Металлы и стали. Методы замера твердости металлов. Структурный анализ металлов.

Химический анализ металлов и сплавов в СПб. Рентгенофлуоресцентный и спектральный анализ, стилоскопирование

Металлы и стали. Методы замера твердости металлов. Структурный анализ металлов.

  •   Определить химический состав сталей и сплавов
  •   Подтвердить марки сталей
  •   Восстановить документацию на продукцию
  •   Подтвердить или опровергнуть сертификат
  •   Входной контроль металлов и сплавов
  •   Сортировать лом из черных и цветных металлов
  •   Определить химический состав рудных пород
  •   Подобрать аналог сталей и сплавов (с использованием специальной программы —  марочника сталей Win Steel 8.0 Prof)
  •   Сжатие и растяжение
  •   Определение твердости
  •         Проведение испытаний на предприятии заказчика
  •         Испытание образцов в нашей лаборатории
  •         Выезд в регионы и получение образцов через транспортные компании
Оперативность Выезд специалиста на объект заказчика 
Работа на всей территории РФВысоко квалифицированные специалисты
Работа в соответствии ГОСТПодбор аналогов сталей и сплавов
Консультация специалистаЗаявка в один клик (заказать услугу с сайта)
ГОСТ 28033-89“Сталь. Метод рентгенофлюоресцентного анализа”ГОСТ 18895-97 “Метод фотоэлектрического спектрального анализа”ГОСТ 12353-78, ГОСТ 12344-2003, ГОСТ 12345-2001, ГОСТ 12350-78, ГОСТ 12346-78, ГОСТ 12347-77, ГОСТ 12348-78, ГОСТ 12352-81, ГОСТ 12355-78

Используемое оборудование для химического анализа

X-MET 8000 является рентгенофлуоресцентным портативным энергодисперсионным спектрометром с возможностью определения легких элементов Mg, Al, Si, P, S в соответствии с  ГОСТ 28033-89.Диапазон измеряемых элементов: от Mg до Bi.
PMI MASTER UVR-мобильный  оптико-эмиссионный анализатор металлов, который позволяет проводить высокоточный анализ и определять марку любых сталей и сплавов с возможностью анализа углерода, серы, фосфора.
АRC-MET-8000 портативный оптико-эмиссионный анализатор работающий в аргоновом режиме. С возможностью определения и прекрасной повторяемостью результатов по углероду, сере, фосфору и бору.
Стационарный твердомер по методу Роквелла МЕТОЛАБ101 Стационарный твердомер используется для измерения твердости твердых сплавов, а также закаленных и не закаленных сталей, литья, подшипниковых сталей, алюминиевых сплавов, тонких плит твердых сплавов, меди, цинкованных, хромированных и луженых покрытий поверхностей и др. по методу Роквелла.Свидетельство об утверждении типа средств измерений RU.C.28.002.A № 63563.

Последовательность измерения

1Пробоподготовка согласно ГОСТ 7565-812Измерение подходящим анализатором
  • X-MET 8000 
  • PMI MASTER UVR
3Обработка результатов, выдача заключения

Определение химического состава образца

Сегодня проведение химического анализа металлов – стилоскопирования – не требует нарушения целостности проверяемой конструкции или подготовки образцов.

Чтобы сделать спектральный анализ и определить физико-химические характеристики металлов и сплавов, в лабораторию обращаться тоже необязательно: современный фотоэлектрический метод спектрального анализа позволяет контролировать качество готовых изделий даже в полевых условиях.

Зачем нужен спектральный анализ металлов и сплавов?

Проведение спектрального анализа металлов с помощью стационарных или портативных приборов, использующих метод рентгенофлуоресцентного спектрального анализа стали согласно ГОСТ 28033–89, призвано помочь профильным предприятиям в сортировке металла.

Подобное решение демонстрирует целый ряд преимуществ. Чтобы провести экспертизу металла не понадобится много времени. Результат будет известен уже через несколько минут. Такая мини-лаборатория по химическому анализу металла значительно сократит издержки производственного предприятия, крупного ритейлера и коммунальные службы.

