Per tal que les peces i els mecanismes puguin servir durant molt de temps i de manera fiable, els materials dels quals estan fets han de complir les condicions de treball necessàries. Per això és important controlar els valors permesos dels seus principals paràmetres mecànics. Les propietats mecàniques inclouen duresa, resistència, resistència a l'impacte, ductilitat. La duresa dels metalls és una característica estructural primària.
Concepte
La duresa dels metalls i aliatges és la propietat d'un material de crear resistència quan un altre cos penetra a les seves capes superficials, que no es deforma i no s'enfonsa sota les càrregues acompanyants (indentador). Definit amb el propòsit:
- obtenció d'informació sobre característiques de disseny acceptables i possibilitats operatives;
- anàlisi de l'estat sota la influència del temps;
- control dels resultats del tractament tèrmic.
La força i la resistència de la superfície a l'envelliment depenen parcialment d'aquest indicador. Explora com a originalmaterial i peces acabades.
Opcions de recerca
L'indicador és un valor anomenat nombre de duresa. Hi ha diversos mètodes per mesurar la duresa dels metalls. La investigació més precisa és utilitzar diferents tipus de càlcul, sagnadors i provadors de duresa adequats:
- Brinell: l'essència de l'aparell és prémer una bola al metall o aliatge que s'estudia, calculant el diàmetre de l'empremta i després calculant matemàticament el paràmetre mecànic.
- Rockwell: s'utilitza una bola o un con de diamant. El valor es mostra en una escala o es calcula.
- Vickers: la mesura més precisa de la duresa del metall mitjançant una punta piramidal de diamant.
Hi ha fórmules i taules especials per determinar correspondències paramètriques entre indicadors de diferents mètodes de mesura per a un mateix material.
Factors que determinen l'opció de mesura
En condicions de laboratori, amb l'equipament necessari, l'elecció del mètode d'investigació es duu a terme en funció de determinades característiques de la peça.
- Valor indicatiu del paràmetre mecànic. Per a acers estructurals i materials amb duresa baixa fins a 450-650 HB, s'utilitza el mètode Brinell; per a eines, acers aliats i altres aliatges - Rockwell; per a aliatges durs - Vickers.
- Dimensions de la mostra de prova. S'examinen parts especialment petites i delicadesutilitzant un tester de duresa Vickers.
- El gruix del metall en el punt de mesura, en particular la capa carburitzada o nitrurada.
Tots els requisits i el compliment estan documentats per GOST.
Característiques de la tècnica Brinell
Les proves de duresa de metalls i aliatges amb un tester de duresa Brinell es duen a terme amb les característiques següents:
- Indentador: una bola feta d'acer aliat o aliatge de carbur de tungstè amb un diàmetre d'1, 2, 2, 5, 5 o 10 mm (GOST 3722-81).
- Durada de la sagnia estàtica: per a ferro colat i acer - 10-15 s, per aliatges no fèrrics - 30, també és possible una durada de 60 s, i en alguns casos - 120 i 180 s.
- Valor límit del paràmetre mecànic: 450 HB quan es mesura amb una bola d'acer; 650 HB quan s'utilitza carbur.
- Càrregues possibles. Utilitzant els pesos inclosos en el kit, es corregeix la força de deformació real sobre la mostra de prova. Els seus valors mínims admissibles: 153, 2, 187, 5, 250 N; màxim: 9807, 14710, 29420 N (GOST 23677-79).
Usant fórmules, depenent del diàmetre de la bola seleccionada i del material que s'està provant, es pot calcular la força de sagnat permesa adequada.
| Tipus d'aliatge | Càlcul de càrrega matemàtica |
| Acer, níquel i aliatges de titani | 30D2 |
| Ferro colat | 10D2, 30D2 |
| Coure i aliatges de coure | 5D2, 10D2, 30D2 |
| Metals lleugers i aliatges | 2, 5D2, 5D2, 10D2, 15D 2 |
| Plom, llauna | 1D2 |
Exemple de notació:
400HB10/1500/20, on 400HB és la duresa Brinell del metall; 10 – diàmetre de la bola, 10 mm; 1500 - càrrega estàtica, 1500 kgf; 20 - període de sagnat, 20 s.
