаг второго рода 4, расположенный на поперечине /, имеет опоры на призме 5. К длинному плечу рычага подвешивают грузы 15. В нерабочем положении прибора рычаг опирается на подвеску 2, и нагрузка на шпиндель не действует. Для приложения основной нагрузки освобождают рукоятку 5. При этом подвеска 2 вместе с рычагом 4 плавно опускается, и последний действует на шпиндель. Рычаг опускается плавно благодаря масляному амортизатору 18, позволяющему регулировать скорость приложения основной нагрузки вращением штока 5. Соотношение плеч у грузового рычага 1 : 20, v, поэтому действительный вес сменных грузов в 20 раз меньше их условного веса.

Движение от шпинделя к стрелкам индикатора 9 передается рычагом 7 с соотношением плеч I : 5. Призма шпинделя упирается в вннт 6 на рычажке. Винтом 6 регулируется натяжение пружины /9, создающей предварительную нагрузку.

Для определения твердости по Роквеллу топких образцов или слоев используют специальный прибор Супер-Роквслл. Он отличается от обычных твердомеров тина ТК меньшей величиной нрнлагаемой нагрузки и более точным индикатором. Предварительная нагрузка у этого прибора ЗОН, а общая 150, 350 нли 450 И. По ГОСТ 2295-78 на этом приборе измеряют числа твердости HRN (нндентор - алмазный конус, нагрузка 150 И) и HRT (нндентор - стальной шарпк, нагрузка 450 Н). Одно деление индикатора соответствует здесь глубине вдавливания 0,001 мм. Сунер-Роквелл используют для оценки твердости тонких листов, очень малых образцов, поверхностных слоев, изделий, которые могут продавливаться насквозь или разрушаться под действием большой нагрузки.

Из рассмотренной методики определения твердости по Роквеллу видно, что это еще более условная характеристика, чем НВ. Наличие различных шкал твердости, определяемой без геометрического подобия отпечатков, условный н безразмерный численный результат испытания, сравнительно низкая чувствительность делают метод Роквелла лишь средством быстрого упрощенного технического контроля. В заводских условиях его ценность велика благодаря простоте, высокой производительности, отсчету чисел твердости прямо по шкале прибора, возмонности полной автоматизации испытания.

Числа твердости, полученные разными методами статического вдавливания индентора, связаны между собой. Зная, например, значение твердости по Бринеллю, можно перевести его с некоторым приближением в число твердости по Виккерсу или Роквеллу.

Числа твердости по разным методам можно определить на одном приборе. Например, универсальный твердомер УПТ-1 позволяет измерять твердость всеми тремя рассмотренными методами. Переход от одного метода к другому требует лишь смены индентора и грузов.

4. Микротвердость

Метод определения мнкротвердости предназначен для оценки твердостн очень малых (микроскопических) объемов материалов. Его применяют для измерения твердостн мелких деталей, тонкой проволоки илн ленты, тонких поверхностных слоев, покрытий и т. д. Главное назначение - оценка твердостн отдельных фаз нли структурных составляющих сплавов, а также разницы в твердости отдельных участков этих составляющих.