Damit Teile und Mechanismen lange und zuverlässig funktionieren, müssen die Materialien, aus denen sie hergestellt sind, die erforderlichen Betriebsbedingungen erfüllen. Deshalb ist es wichtig, die zulässigen Werte ihrer wichtigsten mechanischen Parameter zu kontrollieren. Zu den mechanischen Eigenschaften gehören Härte, Festigkeit und Duktilität. Die Härte von Metallen ist ein primäres Strukturmerkmal.

Konzept

Die Härte von Metallen und Legierungen ist die Eigenschaft eines Materials, beim Eindringen eines anderen Körpers in seine Oberflächenschichten Widerstand zu leisten, der sich unter begleitenden Belastungen nicht verformt oder zusammenbricht (Eindringkörper). Bestimmt zu dem Zweck:

• Einholen von Informationen über akzeptable Designmerkmale und Betriebsfähigkeiten;
• Zustandsanalyse unter Zeiteinfluss;
• Überwachung der Ergebnisse der Temperaturbehandlung.

Die Festigkeit und Alterungsbeständigkeit der Oberfläche hängen teilweise von diesem Indikator ab. Dabei werden sowohl das Ausgangsmaterial als auch die fertigen Teile untersucht.

Recherchemöglichkeiten

Der Indikator ist ein Wert, der als Härtezahl bezeichnet wird. Es gibt verschiedene Methoden zur Messung der Härte von Metallen. Die genauesten Untersuchungen erfordern den Einsatz verschiedener Berechnungsarten, Eindringkörper und entsprechender Härteprüfgeräte:

1. Brinell: Der Kern des Geräts besteht darin, eine Kugel in das zu prüfende Metall oder die zu prüfende Legierung zu drücken, den Durchmesser der Vertiefung zu berechnen und anschließend den mechanischen Parameter mathematisch zu berechnen.
2. Rockwell: Verwendet eine Kugel- oder Diamantkegelspitze. Der Wert wird auf einer Skala angezeigt oder durch Berechnung ermittelt.
3. Vickers: Die genaueste Messung der Metallhärte mit einer Diamantpyramidenspitze.

Um parametrische Korrespondenzen zwischen Indikatoren verschiedener Messmethoden für dasselbe Material zu ermitteln, gibt es spezielle Formeln und Tabellen.

Faktoren, die die Messoption bestimmen

Unter Laborbedingungen erfolgt die Wahl der Forschungsmethode bei vorhandener erforderlicher Ausstattung in Abhängigkeit von bestimmten Eigenschaften des Werkstücks.

1. Ungefährer Wert des mechanischen Parameters. Für Baustähle und Werkstoffe mit geringer Härte bis 450-650 HB kommt das Brinell-Verfahren zum Einsatz; für Werkzeug, legierte Stähle und andere Legierungen – Rockwell; für harte Legierungen - Vickers.
2. Abmessungen des Prüflings. Besonders kleine und dünne Teile werden mit einem Vickers-Härteprüfgerät untersucht.
3. Die Dicke des Metalls am Messort, insbesondere der zementierten oder nitrierten Schicht.

Alle Anforderungen und Einhaltung werden von GOST dokumentiert.

Merkmale der Brinell-Technik

Die Härteprüfung von Metallen und Legierungen mit einem Brinell-Härteprüfer erfolgt mit folgenden Merkmalen:

1. Eindringkörper – eine Kugel aus legiertem Stahl oder einer Wolframkarbidlegierung mit einem Durchmesser von 1, 2, 2,5, 5 oder 10 mm (GOST 3722-81).
2. Dauer des statischen Eindrucks: bei Gusseisen und Stahl - 10-15 s, bei Nichteisenlegierungen - 30, in manchen Fällen ist auch eine Dauer von 120 und 180 s möglich.
3. Grenzwert des mechanischen Parameters: 450 HB bei Messung mit einer Stahlkugel; 650 HB bei Verwendung von Hartmetall.
4. Mögliche Belastungen. Mithilfe der im Kit enthaltenen Gewichte wird die tatsächliche Verformungskraft auf den Prüfling eingestellt. Ihre minimal zulässigen Werte: 153,2, 187,5, 250 N; maximal - 9807, 14710, 29420 N (GOST 23677-79).

Mithilfe von Formeln lässt sich abhängig vom Durchmesser der gewählten Kugel und dem zu prüfenden Material die entsprechende zulässige Eindruckkraft berechnen.

Beispielnotation:

400HB10/1500/20, wobei 400HB die Brinellhärte des Metalls ist; 10 - Kugeldurchmesser, 10 mm; 1500 - statische Belastung, 1500 kgf; 20 - Einrückungszeitraum, 20 s.

Um genaue Zahlen zu ermitteln, ist es sinnvoll, dieselbe Stichprobe an mehreren Stellen zu untersuchen und das Gesamtergebnis durch Ermittlung des Durchschnittswerts der erhaltenen Stichproben zu ermitteln.

Bestimmung der Härte nach der Brinell-Methode

Der Rechercheprozess verläuft in folgender Reihenfolge:

1. Überprüfung des Teils auf Übereinstimmung mit den Anforderungen (GOST 9012-59, GOST 2789).
2. Auswahl des benötigten Balls, Bestimmung der möglichen Kraft, Anbringen von Gewichten für seine Formung und Eindrückdauer.
3. Härteprüfgerät starten und Probe verformen.
4. Messung des Durchmessers der Aussparung.
5. Empirische Berechnung.

wobei F die Last, kgf oder N ist; A - Druckbereich, mm 2.

