Maßeinheiten der Stahlhärte. Methoden zur Bestimmung der Härte von Metall

Methoden zur Messung der Härte

Eine der häufigsten Eigenschaften, die die Qualität von Metallen und Legierungen, die Möglichkeit ihrer Verwendung in verschiedenen Ausführungen und unter verschiedenen Betriebsbedingungen bestimmen, ist die Härte. Härteprüfungen werden häufiger durchgeführt als die Bestimmung anderer mechanischer Eigenschaften von Metallen: Festigkeit, relative Dehnung usw.

Die Härte eines Materials ist die Fähigkeit, einem mechanischen Eindringen eines anderen Feststoffs in seine Oberflächenschicht zu widerstehen. Zur Bestimmung der Härte wird ein Körper (Eindringkörper) in Form einer Stahlkugel, eines Diamantkegels, einer Pyramide oder einer Nadel mit einer bestimmten Kraft in die Materialoberfläche gedrückt. Anhand der Größe des erhaltenen Abdrucks auf der Oberfläche lässt sich die Härte des Materials beurteilen. Unter Härte versteht man also den Widerstand eines Werkstoffs gegen eine lokale plastische Verformung, die auftritt, wenn ein härterer Körper, ein Eindringkörper, in ihn eingebracht wird. Je nach Messmethode wird die Härte eines Materials quantitativ durch Härtezahlen nach Brinell (HB), Rockwell (HRC) oder Vickers (HV) charakterisiert.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Härte zu messen, die sich in der Art des Aufpralls der Spitze unterscheiden. Die Härte kann durch Eindrücken des Eindringkörpers (Eindringmethode), durch Aufprall oder durch Rückprall der Kugelspitze gemessen werden. Die durch Kratzen bestimmte Härte charakterisiert die Bruchfestigkeit, durch Rückprall - elastische Eigenschaften, durch Einkerbung - Widerstand gegen plastische Verformung. Eine vielversprechende und hochpräzise Methode ist die Methode der kontinuierlichen Eindringung, bei der ein Diagramm der beim Einbringen eines Eindringkörpers auftretenden Verschiebung bei gleichzeitiger Registrierung von Kräften aufgezeichnet wird. Abhängig von der Aufbringungsrate der Belastung auf den Eindringkörper wird die Härte zwischen statisch (Last wird sanft aufgebracht) und dynamisch (Last wird durch Schlag aufgebracht) unterschieden.

Tabelle 1 - Merkmale verschiedener Methoden zur Härtemessung

Messmethode

Eindringkörperform

Laden Sie F, H

Zulässige Oberflächenrauheit Ra

Brinell

nach Prägedurchmesser

Stahl Ball

statisch

Rockwell

nach Eindringtiefe

Diamantkegel oder Stahlkugel

statisch

Super-Rockwell

nach Eindringtiefe

Diamantkegel oder Stahlkugel

statisch

Vickers

B. durch die Tiefe der Vertiefung oder durch die Diagonale des Eindrucks

Diamantspitze in Form einer regelmäßigen tetraedrischen Pyramide

statisch

nach Prägedurchmesser

siegreicher Kegel

statisch

Shora (Monotron)

entsprechend der angegebenen Eindringtiefe

Diamant- oder Stahlspitze

statisch

Marder

über die Breite des Kratzers

Diamantkegel oder Pyramide

dynamisch a

Die weite Verbreitung von Härteprüfungen erklärt sich durch eine Reihe ihrer Vorteile gegenüber anderen Prüfarten:

Einfache Messungen, die kein spezielles Muster erfordern und direkt an den getesteten Teilen durchgeführt werden können;

Hochleistung;

Die Messung der Härte führt normalerweise nicht zur Zerstörung des Teils und kann nach der Messung für den vorgesehenen Zweck verwendet werden;

Die Fähigkeit, andere Eigenschaften des Metalls anhand der Härte (z. B. Zugfestigkeit) grob zu bewerten.

Am weitesten verbreitet ist die Messung der Härte durch Eindrücken in das getestete Metall eines Eindringkörpers in Form einer Kugel, eines Kegels und einer Pyramide (jeweils die Methoden von Brinell (Abb. 1, a)), Rockwell (Abb. 1, b)) und Vickers (Abb. 1, c))) . Durch das Eindrücken mit einer ausreichend großen Belastung werden die Oberflächenschichten des Metalls, die sich unter der Spitze und in der Nähe davon befinden, plastisch verformt. Nach dem Entfernen der Last bleibt ein Abdruck zurück. Die Eindringtiefe der Spitze in die Metalloberfläche ist umso geringer, je härter das zu prüfende Material ist.

Abbildung 1 - Schemata der Härteprüfungen: a - nach Brinell; b - nach Rockwell; c - nach Vickers.

KLASSISCHE HÄRTEMESSVERFAHREN

MESSUNG DER BINEL-HÄRTE

Abbildung 2 – Prüfschema für die Brinell-Härte

Die Härte nach dem Brinell-Verfahren (GOST 9012-59) wird gemessen, indem eine Stahlkugel mit einem bestimmten Durchmesser D unter Einwirkung einer bestimmten Last P für eine bestimmte Zeit in die Testprobe gedrückt wird (Abb. 2). Durch das Eindrücken der Kugel in die Oberfläche der Probe entsteht ein Abdruck (Loch).

Brinell-Härtezahl, bezeichnet als HB (bei Verwendung einer Stahlkugel für Metalle mit einer Härte von nicht mehr als 450 Einheiten) oder HBW

(bei Verwendung einer Kugel aus harte Legierung für Metalle mit einer Härte von nicht mehr als 650 Einheiten) ist das Verhältnis der Belastung P zur Oberfläche des Kugeleindrucks F und wird in kgf / mm2 oder MPa gemessen:

Die Fläche des Kugelsegments beträgt:

wobei D der Kugeldurchmesser ist (mm);

h ist die Eindrucktiefe (mm).

Da es schwierig ist, die Tiefe des Eindrucks zu messen, aber es ist einfacher, den Durchmesser des Eindrucks d zu messen, drücken Sie h durch den Durchmesser der Kugel D und des Eindrucks d aus:

Die Brinell-Härtezahl wird durch die Formel bestimmt:

In der Praxis rechnet man bei der Bestimmung der Härte nicht mit Formel (5), sondern mit Tabellen, die für etablierte Kugeldurchmesser, Drucke und Belastungen zusammengestellt wurden. Es werden Kugeln mit einem Durchmesser von 1,2 verwendet; 2,5; 5; 10mm. Der Kugeldurchmesser und die Belastung werden entsprechend der Probendicke und -härte ausgewählt. Gleichzeitig muss, um bei der Prüfung mit Kugeln unterschiedlichen Durchmessers gleiche Härtezahlen eines Materials zu erhalten, das Ähnlichkeitsgesetz zwischen den erhaltenen Eindruckdurchmessern beachtet werden. Daher wird die Härte bei einem konstanten Verhältnis zwischen der Last P und dem Quadrat des Kugeldurchmessers D2 gemessen. Dieses Verhältnis sollte für Metalle unterschiedlicher Härte unterschiedlich sein.

Die Brinell-Härtezahl, gemessen in einem Standardtest (D = 10 mm, P = 3000 kgf), wird geschrieben als: HB 350. Wenn die Tests unter anderen Bedingungen durchgeführt wurden, dann hat der Rekord Bestand nächste Ansicht: HB 5/250/30-200 oder 200 HB 5/250/30, was bedeutet, dass die Härtezahl 200 bei Prüfung mit einer Kugel mit einem Durchmesser von 5 mm unter einer Belastung von 250 kgf und einer Belastungsdauer von 30 erhalten wurde s. Bei der Härteprüfung mit einer Hartmetallkugel wird die Bezeichnung HB unter Beibehaltung der angegebenen Indizes um den Buchstaben W ergänzt.

Bei der Härtemessung nach Brinell müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:

Proben mit einer Härte von mehr als HB 450/650 kgf/mm2 dürfen nicht geprüft werden;

Die Oberfläche der Probe muss eben und frei von Zunder und anderen Fremdstoffen sein;

Druckdurchmesser müssen innerhalb von 0,2 D liegen

Die Dicke der Proben muss mindestens das 10-fache der Tiefe der Vertiefung (oder weniger als der Durchmesser der Raupe) betragen;

Der Abstand zwischen den Mittelpunkten benachbarter Drucke und zwischen der Druckmitte und dem Musterrand muss mindestens 4d betragen;

Die Belastungsdauer sollte für Eisenmetalle 10 bis 15 s betragen, für Nichteisenmetalle und -legierungen 10 bis 180 s, je nach Material und Härte.

Der Durchmesser des Abdrucks wird mit einem Referenzmikroskop (Brinell-Lupe) gemessen, auf dessen Okular sich eine Zehntelmillimeter-Einteilung befindet. Die Messung erfolgt mit einer Genauigkeit von 0,05 mm in zwei zueinander senkrechten Richtungen; Um die Härte zu bestimmen, sollte der Durchschnitt der erhaltenen Werte genommen werden.

ROCKWELL-HÄRTEMESSUNG

Rockwell-Härte - Härte, bestimmt durch die Differenz zwischen der bedingten maximalen Eindringtiefe des Eindringkörpers und der Resttiefe seines Eindringens unter der Einwirkung der Hauptlast F1, nach dem Entfernen dieser Last, aber unter Beibehaltung der Vorspannung Fo. Bei diesem Verfahren ist der Eindringkörper ein Diamantkegel oder eine gehärtete Stahlkugel. Im Gegensatz zur Messung nach Brinell wird die Härte durch die Tiefe des Eindrucks und nicht durch dessen Fläche bestimmt. Die Tiefe des Eindrucks wird während des Eindruckvorgangs selbst gemessen, was die Prüfung erheblich vereinfacht. Die Belastung wird nacheinander in zwei Stufen aufgebracht (GOST 9013-59): zuerst vorläufig, normalerweise gleich 10 kgf (um den Einfluss elastischer Verformung und unterschiedlicher Rauheit zu beseitigen), und dann die Hauptlast (Abb. 1, b )).

Nach dem Aufbringen der Vorspannung wird der Indikator, der die Tiefe des Eindrucks misst, auf Null gesetzt. Wenn der Abdruck durch Aufbringen der Endlast erreicht ist, wird die Hauptlast entfernt und die verbleibende Eindringtiefe der Spitze h gemessen.

Das Rockwell-Härteprüfgerät misst den Unterschied zwischen der Tiefe der Eindrücke, die durch das Eindrücken der Spitze unter der Einwirkung der Haupt- und Vorlast erhalten werden. Jeder Druck (Skaleneinheit) des Indikators entspricht einer Eindringtiefe von 2 µm. Die herkömmliche Rockwell-Härtezahl (HR) ist jedoch nicht die angegebene Eindringtiefe h, sondern der Wert 100 - h auf der schwarzen Skala gemessen mit einem Kegel und der Wert 130 - h auf der roten Skala gemessen mit einer Kugel . Rockwell-Härtezahlen haben nicht die Dimension und die physikalische Bedeutung, die Brinell-Härtezahlen haben, aber Sie können die Beziehung zwischen ihnen anhand spezieller Tabellen finden.

HRA, HRC, HRD - Rockwell-Härte gemessen, wenn ein Diamantkegel in die Probenoberfläche eingebettet ist.