Устанавливаемая на спектральный анализ металла цена в специализированных организациях и график их работы больше не имеют значения: однажды купив анализатор металлов и пройдя курс подготовки специалистов, которые будут с ним работать в дальнейшем, ваша компания сможет организовать спектральный анализ металла в удобное время и в удобном месте.

Используется химический анализ металла в следующих случаях:

  • Определение химического состава сталей и сплавов.
  • Восстановление документации на продукцию.
  • Подтверждение марки, подтверждение сертификатов.
  • Входной контроль металлов и сплавов.
  • Сортировка лома металлов и сплавов. В этой сфере достаточно распространены фальсификации, однако если приемщиками используется химический анализ, определение металла, дающее максимально точный результат, гарантированно избавит предприятие от убытков.
  • Подбор аналогов сталей и сплавов (с использованием специальной программы — марочника сталей Win Steel 7.0 Prof).
  • Калибровочные программы прибора.

С какими веществами работает анализ химического состава металлов?

Рентгенофлюоресцентный анализ химического состава металлов и сплавов производится в лаборатории с помощью рентгенофлюоресцентного анализатора типа X-MET 7500 с возможностью определения легких элементов Mg, Al, Si, P, S в соответствии с ГОСТ 28033-89. Диапазон измеряемых элементов: от Mg до Bi. Метод подходит для определения химического состава и марки стали, других металлов. В частности, допускается:

  • химический анализ алюминиевых сплавов;
  • химический анализ титановых сплавов;
  • анализ сплавов железа и т. д.

Универсальная программа химического анализа сплавов использует несколько фундаментальных параметров для анализа металлов и сплавов, стандартный набор из 33 элементов: Mg, Al, Si, P, S, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Y, Zr, Nb, Mo, Pd, Ag, In, Sn, Sb, Hf, Ta, W, Pt, Ir, Au, Pb, Bi в концентрациях от 0 до 100%. Применима для анализа металлов на любой основе: Pb, W, Au и пр., ферросплавов

Как работает химический анализ металлов и сплавов?

Для того чтобы сделать сделать химический экспресс анализ металла, достаточно приложить к его поверхности один из реализуемых нами приборов. Рентгенофлюоресцентный метод основан на зависимости интенсивности характеристических линий флюоресценции элемента от его массовой доли в пробе.

Что такое рентгенофлуоресцентный анализатор?

Рентгенофлуоресцентный спектрометр представляет собой аналитический прибор, который определяет каждый химический элемент, присутствующий в тестируемом образце.

Это устройство также определяет общее количество химических элементов в образце.  

X-MET 7500

Рентгенофлюоресцентный анализ химического состава металлов и сплавов производится с помощью рентгенофлюоресцентного анализатора типа X-MET 7500 с возможностью определения легких элементов Mg, Al, Si, P, S в соответствии с ГОСТ 28033-89. Диапазон измеряемых элементов: от Mg до Bi.Рентгенофлюоресцентный метод основан на зависимости интенсивности характеристических линий флюоресценции элемента от его массовой доли в пробе.

Данный вид контроля используется в следующих случаях :

  • Определение химического состава сталей и сплавов.
  • Восстановление документации на продукцию.
  • Подтверждение марки,подтверждение сертификатов.
  • Входной контроль металлов и сплавов.
  • Сортировка лома металлов и сплавов.
  • Подбор аналогов сталей и сплавов (с использованием специальной программы — марочника сталей Win Steel 7.0 Prof).

Какие параметры позволяет определить химанализ металла?

Пользователю доступен набор из 8 специализированных эмпирических программ: «низколегированные стали и чугуны», «нержавеющие стали», «инструментальные стали», «алюминиевые сплавы», «медные сплавы», «кобальтовые сплавы», «титановые сплавы», «никелевые сплавы». Выбор программы, с помощью которой планируется проводить определение химического состава металла, осуществляется автоматически.