НВ=(0,102*F)/(π*D*h),

wobei D der Durchmesser der Kugel ist, mm; h - Vertiefungstiefe, mm.

Die mit dieser Methode gemessene Härte von Metallen steht in einem empirischen Zusammenhang mit der Berechnung von Festigkeitsparametern. Die Methode ist insbesondere bei weichen Legierungen genau. Es ist von grundlegender Bedeutung in Systemen zur Bestimmung der Werte dieser mechanischen Eigenschaft.

Merkmale der Rockwell-Technik

Diese Messmethode wurde in den 20er Jahren des 20. Jahrhunderts erfunden und ist automatisierter als die vorherige. Wird für härtere Materialien verwendet. Seine Hauptmerkmale (GOST 9013-59; GOST 23677-79):

1. Verfügbarkeit einer Primärlast von 10 kgf.
2. Haltedauer: 10-60 s.
3. Grenzwerte möglicher Indikatoren: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20-70.
4. Die Zahl wird auf dem Zifferblatt des Härteprüfers visualisiert und kann auch rechnerisch berechnet werden.
5. Skalen und Eindringkörper. Abhängig vom Eindringkörpertyp und der maximal zulässigen statischen Belastung gibt es 11 verschiedene Skalen. Am häufigsten verwendet: A, B und C.

A: Diamantkegelspitze, Spitzenwinkel 120˚, insgesamt zulässige statische Einflusskraft – 60 kgf, HRA; Es werden dünne Produkte, hauptsächlich Walzprodukte, untersucht.

C: ebenfalls ein Diamantkegel, ausgelegt für eine maximale Kraft von 150 kgf, HRC, geeignet für harte und gehärtete Materialien.

B: 1,588 mm große Kugel aus gehärtetem Stahl oder hartem Wolframcarbid, 100 kgf Belastung, HRB, zur Bewertung der Härte von geglühten Produkten.

Für die Rockwell-Skalen B, F, G gilt eine kugelförmige Spitze (1,588 mm). Es gibt auch die Skalen E, H, K, für die eine Kugel mit einem Durchmesser von 3,175 mm verwendet wird (GOST 9013-59).

Die Anzahl der Tests, die mit einem Rockwell-Härteprüfer an einer Fläche durchgeführt werden, ist durch die Größe des Teils begrenzt. Eine Wiederholungsprüfung ist im Abstand von 3-4 Durchmessern von der vorherigen Verformungsstelle zulässig. Auch die Dicke des geprüften Produktes ist geregelt. Sie sollte nicht geringer sein als die Eindringtiefe der Spitze, erhöht um das Zehnfache.

Beispielnotation:

50 HRC ist die Rockwell-Härte eines Metalls, gemessen mit einer Diamantspitze, ihre Zahl beträgt 50.

Rockwell-Studiendesign

Die Messung der Metallhärte ist einfacher als bei

1. Beurteilung der Abmessungen und Oberflächeneigenschaften des Teils.
2. Überprüfen Sie den Zustand des Geräts.
3. Bestimmung des Spitzentyps und der zulässigen Belastung.
4. Beispielinstallation.
5. Ausübung einer Primärkraft auf das Material von 10 kgf.
6. Vollständige angemessene Anstrengung ausüben.
7. Ablesen der resultierenden Zahl auf der Skala.

Zur genauen Bestimmung des mechanischen Parameters ist auch eine mathematische Berechnung möglich.

Vorausgesetzt, dass ein Diamantkegel mit einer Belastung von 60 oder 150 kgf verwendet wird:

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

bei der Durchführung eines Tests mit einer Kugel unter einer Kraft von 100 kgf:

HR=130-((H-h)/0,002,

wobei h die Eindringtiefe des Eindringkörpers bei einer Primärkraft von 10 kgf ist; H – Eindringtiefe des Eindringkörpers bei Volllast; 0,002 ist ein Koeffizient, der das Ausmaß der Bewegung der Spitze reguliert, wenn sich die Härtezahl um 1 Einheit ändert.

Es ist einfach, aber nicht genau genug. Gleichzeitig ermöglicht es die Messung mechanischer Eigenschaften von Hartmetallen und Legierungen.

Merkmale der Vickers-Technik

Die Bestimmung der Härte von Metallen mit dieser Methode ist die einfachste und genaueste. Der Härteprüfer funktioniert, indem er eine diamantförmige Pyramidenspitze in die Probe drückt.

Hauptmerkmale:

1. Eindringkörper: Diamantpyramide mit Spitzenwinkel 136°.
2. Maximal zulässige Belastung: für Stahl - 5-100 kgf; für Kupferlegierungen - 2,5-50 kgf; für Aluminium und darauf basierende Legierungen - 1-100 kgf.
3. Haltedauer der statischen Last: von 10 bis 15 s.
4. Prüfmaterialien: Stahl und mit einer Härte von mehr als 450-500 HB, einschließlich Produkte nach chemisch-thermischer Behandlung.

Beispielnotation:

wobei 700HV die Vickers-Härtezahl ist; 20 - Belastung, 20 kgf; 15 - Periode der statischen Kraft, 15 s.

Vickers-Studiensequenz

Das Verfahren ist äußerst vereinfacht.

