הקשיות של מתכות. שולחן קשיות מתכת

2024 מְחַבֵּר: Angel Austin | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-18 04:09

כדי שחלקים ומנגנונים ישמשו לאורך זמן ובאופן אמין, החומרים מהם עשויים לעמוד בתנאי העבודה הדרושים. לכן חשוב לשלוט בערכים המותרים של הפרמטרים המכניים העיקריים שלהם. תכונות מכניות כוללות קשיות, חוזק, חוזק השפעה, משיכות. הקשיות של מתכות היא מאפיין מבני ראשוני.

קונספט

הקשיות של מתכות וסגסוגות היא תכונתו של חומר ליצור התנגדות כאשר גוף אחר חודר לתוך שכבות פני השטח שלו, שאינו מתעוות ואינו קורס בעומסים נלווים (אינדנטר). הוגדר במטרה:

• קבלת מידע על תכונות עיצוב מקובלות ואפשרויות הפעלה;
• ניתוח של המדינה בהשפעת הזמן;
• ניטור התוצאות של טיפול בחום.

חוזק ועמידות המשטח להזדקנות תלויים בחלקם במדד זה. חקור כמקוריחומר וחלקים מוגמרים.

אפשרויות מחקר

המחוון הוא ערך הנקרא מספר הקשיות. קיימות שיטות שונות למדידת קשיות מתכות. המחקר המדויק ביותר הוא להשתמש בסוגים שונים של חישובים, מכנסיים ובוחני קשיות מתאימים:

1. ברינל: המהות של המנגנון היא לחיצת כדור לתוך המתכת או הסגסוגת הנבדקת, חישוב קוטר ההטבעה ולאחר מכן חישוב מתמטי של הפרמטר המכני.
2. Rockwell: נעשה שימוש בכדור או בקונוס יהלום. הערך מוצג בסולם או מחושב.
3. Vickers: המדידה המדויקת ביותר של קשיות מתכת באמצעות קצה פירמידלי יהלום.

ישנן נוסחאות מיוחדות וטבלאות לקביעת התאמות פרמטריות בין אינדיקטורים של שיטות מדידה שונות עבור אותו חומר.

גורמים שקובעים את אפשרות המדידה

בתנאי מעבדה, עם מגוון הציוד הדרוש, בחירת שיטת המחקר מתבצעת בהתאם למאפיינים מסוימים של חומר העבודה.

1. ערך אינדיקטיבי של הפרמטר המכני. עבור פלדות מבניות וחומרים בעלי קשיות נמוכה עד 450-650 HB, נעשה שימוש בשיטת Brinell; עבור כלי עבודה, פלדות סגסוגת וסגסוגות אחרות - Rockwell; לסגסוגות קשות - Vickers.
2. מידות של מדגם הבדיקה. חלקים קטנים ועדינים במיוחד נבדקים עםבאמצעות בודק קשיות של Vickers.
3. עובי המתכת בנקודת המדידה, במיוחד השכבה המקוררת או המנוטרדת.

כל הדרישות והתאימות מתועדות על ידי GOST.

תכונות של טכניקת ברינל

בדיקת קשיות של מתכות וסגסוגות באמצעות בודק קשיות Brinell מתבצעת עם התכונות הבאות:

1. Indenter - כדור עשוי מסגסוגת פלדה או סגסוגת טונגסטן קרביד בקוטר של 1, 2, 2, 5, 5 או 10 מ"מ (GOST 3722-81).
2. משך הזחה סטטית: עבור ברזל יצוק ופלדה - 10-15 שניות, לסגסוגות לא ברזליות - 30, אפשרי גם משך של 60 שניות, ובמקרים מסוימים - 120 ו-180 שניות.
3. ערך הגבול של פרמטר מכני: 450 HB כאשר נמדד עם כדור פלדה; 650 HB בעת שימוש בקרביד.
4. טעינות אפשריות. באמצעות המשקולות הכלולים בערכה, כוח העיוות בפועל על דגימת הבדיקה מתוקן. הערכים המינימליים המותרים שלהם: 153, 2, 187, 5, 250 N; מקסימום - 9807, 14710, 29420 N (GOST 23677-79).

באמצעות נוסחאות, בהתאם לקוטר הכדור הנבחר ולחומר הנבדק, ניתן לחשב את כוח ההזחה המתאים.

