ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агенство по образованию
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
к лабораторной работе «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ»
Для студентов химического факультета и факультета высоких технологий.
Ростов-на-Дону
2006
Методическое пособие разработаны кандидатами химических наук, доцентами
кафедры общей и неорганической химии С.Н.Свирской и И.Л.Трубниковым,
старшим преподавателем А.О.Летовальцевым
Ответственный редактор
доктор химических наук
профессор Т.Г.Лупейко
Компьютерный набор и верстка
доцент С.Н.Свирская
Печатается в соответствии с решением кафедры общей и неорганической
химии химического факультета РГУ,
Протокол №1 от 10 января 2006г.
4
Лабораторная работа: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ
Цель работы: ознакомиться с методиками определения твёрдости
материалов.
Измерить
микротвёрдость
образцов,
предложенных
преподавателем.
1. Твёрдость как характеристика свойств материала
Твердость
–
это
сопротивление
материала
проникновению
в
его
поверхность стандартного тела (индентора), не деформирующегося при
испытании.
Это неразрушающий метод контроля, основной способ оценки качества
термической обработки изделия. О твердости судят либо по глубине
проникновения индентора (метод Роквелла), либо по величине отпечатка от
вдавливания (методы Бринелля, Виккерса, микротвердости).
Во всех случаях происходит пластическая деформация материала. Чем
больше сопротивление материала пластической деформации, тем выше
твердость. Схемы испытаний представлены на рис. 1.
Рис. 1. Схемы определения твердости: а – по Бринеллю; б – по Роквеллу; в
– по Виккерсу
В результате вдавливания с достаточно большой нагрузкой поверхностные
слои материала, находящиеся под наконечником и вблизи него, пластически 5
5
деформируются. После снятия нагрузки остается отпечаток. Особенность
происходящей при этом деформации заключается в том, что она протекает
только в небольшом объеме, окруженном недеформированным материалом. В
таких условиях возникают главным образом касательные напряжения, а доля
растягивающих напряжений незначительна по сравнению с получаемыми при
других видах механических испытаний (на растяжение, изгиб, кручение,
сжатие). Поэтому при измерении твердости вдавливанием пластическую
деформацию испытывают не только пластичные, но также металлы (например,
чугун), которые при обычных механических испытаниях (на растяжение,
сжатие, кручение, изгиб) разрушаются практически без пластической деформации.
Таким образом, твердость характеризует сопротивление пластической
деформации и представляет собой механическое свойство материала,
отличающееся от других его механических свойств, способом измерения.
Преимущества измерения твердости следующие:
1. Между твердостью пластичных металлов, определяемой способом
вдавливания, и другими механическими свойствами (главным образом
пределом
прочности),
существует
количественная
зависимость.
Так,
сосредоточенная пластическая деформация металлов (при образовании шейки)
аналогична деформации, создаваемой в поверхностных слоях металла при
измерении твердости вдавливанием наконечника.
Подобная количественная зависимость не наблюдается для хрупких
материалов, которые при испытаниях на растяжение (или сжатие, изгиб,
кручение) разрушаются без заметной пластической деформации, а при
измерении твердости получают пластическую деформацию. Однако в ряде
случаев и для этих металлов (например, серых чугунов) наблюдается
качественная
зависимость
между
пределом
прочности
и
твердостью;
возрастанию твердости обычно соответствует увеличение предела прочности на
сжатие.
6
По значениям твердости можно определять также и некоторые
пластические свойства металлов. Твердость, определенная вдавливанием,
характеризует также предел выносливости некоторых металлов, в частности
меди, дуралюмина и сталей в отожженном состоянии.
2. Измерение твердости по технике выполнения значительно проще, чем
определение прочности, пластичности и вязкости. Испытания твердости не
требуют изготовления специальных образцов и выполняются непосредственно
на проверяемых деталях после зачистки на поверхности ровной горизонтальной
площадки, а иногда даже и без такой подготовки.
Измерения твердости выполняются быстро.