1. Überprüfung der Probe und der Ausrüstung. Besonderes Augenmerk wird auf die Oberfläche des Teils gelegt.
2. Auswahl der zulässigen Kraft.
3. Installation des Testmaterials.
4. Inbetriebnahme des Härteprüfers.
5. Das Ergebnis auf dem Zifferblatt ablesen.

Die mathematische Berechnung für diese Methode lautet wie folgt:

HV=1,8544*(F/d 2),

wobei F die Last ist, kgf; d - Durchschnittswert der Längen der Druckdiagonalen, mm.

Damit können Sie die hohe Härte von Metallen sowie dünnen und kleinen Teilen messen und dabei äußerst genaue Ergebnisse liefern.

Möglichkeiten zum Wechseln zwischen Skalen

Nachdem Sie den Durchmesser des Drucks mit speziellen Geräten ermittelt haben, können Sie die Härte anhand von Tabellen ermitteln. Bei der Berechnung dieses mechanischen Parameters ist die Metallhärtetabelle ein bewährter Helfer. Wenn also der Brinell-Wert bekannt ist, kann die entsprechende Vickers- oder Rockwell-Zahl leicht ermittelt werden.

Beispiel einiger Übereinstimmungswerte:

Abdruckdurchmesser,	Untersuchungsmethode
	Brinell	Rockwell			Vickers

Die Metallhärtetabelle wird auf der Grundlage experimenteller Daten erstellt und ist sehr genau. Es gibt auch grafische Abhängigkeiten der Brinellhärte vom Kohlenstoffgehalt in einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung. In Übereinstimmung mit solchen Abhängigkeiten beträgt sie für Stahl mit einem Kohlenstoffanteil in der Zusammensetzung von 0,2 % 130 HB.

Probenanforderungen

Gemäß den Anforderungen von GOSTs müssen die geprüften Teile folgende Eigenschaften erfüllen:

1. Das Werkstück muss flach sein, fest auf dem Härteprüftisch aufliegen, seine Kanten müssen glatt oder sorgfältig bearbeitet sein.
2. Die Oberfläche sollte eine minimale Rauheit aufweisen. Muss geschliffen und gereinigt werden, auch mit chemischen Mitteln. Gleichzeitig ist es wichtig, bei Bearbeitungsprozessen die Bildung von Kaltverfestigungen und einen Temperaturanstieg der behandelten Schicht zu verhindern.
3. Das Teil muss der gewählten Methode zur Härtebestimmung anhand parametrischer Eigenschaften entsprechen.

Voraussetzung für die Messgenauigkeit ist die Erfüllung primärer Anforderungen.

Die Härte von Metallen ist eine wichtige grundlegende mechanische Eigenschaft, die einige ihrer anderen mechanischen und technologischen Eigenschaften, die Ergebnisse früherer Verarbeitungsprozesse, den Einfluss vorübergehender Faktoren und mögliche Betriebsbedingungen bestimmt. Die Wahl der Forschungsmethodik hängt von den ungefähren Eigenschaften der Probe, ihren Parametern und ihrer chemischen Zusammensetzung ab.

Bildungsministerium der Russischen Föderation

Staatliche Radiotechnische Universität Taganrog

Abteilung für Mechanik

Aufsatz

Vollendet:

Studentengr. R-99

Andrievsky V. A.

Geprüft:

Außerordentlicher Professor der Fakultät für Mechanik

Shapovalov R. G.

Taganrog 2001

Methoden zur Bestimmung der Härte von Metallen

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

Härte des Materials bezeichnet die Fähigkeit, dem mechanischen Eindringen eines anderen Festkörpers 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 Oberfläche des Materials gedrückt. Die Härte des Materials wird anhand der Größe des auf der Oberfläche erhaltenen Abdrucks beurteilt. Abhängig von der Methode zur Messung der Härte des Materials wird diese quantitativ charakterisiert Härtezahl Brinell (HB), Rockwell (HRC) oder Vickers (HV) . Die angegebenen mechanischen Eigenschaften sind miteinander verbunden, daher können ihre spezifischen Werte durch Berechnung auf der Grundlage von Härtedaten mithilfe von Formeln ermittelt werden, die für ein bestimmtes Material mit einer bestimmten Wärmebehandlung erhalten wurden. So beträgt beispielsweise die Biegefestigkeit von Stählen mit einer Härte von 180–350 HB etwa 1,8 HB, bei einer Härte von 45–55 HRC – 18 HRC+150, das Verhältnis zwischen der Dauerfestigkeit und der Zugfestigkeit von Stahl wird durch die Beziehungen beschrieben:
Bestimmte Muster von Strukturmaterialien sowie daraus hergestellte Produkte weisen individuelle Festigkeits- und Elastizitätseigenschaften auf. Die Streuung ihrer Werte für verschiedene Proben aus demselben Material ist auf die statistische Natur der Festigkeit von Festkörpern und den Unterschied in der Struktur äußerlich identischer Proben zurückzuführen. Aufgrund der Unsicherheit der tatsächlichen mechanischen Eigenschaften des Materials, der Unsicherheit einiger äußerer Belastungen, die auf ein technisches Objekt einwirken, und Berechnungsfehlern müssen zur Gewährleistung des sicheren Betriebs der entworfenen Strukturen Vorsichtsmaßnahmen entsprechend der Entwurfsphase getroffen werden Gewährleistung der Zuverlässigkeit. Dieses Maß wird verwendet Herabstufung in n mal bezogen auf die gefährliche Beanspruchung des Materials (Zugfestigkeit, Streckgrenze, Dauerfestigkeit oder Proportionalitätsgrenze) den Wert der im Festigkeitszustand verwendeten maximal zulässigen Spannungen. Größe N erhalten Name des Standard-Sicherheitsfaktors , das aus der Tabelle ausgewählt oder als Produkt berechnet wird n = n 1 * n 2 * n 3, Wo n 1-berücksichtigt die durchschnittliche Genauigkeit der Spannungsbestimmung, Nr. 2- berücksichtigt die Unsicherheit der mechanischen Eigenschaften des Materials, Nr. 3-berücksichtigt den durchschnittlichen Grad der Verantwortung des entworfenen Teils.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Härte zu messen, die sich in der Art des Aufpralls der Spitze unterscheiden. Die Härte kann durch Eindrücken des Eindringkörpers (Pressmethode), Schlag oder durch Rückprall der Spitze – Kugel – gemessen werden. Die durch Kratzen bestimmte Härte charakterisiert die Bruchfestigkeit, durch Rückprall – elastische Eigenschaften, durch Eindruck – Widerstand gegen plastische Verformung. Abhängig von der Geschwindigkeit der Belastung des Eindringkörpers wird bei der Härte zwischen statisch (die Belastung wird sanft aufgebracht) und dynamisch (die Belastung wird stoßartig ausgeübt) unterschieden.