סוג סגסוגת	חישוב עומס מתמטי
סגסוגות פלדה, ניקל וטיטניום	30D2
ברזל יצוק	10D2, 30D2
נחושת וסגסוגות נחושת	5D2, 10D2, 30D2
מתכות קלות וסגסוגות	2, 5D2, 5D2, 10D2, 15D 2
עופרת, פח	1D2

דוגמה לסימון:

400HB10/1500/20, כאשר 400HB היא קשיות ה-Brinell של המתכת; 10 - קוטר כדור, 10 מ"מ; 1500 - עומס סטטי, 1500 ק"ג; 20 - תקופת הזחה, 20 ש'.

כדי לקבוע מספרים מדויקים, זה רציונלי לבחון את אותו מדגם בכמה מקומות, ולקבוע את התוצאה הכוללת על ידי מציאת הממוצע של המתקבלים.

בדיקת קשיות ברינל

תהליך המחקר ממשיך ברצף הבא:

1. בדיקת התאימות של החלק לדרישות (GOST 9012-59, GOST 2789).
2. בודק את תקינות המכשיר.
3. בחירת הכדור הנדרש, קביעת הכוח האפשרי, קביעת משקלים להיווצרותו, תקופת הזחה.
4. הפעלת בודק הקשיות ועיוות של המדגם.
5. מדידת קוטר של שקע.
6. חישוב אמפירי.

НВ=F/A, כאשר F הוא העומס, kgf או N; A – אזור הטבעה, mm².

НВ=(0, 102F)/(πDh), כאשר D – קוטר הכדור, מ מ; h – עומק הטבעה, mm.

הקשיות של מתכות הנמדדת בשיטה זו קשורה בקשר אמפירי עםחישוב פרמטרי חוזק. השיטה מדויקת, במיוחד עבור סגסוגות רכות. זה בסיסי במערכות לקביעת הערכים של תכונה מכנית זו.

תכונות של טכניקת Rockwell

שיטת המדידה הזו הומצאה בשנות ה-20 של המאה העשרים, אוטומטית יותר מהקודמת. משמש לחומרים קשים יותר. המאפיינים העיקריים שלו (GOST 9013-59; GOST 23677-79):

1. נוכחות של עומס ראשי של 10 ק"ג.
2. תקופת החזקה: 10-60 שניות.
3. ערכי גבול של אינדיקטורים אפשריים: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20-70.
4. המספר מוצג על החוגה של בודק הקשיות, ניתן לחשב אותו גם אריתמטית.
5. סולמות ומרווחים. ישנם 11 סולמות שונים, בהתאם לסוג המכנס ולעומס הסטטי המרבי המותר. השימוש הנפוץ ביותר: A, B ו-C.

A: קצה חרוט יהלום, זווית נקודה של 120˚, כוח סטטי כולל של 60 ק ג, HRA; נבדקים מוצרים דקים, בעיקר מוצרים מגולגלים.

C: גם חרוט יהלום 150kgf HRC, מתאים לחומרים קשים ומוקשים.

B: כדור 1.588 מ מ עשוי פלדה מוקשה או טונגסטן קרביד קשיח, עומס 100 kgf, HRB, המשמש להערכת קשיות מוצרים מחושלים.

קצה בצורת כדור (1.588 מ"מ) ישים עבור סולמות Rockwell B, F, G. יש גם סולמות E, H, K, עבורם כדור בקוטר של 3.175 מ"מ (GOST 9013-59) נמצא בשימוש.

מספר דוגמאות,עשוי עם בודק קשיות Rockwell באזור אחד מוגבל על ידי גודל החלק. בדיקה שנייה מותרת במרחק של 3-4 קטרים ממקום העיוות הקודם. גם עובי המוצר הנבדק מוסדר. זה צריך להיות לא פחות מפי 10 מעומק החדירה של הקצה.

דוגמה לסימון:

50HRC - קשיות Rockwell של מתכת, נמדדת עם קצה יהלום, מספרה הוא 50.

Rockwell Study Plan

מדידה של קשיות מתכת פשוטה יותר מאשר בשיטת ברינל.

1. הערכת המידות ומאפייני פני השטח של חלק.
2. בודק את תקינות המכשיר.
3. קבע את סוג הטיפ ואת קיבולת הטעינה.
4. הגדרת התבנית.
5. הטמעת הכוח העיקרי על החומר, הערך של 10 kgf.
6. עושים מאמץ מלא והולם.
7. קריאת המספר שהתקבל בסולם של החוגה.

חישוב מתמטי אפשרי גם כדי לקבוע במדויק את הפרמטר המכני.