HRB, HRE, HRF, HRG, HRH, HRK - Rockwell-Härte gemessen, wenn eine kugelförmige Stahlspitze in die Probenoberfläche eingeführt wird.

Methoden zur Messung der Härte von Metallen. Eine der am weitesten verbreiteten Arten der Metallprüfung ist die Bestimmung der Härte. Die Härte eines Metalls kann durch direkte und indirekte Methoden bestimmt werden.

Direkte Härteprüfmethoden bestehen darin, dass eine spezielle harte Spitze (aus gehärtetem Stahl, Diamant oder Hartlegierung) in verschiedenen Formen (Kugel, Kegel, Pyramide) in die Probe gedrückt wird. Nach Entlastung bleibt ein Abdruck zurück, dessen Wert die Härte der Probe charakterisiert.

Bei indirekten Methoden werden die Eigenschaften des Metalls proportional zu seiner Härte geschätzt.

Härteprüfungen können statisch oder dynamisch sein. Der erste Typ umfasst Tests nach der Eindruckmethode, der zweite - nach der Schlageindruckmethode.

Je nach Art und Art der Belastung charakterisiert die Härte indirekt die verschiedenen mechanischen Eigenschaften von Metallen. Wird die Spitze in die Probe gedrückt, dann charakterisiert die Härte den Widerstand gegen plastische Verformung. Wenn die Spitze kratzt

Probe, dann charakterisiert die Härte die Bruchfestigkeit. Die Härte, bestimmt durch den Rückprall der Spitze, charakterisiert die elastischen Eigenschaften des Probenmetalls.

Anhand des Wertes der Härte des Metalls können Sie sich ein Bild von der Höhe seiner Eigenschaften machen. Je höher beispielsweise die Härte, die durch die Einkerbung der Spitze bestimmt wird, desto geringer ist die Duktilität des Metalls und umgekehrt.

Die Methode zur Härtemessung hat gegenüber anderen Methoden der mechanischen Prüfung von Metall eine Reihe von Vorteilen: einfache Technologie und Prüfgeschwindigkeit, einfache Form und geringe Probengröße, die Möglichkeit, direkt am Produkt zu prüfen, ohne es zu zerstören.

Die Härte wird auf speziellen Geräten bestimmt - Härteprüfern.

Härteprüfgeräte sind stationär und tragbar. Das prinzipielle Gerät der Härteprüfgeräte ist für alle Härteprüfverfahren gleich.

Die Haupteinheiten von Härteprüfgeräten sind ein Bett, ein Arbeitstisch, eine Spitze (eine Einheit, die aus einem Dorn und einem Eindringkörper besteht), eine Belastungsvorrichtung und eine Vorrichtung zum Messen des Verformungsbetrags.

Das allgemeine Prüfschema ist wie folgt: Ein Teil oder eine Probe wird auf einen Arbeitstisch gelegt, ein Eindringkörper wird mit einer Belastungsvorrichtung in die Probe gedrückt und nach dem Entfernen der Last wird die Härte bestimmt.

Je nach Zweck der Prüfung werden die Eigenschaften des zu prüfenden Metalls, die Größe der Probe, die Form, Größe und das Material des Eindringkörpers, die Größe und Dauer der Belastungsanwendung ausgewählt.

Am häufigsten wird die Härte nach folgenden Methoden bestimmt: Brinell-Härtemessung - nach GOST 9012 - 59; Rockwell-Härtemessung - nach GOST 9013 - 54; Vickers-Härtemessung - nach GOST 2999 - 75; Änderung der Härte durch das Schlagabdruckverfahren - gemäß GOST 18661 - 73; Messung der Mikrohärte durch Einkerbung von Diamantspitzen - nach GOST 9450 - 76.

Es gibt allgemeine Anforderungen an die Probenvorbereitung und -prüfung:

1. Die Herstellung von Proben und die Oberflächenvorbereitung sollten so durchgeführt werden, dass Änderungen der Eigenschaften des Metalls durch Erwärmung oder Kaltverfestigung ausgeschlossen sind.

2. Die Oberfläche der Probe muss sauber, frei von Oxidschichten, Rost- oder Zunderspuren, Rissen und anderen Mängeln sein.

3. Proben müssen eine bestimmte Dicke haben. Nach dem Bedrucken darf die Probenrückseite keine Verformungen aufweisen.

4. Die Probe muss fest und fest auf dem Tisch aufliegen. Während der Prüfung darf sich der Probekörper nicht bewegen oder durchbiegen.

5. Die aufgebrachte Last muss senkrecht zur Probenoberfläche wirken.

6. Die Last muss aufgebracht und gleichmäßig auf einen vorbestimmten Wert erhöht und dann für eine bestimmte Zeit konstant gehalten werden.

Messung der Brinellhärte. Bei der Bestimmung der Härte nach Brinell wird eine Metallkugel für eine bestimmte Zeit in den Prüfling oder das Produkt gedrückt (Abb. 5). Nach dem Entfernen der Belastung verbleibt ein kugelförmiger Abdruck auf der Oberfläche der Probe. Die Größe des Drucks hängt von der Härte des Metalls ab: Je härter das Metall, desto kleiner die Größe des Drucks. Die Brinell-Härtezahl wird als HB bezeichnet.

Reis. Abb. 5. Schema der Lage des Abdrucks bei der Bestimmung der Härte nach der Brinell-Methode

Um die Härtezahl HB (MPa oder kgf / mm 2) zu bestimmen, benötigen Sie den Wert der aufgebrachten Last R durch die Fläche des Aufdrucks dividieren F:

,

wo D- Kugeldurchmesser, m (oder mm);

d- Abdruckdurchmesser, m (oder mm);

Um nicht jedes Mal Berechnungen durchzuführen, wird bei der Bestimmung der Härtezahl eine speziell zusammengestellte Tabelle verwendet (Anhang zu GOST 9012-59). In Kenntnis der Belastung, des Kugeldurchmessers und des Abdrucks kann anhand dieser Tabelle die Härtezahl HB bestimmt werden.

Zur Prüfung werden Kugeln aus gehärtetem Stahl oder Hartlegierung mit einem Durchmesser von 2,5 verwendet; 5,0 und 10 mm. Der Durchmesser der Kugel wird in Abhängigkeit von der Dicke des Probekörpers und seiner Härte gewählt: Je dünner und härter der Probekörper, desto kleiner sollte der Durchmesser der Kugel sein. Typischerweise wird der Test auf einer speziell präparierten horizontalen Fläche der Probe durchgeführt.

Die Dicke des Probekörpers muss mindestens das Zehnfache der Eindruckstiefe betragen. Die Tiefe des Eindrucks wird durch eine Probeprüfung oder bei bekannter Härte durch die Formel ermittelt

wo h- Eindrucktiefe;

D- Durchmesser der Kugel;

HB- Zahl der Härte.

Zwischen der Zugfestigkeit und der Härtezahl HB besteht folgender Zusammenhang:

Für Stahl σ in= 0,34 HB;

Für Kupferlegierungen σ in= 0,45 HB;

Für Aluminiumlegierungen σ in= 0,35 HB.

Der Abstand von der Mitte des Drucks bis zum Rand des Musters muss mindestens betragen 2,5d, und zwischen den Zentren zweier benachbarter Drucke - mindestens 4d.Eindruckdurchmesser d mit einer Lupe oder einem Referenzmikroskop (Abb. 6) in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen gemessen und aus beiden Bestimmungen das arithmetische Mittel gebildet.

Je nach Härte des Metalls kann die Belastung der Kugel zwischen 15,6 und 3000 kgf variieren. Damit die Prüfergebnisse für beliebige Kugeldurchmesser vergleichbar sind, muss das Verhältnis zwischen Belastung und Kugeldurchmesser eingehalten werden: P = 2,5 D2, P \u003d 10D 2, P==30D2.

Die Dauer der Lastaufbringung sollte ausreichend sein, um die Verformung zu bestehen und mit einer Abnahme der Härte des getesteten Metalls von 10 auf 30 und 60 s zuzunehmen.

Bei der Auswahl eines Kugeldurchmessers D,Belastung R, Haltezeit unter Last t und die Mindestdicke der Probe richten sich nach der Tabelle. ein.

Die Testergebnisse werden wie folgt aufgezeichnet. Wenn der Test mit einer Kugel mit einem Durchmesser durchgeführt wird D= 10 mm unter Last R= 3000 kgf mit Exposition D= 10 s, dann wird die Härtezahl mit dem HB-Symbol erfasst. Beispielsweise beträgt die Härte von Stahl 350 HB. Unterscheiden sich die Prüfbedingungen, so wird dies durch die entsprechenden Indizes angezeigt. Beispielsweise ist die Härtezahl 230 und der Test wurde mit einer Kugel mit einem Durchmesser durchgeführt D= 5,0 mm bei einer Last von 750 kgf mit einer Verzögerung unter Last von 10 s. In diesem Fall werden die Ergebnisse wie folgt aufgezeichnet: HB 5/750/10/230.

Reis. 6. Messung des Durchmessers des Drucks auf der Lupenskala

Tabelle 1

Auswahl der Prüfparameter für die Härtebestimmung

Brinell-Methode

Rockwell-Härtemessung. Bei dieser Härtemessung wird ein Diamantkegel oder eine Stahlkugel unter Einwirkung einer Gesamtlast in den Prüfkörper gedrückt R. Zunächst wird eine Vorspannung aufgebracht. P 0 und dann Haupt P1, d.h. P \u003d P 0 + P 1. Die Härte wird durch die Tiefe des Eindrucks bestimmt (Abb. 7). Für die Härteeinheit nach Rockwell wurde ein bedingter Wert genommen, der der axialen Verschiebung der Spitze um 0,002 mm entspricht. Je nach Härte des Prüfmusters erfolgt die Prüfung durch Eindrücken eines Diamantkegels oder einer Diamantkugel bei verschiedenen Werten der Haupt- und Gesamtbelastung. Beim Testen kann die Härte auf drei Skalen gemessen werden: A, B und C (Tabelle 2).

Die Testoberfläche kann flach oder gekrümmt sein. Der Krümmungsradius der Oberfläche muss mindestens 15 mm betragen. Die Mindestprobendicke muss mindestens das Achtfache der Eindringtiefe des Eindringkörpers nach Wegnahme der Hauptlast P 1 betragen.

Bei der Härtemessung muss der Mittenabstand zweier benachbarter Abdrücke oder der Abstand von der Mitte des Abdrucks zum Rand der Probe mindestens 3,0 mm betragen. An jeder Probe werden mindestens drei Messungen durchgeführt.

Reis. 7. Schema der Härteprüfung nach dem Rockwell-Verfahren

Tabelle 2

Auswahl von Parametern bei der Bestimmung der Härte nach der Rockwell-Methode

Vickers-Härtemessung. Bei der Härtemessung mit dieser Methode wird eine Diamantspitze in die Probe gedrückt, die die Form einer regelmäßigen tetraedrischen Pyramide hat. Belastung R für eine bestimmte Zeit gültig.

Der Ladewert kann wie folgt sein: 1,0; 2,0; 5,0; 10,0; 20,0; 30,0; 50,0; 100,0 kgf. Je größer die Belastung, desto genauer das Ergebnis.

Die Belastungsdauer der Probe beträgt in der Regel 10-15 s.