Der weit verbreitete Einsatz von Härteprüfungen erklärt sich durch eine Reihe ihrer Vorteile gegenüber anderen Prüfungsarten:

Einfache Messungen, die keine spezielle Probe erfordern und direkt an den zu prüfenden Teilen durchgeführt werden können;

Hochleistung;

Die Härtemessung führt in der Regel nicht zur Zerstörung des Teils und nach der Messung kann es bestimmungsgemäß verwendet werden;

Die Fähigkeit, andere Eigenschaften des Metalls anhand der Härte grob abzuschätzen, vor allem die Zugfestigkeit.

Wenn Sie beispielsweise die Brinellhärte (HB) kennen, können Sie die Zugfestigkeit bestimmen

(vorübergehender Widerstand). ,

wobei k ein vom Material abhängiger Koeffizient ist;

k = 0,34 – Stahl HB 120 ... 175;

k = 0,35 – Stahl HB 175 ... 450;

k = 0,55 – geglühtes Kupfer, Messing und Bronze;

k = 0,33 ... 0,36 – Aluminium und seine Legierungen.

Die am weitesten verbreitete Methode besteht darin, die Härte zu messen, indem ein Eindringkörper in Form einer Kugel, eines Kegels oder einer Pyramide in das Testmetall gedrückt wird (Brinell-, Rockwell- bzw. Vickers-Methode). Durch die Einkerbung durch eine ausreichend große Belastung werden die Oberflächenschichten des Metalls, die sich unter und in der Nähe der Spitze befinden, plastisch verformt. Nach Entlastung bleibt ein Abdruck zurück. Je härter das zu prüfende Material ist, desto geringer ist das Eindringen der Spitze in die Metalloberfläche.

Also unter Härte den Widerstand eines Materials gegenüber lokaler plastischer Verformung verstehen, die auftritt, wenn ein härterer Körper, ein Eindringkörper, in das Material eingeführt wird.

Brinell-Härtetest

Die Härte nach der Brinell-Methode (GOST 9012-59) wird gemessen, indem eine Stahlkugel mit einem bestimmten Durchmesser D für eine bestimmte Zeit unter einer bestimmten Last P in eine Testprobe gedrückt wird (Abb. 1). Durch das Drücken der Kugel auf die Oberfläche der Probe entsteht ein Abdruck (Loch). Die Brinell-Härtezahl, mit HB bezeichnet, ist das Verhältnis der Belastung P zur Oberfläche des sphärischen Eindrucks F und wird in kgf/mm 2 oder MPa gemessen: (2)

Die Fläche des Kugelsegments beträgt:

, mm 2 (3)

wobei D der Durchmesser der Kugel (mm) ist;

h – Eindringtiefe (mm).

Da es schwierig ist, die Tiefe des Eindrucks zu messen, und es einfacher ist, den Durchmesser des Eindrucks d zu messen, wird h durch den Durchmesser der Kugel D und den Eindruck d ausgedrückt:

, (mm) (4) , (mm 2) (5)

Die Brinell-Härtezahl wird durch die Formel bestimmt:

, (kgf/mm 2) (6)

Um die Brinell-Härte in SI-Einheiten umzurechnen, ist es notwendig, die Härtezahl in kgf/mm 2 mit 9,81 zu multiplizieren, d. h. HB=9,81*HB (MPa).

Um vergleichbare Ergebnisse bei der Bestimmung der HB-Härte mit Kugeln unterschiedlichen Durchmessers zu erhalten, ist die Einhaltung der Ähnlichkeitsbedingung erforderlich.

Die Ähnlichkeit der Abdrücke bei unterschiedlichem D und P ist gewährleistet, wenn der Winkel j konstant bleibt (Abb. 1.1). Einsetzen in Formel (6)

erhalten wir den folgenden Ausdruck: Aus dieser Formel ist ersichtlich, dass der Wert von HB konstant bleibt, wenn und .