  • Программа для идентификации спектра (да/нет).
  • Программа для анализа углеродистых, низколегированных сталей и чугунов.
  • Программа для анализа нержавеющих сталей.
  • Программа для анализа инструментальных сталей.
  • Программа для анализа медных сплавов.
  • Программа для анализа никелевых сплавов.
  • Программа для анализа титановых сплавов.
  • Программа для анализа кобальтовых сплавов.
  • Программа для анализа алюминиевых сплавов.
  • Идентификационные программы (да/нет).
  • Функция автоматического определения типа материала и выбора необходимой программы для анализа.
  • Автоматическая коррекция концентраций при измерении образцов малых размеров и сложных форм.
  • Функция рекалибровки по одной точке.
  • Встроенный марочник металлов и сплавов, возможность корректировки и добавления марок.
  • Возможность усреднения результатов не менее чем по 50-ти измерениям для получения достоверных результатов при анализе неоднородных образцов.
  • Возможность создания отчетов в защищенном от корректировки формате PDF по шаблону пользователя с возможностью размещением логотипа компании, результатов измерений, погрешности измерений, времени и длительности измерений, имени оператора и другой информации на выбор пользователя.

Перейти:

  • Наши цены
  • Контакты
  • Контроль бетона
  • Ультразвуковой контроль

Pereosnastka.ru

Металлы и стали. Методы замера твердости металлов. Структурный анализ металлов.

Методы физико-химического анализа металлов

Категория:

Металлы

Методы физико-химического анализа металлов

Макроанализ. Макроанализом называется изучение структуры металлов и сплавов невооруженным глазом или при небольших увеличениях (например, с помощью лупы).

Для макроанализа приготовляют специальный образец — шлиф. По шлифу выявляют макроструктуру — строение металла или сплава, видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении.

Подготовка шлифа состоит в выравнивании и шлифовании поверхности напильником и наждачной бумагой. В случае надобности шлиф травят реактивами, т. е.

подвергают воздействию кислот, или щелочей, или (чаще) их растворов, а также растворов солей, которые по-разному окрашивают или растворяют отдельные составляющие сплава.

С помощью макроанализа можно обнаружить усадочные раковины и рыхлости, пустоты, трещины, неметаллические включения (шлак, графит в сером чугуне и т. д.), наличие и характер расположения некоторых вредных примесей, например серы.

Микроанализ. Шлиф для микроанализа приготовляется так же, как и для макроанализа, однако после шлифования производят полирование шлифа для получения гладкой, зеркальной поверхности.

По шлифу с помощью специального металлографического микроскопа выявляют микроструктуру: наличие, количество и форму тех или иных структурных составляющих, загрязненность сплава посторонними включениями. Наличие и характер неметаллических включений определяют по нетравленным шлифам: для выявления структуры металлической основы шлиф подвергают травлению.

Металлографические микроскопы работают с помощью отраженного света, так как металлы непрозрачны. Оптика (система линз) современных микроскопов позволяет производить увеличение в 30—2500 раз.

Рис. 1. Металлографический микроскоп МИМ-6: а — общий вид, б — оптическая схема хода лучей

Рис. 2. Схема отражения лучей протравленным шлифом однофазного металла

На рис. 1, а приведен общий вид широко распространенного вертикального металлографического микроскопа МИМ-6. Микроскоп состоит из трех основных частей: осветительного устройства I, собственно микроскопа II (с иллюминационным тубусом И, визуальным тубусом В, предметным столиком С, механизмом грубой Г и точной Т наводки на фокус) и нижнего корпуса III с основанием.

На рис. 1, б приведена оптическая схема хода лучей в микроскопе. Осветительное устройство состоит из лампы, конденсора и откидных светофильтров (зеленого, желтого, синего и оранжевого), любой из которых может быть установлен в световой поток.

Далее свет попадает в иллюминационный тубус, состоящий из поляризатора (устанавливается для наблюдения в поляризованном свете, неметаллических включений на шлифах), полуматовой пластинки, линз, апертурной и полевой диафрагм.