Die Oberfläche der Testprobe sollte gut vorbereitet sein - ihre Rauheit sollte 0,16 Mikrometer nicht überschreiten. Die Mindestdicke einer Stahlprobe sollte 1,2-mal größer sein als die Diagonale des Drucks, und Proben aus Nichteisenmetallen 1,5-mal größer sein. Der Krümmungsradius der Oberfläche muss mindestens 5 mm betragen.

Die Drucke werden so gesetzt, dass der Abstand zwischen der Druckmitte und dem Rand des Musters bzw. dem Rand des angrenzenden Drucks mindestens das 2,5-fache der Länge der Diagonalen des Drucks beträgt (Abb. 8).

Reis. 8. Schema der Lage des Abdrucks bei der Bestimmung der Härte nach dem Verfahren

Vickers

Der Fehler beim Messen der Diagonalen sollte bei einer Diagonalenlänge bis 0,2 mm nicht mehr als ±0,001 mm und bei einer größeren Länge nicht mehr als 0,5 % betragen.

Die Vickershärte (HV) wird nach folgender Formel berechnet:

,

α - der Winkel zwischen den gegenüberliegenden Seiten der Pyramide an der Spitze gleich 136°;

d- arithmetischer Mittelwert der Längen der beiden Diagonalen des Abdrucks nach dem Entladen, mm.

Wenn die Tests unter Standardbedingungen durchgeführt werden, verwenden sie, um keine Berechnungen durchzuführen, die Tabelle (Anhang zu GOST 2999-75), die die Härte in Abhängigkeit von der Länge der Druckdiagonale bei verschiedenen Belastungen zeigt.

Bei der Aufzeichnung von Testergebnissen unter normalen Bedingungen wird die Vickers-Härte mit dem Symbol HV bezeichnet. Die üblichen Testbedingungen sind eine Belastung von 300 N (30 kgf) und eine Haltezeit von 10-15 s. Dabei wird die Härte erfasst, zB HV 300. Bei anderen Prüfbedingungen wird dies durch Indizes angegeben, wobei zuerst der Belastungswert, dann die Haltezeit angegeben wird. Beispielsweise bedeutet der Eintrag HV 20/40 - 250, dass bei einer Belastung von 200 N (20 kgf) und einer Haltezeit von 40 s die Vickershärte 250 beträgt.

Die Bestimmung der Härte ist eine der häufigsten Prüfungen von Metallen. Es zeichnet sich durch die Einfachheit der Technologie, die Geschwindigkeit der Messungen und die Möglichkeit aus, sie direkt am Produkt durchzuführen.

Die Härte von Metallen wird gemessen, indem ihre Oberfläche einer speziellen Spitze (Eindringkörper) ausgesetzt wird, die aus einem Material mit geringer Verformung (gehärteter Stahl, Diamant, harte Legierung) besteht und wie eine Kugel, ein Kegel, eine Pyramide oder eine Nadel geformt ist.

Je nach Art des Aufpralls des Eindringkörpers auf das Prüfmaterial gibt es:

* statische Methoden zur Bestimmung der Härte (Eindruck- und Kratzmethode);

* Dynamische Methoden zur Bestimmung der Härte (Rückprallmethode der Fallspitze) und andere Methoden.

Das Eindringverfahren charakterisiert den Widerstand eines Metalls gegen plastische Verformung, wenn ein Eindringkörper aus einem härteren Material darin eingebracht wird. Das Ritzverfahren charakterisiert die Zerstörungsfestigkeit gegenüber dem Material eines Eindringkörpers in Form einer Diamantnadel. Die Drop-Tip-Rebound-Methode charakterisiert den Widerstand gegen elastische Verformung bei dynamischer Einwirkung auf das Material des Eindringkörpers in Form einer Kugel.

Die gebräuchlichste dieser Methoden ist die Eindruckmethode, die in Härteprüfgeräten verwendet wird:

Rockwell

Vickers

Gerät zur Bestimmung der Mikrohärte (PMT).

Es besteht ein Zusammenhang zwischen der Härte von Kunststoffmaterialien und anderen mechanischen Eigenschaften. Je größer die Härte des durch Eindrücken bestimmten Metalls ist, desto höher ist seine Festigkeit, weil. diese beiden Eigenschaften stehen für Beständigkeit gegen plastische Verformung. Aus dem gleichen Grund gilt: Je härter ein bestimmtes Metall ist, desto geringer ist seine Duktilität.

Die prinzipielle Anordnung der aufgeführten Härteprüfgeräte ist gleich und kann am Beispiel des Brinell-Gerätes betrachtet werden (Abb. 1). Die Haupteinheiten von Härteprüfgeräten sind ein Bett, ein Arbeitstisch zum Messen der Härte einer Probe oder eines Teils, eine Spitze (Eindringkörper), eine Belastungsvorrichtung und eine Vorrichtung zum Messen der Dehnung.

Abbildung 1 - Das Gerät des Brinell-Geräts

BESTIMMUNG DER HÄRTE NACH BINEL

Die Messung der Brinell-Härte erfolgt gemäß GOST 9012-59, dessen Gültigkeit bis heute verlängert wurde.

Bei der Messung der Brinell-Härte eine gehärtete Stahlkugel mit einem Durchmesser D wird unter Lasteinwirkung in den Prüfling oder das Produkt eingepresst P innerhalb einer bestimmten Zeit. Nach dem Entfernen der Last wird der Durchmesser gemessen d der resultierende kugelförmige Abdruck (Abb. 2.a).

Abbildung 2. Schemata zur Bestimmung der Härte:

a - nach Brinell;

B - nach Rockwell;

c - nach Vickers

Eine gehärtete Stahlkugel mit einem Durchmesser von d= 1; 2; 2,5; 5 und 10mm.

Damit die Härtewerte für verschiedene Tests vergleichbar sind, sollte der Belastungswert für einen gegebenen Kugeldurchmesser anhand des Verhältnisses gewählt werden:

(2)

Werte K kann gleich 30 sein; fünfzehn; zehn; 5; 2,5; 1 abhängig von der Härte des kontrollierten Materials. Also für Eisenmetalle und deren Legierungen (Eisen, Stahl) und andere hochfeste Werkstoffe K= 30; für Aluminium, Kupfer, Nickel und deren Legierungen K= 10; für Zinn, Blei und darauf basierende Legierungen K = 2,5.

Bei der Auswahl der Testbedingungen ist es auch wichtig, die Dicke des Metalls und die Zeitdauer zu berücksichtigen, die die Probe gemäß den Standards unter Last gehalten wird.

Vor der Prüfung wird der gewählte Eindringkörper in der Härteprüferspindel fixiert, mit Hilfe von Wechselgewichten wird die gewählte Belastung eingestellt. Dann wird die zu messende Probe auf den Instrumententisch gelegt und der Tisch angehoben, wobei die Probe gegen die Kugel gedrückt wird, bis die Signallampe aufleuchtet. Somit wird eine Vorlast auf die Probe ausgeübt, die bei der Brinell-Vorrichtung 100 kgf (981 N) beträgt. Dann wird durch Drücken einer Taste am Körper des Geräts ein Mechanismus aktiviert, der automatisch die vollständige Beladung, die Belichtung der Probe unter Belastung und ihre Entnahme durchführt.

Danach müssen Sie den Tisch absenken, die Probe entfernen, den Durchmesser des resultierenden Drucks mit einem speziellen Mikroskop messen (Abb. 3) und die Härte bestimmen.

Abbildung 3 - Messung des Durchmessers des Drucks auf der Lupenskala

Die am Brinell-Gerät ermittelte Härte ist angegeben HB und ist definiert als das Verhältnis der auf den Eindringkörper wirkenden Belastung zur Oberfläche des kugelförmigen Eindringlings F:

Und da die Fläche eines kugelförmigen Abdrucks gleich ist:

(4)

Daher ist der Wert der Härte gleich:

(5)

Wenn die Belastung in Newton ausgedrückt wird, wird der Härtewert mit einem Faktor gleich multipliziert 0,102 .

Somit ist der Eindruckdurchmesser ein Maß für die Brinell-Härte.

Normalerweise wird die Härte nicht mit der obigen Formel berechnet, sondern die Härte wird gemäß der Tabelle in GOST 9012-59 oder Referenzliteratur bestimmt.

Bei Kenntnis der Brinell-Härtezahl ist es möglich, die Zugfestigkeit des Metalls (Zugfestigkeit) anhand des empirisch ermittelten quantitativen Zusammenhangs zwischen diesen Merkmalen näherungsweise abzuschätzen. Zum Beispiel für Kohlenstoffstähle mit Härte HB von 120 bis 175 wird das Verhältnis verwendet:

s V = 3,4 HB(6)

Die Zugfestigkeit wird in MPa (N/mm 2 ) bestimmt.

BESTIMMUNG DER ROCKWELL-HÄRTE

In einigen Fällen ist die Bestimmung der Härte auf dem Brinell-Gerät nicht möglich. Es ist beispielsweise nicht möglich, gehärteten Stahl zu prüfen, da der Brinell-Eindringkörper ebenfalls aus gehärtetem Stahl besteht. Es ist unmöglich, die Härte dünner oberflächengehärteter Schichten von Produkten, die einer chemisch-thermischen Behandlung unterzogen wurden, und die Härte verschiedener Oberflächenbeschichtungen zu messen.

In diesen Fällen können andere Geräte verwendet werden - Rockwell, Vickers, PMT.

Die Rockwell-Härtemessung erfolgt gemäß GOST 9013-59. Der Eindringkörper kann ein 120° Diamantkegel oder eine 1,588 mm (1/16 Zoll) gehärtete Stahlkugel sein. Bei der Prüfung wird der Eindringkörper unter Einwirkung von zwei nacheinander aufgebrachten Lasten in die Probe gedrückt: R o und Hauptsache:

P \u003d P o + P 1, (7)

Der grundlegende Unterschied zwischen der Härtemessung mit dem Rockwell-Gerät und der Messung mit dem Brinell-Gerät besteht darin, dass die Härte nicht durch die Fläche des Eindrucks bestimmt wird, der durch das Eindrücken des Eindringkörpers erhalten wird, sondern durch seine Tiefe, die das Härtekriterium ist bei dieser Prüfung.

Tiefe der Einkerbung h nach Wegnahme der Hauptlast ermittelt und aus deren Werten der Wert der Rockwell-Härte berechnet HR Je größer die Tiefe des resultierenden Abdrucks ist, desto niedriger ist natürlich der Härtewert.

Die Rockwell-Härte wird in herkömmlichen Einheiten ausgedrückt. Die Einheit der Härte ist ein dimensionsloser Wert, der der axialen Verschiebung des Eindringkörpers um 0,002 mm entspricht.

Beim Testen kann die Härte auf drei Skalen gemessen werden: SONDERN, BEIM, Mit.

Bei Verwendung eines Diamantkegels als Eindringkörper wird die Härte auf zwei Skalen bestimmt: SONDERN und Mit, bei Verwendung eines Balls - auf einer Waage BEIM.

