Як визначити твердість сталі - природничі науки

Міцність стали тісно пов'язана з такими її характеристиками, як зносостійкість, міцність і ін. Існує чимало способів визначення твердості металів. Один з них - метод Брінелля, коли в поверхню металу (сталі) за допомогою спеціального преса (преса Бринелля) вдавлюється сталева кулька. Після закінчення дії кульки на металеву поверхню за допомогою спеціальної лупи проводиться вимір діаметра лунки. На підставі даних таблиць, що додаються до пресу, визначається твердість сталі НЕ.

Наступний метод - метод Роквелла - припускає вдавлення в сталеву поверхню алмазного конуса з кутом 1200 у вершини. Вдавлювання здійснюється спочатку з попередньою навантаженням 10 кг, а потім повної - від 60 до 150 кг. Для цього також використовується спеціальний прес.

При використанні даного методу необхідно дотримуватися деякі вимоги. Так, на досліджуваній поверхні не повинно бути окалини, тріщин та вибоїн. Вплив на поверхню строго перпендикулярно. Для визначення значення міцності також використовуються спеціальні таблиці. Існує чітка залежність - чим твердіше сталь, тим менше глибина проникнення в неї при вдавливании і, отже, тим вище значення твердості.

З методом Роквелла схожий метод Віккерса, в якому для вдавлення використовується чотиригранна алмазна піраміда з кутом біля вершини 1360. Тут після закінчення навантаження вимірюється діагональ відбитка. Для сталей час впливу - 10-15 сек. При цьому зусилля повинне додаватися строго перпендикулярно поверхні з плавним наростанням. Поверхня дослідного зразка може мати шорсткість не більше 0.16 мкм, а відстань між центром відбитка і краєм зразка або сусіднього відбитка - не менше 2,5 довжини діагоналі відбитка.

Твердість стали визначається також методом ударного відбитка за допомогою твердосплавного конічного індентора або сталевої кулі. До непрямих методів відноситься методика вимірювання твердості по Шору. У ній використовується бойок певної маси з алмазним наконечником, вертикально падає з певної висоти на випробувану поверхню. Висота відскоку бойка є характеристикою твердості, яка вимірюється в умовних одиницях.

Нікому не секрет, що в промисловості, перш ніж щось пускати в продаж, проводиться контроль виробів. Це необхідно для того, щоб встановити термін експулатаціі продукту, його працездатність. Одним з критеріїв працездатності деталей є їх твердість. Твердість вимірюють за допомогою спеціальних приладів - твердомірів.

Твердість зазвичай міряють в лабораторіях за допомогою твердомірів в дослідних інститутах або у виробництві. Існує кілька типів твердомірів, які використовують при вимірюванні різні методи, але суть їх близька. Кожен твердомер зазвичай має предметний столик, на який поміщається досліджуваний зразок. і индентор - наконечник, вдавлюють в цей зразок тіло, яке має бути твердіше досліджуваного матеріалу (це обов'язкова умова). При кожному вимірі можна задавати різні умови - розмір индентора, навантаження, час навантаження. Залежно від них прилад може показувати різну твердість.

У досліджуване тіло вдавлюється индентор у вигляді кульки (сталевого), який залишає відбиток у вигляді круглої ямки. По діаметру (якщо бути більш точним - по площі) відбитка визначають твердість. Тобто чим твердіше матеріал, тим менше відбиток, і навпаки.

У цьому методі використовується кілька індентора в залежності від навантаження. Або це також кульку, або конус. І існує 11 шкал вимірювання твердості. Кожна шкала визначається комбінацією индентора і навантаження. Твердість у цьому методі визначається як різниця в глибині проникнень наконечника - перша проникнення попереднє (зазвичай 10 Н), друге основне.

Метод визначення твердості по Вікерсу вважається більш вдалим, так як він більш точний і застосуємо до широкого діапазону матеріалів. Крім того їм можна проводити вимірювання в мікрооб'ємах, що теж дуже важливо. Використовуваний тут индентор - це алмазна чотиригранна пірамідка. Твердість визначається також по площі отриманого відбитка.

У сучасному світі попит на твердоміри досить великий, тому проводиться велика їх кількість. І звичайно, з'являються все нові і нові методи, на основі яких працюють твердоміри. Це, наприклад, ультразвуковий (алмазна пірамідка впроваджується в досліджуване тіло з певним навантаженням і при цьому коливається - коливання вимірюються і таким чином визначають твердість) і динамічний (твердість визначають виміром втрати енергії ударного тіла). Крім того використовуються і комбіновані методи.