От иллюминационного тубуса пучок параллельных лучей попадает на плоскую стеклянную пластинку и часть его теряется (поглощается стенками микроскопа), а другая часть отражается, проходит через линзы объектива и падает на поверхность шлифа.

Лучи, отраженные поверхностью шлифа в направлении объектива, вновь проходят через него, пластинку и отражательной призмой направляются к линзам окуляра, через который и производится визуальное рассмотрение шлифов.

Для фотографирования шлифов призму отодвигают, тогда лучи проходят через фотоокуляр, фотозатвор и зеркалом отражаются на матовое стекло фотокамеры.

Набор сменных объективов и окуляров микроскопа МИМ-6 позволяет получить увеличение от X 63 до X 1425.

На рис. 2 приведена схема, поясняющая видимость границ зерен протравленного шлифа однофазного металла. Под действием реактивов металл по границам зерен вытравливается сильнее, вследствие чего там образуются углубления (канавки).

Лучи света, падающие в эти углубления, рассеиваются, поэтому границы зерен под микроскопом выявляются как темные линии; лучи, падающие на плоскую поверхность зерен, отражаются в объектив, и каждое зерно кажется светлым, при этом часто наблюдается различная окраска зерен, что объясняется различной их растворимостью вследствие анизотропности.

У двухфазных бплавов одна из фаз всегда быстрее растворяется данным реактивом, поэтому с помощью микроанализа удается выявить структуру и характер расположения отдельных фаз сплава.

Наряду с обычным световым микроскопом в последние годы стал широко применяться электронный микроскоп, в котором вместо световых лучей используются электронные: эти лучи испускает раскаленная вольфрамовая спираль.

Электронный микроскоп, созданный под руководством акад. А. А. Лебедева, обладает электронно-оптическим увеличением порядка 25000 раз.

С помощью этого микроскопа можно наблюдать, например, структурные составляющие, выделяющиеся при старении сплавов.

Рентгеноанализ. Рентгеновы лучи получаются в специальных рентгеновских трубках, основными частями которых являются анод, катод и оболочка (колба).

При подведении к аноду и катоду высокого напряжения (несколько десятков киловольт) свободные электроны, находящиеся вблизи катода, приобретают большие скорости под влиянием возникающего между анодом электрического поля и, достигнув анода, ударяются о его поверхность.

Кинетическая энергия при этом частично преобразуется в энергию рентгеновского излучения (но большей частью в тепловую энергию). По своей природе рентгеновы лучи аналогичны световым, но длина волны их в несколько тысяч раз меньше и находится в пределах от 2-Ю8 до 0,06-10 8 см.

Столь малая длина волны рентгеновых лучей позволяет применять их для исследования кристаллического строения металлов и их просвечивания.

Рентгеноструктурный анализ дает возможность установить типы кристаллических решеток металлов и сплавов и их параметры.

Определение структуры металлов, а также размещение атомов в кристаллической решетке и измерение расстояния между ними основано на диффракции (отражении) рентгеновых лучей рядами атомов кристаллической решетки.

Зная длину волны рентгеновых лучей, можно определить расстояние между рядами атомов (и отдельными атомами) и схему (систему) расположения атомов в пространстве.

К настоящему времени уже изучено строение почти всех металлов, многих сплавов и минералов.

Рентгенографический анализ (просвечивание) основан на проникновении рентгеновых лучей сквозь тела, не прозрачные для видимого света. Проходя сквозь металлы, рентгеновы лучи частично поглощаются, причем сплошными металлами лучи поглоща-юте я 6ojiue, чем частями, где имеются газовые и шлаковые включения или трещины.

Величину, форму и характер этих дефектов можно наблюдать на специальном светящемся экране, установленном по ходу лучей за исследуемой деталью.

Так как рентгеновы лучи действуют на фотографическую эмульсию подобно световым, то светящийся экран можно заменить кассетой с фотографической пластинкой или пленкой и получить снимок исследуемого объекта.