Die Rockwell-Härtezahl wird nach folgenden Formeln berechnet:

Wenn auf Waagen gemessen SONDERN und MIT:

HRC (HRA) = 100 - z(8)

Beim Messen auf einer Waage BEIM:

HRB=130-e(9)

wo e = (h - ho) / 0,002(10)

Bei der Auswahl der Testbedingungen ist es ratsam, sich an folgenden Daten zu orientieren (Tabelle 1):

Tabelle 1

Die Ergebnisse der Härtebestimmung werden auf dem Indikator des Geräts aufgezeichnet, wo es zwei Skalen gibt - schwarz und rot. Schwarz wird verwendet, wenn mit einem Diamantkegel oder einem gleich großen Kegel aus Hartmetall gemessen wird ( SONDERN und Mit). Rote Skala für Messungen mit einer Kugel ( BEIM).

Die Tests werden in der folgenden Reihenfolge durchgeführt:

Die Probe wird auf den Instrumententisch gelegt; die Probe wird über einen Hubmechanismus mit dem Eindringkörper in Kontakt gebracht und vorgespannt. Dabei wird der Eindringkörper tief in die Oberfläche der Probe eingedrückt ho. Vorspannung erreichen R o= 10 kgf (98 N) wird auf der Skala durch einen kleinen Pfeil auf dem roten Punkt markiert. Die Position des großen Pfeils muss mit der Zahl „0“ auf der schwarzen Skala übereinstimmen. Geschieht dies nicht, muss die Skala mit dem Handrad gedreht werden, bis dieser Pfeil genau mit der angegebenen Markierung übereinstimmt.

Drücken Sie den Knopf des Lademechanismus, wodurch die Hauptlast auf den Eindringkörper aufgebracht wird R1, unter deren Einfluss es sich in die Probe vertieft. Das Halten unter Last und das Entladen erfolgt automatisch. In der Endposition zeigt der große Pfeil den Härtewert auf der entsprechenden Skala an.

Die Rockwell-Härte wird durch Zahlen angegeben, die den Härtewert kennzeichnen, und durch die Buchstaben HR, die die Skala angeben, zum Beispiel: 61,0 HRC; 42,0 HRB.

BESTIMMUNG DER HÄRTE NACH VICKERS UND MIKROHÄRTE

In manchen Fällen ist es notwendig, die Härte dünner Oberflächenschichten oder deren Verteilung über den Probenquerschnitt zu bestimmen. Aufgrund der Größe der Ausdrucke ist es unmöglich, diese Aufgaben auf Brinell- oder Rockwell-Geräten auszuführen. Für solche Messungen werden Vickers- oder Mikrohärte(PMT)-Geräte verwendet.

Bei diesen Geräten wird als Eindringkörper eine tetraedrische Diamantpyramide mit Spitzenwinkeln von 136° verwendet (Abb. 2.c). Die Vickers-Härtezahl und die Mikrohärte sind als Verhältnis der tatsächlichen Belastung definiert R zum Bereich der Mantelfläche des entstehenden Pyramidenabdrucks:

(11)

wo d- das arithmetische Mittel der Längen beider Diagonalen des Drucks.

Zur Vereinfachung und Beschleunigung der Berechnungen sollten Sie Tabellen verwenden, die nach der obigen Formel berechnet wurden.

Testlasten bei Messungen am Vickers-Gerät (GOST 2999 - 75) werden im Bereich von 5 bis 120 kgf (von 49 bis 1176 N) ausgewählt. Bei der Messung der Mikrohärte sind die Belastungen viel geringer: von 0,005 bis 0,5 kgf (von 0,05 bis 5 N). Dadurch sind im letzteren Fall auch die Abmessungen der erhaltenen Abdrücke viel kleiner, was es ermöglicht, die Härte einzelner Bauteile zu bestimmen.

Die Messung der Diagonalen der resultierenden Drucke wird unter Verwendung von Mikroskopen durchgeführt.

ARBEITSABLAUF

1. Vor Durchführung des praktischen Teils der Arbeit ist es erforderlich, sich mit den zu messenden Geräten, der Messtechnik und der Methodik zur Ermittlung der Ergebnisse vertraut zu machen.

2. Messen Sie die Härte von geglühtem Kohlenstoffstahl (40, 60), Duraluminium und Kupfer mit einem Brinell-Tester. Dafür:

a. Wählen Sie die Last anhand der in den Richtlinien angegebenen Daten aus;

b. Erhalten Sie einen Eindringabdruck auf den aufgeführten Materialien;

c. Bestimmen Sie mit einem speziellen Mikroskop den Durchmesser des resultierenden Abdrucks mit einer Genauigkeit von Hundertstel Millimetern;

d. Bestimmen Sie anhand der Formel zur Bestimmung der Brinellhärte (5) den Härtewert der geprüften Materialien und tragen Sie die Daten in Tabelle 2 ein;

e. Überprüfen Sie anhand der Tabellen die Richtigkeit der Bestimmung der Härtewerte und tragen Sie die tabellarischen Daten auch in Tabelle 2 ein.

3. Messen der Härte von gehärtetem Werkzeugstahl U8 und kohlenstoffarmem Baustahl 30 auf einem Rockwell-Tester. Dafür:

a. Wählen Sie gemäß der Tabelle die Waage aus, auf der die Härtemessung durchgeführt werden soll;

Bundesamt für Bildung

Staatliche Bildungseinrichtung

höhere Berufsausbildung

STAATLICHE TECHNISCHE UNIVERSITÄT LIPETSK

Abteilung für physikalische Metallurgie

MessungHärteMetalle

Richtlinien für die Laborarbeit

für Studierende der Fachrichtungen 150105, 150702

Yu. S. Schatow,

I. P. Gorbunov,

A. G. Gvozdev

Lipezk - 2006

Schatow, Yu.S. Messung der Härte von Metallen. Richtlinien zur Laborarbeit für Studierende der Fachrichtungen 150105, 150702. /Yu.S. Schatow, I.P. Gorbunov, A.G. Gvozdev. - Lipezk: LGTU, 2006. - 33 p.

Konzipiert für Studierende im 3. Studienjahr der Fachrichtungen 150105, 150702. Die Methodenanleitung vermittelt eine Methodik für die Arbeit an Härteprüfgeräten. Der Zweck jeder Arbeit ist angegeben; die theoretischen Informationen, die zur Durchführung des Experiments erforderlich sind, werden angegeben, Instrumentenschemata werden angegeben; es wird die reihenfolge der ausfhrung der arbeit betrachtet und es ist die form des berichts gegeben. Es werden Varianten individueller Schüleraufgaben zur Bestimmung der Härte von Metallen gegeben.

Il. 5. Registerkarte. 7. Bibliographie: 6 Titel. Bewerbungen 2.

Methodische Anweisungen wurden auf der Sitzung der Abteilung für physikalische Metallurgie am 15. September 2006, Protokoll Nr. 1, genehmigt

Rezensent - V. V. Logunov

© Staat Lipezk

Technische Universität, 2006

Allgemeine Anweisungen

Zielsetzung:

Beherrschung der Methode zur Härtemessung auf Brinell-, Rockwell-, Vickers- und Mikrohärteprüfgeräten.

Erfahren Sie, wie Sie bei der Härteprüfung mit verschiedenen Methoden das richtige Gerät, die richtige Belastung und die richtige Spitze auswählen und die Härte der ausgegebenen Proben bestimmen.

Sie können die Härte einzelner Phasen und Bauteile messen.

Die Härte bestimmt die Fähigkeit eines Metalls, Verformungen auf der Oberfläche einer Probe oder eines Produkts zu widerstehen.

Härteprüfungen werden häufig unter Labor- und Fabrikbedingungen eingesetzt, um die mechanischen Eigenschaften von Metallen und Legierungen zu charakterisieren.

Die Härte von Metallen wird gemessen, indem die Oberfläche von Produkten einer Spitze ausgesetzt wird, die aus einem harten Material (gehärteter Stahl, Diamant usw.) besteht und wie eine Kugel, ein Kegel, eine Pyramide oder eine Nadel geformt ist. Je nach Art des Aufpralls der Spitze gibt es mehrere Methoden zur Messung der Härte: a) die Eindruckmethode; b) Rückprallmethode; c) Kratzmethode.

Die Härte, bestimmt durch Eindrücken, charakterisiert den Widerstand des Metalls gegen plastische Verformung.

Die Rückprallhärte charakterisiert die elastischen Eigenschaften. Härte bestimmt durch Kratzen, Bruchfestigkeit. Somit ist die Härte eine spezifische Eigenschaft eines Metalls, und Härtetests können die elastischen Eigenschaften von Metallen, die Beständigkeit gegen plastische Verformung, die Bruchfestigkeit und ar messen. Die weite Verbreitung von Härteprüfungen in der Praxis erklärt sich aus der Tatsache, dass sie keine langen, speziellen komplexen Proben erfordern, ohne deren Zerstörung an fertigen Produkten durchgeführt werden können und es ermöglichen, andere mechanische Eigenschaften des Metalls zu beurteilen Empirische Beziehungen. Die Wahl der Spitzenform, -größe und -belastung hängt vom Zweck der Prüfung, der Struktur, den erwarteten Eigenschaften, der Oberflächenbeschaffenheit und den Abmessungen des Prüfkörpers ab.

Hat das Metall ein heterogenes Gefüge mit großen Ausscheidungen einzelner Gefügebestandteile mit unterschiedlichen Eigenschaften (z. B. Grauguss, Lagerlegierungen), so wird zur Messung der Härte eine Kugel mit großem Durchmesser gewählt.

Bei der Prüfung von Metallen mit hoher Härte (z. B. gehärteter Stahl) wird ein Diamantkegel verwendet, während die Gesamtlast reduziert wird (um Risse in der Probe zu vermeiden). Eine signifikante Verringerung der Last ist jedoch unerwünscht. führt zu einer starken Abnahme des verformbaren Volumens und kann Werte ergeben, die für die Masse des Metalls nicht typisch sind.

Die Messung der Mikrohärte zielt darauf ab, die Dichte einzelner Körner, Phasen, Gefügebestandteile und Oberflächenschichten des Metalls während seiner chemisch-thermischen Behandlung zu bestimmen. In diesem Fall sollte das durch den Eindruck verformte Volumen kleiner sein als das Volumen des gemessenen Korns, daher wird die aufgebrachte Last klein gewählt.

Die Oberflächenbeschaffenheit des Materials hat einen wesentlichen Einfluss auf die Ergebnisse von Härteprüfungen. Wenn die Oberfläche uneben ist – gewölbt oder mit Vorsprüngen – widerstehen einzelne Bereiche unterschiedlich stark dem Eindrücken, was zu einem Fehler bei der Härtemessung führt.

Je geringer also die Belastung, desto gründlicher wird die Oberfläche vorbereitet. Es sollte eine polierte horizontale Plattform darstellen und zum Messen der Mikrohärte poliert sein. Die zu messende Oberfläche muss waagerecht eingebaut werden, d.h. senkrecht zur Last. Die gegenüberliegende Seite des Prüflings muss sauber und zunderfrei sein, da letzteres wird unter Belastung zerdrückt, was die Messergebnisse verfälscht. Das Eindringverfahren mit harter Spitze wird am häufigsten in der Praxis der Metallprüfung verwendet. Dieses Verfahren umfasst die Verfahren von Brinell, Rockwell, Vickers. Die Härtemessung mit diesen Methoden ist von GOSTs standardisiert und etabliert:

Brinell - GOST 9012 - 59, Rockwell - GOST 9013 - 59, Vickers - GOST 2999 - 59.

Auf Abb. 1 zeigt den Bereich der Härtewerte für diese drei grundsätzlich identischen Verfahren basierend auf statischem Hartspitzeneindruck.