Per establir nombres exactes, és racional examinar la mateixa mostra en diversos llocs i determinar el resultat global trobant la mitjana dels obtinguts.
Prova de duresa Brinell
El procés de recerca continua en la següent seqüència:
- Comprovació que la peça compleixi els requisits (GOST 9012-59, GOST 2789).
- Comprovació de l'estat del dispositiu.
- Selecció de la pilota requerida, determinació de la força possible, fixació de pesos per a la seva formació, període de sagnat.
- Inici del test de duresa i deformació de la mostra.
- Mesurar el diàmetre d'un rebaix.
- Càlcul empíric.
НВ=F/A, on F és la càrrega, kgf o N; A: àrea d'empremta, mm2.
НВ=(0, 102F)/(πDh), on D – diàmetre de la bola, mm; h – profunditat d'impressió, mm.
La duresa dels metalls mesurada per aquest mètode té una relació empírica ambcàlcul de paràmetres de força. El mètode és precís, especialment per als aliatges tous. És fonamental en els sistemes per determinar els valors d'aquesta propietat mecànica.
Característiques de la tècnica Rockwell
Aquest mètode de mesura es va inventar als anys 20 del segle XX, més automatitzat que l'anterior. S'utilitza per a materials més durs. Les seves característiques principals (GOST 9013-59; GOST 23677-79):
- Presència d'una càrrega primària de 10 kgf.
- Període de retenció: 10-60 s.
- Valors límit dels possibles indicadors: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20-70.
- El número es visualitza al dial de la duresa, també es pot calcular aritmèticament.
- Escales i sagnadors. Hi ha 11 escales diferents, segons el tipus de sagnador i la càrrega estàtica màxima permesa. S'utilitza més habitualment: A, B i C.
A: punta de con de diamant, angle de punt de 120˚, força estàtica total de 60 kgf, HRA; S'investiguen productes prims, principalment productes enrotllats.
C: també con de diamant HRC de 150 kgf, adequat per a materials durs i endurits.
B: bola de 1,588 mm d'acer endurit o carbur de tungstè dur, càrrega de 100 kgf, HRB, que s'utilitza per avaluar la duresa dels productes recuits.
La punta en forma de bola (1,588 mm) és aplicable a les escales Rockwell B, F, G. També hi ha escales E, H, K, per a les quals una bola amb un diàmetre de 3,175 mm (GOST 9013-59) s'utilitza.
Nombre de mostres,fet amb un tester de duresa Rockwell en una zona està limitat per la mida de la peça. Es permet una segona prova a una distància de 3-4 diàmetres del lloc anterior de deformació. També es regula el gruix del producte a prova. No hauria de ser inferior a 10 vegades la profunditat de penetració de la punta.
Exemple de notació:
50HRC: duresa Rockwell del metall, mesurada amb una punta de diamant, el seu nombre és 50.
Pla d'estudi de Rockwell
La mesura de la duresa del metall és més simplificada que amb el mètode Brinell.
- Estimació de les dimensions i les característiques superficials d'una peça.
- Comprovació de l'estat del dispositiu.
- Determineu el tipus de punta i la capacitat de càrrega.
- Estableix el patró.
- La implementació de la força primària sobre el material, el valor de 10 kgf.
- Fent un esforç complet i adequat.
- Llegint el número rebut a l'escala del dial.
El càlcul matemàtic també és possible per determinar amb precisió el paràmetre mecànic.
Quan s'utilitza un con de diamant amb una càrrega de 60 o 150 kgf:
HR=100-((H-h)/0, 002;
en provar amb una pilota sota una força de 100 kgf:
HR=130-((H-h)/0, 002, on h és la profunditat de penetració del penetrador amb una força primària de 10 kgf; H és la profunditat de penetració del penetrador a plena càrrega; 0, 002 és un coeficient que regula la quantitat de moviment de la punta quan el nombre de duresa canvia en 1 unitat.