In der Praxis werden bei der Härtebestimmung keine Berechnungen nach Formel (6) durchgeführt, sondern Tabellen, die für die ermittelten Kugeldurchmesser, Drucke und Belastungen zusammengestellt wurden. Es werden Kugeln mit einem Durchmesser von 10,5 und 2,5 mm verwendet. Der Kugeldurchmesser und die Belastung werden entsprechend der Dicke und Härte der Probe ausgewählt (Tabelle 1). Um bei der Prüfung mit Kugeln unterschiedlichen Durchmessers gleiche Härtezahlen für ein Material zu erhalten, ist es gleichzeitig erforderlich, das Ähnlichkeitsgesetz zwischen den resultierenden Durchmessern der Vertiefungen zu beachten. Daher wird die Härte in einem konstanten Verhältnis zwischen der Größe der Last P und dem Quadrat des Kugeldurchmessers D 2 gemessen. Dieses Verhältnis sollte für Metalle unterschiedlicher Härte unterschiedlich sein.

Tabelle 1

Bedingungen für die Prüfung von Metallen auf Brinellhärte

Die bei einem Standardtest (D = 10 mm, P = 3000 kgf) gemessene Brinell-Härtezahl wird wie folgt geschrieben: HB 350. Wenn die Tests unter anderen Bedingungen durchgeführt wurden, lautet die Aufzeichnung wie folgt: HB 5/250/ 30-200, was bedeutet, dass bei der Prüfung mit einer Kugel mit einem Durchmesser von 5 mm unter einer Belastung von 250 kgf und einer Belastungsdauer von 30 s eine Härtezahl von 200 erreicht wurde.

Bei der Härtemessung nach der Brinell-Methode müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:

Proben mit einer Härte von mehr als HB 450 kgf/mm 2 (4500 MPa) dürfen nicht geprüft werden;

Um die Härte von Proben zu bestimmen, gibt es verschiedene Methoden, wie zum Beispiel statische und dynamische (Schlag) und Ultraschall.

Dynamische und Ultraschallmethoden erfordern keine manuelle Härtebestimmung. Die Härte wird auf dem Bildschirm angezeigt.

Für die Brinell-, Vickers- und Mikro-Vickers-Methoden gibt es empirische Tabellen und Formeln zur Berechnung der Härte.

Für die Rockwell-Methode gibt es eine Formel zur Messung der Eindringtiefe.

Bei der Shore-Methode wird die Eindringtiefe des Eindringkörpers in die Oberfläche des Prüflings unter der Wirkung einer kalibrierten Feder gemessen.

Wie wird die Härte mit der Brinell-Methode gemessen?

Die Brinellhärte wird gemessen, indem eine gehärtete Stahlkugel (Durchmesser 2,5 mm; 5 mm oder 10 mm) unter einer bestimmten Belastung in die Oberfläche des Prüflings eingebracht wird. Dadurch entsteht ein Abdruck auf der Oberfläche der Probe. Messen Sie mit einer Lupe den Durchmesser des Drucks.

Die Brinellhärte wird gemessen, indem eine gehärtete Stahlkugel (Durchmesser 2,5 mm; 5 mm oder 10 mm) unter einer bestimmten Belastung in die Oberfläche des Prüflings eingebracht wird. Dadurch entsteht ein Abdruck auf der Oberfläche der Probe. Messen Sie mit einer Lupe den Durchmesser des Drucks.

Formel zur Berechnung der Härte nach der Brinell-Methode (HB, HBW):

• wobei HB – bei Verwendung einer Stahlkugel für Metalle mit einer Härte von weniger als 450 Einheiten; (HBW – bei Verwendung einer Hartlegierungskugel mit einer Härte von mehr als 450 Einheiten), kgf;
• F ist die auf den Eindringkörper wirkende Last N (kgf);
• A ist die Oberfläche des Drucks, mm2;
• D ist der Durchmesser der Stahlkugel, mm;
• d - Abdruckdurchmesser, mm.

Die Belastung der Kugel wird je nach Materialart K gewählt und sollte proportional zum Quadrat des Kugeldurchmessers sein:

Die entsprechende Belastung F und der Kugeldurchmesser D werden so gewählt, dass der Eindruckdurchmesser innerhalb von:

Die Probendicke sollte mindestens 8-mal größer sein als die Eindringtiefe des Eindringkörpers.

Wie wird die Härte mit der Rockwell-Methode gemessen?

Die Rockwell-Härteprüfung basiert auf dem Eintauchen einer Diamantspitze (120 Grad) oder einer gehärteten Stahlkugel (1,588 mm Durchmesser) und der anschließenden Messung der Tiefe des Eindrucks.

Rockwell-Härteformel

Formel zur Berechnung der Rockwell-Härte (HR):

• Bei der Härtemessung mit einer Diamantspitze (120 Grad) wird die Formel verwendet:

Dabei ist H-h die Differenz zwischen den Eindringtiefen des Eindringkörpers (in mm) nach Entfernen der Hauptlast und vor ihrer Anwendung.

• bei der Härtemessung mit einem Eindringkörper aus gehärtetem Stahl (Durchmesser 1,588 mm):

Wie wird die Härte mit der Vickers-Methode gemessen?

Die Vickers-Härte wird gemessen, indem eine tetraedrische Diamantpyramide (mit einem entgegengesetzten Winkel von 136 Grad) sanft in die Testoberfläche der Probe eingeführt wird, wobei die Eindruckdiagonale d weiter gemessen und die Härte der Testprobe anhand von Tabellen berechnet wird (weitere Einzelheiten finden Sie in GOST 2999-75).

Vickers-Härteformel.