3. Измерение твердости обычно не влечет за собой разрушения
проверяемой детали, и после измерения её можно использовать по своему
назначению, в то время как для определения прочности, пластичности и
вязкости необходимо изготовление специальных образцов.
4. Твердость можно измерять на деталях небольшой толщины, а также в
очень тонких слоях, не превышающих (для некоторых способов измерения
твердости) десятых долей миллиметра, или в микрообъемах металла; в
последнем случае измерения проводят способом микротвердости. Поэтому
многие способы измерения твердости пригодны для оценки различных по
структуре и свойствам слоев металла, например поверхностного слоя
цементованной, азотированной или закаленной стали, имеющей разную
твердость по сечению детали. Методом определения микротвердости можно
также измерять твердость отдельных составляющих в сплавах.
Следует различать два способа определения твердости вдавливанием:
измерение макротвёрдости и измерение микротвердости.
Измерение макротвердости отличается тем, что в испытуемый материал
вдавливается тело, проникающее на сравнительно большую глубину, ависящую
от величины прилагаемой нагрузки и свойств металла. Кроме того, во многих
7
испытаниях вдавливается тело значительных размеров, например стальной
шарик диаметром 10 мм, в результате чего в деформируемом объёме
оказываются представленными все фазы и структурные составляющие сплава.
Измеренная
твердость
в
этом
случае
характеризует
твердость
всего
испытуемого материала.
Выбор формы, размеров наконечника и величины нагрузки зависит от целей
испытания, структуры, ожидаемых свойств, состояния поверхности и размеров
испытуемого образца. Если металл имеет гетерогенную структуру с крупными
выделениями отдельных структурных составляющих, различных по свойствам
(например, серый чугун, цветные подшипниковые сплавы), то для испытания
твердости следует выбирать шарик большого диаметра. Если же металл имеет
сравнительно мелкую и однородную структуру, то малые по объёму участки
испытуемого металла могут быть достаточно характерными для оценки его
твёрдости. В этих случаях испытания можно проводить вдавливанием тела
меньшего размера, например алмазного конуса или пирамиды, и на меньшую
глубину, и, следовательно, при небольшой нагрузке.
При испытании металлов с высокой твердостью, например закаленной или
низкоотпущенной стали, приведенное условие является даже обязательным,
поскольку вдавливание стального шарика или алмаза с большой нагрузкой
может вызвать деформацию шарика или скалывание алмаза.
Однако значительное снижение нагрузки нежелательно, так как это приведет
к резкому уменьшению деформируемого объёма и может дать значения, не
характерные для основной массы металла. Поэтому величины нагрузок и
размеры получаемых в материалах отпечатков не должны быть меньше
некоторых определенных пределов.
Измерение микротвёрдости имеет целью определить твёрдость отдельных
зерен, фаз и структурных составляющих сплава (а не «усредненную» твёрдость,
как при измерении макротвёрдости). В данном случае объём, деформируемый
вдавливанием, должен быть меньше объёма (площади) измеряемого зерна.
8
Поэтому прилагаемая нагрузка выбирается небольшой. Кроме того,
микротвёрдость измеряют для характеристики свойств очень малых по
размерам деталей.
Значительное влияние на результаты испытаний твёрдости оказывает
состояние поверхности измеряемого материала. Если поверхность неровная —
криволинейная или с выступами, то отдельные участки в различной степени
участвуют в сопротивлении вдавливанию и деформации, что приводит к
ошибкам в измерении. Чем меньше нагрузка для вдавливания, тем более
тщательно должна быть подготовлена поверхность. Она должна представлять
шлифованную горизонтальную площадку, а для измерения микротвердости —
полированную.
Измеряемая поверхность должна быть установлена горизонтально, т. е.
перпендикулярно действию вдавливаемого тела. Противоположная сторона
образца также должна быть зачищена, и не иметь окалины, так как последняя
при нагружении образца сминается, что искажает результаты измерения.