Reis. 1. Bereich der Härtewerte

Richtlinien für die Härtemessung mit Brinell-, Rockwell-, Vickers- und Mikrohärteprüfgerät PMT - 3

Allgemeine Informationen zu den Methoden der Härteprüfung an Brinell- und Rockwell-Geräten sind in Studienführern beschrieben, mit denen sich der Student in Vorbereitung auf diese Arbeit ausführlich vertraut machen sollte.

Brinellhärte - HB, N / m 2.

Bei der Härtemessung mit einem Brinell-Gerät sollte sich der Schüler an folgenden Tipps orientieren:

Bevor Sie mit der Härteprüfung fortfahren, müssen Sie gemäß der Tabelle richtig auswählen. 2 Last (P) und Kugeldurchmesser (D) basierend auf Material und Dicke der Probe, GOST 9012 - 59. Die Last wird so gewählt, dass das Ähnlichkeitsgesetz eingehalten wird

R/D 2 = const(1)

In diesem Fall ist es möglich, die mit unterschiedlichen Kugeldurchmessern erzielte Härte zu vergleichen. Die Mindestdicke des Probekörpers muss mindestens das Zehnfache der Eindrucktiefe betragen. Auf der Rückseite des Prüfkörpers darf nach dem Eindrücken der Kugel keine Verformung erkennbar sein.

Je größer der Kugeldurchmesser, desto genauer ist die Bestimmung der Härte.

Die Härte des Materials gemessen nach Brinell sollte 4500 MN/m 2 nicht überschreiten, weil. Für den Eindruck wird eine gehärtete Stahlkugel mit einer Härte von HB = 6000 MN / m 2 verwendet, die sich beim Testen härterer Metalle selbst verformt.

Die Einwirkzeit der Probe ist streng konstant und wird je nach Material vor der Messung auf 10 bis 60 Sekunden (gemäß Tabelle 2) eingestellt.

Der Durchmesser des nach dem Eindrücken erhaltenen Abdrucks (d) wird mit einer speziellen Lupe mit einer Genauigkeit von 0,05 mm gemessen. In diesem Fall wird zur besseren Ausleuchtung des Drucks das Lupenfenster in Richtung der Lichtquelle gelegt.

Der Härtewert wird aus den Tabellen entnommen oder nach der Formel N / m 2 berechnet

Die Oberfläche des Probekörpers muss frei von Zunder und anderen Fremdkörpern sein und die Oberfläche muss plan bearbeitet sein, sodass die Kanten des Eindrucks beim Messen seines Durchmessers deutlich sichtbar sind.

Der Abstand von der Mitte des Abdrucks bis zum Rand der Probe muss größer oder gleich 2,5 d sein. und zwischen den Mittelpunkten zweier benachbarter Drucke – größer als oder gleich 4 d.

Die Eindruckdurchmesser (d) müssen innerhalb liegen

.

Ist diese Bedingung nicht erfüllt, gilt die Prüfung als ungültig und muss mit der entsprechenden Belastung wiederholt werden.

Das Verfahren zur Härtemessung mit dem Brinell-Gerät

Nach der Belastung wird der Durchmesser der Kugel gewählt und die Einwirkzeit eingestellt, der Prüfling auf den Tisch gelegt und mit dem Handrad bis zum Anschlag mit der Kugel in Kontakt gebracht, wodurch eine Vorspannung von 1000 N entsteht Durch Drücken der Taste wird der Elektromotor eingeschaltet. Das Laden, Halten und Entladen der Proben erfolgt automatisch. Die Dauer der Belichtung wird durch das Aufleuchten der Lampe signalisiert. Nach dem Abschalten des Elektromotors wird der Tisch abgesenkt und der entstehende Abdruck mit einer speziellen Lupe gemessen. Der Durchmesser des Abdrucks wird in zwei zueinander senkrechten Richtungen gemessen und der Mittelwert gebildet. Kenntnis des Durchmessers des Abdrucks und der aufgebrachten Last gemäß Tabelle. 1 Finden Sie den Wert der Härte der Testprobe.

Rockwell-Härte -HRB, NREINRMIT,HRF

Bei der Härtemessung mit einem Rockwell-Prüfgerät sollte sich der Schüler an folgenden Tipps orientieren:

Härteprüfungen an diesem Gerät können durch Eindrücken einer gehärteten Kugel (D = I, 588 mm), eines Diamantkegels, durchgeführt werden. In diesem Fall wird der Diamantkegel zur Prüfung von Hartmetallen verwendet (HB - 2500 MN / m 2 ).

Je nach Art des Eindringkörpers und der gewählten Belastung werden Härtemessungen auf den Skalen A, B, C, F durchgeführt. Der erhaltene Härtewert ist ein dimensionsloser Wert und wird in Einheiten dieser Skala ausgedrückt, bzw. HRA, HRB, HRC, HRF (siehe Tabelle 3).

Das Gerät misst die Tiefe des Abdrucks. Jede Teilung der Indikatorskala entspricht einer Eindringtiefe (h) von 0,002 mm, je kleiner h, desto größer die Härte.

Das Verhältnis zwischen Härte und Eindringtiefe wird durch die Ausdrücke bestimmt

für Diamantkegel
(3)

für den Ball
(4)

Vor Beginn des Tests muss die Messskala ausgewählt werden, d.h. Last, Referenzskala und Eindringkörper (Kugel oder Kegel). Die Skalen A und C werden verwendet, um gehärteten Stahl zu messen, und wenn es erforderlich ist, die Härte in der Randschicht zu messen, beispielsweise nach einer chemisch-thermischen Behandlung, nach einem HDTV-Härten, wird die Belastung auf 500 N reduziert, d. h. verwendet zur Messung die Skala A. Zur Bestimmung der Härte von geglühtem und normalisiertem Stahl wird die Skala B verwendet, die Belastung beträgt 1000 N. Bei Nichteisenmetallen mit geringer Härte wird auf der Skala F gemessen Dieser Fall wird auf 500 N reduziert, um die Eindringtiefe der Stahlkugel zu verringern.

Die Oberfläche des Probekörpers ist durch Abschleifen von Zunder und anderen Fremdstoffen zu reinigen.

Die Rechtwinkligkeit der Lasteinleitung wird durch Parallelität der Bezugsflächen der Probe sichergestellt.

Die Mindestdicke der Probe sollte mindestens das Achtfache der Eindringtiefe der Spitze nach Entfernung der Hauptlast betragen. Auf der Probenrückseite dürfen nach der Härtemessung keine Verformungsspuren erkennbar sein. Der Abstand zum Musterrand bzw. zwischen benachbarten Drucken muss mindestens 3 mm betragen.

Das Ablesen der Ergebnisse der Härtemessung erfolgt in ganzen Teilen der Indikatorskala mit einer Genauigkeit von 0,5 Skalenteilen. Als Härtezahl wird das Ergebnis einer Einzelmessung genommen. Außerdem müssen an jeder Probe mindestens drei Messungen durchgeführt werden.

Das Verfahren zur Härtemessung am Rockwell-Gerät

Nach der Vorbereitung der Probenoberfläche und der Auswahl des Maßstabs werden die geeignete Last und der Eindringkörper (Kugel oder Diamantkegel) installiert. Die Probe wird auf den Instrumententisch gelegt und mit dem Handrad in Kontakt mit der Spitze gebracht, wodurch eine Vorspannung von 100 N entsteht, die auf dem Zifferblatt durch einen kleinen Pfeil neben dem roten Punkt angezeigt wird. In diesem Fall sollte der große Pfeil eine vertikale Position einnehmen und nach oben zeigen, mit einer Abweichung von ± 5 Skalenteilen von der Vertikalen. Übersteigt die Zeigerabweichung 5 Teilstriche, muss die Vorspannung entfernt und die Härtemessung an einer anderen Stelle der Probe vorgenommen werden.

Dann verbindet es den großen Pfeil mit der Null der schwarzen Skala (unabhängig von der gewählten Messskala) und durch Drücken des Hebels wird die Hauptlast gegeben.

Nach einem vollständigen Stopp der Pfeilbewegung (nach 2–3 s) wird die Härte auf der Anzeigeskala abgelesen. Es ist zu beachten, dass bei der Messung mit einem Diamantkegel die Härtemessung auf einer schwarzen Skala und bei der Messung mit einer Stahlkugel auf einer roten Skala erfolgt. Trotz einer Reihe von Mängeln der Rockwell-Methode: der Bedingtheit des Wertes der bestimmten Härte, der geringen Messgenauigkeit, wird diese Methode häufig zur Massenkontrolle eingesetzt. Grund dafür sind eine Reihe von Vorteilen des Verfahrens:

Schnelle Härtebestimmung durch Instrumentenautomatisierung.

Fähigkeit, die Härte von Materialien mit HB > 500 Einheiten zu bestimmen.

Möglichkeit zur Messung der Härte an kleinen und dünnen Proben.

Die Rockwell-Härten HRA, HRB, HRC, HRF können anhand einer anhand experimenteller Daten erstellten Tabelle (siehe Tabelle 4) in die Brinell-Härte umgerechnet werden

Vickers-Methode

Bei der Messung der Vickers-Härte nach GOST 2999 - 59 wird eine tetraedrische Diamantpyramide mit einem Spitzenwinkel von 135° in das zu prüfende Metall eingepresst. Zur Prüfung können Belastungen von 50, 100, 200, 300, 500, 1000 und 1200 N verwendet werden Der Abdruck wird in Form eines Quadrats erhalten. Unter Verwendung eines Mikroskops am Gerät wird die Diagonale des Drucks gemessen. Die Vickershärte HV ist definiert als der spezifische Druck pro Flächeneinheit des Eindrucks N/m 2

(5)

d ist die Länge der Prägediagonalen, mm 2 .

Brinell- und Vickers-Härtezahlen haben die gleiche Dimension und für Metalle mit Härten bis zu 450 Einheiten. Sie sind gleich.

Die Härtemessung mit einer Diamantpyramide liefert bei Hartmetallen genauere Werte als Messungen mit Kugel oder Kegel, da die Eindruckdiagonalen auch bei geringer Eindringtiefe recht groß sind. Beim Eindrücken der Pyramide bleibt das Verhältnis der Diagonalen des entstehenden Eindrucks bei wechselnder Belastung konstant, was eine Veränderung der Belastung über einen weiten Bereich ermöglicht. Der Belastungswert wird in Abhängigkeit von den Zielen der Untersuchung, der Dicke und Härte der Testprobe gewählt. Die Belastungsdauer beträgt: bei Eisenmetallen 10–15 s, bei Nichteisenmetallen 30–60 s.

Das Vickers-Gerät (Fig. 2) ist mit einer Hebelvorrichtung 1 zum Laden einer Diamantpyramide 5, einem speziellen Mikroskop 6 zum Messen der Diagonalen eines Abdrucks und einem Ladeantrieb 7 ausgestattet.

Die Oberfläche der Vickers-Härteprüfkörper muss zunächst sorgfältig mit feinem Sandpapier geschliffen oder poliert werden. Die Dicke des Prüfmusters darf nicht weniger als 1,5 Diagonalen des Drucks betragen.

Das Vickers-Prüfgerät kann die Härte von weichen Metallen und sehr harten Legierungen sowie die Härte in dünnen Randschichten, z.