Таким образом, рентгеновским просвечиванием можно обнаружить микроскопические дефекты, находящиеся внутри детали.

Термический анализ. Термический анализ сводится к выявлению критических точек при нагревании и охлаждении металлов и сплавов и обычно сопровождается построением кривых в координатах температура — время. Такие кривые были приведены выше.

Если в металле не происходит никаких фазовых превращений, кривая охлаждения (нагревания) будет плавной без перегибов и уступов; если же при охлаждении (или нагревании) металла в нем происходят фазовые превращения, которые сопровождаются выделением (при нагревании — поглощением) тепла, кривая будет иметь горизонтальные участки или изломы (т. е. изменения направления кривой). Эти изломы и горизонтальные участки позволяют определить температуры превращений, не видя и не выделяя фаз, возникающих или исчезаю: щих при охлаждении или нагревании системы.

Дилатометрический анализ. Этот анализ основан на изменении объема, происходящем в металле или сплаве при фазовых превращениях, и применяется для определения критических точек в твердых образцах.

При изменении температуры увеличение объема идет плавно (равномерно) лишь в случае отсутствия фазовых превращений. В точках же фазовых превращений в связи с изменением структуры и перестройкой атомов в новые кристаллические решетки происходит скачкообразное изменение объема.

Для дилатометрического анализа пользуются специальными приборами — дилатометрами, фиксирующими изменение объема при нагреве (охлаждении).

Дефектоскопия. Магнитная дефектоскопия и ультразвуковая дефектоскопия относятся к методам, позволяющим выявлять внутренние пороки изделий без разрушения последних.

Магнитная дефектоскопия применяется для выявления пороков деталей, подвергающихся высоким переменным напряжениям. Такие пороки, как трещины, волосовины, пузыри, неметаллические включения и т. п., в условиях переменной нагрузки становятся очень опасными, так как понижают динамическую прочность деталей.

Первый промышленный магнитный дефектоскоп был сконструирован и изготовлен акад. Н. С. Акуловым в 1934 г.

Магнитное испытание слагается из трех основных операций: намагничивания изделий, покрытия намагниченных изделий ферромагнитным порошком, осмотра поверхности и размагничивания изделий.

У намагниченных изделий, имеющих пороки, магнитные силовые линии, стремясь обогнуть места пороков (ввиду их пониженной магнитной проницаемости), выходят за пределы поверхности изделия и затем входят в него, образуя неоднородное магнитное поле. Поэтому при покрытии изделий магнитным порошком частицы последнего располагаются над пороком, образуя резко очерченные рисунки. По характеру этих рисунков судят о величине и форме пороков металла.

Ультразвуковая дефектоскопия позволяет испытывать любые металлы (а не только ферромагнитные) и определять пороки, залегающие в толще металла на значительной глубине и не поддающиеся контролю магнитным методом.

Рис. 3. Схема распределения магнитных силовых линий на детали с порокома

Рис. 4. Схема ультразвукового исследования детали: а — зона акустической тени

Для исследования металлов применяются ультразвуковые колебания с частотой от 2 до 10 млн. гц (периодов в секунду). При такой частоте колебания распространяются в металле в виде направленных лучей, почти не рассеиваясь по сторонам: ими можно «просвечивать» металлы на глубину свыше 1 м.

Ультразвуковая дефектоскопия использует явление отражения звука от поверхности раздела двух сред. Поэтому, распространяясь в металле, эти лучи не проходят, однако, через встречающиеся в нем пороки: внутренние трещины, раковины, неметаллические включения ит. п., создавая таким образом акустическую тень (рис. 4).

Для излучения ‘и приема ультразвуков используют пьезоэлектрические излучатели и приемники.

Применение радиоактивных изотопов (меченых атомов). Создание ядерных реакторов и возможность в связи с этим получать искусственные радиоактивные вещества обеспечили применение радиоактивных изотопов (меченых атомов) в различных областях науки и техники.