Для приблизительнойердости удобно пользоваться шкалой Мооса – набором
из 10 минералов, расположенных по возрастанию твердости:
Тальк –1
Полевой шпат -6
Гипс –2
Кварц –7
Кальцит –3
Топаз –8
Флюорит – 4
Корунд –9
Апатит
Алмаз -10
-5
2. Метод измерения твёрдости вдавливанием шарика (твердость по
Бринеллю)
Этот способ универсальный и используется для определения твердости
практически всех материалов.
9
В материал вдавливается стальной шарик, и значения твердости определяют
по
величине
поверхности
отпечатка,
оставляемого
шариком.
Шарик
вдавливают с помощью пресса.
Рис.2. Схема прибора для получения твердости вдавливанием
шарика
(измерение по Бринеллю): 1 - столик для центровки образца; 2 — маховик; 3
— грузы; 4 — шарик; 5 — электродвигатель.
Испытуемый образец
устанавливают на столике 1 в нижней части
неподвижной станины пресса (рис. 2), зашлифованной поверхностью кверху.
Поворотом вручную маховика 2 по часовой стрелке столик поднимают так,
чтобы шарик мог вдавиться в испытуемую поверхность. В прессах с
электродвигателем вращают маховик 2 до упора и нажатием кнопки включают
двигатель 5. Последний перемещает коромысло и постепенно вдавливает шарик
под действием нагрузки, сообщаемой привешенным к коромыслу грузом. Эта
нагрузка действует в течение определенного времени, обычно 10—60 с, в
зависимости от твердости измеряемого материала,
после чего вал двигателя,
вращаясь в обратную сторону, соответственно перемещает коромысло и
снимает нагрузку. После автоматического выключения двигателя, поворачивая
маховик 2 против часовой стрелки, опускают столик прибора и затем снимают
образец.
В образце остается отпечаток со сферической поверхностью (лунка). Диаметр
отпечатка измеряют лупой, на окуляре которой нанесена шкала с делениями,
соответствующими десятым долям миллиметра. Диаметр отпечатка змеряют с
точностью до 0,05 мм (при вдавливании шарика диаметром 10 и 5 (мм) в двух
10
взаимно перпендикулярных направлениях; для определения твердости
следует принимать среднюю из полученных величин.
Число твердости по Бринеллю НВ вычисляют по уравнению:
HB 
D
2
D 
где Р — нагрузка на шарик, кг·с
P
D d
2
2

,
(1кг·с – 0,1 Мпа);
D — диаметр
вдавливаемого шарика, мм; d — диаметр отпечатка, мм. Получаемое число
твердости при прочих равных условиях тем выше, чем меньше диаметр
отпечатка.
Однако получение постоянной и одинаковой зависимости между Р и d,
необходимое для точного определения твердости, достигается только при
соблюдении определенных условий. При вдавливании шарика на разную
глубину, т. е. с разной нагрузкой для одного и того же материала, не
соблюдается закон подобия между получаемыми диаметрами отпечатка.
Наибольшие отклонения наблюдаются, если шарик вдавливается с малой
нагрузкой и оставляет отпечаток небольшого диаметра или вдавливается с
очень большой нагрузкой и оставляет отпечаток с диаметром близким к диаметру шарика. Поэтому твердость материалов измеряют при постоянном
соотношении между величиной нагрузки Р и квадратом диаметра шарика D2.
Это соотношение должно быть различным для материалов разной твердости.
В процессе вдавливания наряду с пластической деформацией измеряемого
материала происходит также упругая деформация вдавливаемого шарика.
Величина этой деформации, искажающей результаты определения, возрастает
при измерении твердых материалов. Поэтому испытания вдавливанием шарика
ограничивают измерением металлов небольшой и средней твердости (для стали
с твердостью не более НВ = 450).
11
Известное влияние оказывает также длительность выдержки металла под
нагрузкой. Легкоплавкие металлы (свинец, цинк, баббиты), имеющие низкую
температуру рекристаллизации, испытывают пластическую деформацию не
только в момент вдавливания, но и в течение некоторого времени после
приложения нагрузки. С увеличением выдержки под нагрузкой пластическая
деформация этих металлов практически стабилизируется.