Jede Vickers-Bestimmung dauert jedoch relativ lange und erfordert eine sorgfältige Vorbereitung der Probenoberfläche, was der Hauptnachteil dieser Methode ist, die eine breite Anwendung unter Werkstattbedingungen verhindert.

Verfahren zur Messung der Vickers-Härte

Bestimmen Sie den erforderlichen Belastungswert in Abhängigkeit vom Material und der Form des zu prüfenden Produkts anhand von Tabelle 5.

Die Probe wird auf den Tisch 4 gelegt, auf dem die Schraube 3 montiert ist, die durch die Drehung des Handrads 2 bis zum Kontakt der Diamantpyramide mit der Oberfläche der Probe bewegt wird.

Griff 1 wird eingeschaltet und die Last wird durch ein Hebelsystem auf die Probe übertragen.

Das Produkt wird aus dem Kontakt mit der Diamantspitze entfernt, indem das Handrad gegen den Uhrzeigersinn gedreht und der Mikroskopkopf bis zum Anschlag nach rechts gedreht wird, um das Mikroskopobjektiv mit dem Abdruck auszurichten.

Der Druck wird fokussiert und die Diagonalen gemessen. Dazu wird durch Drehen der Schraube die Nullmarke der Skala an den Rand der Diagonale gebracht und dann durch Drehen der Mikroschraube eine bewegliche Linie an das gegenüberliegende Ende der Diagonale gebracht. Beim Ablesen verwenden sie eine Mikroskopskala, deren eine Teilung 0,1 mm entspricht, und eine Mikroschraube, deren eine Teilung am Glied 0,001 mm bei 100-facher Vergrößerung entspricht. Um die zweite Diagonale zu messen, drehen Sie den Mikroskopkopf um 90° – im Uhrzeigersinn. Ermittelt nach Messung zweier Diagonalen den Mittelwert von d.

Anhand der Tabelle wird der Wert von d verwendet, um die Vickers-Härte (HV) zu bestimmen oder sie mit Formel (5) zu finden.

Verfahren zur Messung der Mikrohärte

Bei der Bestimmung der Mikrohärte wird eine tetraedrische Diamantpyramide (mit einem Winkel zwischen gegenüberliegenden Flächen an der Spitze von 135°) unter einer sehr geringen Belastung von 0,05 bis 5 N in das Testmaterial gedrückt. Die Härtezahl wird durch die Härte H ausgedrückt und wird durch Formel (5) bestimmt.

Härtezahlen nach GOST 9450 - 60 werden durch das Symbol H mit Angabe der Belastung in Gramm im Index gekennzeichnet (z. B. bedeutet H 50 \u003d 220, dass die Mikrohärtezahl 220 mit einer Belastung von 0,5 N erhalten wurde). .

Die Mikrohärteprüfung dient zur Kontrolle der Materialqualität von Kleinstteilen, sowie zur Bestimmung der Härte von Strukturbauteilen, der Härte von Beschichtungen und sehr dünnen Oberflächenschichten. Die Oberfläche der Probe zur Bestimmung der Mikrohärte wird wie bei der Mikrountersuchung vorbereitet. Das Polieren wird elektrolytisch empfohlen, um eine Kaltverfestigung in einer dünnen Oberflächenschicht zu vermeiden. Zur Bestimmung der Mikrohärte dient das Gerät PMT - 3. Dies ist ein vertikales Mikroskop 1 mit der unteren Position des Tisches, das

Reis. 2. Vickers-Gerät

Reis. 3. Gesamtansicht des Geräts PMT - 3

Dies ist ein vertikales Mikroskop 1 mit der unteren Position des Tisches, das zwei austauschbare Objektive mit einer 487- und 130-fachen Vergrößerung (normalerweise verwenden sie eine 487-fache Vergrößerung) und ein Okular - ein Mikrometer 4 zum Messen der Diagonale von Drucken. Durch Drehen des Tisches 2 wird die ausgewählte Stelle auf dem Abschnitt 3 unter den Eindringkörper - die Pyramide - gebracht. Das Prinzip der Härtemessung ist das gleiche wie nach Vickers, nur hat die Pyramide eine höhere Fertigungsgenauigkeit. Auf Abb. 3 zeigt eine Gesamtansicht des Geräts PMT-3.

Die Wahl der Last hängt von der Messaufgabe ab. Die Mitte des Abdrucks muss mindestens zwei Abdruckdiagonalen vom Rand des Abschnitts oder vom Rand des angrenzenden Abdrucks entfernt sein. Liegt der Eindruck zu nah am Rand, wird das Eindrücken des Eindringkörpers leichter und somit ist der Härtewert zu gering. Wenn der erste Eindruck zu nahe am zweiten liegt, befindet sich der zweite Eindruck in dem Bereich, der bereits durch den ersten Eindruck gehärtet ist, sodass die Härte zu hoch ist.

Bei einer geringen Belastung ist der relative Fehler bei der Messung des Abdrucks groß und die Qualität des Abschnitts wird stärker beeinträchtigt, daher ist es ratsam, die größte Belastung zu nehmen.

Anstatt die Härtezahl nach der Formel zu bestimmen, werden normalerweise Tabellen verwendet, die für Belastungen von 0,2 berechnet wurden; 0,5; 1 und 2 H. Will man aber die Härte eines einzelnen Korns messen, muss man die Belastung reduzieren, bis der Abdruck so klein ist, dass mindestens zwei Diagonalen zu den Kornrändern übrig bleiben. Selbst eine weit von der sichtbaren Korngrenze entfernte Vertiefung kann einen überschätzten (oder unterschätzten) Härtewert ergeben, da eine andere Phase (härter oder weicher) in geringer Tiefe unter der Oberfläche des Schnitts darunter liegt. Der Eindringkörper „liegt“ daran an oder „fällt“ umgekehrt durch die harte Kruste in den weichen Untergrund. Daher ist die Streuung der gemessenen Mikrohärtewerte in der Regel deutlich größer als bei herkömmlichen Härtemessungen. Mikrohärtemessungen sind nur dann von Wert, wenn die diagonale Anzahl von Dimensionen statistisch korrekt verarbeitet wird.

Der Mittelwert der Mikrohärte H wird nach Formel (6) berechnet, die quadratischen Mittelwerte S A - nach Formel (7)

(6)

wobei n die Anzahl der Messungen ist,

H i – Strommessung.

Um die empfangenen Daten auf einem Computer verarbeiten zu können, wurden Transformationen vorgenommen

Anzahl der Freiheitsgrade

wo
– Streuung;

die Streuung der Messwerte der Strukturkomponente A ist;

ist die Messstreuung des Bauteils B.

Das Schülerkriterium wird durch die Formel berechnet

Nach Werten u finde aus Tabelle 6 den Wert von P – die Wahrscheinlichkeiten dafür, dass die tatsächlichen Härten H 1 und H 2 gleich sind. Der Wert P = 0,9 bedeutet, dass mit einer Wahrscheinlichkeit von mehr als 90 % die Mikrohärtewerte der ersten und zweiten Probe übereinstimmen müssen. Kleine P-Werte weisen auf das Vorhandensein eines signifikanten Härteunterschieds hin.

Verfahren zur Messung der Mikrohärte

Vor der Messung der Mikrohärte ist es notwendig:

Bereiten Sie die Oberfläche der untersuchten Probe auf die gleiche Weise wie bei der Mikrostrukturanalyse vor (Schleifen - Polieren - Ätzen),

Bestimmen Sie den Teilungswert des Okulars - Mikrometer (siehe die Arbeit "Quantitative Analyse").

Wählen Sie die Belastung je nach Größe auf die zu erwartende Härte aus.

Befestigen Sie den Dünnschnitt mit einer Handpresse und Plastilin streng parallel zur horizontalen Ebene der Bühne auf der nichtmetallischen Platte.

Danach fangen sie an zu messen.

Auf einem Tisch ist eine Platte mit einem dünnen Abschnitt installiert.

Durch Verschieben des Tisches mit Mikroschrauben wird der für die Injektion gewählte Ort unter das Fadenkreuz des Okulars gebracht.

Stellen Sie die Trommel des Okularmikrometers 7 in die Nullstellung.

Drehen Sie den Tisch bis zum Anschlag (machen Sie es glatt), während die Probe unter Last steht.

Die Probe wird geladen, indem der Griff des Eindringkäfigs 4 langsam (10–15 s) gedreht und 5 s lang gehalten wird, wonach der Griff des Käfigs in seine ursprüngliche Position zurückgebracht wird. Jedes Mal, bevor Sie den Tisch drehen, müssen Sie sicherstellen, dass die Diamantpyramide angehoben ist. Beachtung! Durch Drehen des Tisches mit abgesenktem Eindringkörper (Spitze) kann der Diamant brechen.

Nach dem Entfernen der Last wird der Tisch durch Drehung in seine ursprüngliche Position zurückgebracht, d. h. unter einem Mikroskop. Wenn der Abdruck stark vom Fadenkreuz entfernt ist (siehe Abb. 4. (1)), verschieben die Schrauben 9 (Abb. 3) das Bild des Abdrucks vorsichtig in das Fadenkreuz.

Die Mikroschraube 7 bewegt das Fadenkreuz von Position 1 zu Position 2 (Fig. 4) und bestimmt auf dem Schenkel der Mikroschraube 7 die Länge der Diagonalen des Abdrucks in Teilungen des Schenkels d div.

Die Messergebnisse werden in die Tabelle eingetragen. Der Wert der Prägediagonale in Mikron wird durch die Formel unter Berücksichtigung des zuvor gefundenen Teilungswerts bestimmt

d µm =
d div.

Reis. 4. Methoden zur sequentiellen Messung der Diagonalen von Drucken auf dem Okular des PMT-3-Geräts - Mikrometer AM9-2 (AM9-1)

Reis. 5. Diagramm zur Bestimmung der Mikrohärte ohne Nachrechnung

Nachdem jeder gemessene Wert der Diagonalen in Härte umgerechnet wurde, wird der durchschnittliche Härtewert gefunden (separat für jede Messung). Da die Abhängigkeit der Härte von der Länge der Diagonale nicht linear ist, ist es unmöglich, zuerst die durchschnittliche Diagonale zu berechnen und daraus dann die Härte zu ermitteln. Um die Arbeit zu beschleunigen, wird empfohlen, auf Millimeterpapier mit Formel (5) eine Grafik in den Koordinaten von d-Fällen - Härte zu erstellen und daraus alle Härtewerte zu ermitteln.

Arbeitsweise

In dieser Arbeit lernen die Studierenden die Technik der Härtebestimmung nach Brinell, Rockwell, Vickers und Mikrohärte am PMT-Z Gerät kennen und erwerben die Fertigkeit, um bei anderen Arbeiten die Härte selbstständig bestimmen zu können. Darüber hinaus lernen die Studenten das Design von Brinell-, Rockwell- und Vickers-Pressen, das PMT-3-Gerät und das Prinzip ihrer Funktionsweise kennen.

Aufgabe zur Bestimmung der Härte nach Brinell und Rockwell

Der Student befasst sich mit einer individuellen Problemstellung (siehe Anhang 1) und löst diese selbstständig. Vor Testbeginn erfährt der Student, welche der Proben nach Brinell und welche nach Rockwell getestet werden sollen.

Messen Sie die Härte an den Proben, nachdem Sie zuvor die Dicke der Proben mit einem Messschieber gemessen haben.