В частности, радиоактивные изотопы применяются в металлургии, металловедении, технологии машиностроения, измерительной технике и т. д.

В металлургии и металловедении радиоактивные изотопы применяют для разных целей. Например, введением радиоактивных изотопов фосфора, серы, марганца и др.

в шлак изучают скорость перехода этих элементов в металл и скорость восстановления их равновесного распределения между металлом и шлаком в металлургических ваннах при изменении температуры или состава шлака; применение радиоактивного углерода позволяет изучать скорость диффузии и распределение углерода в металле при цементации. Для выявления характера распределения олова в никеле в жидкий сплав вводят радиоактивное олово. Затвердевший сплав вводят в соприкосновение с фотопластинкой и после соответствующей выдержки проявляют ее. На рис. 52 приведен микрорадиоавтограф сплава никеля с оловом, из которого видно, что радиоактивное (а следовательно, и стабильное) олово располагается по границам зерен никеля (потемневшие от воздействия радиоактивного олова места). Применяют также и другие способы регистрации и измерения излучений радиоактивных изотопов. Простота этих способов является одной из причин их распространенности. Значительное применение получают радиоактивные изотопы при контроле износа огнеупорной кладки доменных печей, износа деталей машин и пр.

При пользовании радиоактивными изотопами необходимо соблюдать особые правила предосторожности.

Реклама:

Основы теории сплавов

Источник: http://pereosnastka.ru/articles/metody-fiziko-khimicheskogo-analiza-metallov

Твердость металлов. Таблица твердости металлов

Металлы и стали. Методы замера твердости металлов. Структурный анализ 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.

Факторы, определяющие вариант измерения

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 сплаваМатематическое вычисление нагрузки
Сталь, сплавы никеля и титана30D2
Чугун10D2, 30D2
Медь и медные сплавы5D2, 10D2, 30D2
Легкие металлы и сплавы2,5D2, 5D2, 10D2, 15D2
Свинец, олово1D2

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.

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,ммМетод исследования
БринелляРоквеллаВиккерса
ACB
3,9024162,824,099,8242
4,0921860,820,396,7218
4,2020659,617,994,6206
4,9914349,877,6143

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: https://FB.ru/article/269317/tverdost-metallov-tablitsa-tverdosti-metallov

Методы измерения твердости металлов

Металлы и стали. Методы замера твердости металлов. Структурный анализ металлов.

Существует довольно большое количество различных механических характеристик металла, которые учитываются при производстве различных деталей.

Многие из них зависят от химического состава материала, другие от особенностей эксплуатации.

Измерение твердости металла проводится чаще других испытаний, так как это качество во многом определяет особенности эксплуатации материала. Рассмотрим особенности определения твердости подробнее.

Измерение твердости

Понятие твердости

Твердость – свойство материалов, характеризующее способность проникновения одного, более твердого, тела в другое. Также эта характеристика определяет устойчивость к пластической деформации или разрушению поверхностных слоев при оказании сильного давления.

Измеряется показатель в самых различных единицах в зависимости от применяемого метода.

Все методы определения твердости материалов можно разделить на несколько основных групп:

  1. Статические. Подобные методы характеризуются тем, что нагрузка постепенно возрастает. Время выдержки может быть разным — все зависит от особенностей применяемого метода.
  2. Динамические характеризуются тем, что нагрузка на образец подается с определенной кинетической энергией. При этом показатель твердости является менее точным, так как при динамической нагрузке возникает определенная отдача из-за упругости материала. Результаты подобных испытаний зачастую называют твердостью материалов при ударе.
  3. Кинетические основаны на непрерывной регистрации показателей во время проведения испытаний, что позволяет получить не только конечный, но и промежуточный результат. Для этого применяется специальное оборудование.