Для
металлов
с
высокими
температурами
плавления
влияние
продолжительности выдержки под нагрузкой незначительно, что позволяет
применять более короткие выдержки (10 — 30 с).
При
измерении
твердости
установленными нагрузками
шариком
определенного
диаметра
и
с
на практике пользуются заранее составленными
таблицами, указывающими число НВ в зависимости от диаметра отпечатка и
соотношения между нагрузкой Р и поверхностью отпечатка F. При указании
твердости НВ иногда отмечают принятые нагрузку и диаметр шарика.
Между пределом прочности и числом твердости НВ различных металлов
существует следующая зависимость:
Сталь с твердостью НВ:
120—175 ........................................ b  0,34 HВ
175—450 ........................................ b  0,35 HВ
Медь, латунь, бронза:
отожженная ................................... b  0,55 HВ
наклепанная
............................... b  0,40 HВ
Алюминий и алюминиевые сплавы с твердостью НВ:
20 - 45 ............................................. b  (0,33 - 0,36) НВ
Дуралюмин:
отожженный .................................. b  0,36 HВ
после закалки и старения ............. b  0,35 HВ
12
Таблица 1.
Нормы ГОСТ для испытания по Бринеллю
Тип
Твердость Толщина Соотношение Диаметр Нагрузка Выдержка
металлов
НВ
образца, между Р и
мм
шарика
квадратом D
Р, кгс
под
D, мм
нагрузкой
квадратом
Черные
140-
6—3
450
4—2
>2
>6
Черные
< 140
Цветные > 130
Цветные 35 - 130
Цветные
8 - 35 8 35 8 - 35
Измерение
6-3
>3
6-3
4-2
9>-23
6-3
диаметра2
Р = 30D
квадратом
10
диаметра
Р=
10D2D2
шарика
2,5
10
Р = 30D2
Р= 10D2
2
> -63
6-3
5
5
Р = 2,5D
2
3000 250
10
10
10
62,5
10
3000 750 30
5
187,5
2,5
10
30
1000 250 30
5
62,5
5
2,5
вдавливанием
3000 750 10
с
10
187,5
2,5
10
2,5
10
<3
твердости
с
стального
30
30
250 62,5
15,6
шарика
30
60
60
60
не
является
универсальным способом. Этот способ не позволяет:
а) испытывать материалы с твердостью более НВ 450;
б) измерять твердость тонкого поверхностного слоя (толщиной менее 1—2
мм), так как стальной шарик продавливает этот слой и проникает на большую
глубину. Толщина измеряемого слоя (или образца) должна быть не менее 10кратной глубины отпечатка.
13
2. Метод измерения твёрдости вдавливанием конуса или шарика
(твердость по Роквеллу)
Принципиальное отличие данного способа от рассмотренного выше
измерения по Бринеллю состоит в том, что твердость определяют по глубине
отпечатка, получаемого при вдавливании алмазного конуса или стального
шарика, а не по площади отпечатка.
Этот метод имеет то преимущество перед измерениями по Бринеллю, что
позволяет изменять нагрузку в широких пределах, без изменения значений
твердости, так как при вдавливании конуса сохраняется закон подобия, а
условия деформации под вершиной конуса с увеличением давления не
изменяются.
Твердость измеряют на приборе (рис. 3), в нижней части неподвижной
станины которого установлен столик 1. В верхней части станины укреплены
индикатор 4, масляный регулятор 5 и шток 6, в котором устанавливается
наконечник с алмазным конусом, имеющим угол в вершине 120, или со
стальным шариком диаметром 1,59 мм. Индикатор 4 представляет собой
циферблат, на котором нанесены две шкалы (черная и красная) и имеются две
стрелки — большая (указатель твердости), вращающаяся по шкале, и маленькая
для
контроля
величины
вращением маховика 2.