Formel zur Berechnung der Vickershärte (HV):

• wobei F die auf den Eindringkörper wirkende Testlast, kgf, ist;
• M ist die Oberfläche des Drucks, mm2;
• a ist die Neigung der pyramidenförmigen Diamantspitze;
• d – durchschnittliche Druckdiagonallänge, mm.

Die Vickers-Härte wird durch Messen der Diagonalen des Eindrucks bestimmt, der in der Testoberfläche entsteht, wenn eine tetraedrische Diamantpyramide mit einem Spitzenwinkel eingedrückt wird α = 136º (siehe Abb. 3).

Abb. 3. Schema zur Bestimmung der Metallhärte nach der Vickers-Methode:

; D 1 und D 2 - Abdruckdiagonalen, mm.

Nach dem Entfernen der Eindrucklast werden die Diagonalen des Drucks gemessen D 1 und D 2. Die Vickers-Härtezahl gibt die Belastung pro Flächeneinheit eines Pyramidenabdrucks an.

H.V.
,

wobei HV die Vickers-Härte ist, R- Belastung;
,D 1 und D 2 - Abdruckdiagonalen, mm. Normalerweise der Wert R akzeptiert innerhalb von 50...1000 N (5...100 kgf). Die Diagonalwerte werden mit einem Mikroskop gemessen. Die Hauptparameter zur Bestimmung der Vickers-Härte sind: Belastung – 30 kgf, Haltezeit für Stähle – 10...15 Mit, die Dimension der Härtezahl (kgf/mm 2) ist nicht angegeben. Beispielsweise bedeutet 420 HV die mit diesen Parametern erreichte Härte. Wenn die Parameter von den Grundparametern abweichen (bei Nichteisenmetallen wird die Einwirkungsdauer des Eindringkörpers unter Belastung mit 30 angenommen Mit) dann heißt es zum Beispiel 450 HV10/15 – bedeutet, dass bei einer Belastung von 10 eine Vickers-Härtezahl von 450 erreicht wurde kgf(98,1 N) für 15 auf die Diamantpyramide angewendet Mit.

Bedingungen für die Durchführung von Messungen. Die Oberfläche des Prüflings muss eine Rauheit Ra aufweisen<0,32 и быть свободной от окисной плёнки и посторонних веществ. Опорная поверхность приборного столика должна быть чистой. Температура испытаний 20°+5°С. Минимальная толщина образца должна быть больше диагонали отпечатка в 1,2 раза для стальных изделий и в 1,5 раза для изделий цветных металлов.

Vorteile der Methode: die Fähigkeit, die Härte sehr harter und dünner Produkte (Dicke weniger als 0,3) zu messen mm), Oberflächenschichten von Teilen, Beschichtungen.

Mängel Methode : hohe Anforderungen an die Sauberkeit und Rauheit der Oberfläche des Prüflings.

Mikrohärtemethode

Die Mikrohärtemethode ähnelt der Vickers-Methode. Die Mikrohärtezahl wird bestimmt, indem die auf die Diamantspitze ausgeübte Normallast, ausgedrückt in Newton, durch die konventionelle Fläche der Seitenfläche des Abdrucks, ausgedrückt in, dividiert wird mm 2. Zum Beispiel 582 N/mm 2, was 59,3 entspricht kgf/mm 2. Die Diamantspitze kann tetraedrisch, rhombisch oder dreieckig-pyramidenförmig oder bizylindrisch geformt sein. Bei Härtebezeichnungen wird die Form der Spitze als Index für den Buchstaben H angegeben, zum Beispiel Н □, Н ◊, Н ∆. Der Härtewert wird in der folgenden Form geschrieben: H □ =582.

Diese Methode misst die Mikrohärte einzelner Strukturkomponenten und Legierungsphasen, Härteänderungen entlang der Tiefe der Oberflächenschicht usw.

Ausrüstung und Werkzeuge

Brinell-Härteprüfer, Rockwell-Härteprüfer, Vickers-Härteprüfer, Metallproben.

Arbeitsauftrag

1. Studieren Sie die Richtlinien.

2. Machen Sie sich mit den Instrumenten und Messtechniken vertraut.

3. Messen Sie die Härte einer Metallprobe mit der Brinell-Methode.

Die Bestimmung der Härte HB erfolgt auf einer Brinellpresse (Härteprüfgerät Typ TSh) in der folgenden Reihenfolge. Das Prüfmuster (Teil) wird mit der polierten Oberfläche nach oben auf den Objekttisch gelegt. Durch Drehen des Schwungrads wird der Instrumententisch angehoben, sodass der Eindringkörper (Kugel) in die zu prüfende Oberfläche gedrückt werden kann. Das Schwungrad wird vollständig gedreht und per Knopfdruck wird der Elektromotor eingeschaltet, der die Stange mit dem darin befestigten Eindringkörper nach und nach belastet. Unter dem Einfluss der Belastung wird die Kugel in das zu prüfende Material gedrückt. Die Last arbeitet für eine bestimmte Zeit (10...60 s), die durch ein Zeitrelais eingestellt wird. Drehen Sie anschließend das Schwungrad, um die Last zu entfernen, senken Sie den Instrumententisch ab und entnehmen Sie die Probe. Der Durchmesser des Abdrucks wird mit einem Lesemikroskop (Brinell-Lupe) gemessen, dessen Okular eine Skala mit Zehntelmillimeter-Teilungen aufweist. Die Messung erfolgt mit einer Genauigkeit von 0,05 mm in zwei zueinander senkrechten Richtungen; Zur Bestimmung der Härte sollte der Durchschnitt der erhaltenen Werte herangezogen werden.