בעת שימוש בקונוס יהלום עם עומס של 60 או 150 ק ג:

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

בעת בדיקה עם כדור בכוח של 100 kgf:

HR=130-((H-h)/0, 002, כאשר h הוא עומק החדירה של המפתח בכוח ראשוני של 10 kgf; H הוא עומק החדירה של השקע בעומס מלא; 0, 002 הוא מקדם המווסת את כמות התנועה של החוד כאשר מספר הקשיות משתנה ביחידה אחת.

השיטה של רוקוול פשוטה אך לא מספיק מדויקת. במקביל, הוא יכול למדוד את התכונות המכניות של מתכות וסגסוגות קשות.

מאפיינים של טכניקת ויקרס

קביעת הקשיות של מתכות בשיטה זו היא הפשוטה והמדויקת ביותר. עבודתו של בודק הקשיות מבוססת על הזחה של קצה פירמידלי יהלום לתוך המדגם.

תכונות עיקריות:

1. אינדנטר: פירמידת יהלום קודקוד 136°.
2. עומס מרבי מותר: עבור ברזל יצוק ופלדה סגסוגת - 5-100 kgf; עבור סגסוגות נחושת - 2.5-50 ק"ג; לאלומיניום וסגסוגות המבוססות עליו - 1-100 kgf.
3. תקופת החזקת עומס סטטי: 10 עד 15 שניות.
4. חומרים שנבדקו: פלדה ומתכות לא ברזליות עם קשיות של יותר מ-450-500 HB, כולל מוצרים לאחר טיפול בחום כימי.

דוגמה לסימון:

700HV20/15, כאשר 700HV הוא מספר הקשיות של Vickers; 20 - עומס, 20 ק ג; 15 - תקופה של מאמץ סטטי, 15 שניות.

רצף מחקר ויקרס

ההליך פשוט ביותר.

1. בדוק דגימה ומכשיר. תשומת לב מיוחדת מוקדשת לפני השטח של החלק.
2. בחירת המאמץ המותר.
3. התקנת חומר הבדיקה.
4. הפעלת בודק הקשיות.
5. קרא את התוצאה על החוגה.

חישוב מתמטי בשיטה זו הוא כדלקמן:

HV=1, 8544(F/d²), כאשר F הוא העומס,kgf; d הוא הערך הממוצע של אורכי אלכסוני ההטבעה, מ מ.

זה מאפשר לך למדוד את הקשיות של מתכות, חלקים דקים וקטנים, תוך מתן דיוק גבוה של התוצאה.

שיטות מעבר בין סולמות

לאחר קביעת קוטר ההדפסה באמצעות ציוד מיוחד, ניתן להשתמש בטבלאות כדי לקבוע את הקשיות. טבלת הקשיות של מתכות היא עוזר מוכח בחישוב פרמטר מכני זה. לכן, אם הערך של ברינל ידוע, ניתן לקבוע בקלות את המספר התואם של Vickers או Rockwell.

דוגמה לכמה ערכים תואמים:

קוטר ההדפסה, mm	שיטת מחקר
	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

טבלת הקשיות של מתכות מורכבת על בסיס נתונים ניסיוניים ובעלת דיוק גבוה. קיימות גם תלות גרפית של קשיות ברינל בתכולת הפחמן בסגסוגת הברזל-פחמן. אז, בהתאם לתלות כזו, עבור פלדה עם כמות הפחמן בהרכב השווה ל-0.2%, היא 130 HB.

דרישות לדוגמה

בהתאם לדרישות של GOST, החלקים שנבדקו חייבים לעמוד במאפיינים הבאים:

1. חומר העבודה חייב להיות שטוח, לשכב בחוזקה על השולחן של בודק הקשיות, הקצוות שלו חייבים להיות חלקים או מעובדים בקפידה.
2. המשטח צריך להיות בעל חספוס מינימלי. יש לשייף ולנקות, כולל בעזרת תרכובות כימיות. יחד עם זאת, במהלך תהליכי עיבוד שבבי, חשוב למנוע היווצרות של התקשות עבודה ועלייה בטמפרטורת השכבה המטופלת.
3. החלק חייב להתאים לשיטה שנבחרה לקביעת קשיות לפי מאפיינים פרמטריים.

מילוי הדרישות העיקריות הוא תנאי מוקדם למדידות מדויקות.

הקשיות של מתכות היא תכונה מכנית בסיסית חשובה שקובעת חלק מהמאפיינים המכניים והטכנולוגיים האחרים שלהן, תוצאות של תהליכי עיבוד קודמים, השפעת גורמי זמן ותנאי פעולה אפשריים. בחירת מתודולוגיית המחקר תלויה במאפיינים המשוערים של המדגם, שלהפרמטרים והרכב כימי.