El mètode de Rockwell és senzill però no prou precís. Al mateix temps, pot mesurar les propietats mecàniques de metalls durs i aliatges.
Característiques de la tècnica Vickers
Determinar la duresa dels metalls mitjançant aquest mètode és el més senzill i precís. El treball del tester de duresa es basa en la sagnació d'una punta piramidal de diamant a la mostra.
Característiques principals:
- Sagnador: piràmide de diamant àpex de 136°.
- Càrrega màxima permesa: per a ferro colat i acer aliats - 5-100 kgf; per a aliatges de coure - 2,5-50 kgf; per a alumini i aliatges basats en ell - 1-100 kgf.
- Període de retenció de càrrega estàtica: de 10 a 15 s.
- Materials provats: acer i metalls no fèrrics amb una duresa de més de 450-500 HB, inclosos els productes després d'un tractament tèrmic químic.
Exemple de notació:
700HV20/15, on 700HV és el nombre de duresa de Vickers; 20 - càrrega, 20 kgf; 15 - període d'esforç estàtic, 15 s.
Seqüència d'estudi de Vickers
El procediment és extremadament simplificat.
- Comprova la mostra i la instrumentació. Es presta especial atenció a la superfície de la peça.
- Elecció de l'esforç permès.
- Instal·lació del material de prova.
- Començar el provador de duresa en funcionament.
- Llegiu el resultat al marcador.
El càlcul matemàtic mitjançant aquest mètode és el següent:
HV=1, 8544(F/d2), on F és la càrrega,kgf; d és el valor mitjà de les longituds de les diagonals d'empremta, mm.
Permet mesurar la duresa de metalls, peces fines i petites, alhora que proporciona una gran precisió del resultat.
Mètodes de transició entre escales
Un cop determinat el diàmetre de la impressió amb un equip especial, podeu utilitzar les taules per determinar la duresa. La taula de duresa dels metalls és un assistent provat en el càlcul d'aquest paràmetre mecànic. Per tant, si es coneix el valor de Brinell, es pot determinar fàcilment el nombre de Vickers o Rockwell corresponent.
Exemple d'alguns valors coincidents:
| Diàmetre d'impressió, mm | Mètode de recerca | ||||
| Brinell | Rockwell | Vickers | |||
| A | C | B | |||
| 3, 90 | 241 | 62, 8 | 24, 0 | 99, 8 | 242 |
| 4, 09 | 218 | 60, 8 | 20, 3 | 96, 7 | 218 |
| 4, 20 | 206 | 59, 6 | 17, 9 | 94, 6 | 206 |
| 4, 99 | 143 | 49, 8 | - | 77, 6 | 143 |
La taula de duresa dels metalls es compila a partir de dades experimentals i té una gran precisió. També hi ha dependències gràfiques de la duresa Brinell del contingut de carboni de l'aliatge ferro-carboni. Així, d'acord amb aquestes dependències, per a l'acer amb una quantitat de carboni en la composició igual al 0,2%, és 130 HB.
Requisits de mostra
D'acord amb els requisits de GOST, les peces provades han de complir les característiques següents:
- La peça ha de ser plana, col·locar-se fermament a la taula del duressor, les vores han de ser llises o processades amb cura.
- La superfície ha de tenir una rugositat mínima. S'ha de polir i netejar, fins i tot amb l'ajuda de compostos químics. Al mateix temps, durant els processos de mecanitzat, és important evitar la formació d'enduriment i un augment de la temperatura de la capa tractada.
- La peça ha de complir amb el mètode seleccionat per determinar la duresa per propietats paramètriques.
El compliment dels requisits principals és un requisit previ per a mesuraments precisos.
La duresa dels metalls és una propietat mecànica fonamental important que determina algunes de les seves altres característiques mecàniques i tecnològiques, els resultats de processos de processament anteriors, la influència dels factors temporals i les possibles condicions de funcionament. L'elecció de la metodologia de recerca depèn de les característiques aproximades de la mostra, la sevaparàmetres i composició química.