Wählen Sie anhand von Tabelle 2 den Kugeldurchmesser und die Belastung aus.

Bei der Prüfung nach Rockwell muss anhand der Tabelle festgelegt werden, auf welcher Skala die Härte gemessen werden muss (auf einer Skala von A, B, C und F). 3. Messen Sie die Brinell- und Rockwell-Härte der Probe und vergleichen Sie sie.

Die Brinellhärte wird aus der Tabelle bestimmt und nach Formel (2) berechnet. Vergleichen Sie die Ergebnisse. Messen Sie den Eindruckdurchmesser in zwei senkrechten Richtungen und nehmen Sie den Mittelwert.

Die Rockwell-Härte wird aus dem Durchschnitt von drei Messungen bestimmt.

Bestimmen Sie die Zugfestigkeit und Dauerfestigkeit anhand von Tabelle 8.

Tragen Sie alle Ergebnisse in Tabellen ein.

Vickershärte Aufgabe

Es können nicht mehr als 2-3 Schüler gleichzeitig am Gerät arbeiten. Zur Messung der Vickershärte werden die Proben geschliffen und poliert. Dem HV-Test werden Proben verschiedener Kohlenstoff- oder legierter Stähle unterzogen, die einer Wärmebehandlung (Glühen, Normalglühen, Härten, Anlassen) unterzogen wurden.

Führen Sie Härteprüfungen verschiedener Kohlenstoffstähle 20, 35, 45, U7, U8, U12 im geglühten Zustand durch. Ziehen Sie eine Schlussfolgerung über die Auswirkung des Kohlenstoffgehalts auf die Härte von Stahl. Erläutern Sie die Ergebnisse, die Sie im Zusammenhang mit der Änderung der Struktur erhalten haben.

Zur Prüfung von Stahl 45, U8 im normalisierten, gehärteten und angelassenen Zustand. Ziehen Sie eine Schlussfolgerung über die Auswirkungen der Wärmebehandlung auf die Eigenschaften von Stahl.

Testen Sie eine der geglühten Proben nach Brinell und Rockwell, vergleichen Sie die erhaltenen Härtezahlen nach Vickers, nach Brinell und Rockwell. Eine ähnliche Aufgabe nach den Punkten 1, 2, 3 kann nach Anweisung des Lehrers für legierte Stahlsorten durchgeführt werden.

Bei der Messung der Vickers-Härte werden von jeder Probe 10–15 Abzüge gemacht.

Notieren Sie die Messergebnisse in einer Tabelle.

Aufgabe zur Bestimmung der Mikrohärte

Es können nicht mehr als 2–3 Schüler gleichzeitig an einem PMT-3-Gerät arbeiten.

Messen Sie die Mikrohärte der Proben entsprechend der individuellen Aufgabenstellung (siehe Anhang 2).

Am Dünnschliff wird die Härte verschiedener Phasen oder Gefügebestandteile gemessen. Wenn es sich um Kohlenstoffstahl handelt (z. B. Art. 45), wird die Härte von Ferrit und Perlit bestimmt. Der Student macht 15 Drucke auf jedem Strukturbauteil.

Jeder Schüler berechnet den Durchschnittswert von H sowie alle in die Tabelle eingetragenen. 7 Werte (separat für jede Phase).

Von 30–45 gemessenen Werten der Perlit- und Ferrit-Mikrohärte im Abstand von 10 Einheiten. Erstellen Sie ein Histogramm der Mikrohärteverteilung für jede Strukturkomponente.

Mit den Formeln (8), (9), (10) und tab. 6 Überprüfen Sie, wie zuverlässig der gefundene Unterschied in der Härte von Ferrit und Perlit ist, wenn:

1. Verwenden Sie 3 Messungen, die Härte jeder Komponente,

   Verwenden Sie 10 Messungen,

   Verwenden Sie 20, 30, 45 Messungen (kombinieren Sie Daten von zwei bis drei Schülern).

Zeigen Sie die erhaltenen Ergebnisse grafisch an.

Berichtsformular

Der Student erstellt einen schriftlichen Bericht über die Arbeit, der Folgendes enthalten sollte:

Eine kurze Beschreibung der Definition der Härte nach Brinell, Rockwell, Vickers und der Mikrohärte mit Vorstellung theoretischer Grundlagen und Formeln.

Schema eines der Geräte, das den Zweck der Hauptteile angibt.

Schriftliche Begründung für die Wahl des Instruments und der Testbedingungen zur Lösung einer individuellen Problemstellung.

Prüfergebnisse in Form einer Tabelle und Grafik mit Erläuterung der Gründe für die Härteänderung in Abhängigkeit von der Art der Wärmebehandlung.

Neben der Lösung eines individuellen Problems führt jeder Schüler zusätzliche Arbeiten aus, die in den Aufgaben zur Bestimmung der Härte an Brinell-, Rockwell-, Vickers- und PMT-3-Geräten angegeben sind, die sich im Bericht widerspiegeln sollten.

Bibliographisches Verzeichnis

1. Gvozdev A.G. Laborworkshop zur Materialwissenschaft. Lehrbuch [Text] / A.G. Gvozdev. Lipezk: LGTU, 2002.

2. Livshits B.G. Metallographie [Text] / B.G. Liveshits. Moskau: Metallurgie, 1971.

3. Sacharow A.M. Zustandsdiagramme binärer und ternärer Systeme [Text] / A.M. Sacharow. Moskau: Metallurgie, 1978.

4. Sahnekännchen B.I. Laborworkshop Metallographie und physikalische Eigenschaften von Metallen und Legierungen [Text] / B.I. Krimer, E.V. Pantschenko, LA Shishko, V.N. Nikolaeva, Yu.S. Avraamov. Moskau: Metallurgie, 1966.

5. Pantschenko E.V. Laboratorium für Metallographie [Text] / E.V. Pantschenko, Yu.A. Skakov, B.I. Creamer, P.P. Arsentjew, K. V. Popov, M. Ya. Zwilling. Moskau: Metallurgie, 1965.

6. Shtremel M.A. Laborworkshop zum Spezialkurs "Festigkeit von Legierungen". Teil 1. [Text] / M.A. Schtremel. Moskau: Metallurgie, 1968.

Tabelle 1

Brinell-Härtezahlen, HB (MN/m 2 ∙ × 10 -1)

Kugeldurchmesser 10 mm

Kugeldurchmesser 5 mm

Kugeldurchmesser 2,5 mm

Tabelle 2

Brinellhärte

Tisch 3

Rockwell-Testskalen

Tabelle 4

Tabelle 5

Vergleichstabelle für nach verschiedenen Methoden ermittelte Härtezahlen

Tabelle 6

Die Werte von t für eine gegebene Freiheitszahl und eine gegebene Wahrscheinlichkeit P

Tabelle 7

Zusammenhang zwischen Härte und Festigkeit von Metallen und Legierungen

Anhang 1

Einzelaufgaben für Schüler zur Bestimmung der Härte nach Brinell und Rockwell

In den Aufgaben 1–10. Messen Sie die Härte eines Metalls oder einer Legierung auf Brinell- und Rockwell-Instrumenten und vergleichen Sie die Ergebnisse:

Nr. 1 - technisches Eisen, Nr. 2 - Aluminium, Nr. 3 - Kupfer,

Nr. 4 - Weichstahl, Nr. 5 - Wolfram, Nr. 6 - Titan, Nr. 7 - Stahl 20,

Nr. 8 - Stahl 45, Nr. 9 - Stahl U8, Nr. 10 - Stahl UI2.

In den Aufgaben 11–14. Messen Sie die Härte von Proben mit unterschiedlichen Dicken und vergleichen Sie die erhaltenen Ergebnisse:

Nr. 11 - Weichstahl, Nr. 12 - Titanlegierung, Nr. 13 - Kupfer,

Nr. 14 - gealtertes Duraluminium.

In den Aufgaben 15–22. Messen Sie die Härte von gehärteten Stahlproben unter verschiedenen Belastungen. Die erhaltenen Ergebnisse vergleichen:

Nr. 15 - Stahl 45, Nr. 16 - Stahl 40X, Nr. 17 - Stahl R18, Nr. 18 - Stahl U7,

Nr. 19 - R9-Stahl, Nr. 20 - U12-Stahl, Nr. 21 - KhVG-Stahl, Nr. 22 - 9XS-Stahl.

Messen Sie in den Aufgaben 23–26 die Härte der Oberflächenschicht an Proben, die verschiedenen Wärmebehandlungen unterzogen wurden:

Nr. 23 - gehärteter Stahl, Nr. 24 - Aufkohlen + Härten,

Nr. 25 - Nitrieren, Nr. 26 - HDTV-Härten.

Nr. 27 - Machen Sie auf einer 3 mm dicken Probe Drucke mit einer Kugel von 2,5, 5 und 10 mm. Messen Sie den Eindruckdurchmesser und berechnen Sie die Härte, vergleichen Sie die Ergebnisse und erklären Sie die Abweichung.

Nr. 28 - Machen Sie auf einer Probe aus Weichstahl eine Reihe von Drucken auf dem Brinell-Gerät und platzieren Sie sie in einem Abstand von 0,5 und 4 mm voneinander. Vergleichen Sie die erhaltenen Härtewerte und erklären Sie deren Unterschied.

#29 - Messen Sie die Härte einer Kohlenstoffstahlprobe (geglüht) mit einer Kugel und einem Kegel. Vergleichen Sie die Ergebnisse.

In den Aufgaben 30–37. Führen Sie HB-Härtetests in bestimmten Legierungen bei Lasten von 187,5 durch; 750; 1000; 1250 und 1500 N×10 -1 für NE-Legierungen und bei 750, 1000, 1250, 3000 N×10 -1 für Stähle, Gusseisen mit einer Kugel D = 10 mm. Berechnen Sie die Härte für jede Belastung P. Tragen Sie die logarithmische Abhängigkeit lgP - lgd auf, bestimmen Sie grafisch die Konstanten d und n im mathematischen Zusammenhang zwischen Belastung und Härte. P=ad n

Nr. 30 - Aluminiumlegierung, Nr. 31 - Messing, Nr. 32 - Kupfer,

Nr. 33 - Trafostahl, Nr. 34 - U12-Stahl, Nr. 35 - Grauguss,

Nr. 36 - weißer Guss, Nr. 37 - modifizierter Guss.

In den Aufgaben 38–49. Führen Sie in einer gegebenen Legierung Härtetests mit Kugeln verschiedener Durchmesser (2,5; 5; 10 mm bei P = const) durch und ziehen Sie eine Aussage über den Einfluss des Kugeldurchmessers auf die Härte:

Nr. 38 - Stahl 20, P=7500 N, Nr. 39 - Stahl 45, P=7500 N,

Nr. 40 - Stahl U8, R = 7500 N.

Nr. 41 - Testen Sie die Probe auf Härte mit Kugeln verschiedener Durchmesser: 2,5, 5 und 10 mm. Die zur Erzielung des gleichen Härtewertes erforderlichen Belastungen errechnen sich aus der Gleichung P/D 2 = const

Nr. 42 - Führen Sie eine Rockwell-Härteprüfung verschiedener Stahlsorten durch: 20, 45, U7, U10, 712 im geglühten Zustand. Ziehen Sie eine Schlussfolgerung über die Auswirkung des Kohlenstoffgehalts auf die Härte von Stahl (Plot HR=φ(%C)).