Измерение твердости инструмента

Кроме этого, классификация методов определения твердости проводится по принципу приложенной нагрузки. Выделяют следующие способы испытания образца:

  1. Вдавливание является на сегодняшний день наиболее распространенным способом определения рассматриваемого показателя.
  2. При отскоке проводится замер того, как высоко боек отлетит от поверхности испытуемого образца. В данном случае просчет твердости проводится по показателю сопротивления упругой деформации. Методы подобного типа довольно часто применяются для контроля качества прокатных валиков и изделий с большими размерами.
  3. Методы, основанные на царапании и резании, сегодня применяются крайне редко. Были они разработаны два столетия назад.

Как правило, в твердомерах есть деталь, которая оказывает воздействие на испытываемую заготовку. Примером можно назвать стальные шарики различного диаметра и алмазные наконечники с формой пирамиды. Некоторые из применяемых на сегодняшний день методов рассмотрим подробнее.

Измерение твердости по Бринеллю

Чаще всего проводится измерение твердости по Бринеллю. Этот метод регламентирован ГОСТ 9012. К особенностям испытания металлов и сплавов подобным методом можно отнести следующие моменты:

  1. В качестве тела, которое будет оказывать воздействие на испытуемый образец, используется стальной шарик.
  2. Для тестирования применяется шарик с определенным диаметром, который изготавливается из закаленной стали. К нему прилагается постоянно нарастающая нагрузка.
  3. Главным условие применения этого метода тестирования металлов и сплавов является то, что шарик должен изготавливается из более твердого материала, чем испытуемый образец.
  4. После завершения теста проводится измерение полученного отпечатка на поверхности.
  5. Данный способ позволяет получить данные, которые указываются в HB. Именно это обозначение сегодня встречается чаще других в различной справочной документации.
  6. Для удобства применения данного способа были созданы специальные таблицы, которые основаны на зависимости диаметрального размера шарика, твердости и полученного отпечатка.

Измерение по методу Бринеллю

Стоит учитывать, что по Бринеллю не рекомендуется тестировать стали и сплавы, твердость которых превышает значение 450HB. Цветные металлы должны обладать показателем ниже 200 HB.

Измерение твердости по Виккерсу

Также выделяют метод измерения твердости по Виккерсу, который регламентирован ГОСТ 2999. Получил он распространение при определении твердости деталей и заготовок, который имеют небольшую толщину. Кроме этого, он может применяться для измерения твердости деталей, имеющих поверхностный твердый слой.

К особенностям этого способа тестирования образца можно отнести нижеприведенные моменты:

  1. Применяется так называемый алмазный наконечник, который имеет форму пирамиды с четырьмя гранями и равными сторонами.
  2. Выбирается определенное время выдержки.
  3. После того, как снимается нагрузка, проводится измерение размеров диагоналей получившегося отпечатка и вычисляется среднее арифметическое значение.
  4. Величина прилагаемой нагрузки регламентирована, может выбираться в зависимости от типа тестируемого материала.
  5. Полученные результаты в ходе проведения исследований обозначаются HV.

Метод Виккерса

В некоторых случаях после полученного значения указывается время выдержки и величина прилагаемой нагрузки, что позволяет с большей точностью определить значение твердости.

Данный метод регламентируется ГОСТ 9013. Для его проведения используется специальный прибор для измерения твердости, который позволяет создать две последовательные нагрузки, прилагаемые к поверхности образца. К особенностям проведения подобного теста можно отнести:

  1. Сначала оказывается предварительная нагрузка, после чего добавляется вторая.
  2. После выдержки под общей нагрузкой в течении 3-5 секунд вторая снимается, проводится замер глубины отпечатка, затем снимается предварительная нагрузка.
  3. Измерение полученных данных проводится в условных единицах, которые равны осевому смещению индикатора на 0,002.
  4. Определяется число твердости по Роквеллу по специальной шкале прибора.
  5. Форма применяемого индикатора может существенно отличаться. Именно поэтому было введено несколько типов измерительных шкал, которые соответствуют определенной форме индикатора.
  6. Для обозначения полученной величины могут применяться обозначения HIRA, HRC, HRB. Они соответствуют форме применяемого индикатора и шкалы обозначения.