предварительного
нагружения,
сообщаемого
14
Рис.3. Схема прибора для измерении твердости вдавливанием алмазного конуса
или стального шарика (измерение по Роквеллу):
1 — столик для установки образца; 2 —- маховик; 3 — груз; 4 — шкалаиндикатор; 5—масляный регулятор; 6 — шток с алмазным конусом (шариком);
7 — рукоятка.
Нагружение
осуществляется
предварительная
нагрузка
(10
в
два
кт·с)
этапа.
для
Сначала
плотного
прикладывается
соприкосновения
наконечника с образцом. Затем прикладывается основная нагрузка Р1. В течение
некоторого времени действует общая рабочая нагрузка Р. После снятия
основной нагрузки определяют значение твердости по глубине остаточного
вдавливания наконечника h под нагрузкой .
Прибор измеряет глубину отпечатка алмазного конуса (стального шарика)
или, точнее, разность между глубиной отпечатков, полученных от вдавливания
наконечника под действием основной нагрузки и от вдавливания под
предварительной нагрузкой.
Числа твердости по Роквеллу возрастают с
увеличением твердости материала, что позволяет сравнить числа Роквелла с
числами Бринелля.
Однако числа твердости по Роквеллу можно пересчитать
на числа твердости по Бринеллю с помощью специальных диаграмм и таблицы,
построенных на основании многочисленных экспериментальных работ. Зависимость между этими числами не имеет линейного характера.
15
Измерение твердости по Роквеллу требует меньше времени (30—60 с), чем
по Бринеллю, причем результат измерения виден на шкале (он указан
стрелкой). Кроме того, измерение твердости по Роквеллу оставляет меньший
отпечаток на поверхности детали.
Твердость очень тонких слоев металла (толщиной менее 0,3 мм) с
указанными нагрузками 60 и 150 кт·с измерять нельзя, так как алмазный конус
проникает на глубину, превышающую толщину этих слоев, и указывает,
следовательно, твердость нижележащих областей. Вместе с тем с увеличением
твердости измеряемого материала глубина отпечатка уменьшается, вследствие
чего понижается точность измерения (особенно для металлов с твердостью
более HRC 60).
4. Метод измерения твёрдости вдавливанием алмазной пирамиды
(твердость по Виккерсу)
По этому способу в металл вдавливается четырехгранная алмазная
пирамида с углом в вершине 136° и твердость характеризует площадь
получаемого отпечатка. При вдавливании пирамиды соотношение между
диагоналями получающегося отпечатка при изменении нагрузки остается постоянным, что позволяет в широких пределах в зависимости от целей
исследования увеличивать или уменьшать нагрузку.
Испытания проводят на приборе (рис. 4), имеющем неподвижную
станину, в нижней части которой установлен столик 1, перемещающийся по
вертикали вращением маховика 2. Образец устанавливают на столике
испытуемой поверхностью (перпендикулярной действующей силе) кверху и
затем поднимают столик почти до соприкосновения образца с алмазной
пирамидой, закрепленной в шпинделе 3. Нажатием педали пускового рычага 4
приводят в действие нагружающий механизм, который через рычаг передает
давление грузов 5, предварительно поднятых на алмазную пирамиду. После
16
этого опускают столик прибора и подводят микроскоп, установленный на
штанге, прикрепленной к станине. С помощью микроскопа определяют длину
диагонали полученного отпечатка.
Рис. 4. Схема прибора для измерения твердости вдавливанием алмазной
пирамиды (измерение по Виккерсу): 1- столик для установки образца; 2маховик; 3 — шток с алмазной пирамидой; 4 - педаль пускового рычага; 5 подвеска с призмой; 6 – микроскоп.
В качестве индентора используется алмазная четырехгранная пирамида.с
углом при вершине 136o.
Рис. 5. Схема измерения отпечатка, полученного вдавливанием алмазной
пирамиды (измерение по Виккерсу)
17
Поверхность образцов для определения твердости пирамидой должна быть
тщательно отшлифована бумагой с мелким зерном или даже отполирована.