#43 - Führen Sie einen Rockwell-Test an Proben aus Aluminium, geglühtem und gehärtetem Stahl durch und wählen Sie geeignete Eindringkörper und Lasten aus.

Nr. 44 - Messen Sie die Rockwell-Härte von drei Proben von Legierungen des Pb-Sb-Systems mit einem Gehalt von 5, 20, 50 % Sv. Zeichnen Sie ein Pb-Sb-Diagramm und ziehen Sie anhand der erhaltenen Härtewerte eine Linie in das Diagramm, die die Änderung der Härte in Abhängigkeit von der Zusammensetzung zeigt. Erklären Sie, wie die Änderung der Härte mit der Struktur der Legierung zusammenhängt.

Nr. 45 - Führen Sie in Cu-Zn-Legierungen mit 10, 30 und 42% Zn die in Aufgaben Nr. 44 angegebenen Arbeiten aus.

In den Aufgaben 46–49. Messen Sie die Härte von zwei Proben, von denen sich eine in einem verformten Zustand und die andere in einem rekristallisierten Zustand befindet. Geben Sie an, welche Probe umkristallisiert wurde und ihre ungefähre Temperatur. Erklären Sie, welche Veränderungen in der Struktur des Metalls während der Rekristallisation zu Härteänderungen führten. Als Material verwenden Sie: Nr. 46 - Stahl 20, Nr. 47 - Kupfer, Nr. 48 - Messing, Nr. 49 - Aluminium,

Nr. 50 - Eine 20 mm dicke Probe wird gehärtet, dann zerstört und von der Bruchseite her geschliffen. Messen Sie die Härte entlang der Dicke der Probe (alle 2 mm), erstellen Sie ein Diagramm in den Koordinaten: Härte - Abstand von der Oberfläche der Probe. Erklären Sie den Verlauf der resultierenden Kurve.

Nr. 51 - Messen Sie die Härte von zwei Schneiden aus Schnellarbeitsstahl (Messungen werden auf einer gereinigten Oberfläche durchgeführt).

Erklären Sie anhand der erzielten Ergebnisse, welcher der Fräser einer abschließenden Wärmebehandlung unterzogen wurde, welche noch durchlaufen werden muss.

Nr. 52 - Messen Sie die Härte von Stahl 45 mit den Skalen A, B, C und F. Vergleichen Sie die erhaltenen Härtewerte, indem Sie sie zuerst in Brinell-Zahlen umwandeln. Erläutern Sie die Gründe für die Diskrepanz in den erhaltenen Ergebnissen und welche Skala in diesem Fall angewendet werden sollte.

Anhang 2

Individuelle Aufgaben zur Messung, Mikrohärte

Nr. 1 - Messen Sie die Mikrohärte von Ferrit in Stahl 20 und Perlit in Stahl U7.

Nr. 2 - Messen Sie die Mikrohärte von Ferrit in Stahl 30 und Perlit in Stahl U7.

#3 - Messen Sie die Mikrohärte von Ferrit und Perlit in Stahl 40.

#4 - Messen Sie die Mikrohärte von Ferrit und Perlit in Stahl 45.

In den Aufgaben Nr. 5–8 - Messung der Mikrohärte von Ferrit und Sorbit in geglühtem und normalisiertem Stahl:

Nr. 5 - Stahl 20X. Nr. 6 - Stahl 30X. Nr. 7 - Stahl 40X. Nr. 8 - Stahl 50X,

In den Aufgaben 9–11. Messen Sie die Mikrohärte von Ferrit, Perlit und strukturfreien Karbiden in bei t = 850° C geglühten Stählen:

Nr. 9 - Stahl P9. Nr. 10 - Stahl PI8. Nr. 11 - XI2 Stahl.

In den Aufgaben 12–15. Untersuchung der Wirkung von Legierungselementen auf die Härte von Ferrit. Die Proben werden bei einer Temperatur von 760–780 °C getempert.

Nr. 12 - Stahl 1XI3. Nr. 13 - Stahl 2X13. Nr. 14 - Transformatorstahl.

Nr. 15 - Dynamostahl.

Nr. 16 – Bestimmen Sie die Mikrohärte von Strukturkomponenten in Blei-Babbit, das 15 % Sb enthält.

Nr. 17 - Bestimmung der Mikrohärte von Phasen in Messing (40 % Zn).

Nr. 18 - Stahl 45 wird bei einer Temperatur von 740 ° C unvollständig gehärtet. Bestimmen Sie die Härte von Ferrit und Martensit.

In den Aufgaben 19–25. Chemisch-thermische Behandlung mit Stahlblech. Bestimmen Sie die Mikrohärte in der Oberflächenschicht und erstellen Sie ein Diagramm der Verteilung der Mikrohärte über die Tiefe der Schicht der Probe, die folgendem ausgesetzt ist:

Nr. 19 Aufkohlen, Nr. 20 Aufkohlen und Abschrecken, Nr. 21 Nitrieren,

Nr. 22 zum Aktivieren, Nr. 23 zum Borieren.

In den Aufgaben 24–27. Messen Sie die Härte von Ferrit bei Belastungen von 20, 50, 100 und 200 N×10 -1 und erklären Sie den Unterschied in der Mikrohärte der folgenden Stahlsorten;

Nr. 24 - Stahl 20, Nr. 25 - Stahl 25, Nr. 26 - Trafostahl,

Nr. 27 - U8-Stahl (für Perlit).

Sicherheitsvorkehrungen bei der Bestimmung der Härte auf Brinell-, Rockwell-, Vickers- und PMT-3-Geräten

Beachten Sie die allgemeinen Sicherheitsregeln bei Arbeiten an elektrischen Anlagen.

Um ein Herunterfallen der zur Lasterzeugung verwendeten Gewichte zu verhindern, muss die Aufhängung der Gewichte mit Wechselschlitzen (Drehung um 90° um die Achse) erfolgen.

Verwenden Sie bei der Bestimmung der Härte zylindrischer Oberflächen spezielle prismatische Düsen.

Schatow Juri Semenowitsch

Gorbunov Iwan Petrowitsch

Gvozdev Anatoly Grigorievich

HÄRTEMESSUNG VON METALLEN

Richtlinien für die Laborarbeit

Härtemessung Härte, unterschiedlicher Charakter ... Die am weitesten verbreitete Messung Härte in den Test drücken Metall Eindringkörper in Form von... Metalle auf der Härte nach Brinell-Zahl Härte nach Brinel gemessen ...

Härte- Dies ist die Fähigkeit eines Metalls, dem Eindringen eines anderen, festeren Körpers zu widerstehen.

Metallhärte ist eine sehr wichtige Eigenschaft, da sie eng mit grundlegenden Eigenschaften von Metallen und Legierungen wie Festigkeit, Verschleißfestigkeit usw. zusammenhängt.

Derzeit gibt es viele Möglichkeiten Bestimmung der Härte von Metallen. Betrachten Sie einige von ihnen, die in der Industrie am weitesten verbreitet sind.

Bestimmung der Härte durch Eindrücken einer Stahlkugel (Brinell-Methode)

Eine Stahlkugel aus gehärtetem Kugellagerstahl wird unter Krafteinwirkung in die Metalloberfläche eingepresst.

Mit einer speziellen Lupe wird der Durchmesser des Lochs gemessen. Nach den dem Gerät beigefügten Tabellen wird der Härtewert H E ermittelt.

Zum Testen wird eine spezielle Brinell-Presse verwendet, Aussehen was in der Abbildung dargestellt ist

Die Stahlkugel ist im Dorn fixiert 2.

Die zu testende Probe wird auf den Tisch gelegt. 1 und erhebt sich mit dem Ruder zum Ball 4.

Beim Einschalten des Motors 5 Lasten drücken 3 abgesenkt und eine Stahlkugel in die Probe gedrückt.

Bei Stahl wird der nach diesem Verfahren ermittelte Härtewert in Relation gesetzt Zerreißfestigkeit Verhältnis, das manchmal in der Praxis verwendet wird:

Bestimmung der Härte durch die Eindringtiefe des Diamantkegels (Rockwell-Methode)

Ein Diamantkegel mit einem Spitzenwinkel von 120° wird mit einer konstanten Vorspannung von 10 in das Metall gepresst kg, und dann eine Fachlast von 60 oder 150 kg.

Zum Testen wird eine spezielle Presse verwendet, deren Aussehen in Abb. 25.

Der Diamantkegel ist in einem Dorn gelagert 4.

Die Probe wird auf Tisch 3 montiert und mit dem Handrad angehoben 2 bis zu einer Belastung von 10 kg.

Griff 1 gibt Fracht frei 6 , die eine Kraft erzeugen, um den Kegel in das Metall zu drücken. Eindringtiefe, d.h. vom Indikator angezeigter Härtewert 5.

Härtewerte Dieses Verfahren wird durch die Differenz der Eindringtiefe des Diamantkegels unter Einwirkung von Voll- und Vorlast bestimmt.

Je härter das Metall ist, desto weniger tief dringt der Diamant ein, wenn er eingekerbt wird, desto größer ist die Härtezahl.

Die Standardlast für diese Methode beträgt 150 kg.

Härte bezeichnet H RC. In einigen Fällen, zum Beispiel beim Messen der Härte an einer dünnen Probe oder beim Messen der Härte einer Metalloberflächenschicht, wird eine Last aufgebracht Vor 60kg.

Härtemessung von weichen Materialien

Auf demselben Gerät ist dies möglich Härtemessung von weichen Materialien(NE-Metalle, Vergütungsstahl).

In diesem Fall wird eine gehärtete Stahlkugel mit einem Durchmesser von 1,59 mm (1/16") verwendet. Die Standardlast beträgt 100 kg, und der Härtewert wird durch den Index H RB bezeichnet.

Bestimmung der Härte durch dynamischen Kugeleindruck

Beim Härtewechsel massive Teile und Strukturen Wenn es unmöglich ist, die oben beschriebenen Geräte zu verwenden, verwenden Sie das in der Abbildung gezeigte tragbare Gerät:

In das Gerät wird eine Referenzprobe 1 eingelegt.Wenn mit einem Hammer auf die Vorrichtung geschlagen wird, hinterlässt eine spezielleKugel 2 Abdrücke auf dem zu untersuchenden Objekt und der Referenzprobe,deren Härte bekannt ist.

Vergleich der Lochdurchmesser der Probe und des Teils Bestimmen Sie gemäß den Tabellen die Härte des Teils.

Bestimmung der Härte nach dem elastischen Rückstoßverfahren

In Fällen, in denen es unmöglich ist, Einkerbungsmethoden anzuwenden, um die Oberfläche des Produkts nicht zu beschädigen, wird ein Gerät verwendet, Bestimmung der Härte des Metalls nach der Methode des elastischen Rückstoßes.

Die Abbildung zeigt das Aussehen des Geräts:

Aus einer konstanten Höhe fällt ein Schläger mit einem bestimmten Gewicht auf das Metall und prallt ab. Die Größe des Rückpralls wird anhand der Härte beurteilt. Je größer die Härte, desto größer der Rückprall des Schlägers.

Durchführung dieses Prüfverfahrens sehr groß(mehrere hundert Messungen pro Stunde). Es kann jedoch angewendet werden nur zum vergleich untereinander, die Härte der Produkte aus das gleiche Metall oder aus Metallen mit das gleiche elastische Eigenschaften.