4. Messen Sie die Härte einer Metallprobe mit der Rockwell-Methode.

Die Härte wird mit einem Rockwell-Gerät gemessen, das über einen Indikator, einen Stab mit Eindringkörper, einen Tisch, ein Schwungrad und ein Gewicht verfügt, das die Größe der Last bestimmt. Der Indikator ist ein Zifferblatt mit zwei Skalen (schwarz und rot) und zwei Pfeilen – einem großen (Härteindikator) und einem kleinen – zur Kontrolle der durch die Drehung des Schwungrads ausgeübten Vorspannung. In den Stab ist eine Spitze mit Diamantkegel oder Stahlkugel eingebaut.

Der Tisch mit der darauf montierten Messprobe wird durch Drehen des Schwungrades angehoben, bis der kleine Pfeil gegenüber dem roten Punkt auf der Skala steht. Dies bedeutet, dass die Spitze unter einer Vorspannung von 10 kgf in die Probe gedrückt wird. Drehen Sie anschließend die Anzeigeskala (Zifferblattkreis), bis die Zahl 0 auf der schwarzen Skala mit dem großen Pfeil übereinstimmt. Dann wird die Hauptlast eingeschaltet und nach dem Stoppen zeigen die Pfeile den Rockwell-Härtewert an, bei dem es sich um eine Zahl handelt. Der Tisch mit der Probe wird durch Drehen des Schwungrads abgesenkt.

Die Härte sollte mindestens dreimal an einer Probe gemessen und die Ergebnisse gemittelt werden.

5. Vergleichen Sie die erhaltenen Härtewerte (siehe Tabelle 1) und notieren Sie die entsprechende Vickers-Härte.

6. Machen Sie sich mit der Vickers-Methode zur Messung der Härte von Metallen vertraut.

7. Erstellen Sie einen Bericht über die Arbeit.

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

Die Durchmesser der Drucke müssen innerhalb von 0,2D£d£0,6D liegen;

Die Proben müssen eine Dicke von mindestens dem Zehnfachen der Tiefe der Vertiefung (oder weniger als dem Durchmesser der Kugel) haben;

Der Abstand zwischen den Mittelpunkten benachbarter Drucke sowie zwischen der Druckmitte und dem Rand des Musters muss mindestens 4d betragen.

Die Bestimmung der Härte HB erfolgt auf einer Brinellpresse (Härteprüfgerät Typ TSh) in der folgenden Reihenfolge. Der Prüfling (Teil) wird mit der Bodenfläche nach oben auf Tisch 1 (Abb. 2) gelegt. Durch Drehen des Schwungrads 2 im Uhrzeigersinn wird der Instrumententisch angehoben, so dass die Kugel 4 in die zu prüfende Oberfläche gedrückt werden kann. Das Schwungrad 2 wird vollständig gedreht und durch Drücken der Taste wird der Elektromotor 6 eingeschaltet. Der Motor bewegt den Kipphebel und belastet nach und nach die Stange mit der darin fixierten Kugel. Die Kugel wird unter dem Einfluss der Last 3, die durch ein auf die Wippe aufgebrachtes Gewicht ausgeübt wird, in das zu prüfende Material gedrückt. Die Last arbeitet für eine bestimmte Zeit (10 ... 60 s), die durch ein Zeitrelais eingestellt wird. Danach bewegt die in die entgegengesetzte Richtung drehende Motorwelle die Wippe entsprechend und entfernt die Last. Nachdem sich der Motor automatisch abschaltet, drehen Sie Schwungrad 2 gegen den Uhrzeigersinn, senken Sie den Instrumententisch ab und entnehmen Sie die Probe.

Der Durchmesser des Abdrucks wird mit einem Lesemikroskop (Brinell-Lupe) gemessen, dessen Okular eine Skala mit Zehntelmillimeter-Teilungen aufweist. Die Messung erfolgt mit einer Genauigkeit von 0,05 mm in zwei zueinander senkrechten Richtungen; Zur Bestimmung der Härte sollte der Durchschnitt der erhaltenen Werte herangezogen werden.

Messung der Vickers-Härte

Bei der Härteprüfung nach der Vickers-Methode wird eine Diamant-Tetraederpyramide mit einem Spitzenwinkel a=136 0 in die Materialoberfläche gedrückt (Abb. 1.1). Nach Entfernen der Eindrucklast wird die Diagonale des Eindrucks d 1 gemessen. Die Vickers-Härtezahl HV errechnet sich als Verhältnis der Belastung Z zur Oberfläche des Pyramidenabdrucks M:

Die Vickers-Härtezahl wird mit dem Symbol HV bezeichnet, das die Belastung P und die Haltezeit unter Last angibt, und die Dimension der Härtezahl (kgf/mm 2) ist nicht angegeben. Die Haltedauer des Eindringkörpers unter Last beträgt bei Stählen 10–15 s und bei Nichteisenmetallen 30 s.

Beispielsweise bedeutet 450 HV 10/15, dass eine Vickers-Härtezahl von 450 erreicht wird, wenn P = 10 kgf (98,1 N) 15 s lang auf die Diamantpyramide ausgeübt wird.

Der Vorteil der Vickers-Methode gegenüber der Brinell-Methode besteht darin, dass mit der Vickers-Methode aufgrund der Verwendung einer Diamantpyramide Materialien mit höherer Härte getestet werden können.