Толщина испытуемого образца должна быть не меньше чем 1,5 диагонали
отпечатка.
Твердость по Виккерсу HV, так же как и по Бринеллю, определяется как
усилие, приходящееся на единицу поверхности отпечатка:
HV 
2 P  sin
d
2

2  1,854  P
d2
(кгс / мм 2 )
где Р — нагрузка на пирамиду, кгс;  — угол между противоположными
гранями пирамиды (136°); d — среднее арифметическое длины обеих
диагоналей отпечатка после снятия нагрузки, мм.
Числа твердости по Виккерсу и по Бринеллю имеют одинаковую
размерность и для материалов твердостью до НВ 450 практически совпадают.
Вместе с тем измерения пирамидой дают более точные значения для металлов с
высокой твердостью, чем измерения шариком или конусом. Алмазная пирамида
имеет большой угол в вершине (136°) и диагональ её отпечатка примерно в
семь раз больше глубины отпечатка, что повышает точность измерения
отпечатка даже при проникновении пирамиды на небольшую глубину и делает
этот способ особенно пригодным для определения твердости тонких или
твердых сплавов.
При испытании твердых и хрупких слоев (азотированного, цианированного)
около углов отпечатка иногда образуются трещины (отколы), по виду которых
можно судить о хрупкости измеряемого слоя.
5. Метод измерения микротвёрдости
Для изучения свойств и превращений в сплавах необходимо не только
знать «усредненную» твердость, представляющую твердость в результате
суммарного влияния присутствующих в сплаве фаз и структурных
18
составляющих, но и определять твердость отдельных фаз и структур сплава.
Микротвердость определяют вдавливанием алмазной пирамидки.
Прибор типа ПМТ-3 (рис. 6) имеет штатив 1 вертикального микроскопа с
тубусом, перемещающимся вверх и вниз с помощью макрометрического и
микрометрического винтов.
Прибор снабжен двумя объективами для просмотра микрошлифа при
увеличениях в 478 и 135 раз. Окуляр увеличивает в 15 раз.
Рис. 6. Схема прибора ПМТ-3 для измерения микротвердости: 1 — микроскоп;
2 — макрометрический винт; 3 — микрометрический винт; 4 - окулярный
микрометр; 5 — шток с алмазной пирамидой; 6 — опакиллюминатор; 7 —
объектив; 8 — стол для установки микрошлифа; 9 — ручка стола; 10 — винт
стола; 11 — регулировочные винты; 12 - грузы; 13 — ручка нагружения.
Окулярный
микрометр
имеет
неподвижную
сетку,
остаточный
микрометрический барабанчик и каретку с подвижной сеткой. На неподвижной
сетке длиной 5 мм нанесены штрихи с цифрами и угольник с прямым углом,
19
вершина которого совпадает с цифрой 0. На подвижной сетке нанесен угольник
с прямым углом и две риски.
Алмазная пирамидка имеет угол между гранями при вершине 136°, т. е.
такой же, как и в пирамиде для измерения по Виккерсу (что облегчает пересчет
на числа Виккерса). Нагрузка для вдавливания пирамиды создается грузами 12,
устанавливаемыми на шток 5. В приборе применяют грузы от 1 до 200 г в
зависимости от особенностей изучаемой структуры и задач исследования.
Установленный микрошлиф просматривают через окуляр.
С помощью двух винтов столик перемещается в двух перпендикулярных
направлениях, что позволяет перемещать микрошлиф и выбрать на нем
участок, в котором необходимо измерить твердость. Этот участок следует
разместить в середине поля зрения микроскопа — точно в вершине угла
неподвижной сетки. Затем устанавливают грузы, поворачивают с помощью
ручки столик 9 на 180° (от одного упора до другого) для подведения
выбранного участка образца под алмазную пирамиду. После этого медленным
(в течение 10—15 с) поворотом ручки 13 приблизительно на 180° опускают
шток с алмазной пирамидой так, чтобы алмаз коснулся образца. В этом
положении выдерживают образец под нагрузкой 5 - 10 с, после чего,
поворачивая ручку 13 в исходное положение, поднимают шток с алмазом.
