Дефекти головки циліндрів

Механічні випробування

Поняття твердості металів відоме людству уже понад 280 років. Вперше винайшов метод визначення твердості в 1722 р. Реомюр Рене Антуан (1683-1757) (Reaumur), французький натураліст, почесний член Петербурзької Академії наук. Сутність цього методу визначення твердості полягала у вдавлюванні двох трикутних призм одна в іншу ребрами, розташованими під прямим кутом і вимірі згодом отриманих заглиблень. Майже через 180 років були опубліковані перші визначення твердості, які свідчать: «Твердість металів – властивість чинити опір зміні форми або твердість – це опір тіла· поглиблення, виробленому в ньому іншим тілом, більш твердим». В цей же час були описані і такі методи визначення твердості за Родману і Кальверту, і Джонсону.

Как измерять твердость

Р – стандартний вантаж; h – заглиблення індентора

Як вимірювати твердість по Родману

 

У першому випадку твердість визначається величинами заглиблень, вироблених постійним вантажем на загартований сталевий ніж, що має форму піраміди з сильно витягнутим ромбічним підставою.

У другому випадку твердість визначається величиною змінного вантажу, необхідного для вдавлювання загартованого сталевого усіченого конуса певних розмірів до половини його висоти.

 

как мерять твердость

P – змінний вантаж; h/2 – половина величини заглиблення індентора

Як вимірювати твердість по Кальверту і Джонсону

 

Слід звернути увагу, що всі перші методи визначення твердості в тій чи іншій мірі характеризують саме опір тіла поглиблення в нього індентора.

У 1900 р. шведський інженер Бринелль (Brinell) Юхан Август запропонував метод визначення твердості, сутність якого полягала в вимірюванні параметрів відновленого відбитка, завданої кульковим індентором під певним навантаженням і розрахунку числа твердості по відомим формулам, що характеризує відношення навантаження до площі поверхні відбитка. Цей метод характеризує вже не опір тіла поглиблення в нього індентора, а кінцевий результат такого опору, коли знімається прикладена до индентору навантаження, відбувається пружне відновлення відбитка і вимірюються параметри цього відбитка, що характеризують, в основному, пластичну деформацію матеріалу. Аналогічний з фізичної сутності метод був запропонований англійським військово-промисловим концерном «Vickers Limited» в 1925 р. з тією лише різницею, що в якості індентора використовувалася чотиригранна алмазна піраміда. Дещо інший підхід до визначення твердості запропонував американський металург С. Л. Роквелл в 1920 р., який твердість оцінює умовними одиницями, що характеризують глибину впровадження’ кулькового або конусоподібного індентора. Цей метод носить дещо умовний характер визначення твердості. Проаналізувавши всі існуючі теорії твердості, Б. Л. Пилипчук в 1960 роки запропонував твердість розглядати як «особливу властивість, властиве в різній мірі реальним твердим тілам, яке проявляється у здатності цих тіл чинити опір всяким спробам пружно або пластично деформувати ділянку поверхні тіла». Дещо інакше представляє поняття твердості Ю. М. Лахтін, згідно з яким «твердістю називається властивість матеріалу чинити опір пластичній деформації при контактному впливі в поверхневому шарі». У цьому випадку поняття твердості не підходить до матеріалів, володіє виключно пружними властивостями, наприклад, гумі. Виходячи з викладеного, цілком справедливим є твердження Б. В. Мотта, згідно з яким «твердість може характеризувати як пружні, так і пластичну деформацію». Цим твердженням, найбільшою мірою відповідають методи кінетичної твердості, детально розроблені Булычевым С. В. і Альохіним В. П.. Для реалізації цього методу в досліджуваний матеріал вдавлюється індентор і безперервно реєструються два основних параметри: прикладеного навантаження і глибина впровадження індентора. В якості критерію твердості за цим методом використовується умовна, розрахована по глибині впровадження, площа контакту індентора з матеріалом. Євростандартів, також передбачено кінетичне индентирование і рекомендується визначати розрахункове значення твердості по відношенню до максимально прикладеного навантаження до контактної площі лунки під навантаженням. Таке розмаїття вищевказаних та багатьох інших методів визначення твердості призвело до того, що досі немає чіткого наукового визначення поняття «твердість», а порівняння чисел твердості, одержаних за методами Брінелля, Роквелла, Віккерса, взагалі позбавлене будь-якого фізичного сенсу.

Руйнуючі – випробування із застосуванням руйнівних методів контролю. Перевага руйнівних випробувань полягає в тому, що вони дають можливість отримати кількісні характеристики властивостей виробів. Правда, при кожному випробуванні отримують зазвичай тільки одну характеристику (наприклад, для матеріалу – межа витривалості, твердість тощо).