Rockwell-Härtetest

Bei dieser Methode ist der Eindringkörper ein Diamantkegel oder eine gehärtete Stahlkugel. Anders als bei der Brinell-Methode wird die Härte anhand der Tiefe des Eindrucks und nicht anhand seiner 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 Rauheitsgrade zu eliminieren) und dann hauptsächlich (Abb. 3). Nachdem die Vorspannung angelegt wurde, wird der Indikator, der die Eindrucktiefe misst, auf Null gesetzt. Wenn der Eindruck durch Aufbringen der Endlast erreicht ist, wird die Hauptlast entfernt und die verbleibende Eindringtiefe t der Spitze gemessen.

Die Härte wird an einem Rockwell-Gerät gemessen (Abb. 4), im unteren Teil der Station ist ein Tisch 5 installiert. Im oberen Teil der Station befinden sich ein Indikator 3, ein Ölregler 2 und eine Stange 4, in der Es wird eine Spitze mit einem Diamantkegel (mit einem Spitzenwinkel von 120 0 und einem Rundungsradius von 0,2 mm) oder eine Stahlkugel mit einem Durchmesser von 1,588 mm eingebaut. Anzeige 3 ist ein Zifferblatt mit zwei Skalen (schwarz und rot) und zwei Pfeilen – einem großen (Härteanzeige) und einem kleinen – zur Steuerung der Vorspannung, die durch die Drehung des Schwungrads 6 entsteht. Die Tabelle mit Durch die Drehung des Schwungrads wird die darauf montierte Messprobe angehoben, bis die kleine Nadel dem roten Punkt auf der Skala gegenübersteht. Dies bedeutet, dass die Spitze unter einer Vorspannung von 10 kgf in die Probe gedrückt wird.

Drehen Sie anschließend die Anzeigeskala (Zifferblattkreis), bis die Zahl 0 auf der schwarzen Skala mit dem großen Pfeil übereinstimmt. Dann wird die Hauptlast, bestimmt durch Last 1, eingeschaltet, und nach dem Anhalten zeigen die Pfeile den Rockwell-Härtewert an, der eine Zahl ist. Durch Drehen des Handrads gegen den Uhrzeigersinn wird der Tisch mit der Probe abgesenkt.

Der Rockwell-Härteprüfer misst den Unterschied zwischen der Tiefe der Eindrücke, die sich aus der Einkerbung der Spitze unter Einwirkung der Hauptlast und der Vorspannung ergibt. Jeder Druck (Skaleneinheit) des Indikators entspricht einer Eindrucktiefe von 2 µm. Allerdings stellt die Rockwell-Härtezahl (HR) nicht die angegebene Eindringtiefe t dar, sondern einen Wert von 100 – t auf der schwarzen Skala bei Messung mit einem Kegel und einen Wert von 130 – t auf der roten Skala bei Messung mit einem Kegel Ball.

Rockwell-Härtezahlen haben nicht die gleiche Dimension und physikalische Bedeutung wie Brinell-Härtezahlen, aber Sie können die Beziehung zwischen ihnen mithilfe spezieller Tabellen ermitteln.

Die Rockwell-Härte kann gemessen werden:

Diamantkegel mit einer Gesamtlast von 150 kgf. Die Härte wird auf der C-Skala gemessen und mit HRC bezeichnet (z. B. 65 HRC). Auf diese Weise wird die Härte von Vergütungsstählen, Werkstoffen mittlerer Härte und Randschichten mit einer Dicke von mehr als 0,5 mm bestimmt;

Diamantkegel mit einer Gesamtlast von 60 kgf. Die Härte wird auf der A-Skala gemessen, die mit der C-Skala identisch ist, und wird als HRA bezeichnet. Wird zur Beurteilung der Härte sehr harter Materialien, dünner Oberflächenschichten (0,3 ... 0,5 mm) und dünner Bleche verwendet.

Stahlkugel mit einer Gesamtlast von 100 kgf. Die Härte wird mit HRB bezeichnet und auf der roten B-Skala gemessen. Auf diese Weise wird die Härte von Weichstahl (geglüht) und Nichteisenlegierungen bestimmt.

Bei der Messung der Härte mit einem Rockwell-Instrument ist es notwendig, dass die Oberfläche der Probe frei von Ablagerungen, Rissen, Furchen usw. ist. Es ist notwendig, die Rechtwinkligkeit der aufgebrachten Last und der Oberfläche der Probe sowie deren Stabilität zu kontrollieren Position auf dem Instrumententisch. Der Eindruckabstand muss beim Andrücken des Kegels mindestens 1,5 mm und beim Andrücken der Kugel mindestens 4 mm betragen.

Die Härte sollte mindestens dreimal an einer Probe gemessen und die Ergebnisse gemittelt werden.

Der Vorteil der Rockwell-Methode gegenüber den Brinell- und Vickers-Methoden besteht darin, dass der Härtewert nach der Rockwell-Methode direkt von der Indikatornadel erfasst wird, wodurch eine optische Messung der Eindruckmaße entfällt.

Literaturverzeichnis

1. Geller Yu.A. Rakhstadt A.G. Materialwissenschaften. Analysemethoden, Laborarbeiten und Aufgaben. M.: Metallurgie, 1984.

2. Metallurgie und Wärmebehandlung von Stahl: Referenz. M.L. Bernstein, A.G. Rakhstadt M.: Metallurgie, 1983.