Затем поворачивают столик 8 на 180° и возвращают образец в исходное
положение под объектив микроскопа для измерения диагонали отпечатка. Если
прибор правильно центрирован, то изображение отпечатка окажется в поле
зрения микроскопа или будет близко к вершине угла неподвижной сетки.
Точность
совмещения
места,
намеченного
для
испытания,
с
местом
фактического вдавливания пирамиды составляет в этом приборе 3 мкм. Затем
вращением винтов 11 подводят отпечаток к угольнику неподвижной сетки
таким образом, чтобы вершина угольника совпала с левым углом отпечатка, а
пунктирные линии угольника совпали с гранями левой части отпечатка. После
этого вращением микрометрического барабана окуляра подводят вершину
20
угольника подвижной сетки к противоположному углу отпечатка; тогда
пунктирные линии угольника подвижной сетки совместятся с гранями правой
части отпечатка. При таком положении сеток деления микрометрического
барабанчика указывают длину диагонали отпечатка. Поворачивая окуляр на
90°, определяют также длину второй диагонали и вычисляют среднюю длину
диагонали. Полученную среднюю длину переводят по таблице на число
твердости. Указанные измерения полученного отпечатка производят не менее
двух-трех раз. Числа твердости в таблице вычислены по формуле:
HV = 1,854Р/d2 кт·с/мм2
и представляют числа твердости по Виккерсу.
Для получения более точного результата измеряют твердость изучаемого
участка микрошлифа, например одного зерна, два-три раза. Для этого
необходимо, чтобы на площади одного и того же зерна
разместились, по
крайней мере, два отпечатка. Исходя из этого условия, экспериментально
подбирают величину нагрузки для исследования. Необходимо, однако, учесть,
что при очень малых нагрузках (меньше 20 кгс) могут получиться недостаточно
точные результаты.Прибор позволяет фотографировать микроструктуру сплава
с полученными отпечатками.
Рис. 7. Литая быстрорежущая сталь после закалки (видны отпечатки алмазной
пирамиды)
21
Измерения микротвердости широко применяют для изучения структуры и
свойств сплавов. На рис. 7 показана микроструктура литой быстрорежущей
стали после закалки. Сталь состоит из крупных зерен неоднородного строения,
причем каждое зерно имеет три концентрических слоя: сердцевина зерна имеет
твердость HV 320— 350 (HRC 35), промежуточный слой HV 700—725 (HRC
58) и наружный слой HV 940—1000 (HRC 65—67).
6. Порядок выполнения работы
Для выполнения работ необходимо ознакомиться с теоретическим
материалом. Лабораторные работы по измерению твердости включают выполнение двух заданий.
Первое
задание
предусматривает
приобретение
навыков
измерения
твердости. Каждый студент должен измерить с помощью прибора ПМТ-3
микротвёрдость нескольких образцов: стали, чугуна, цветных металлов и
плёнок (по указанию и под руководством лаборанта).
Второе задание: подвергают один из образцов термической (закалке,
отпуску, нормализации, отжигу) или химико-термической обработке, каждый
раз измеряя микротвёрдость его поверхности.
Литература
1. Материаловедение: учебник для вузов// Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова,
Г.Г. Мухин и др. 3-е издание – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.648 с.
2. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. М.: Металлургия, 1975.447 с.
3
Содержание
1.Твердость как характеристика свойств материала………………. 4
2.Метод измерения твёрдости вдавливанием шарика (твердость по
Бринеллю)………………………………………………………….8
3. Метод измерения твёрдости вдавливанием конуса или шарика
(твердость по Роквеллу)……………………………………………12
4. Метод измерения твёрдости вдавливанием алмазной пирамиды
(твердость по Виккерсу)…………………………………………..15
5. Метод измерения микротвёрдости…………………………………17
6. Порядок выполнения работы………………………………………..18
Литература………………………………………………………….. .21