Принцип измерения твердости по Роквеллу

В качестве индикатора могут использоваться стальной шарик и два алмазных конуса различного размера.

Этот метод измерения твердости закаленных деталей проводится только при применении алмазного конуса меньшего размера, предварительная оказываемая нагрузка составляет 10 кгс, основная 50 кгс.

За счет предварительной нагрузки исключается вероятность того, что из-за упругости материала полученные значения будут менее точными. Кроме этого, предварительная нагрузка позволяет проводить измерение твердости металлов и сплавов, которые прошли предварительную термическую обработку.

Измерение твердости по Шору

Метод определения твердости по Шору применяется для тестирования прокатных валиков на момент их изготовления. Кроме этого, проверка рассматриваемого показателя может проводиться при эксплуатации валиков на прокатных станках, так как из-за оказываемого воздействия структура металла может изменяться, ухудшая эксплуатационные качества. Регламентирован метод Шора ГОСТ 23273.

Шкала твердости по Шору

Рассматривая измерение твердости по Шору, следует отметить следующие моменты:

  1. В отличие от предыдущих способов, рассматриваемый основан на свободном падении алмазного индикатора на тестируемую поверхность с определенной высоты. Для тестирования применяется специальное оборудование, которое позволяет фиксировать точно высоту отскока.
  2. Масса применяемого бойка с алмазным наконечником составляет 36 грамм. Этот показатель важен, так как учитывается при проводимых расчетах.
  3. Твердость определяется по высоте отскока, измерение проводится в условных единицах. Падение образца на поверхность происходит с образованием небольшого углубления, а упругость приводит к обратному отскоку. Этот метод хорош тем, что позволяет проводить тестирование образцов, которые прошли предварительную термическую обработку. При постепенном вдавливании возникающая нагрузка может стать причиной деформирования используемого наконечника или шарика. В этом случае вероятность их деформации весьма мала.
  4. За 100 единиц твердости в этом случае принято считать высоту отскока 13,6 мм с возможностью небольшого отклонения в большую или меньшую сторону. Этот показатель можно получить при тестировании углеродистой стали, прошедшей процесс закалки. В качестве обозначения применяется аббревиатура HSD.

Сегодня этот способ измерения твердости применяется довольно редко из-за высокой погрешности и сложности замера высоты отскока байка от тестируемой поверхности.

Как ранее было отмечено, существует довольно большое количество методов измерения рассматриваемого показателя. Однако из-за сложности проведения тестов и большой погрешности многие уже не применяются.

В некоторых случаях проводится тестирование на микротвердость. Для измерения этого показателя прилагается статическая нагрузка к телу с формой пирамиды, и оно входит в испытуемые образец. Время выдержки может варьироваться в большом диапазоне. Показатель вычисляется примерно так же, как при методе Виккерса.

Соотношение значений твердости

При выборе метода измерения твердости поверхности следует учитывать, что между полученными данными нет никакой связи. Другими словами, выполнить точный перевод одной единицы измерения в другую нельзя.

Применяемые таблицы зависимости не имеют физического смысла, так как они эмпирические.

Отсутствие зависимости также можно связать с тем, что при тестировании применяется разная нагрузка, различные формы наконечников.

Существующие таблицы следует применять с большой осторожностью, так как они дают только приблизительные результаты. В некоторых случаях рассматриваемый перевод может оказаться весьма точным, что связано с близкими физико-механическими свойствами испытуемых металлов.

В заключение отметим, что значение твердости связано со многими другими механическими свойствами, к примеру, прочностью, упругостью и пластичностью. Поэтому для определения основных свойств металла довольно часто проводят измерение именно твердости. Однако прямой зависимости между всеми механическими свойствами металлов и сплавов нет, что следует учитывать при проведении измерений.

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

Источник: http://StankiExpert.ru/tehnologii/izmerenie-tverdosti.html

Военный юрист
Добавить комментарий