Цим випробуванням можуть піддаватися зразки, заготовки, деталі, вузли, вироби і технічні системи в цілому. Руйнівні випробування дозволяють отримувати показники призначення, надійності і технологічності продукції. При руйнують випробуваннях деталі піддаються руйнуванню під дією механічних навантажень або розрізають, щоб можна було досліджувати деталь зсередини. До руйнівних відносяться і випробування на надійність, так як в результаті їх витрачається ресурс досліджуваного вироби (повністю або частково).

Природно, що деталі, які в подальшому будуть використовуватися у виробах, не можуть піддаватися випробувань руйнівними методами; а якщо руйнують випробуванням піддаються самі вироби або системи, то після проведення випробувань вони є непридатними до подальшого їх використання за призначенням. Руйнуючим випробуванням піддаються не всі вироби (генеральна сукупність), а невелика їх частина, звана вибіркою. В цьому випадку показники якості виробу можуть відрізнятися від відповідних статистичних оцінок внаслідок обмеженості і випадкового складу вибірки. Щоб врахувати це можливе відміну, вводиться поняття довірчої ймовірності. Довірча ймовірність – ймовірність того, що істинне значення оцінюваного параметра або числової характеристики лежить в заданому інтервалі, що називається довірчим.

Також існують і неруйнуючі методи контролю твердості матеріалів, що дозволяють визначити твердість вироби, без його руйнування. Ці методи отримали широке поширення, так як твердість можна вимірювати на деталях – непридатних для випробувань на розтяг. Після випробування – деталь можна використовувати як нову.

Метод Брінелля ? твердість визначається по діаметру відбитка, оставляемому металевою кулькою, вдавливаемым в поверхню. Твердість обчислюється як відношення зусилля, прикладеного до кульки, до площі відбитка (причому площа відбитка береться площа частини сфери, а не як площа круга); розмірність одиниць твердості за Брінеллем кгс/мм2. Твердість, визначена за цим методом, позначається HB, де H ? hardness (твердість, англ.), B ? Бринелль;

Метод Роквелла ? твердість визначається по відносній глибині вдавлювання металевого кульки або алмазного конуса в поверхню досліджуваного матеріалу. Твердість, визначена за цим методом, є безрозмірною і позначається HR, HRB, HRC і HRA; твердість обчислюється за формулою HR = 100 ? kd, де d ? глибина вдавлювання наконечника після зняття основного навантаження, а k ? коефіцієнт. Таким чином, максимальна твердість по Роквеллу відповідає HR 100.

Метод Віккерса ? твердість визначається по площі відбитка, що залишається чотиригранної алмазною пірамідкою, вдавливаемой в поверхню. Твердість обчислюється як відношення зусилля, прикладеного до пірамідці, до площі відбитка (причому площа відбитка береться площа частини поверхні піраміди, а не як площа ромба); розмірність одиниць твердості по Віккерсу кгс/мм2. Твердість, визначена за цим методом, позначається HV;

Метод Шора ? твердість визначається по висоті відскакування сталевої кульки від поверхні досліджуваного металу або по глибині введення алмазної голки під дією пружини. Твердість, визначена за цим методом, позначається HSD;

Метод Кузнєцова Герберта ? Ребиндера ? твердість визначається часом загасання коливань маятника, опорою якого є досліджуваний метал;

Шкала Мооса ? використовується головним чином для визначення твердості мінералів, визначається по тому, який із десяти стандартних мінералів дряпає досліджуваний, і який матеріал з десяти стандартних дряпається тестованим.

В Росії і Україні стандартизовані перші чотири шкали твердості. Перші три перерахованих методу відносяться до методів вдавлювання, методи Шора і Кузнєцова Герберта ? Ребиндера ? до динамічних методів визначення твердості. Значення твердості, визначені за методами вдавлювання, можна перерахувати з однієї шкали в іншу. Конкретний спосіб визначення твердості вибирається виходячи з властивостей матеріалу, наявної апаратури і ін

Для інструментального визначення твердості методом вдавлювання використовуються твердоміри. Всі методи визначення твердості є методами неразрущающего контролю.

У даній роботі вирішуються наступні завдання дослідження:

-виконати моніторинг існуючих методів контролю властивостей матеріалів;

-проаналізувати методи неруйнівного контролю механічних властивостей матеріалів, засновані на вдавлюванні індентора;

-розглянути існуючі пристрої для контролю твердості деталей і заготовок;

-дослідити можливість оцінки деяких службових властивостей матеріалів за результатами вимірювань твердості.{jcomments on}

2