Контроль механических свойств

Недостатками методов контроля механических свойств являются преимущественное их использование в лабораторных условиях и проведение разрушающих контролируемую поверхность испытаний.

При определении поверхностной твердости детали по Бринел — лю в качестве индентора применяют стальной закаленный шарик диаметром 2,5; 5 или 10 мм. Отношение нагрузки Р к площади F полученного отпечатка (шарового сегмента) дает значение твер­дости НВ — PIF. Диаметр отпечатка измеряют специальной лупой. Метод Бринелля не рекомендуется для материалов с твердостью более НВ 450, так как шарик может деформироваться, что исказит результаты испытания.

При определении твердости на твердомере Роквелла (ТК-2М) в качестве индентора применяют алмазный конус с углом 120 ° или стальной закаленный шарик диаметром 1,59 мм. Значение твердо­сти представляет собой разность глубин отпечатков, получаемых
на испытуемом предмете от вдавливания алмазного конуса или стального шарика под действием двух нагрузок: предварительной (Pq = 100 Н) и окончательной Р = Pq + Р (где Р| — основная на­грузка). Основная нагрузка для шарика (шкала В) 900 Н; для алмаз­ного конуса 1400 Н (шкала С) и 500 Н при испытании очень твердых и более тонких материалов (шкала А). Этот способ позволяет испытывать как мягкие, так и самые твердые материалы. Твердость по Роквеллу обозначается HRA, HRC, HRB. Метод Роквелла ши­роко применяется в промышленности.

Метод определения твердости по Виккерсу используют для опре­деления твердости поверхностей деталей малой толщины и тонких поверхностных слоев, имеющих высокую твердость. В качестве ин — дентора применяют четырехгранную алмазную пирамиду с углом при вершине 136 °. По нагрузке, приходящейся на единицу поверх­ности отпечатка, определяют значение твердости по Виккерсу:

d — среднее арифметическое двух диагоналей отпечатка, измеряемых пос­ле снятия нагрузки, м.

Обозначение твердости HV 5, HV 10, HV 20 и т. д. Чем тоньше материал, тем меньше должна быть нагрузка. Твердость по Вик­керсу определяется с помощью специальных таблиц по измерен­ным значениям.

Из приборов цехового типа следует отметить универсальный и портативный прибор «Эквотин» фирмы «Овескон» (Германия), ра­ботающий по принципу регистрации отскока стального шарика (по Шору). Он же позволяет производить измерения по Бринеллю, Вик­керсу и Роквеллу, в том числе и в труднодоступных местах.

Микротвердость (Я) — твердость отдельных структурных состав­ляющих сплава или микрообъемов металла, определяемая со­противлением внедрению в них алмазной пирамиды под воздействи­ем нагрузки 0,05…5 Н. Микротвердость Я определяют по той же фор­муле, что и твердость по Виккерсу. Образцы для измерений должны быть подготовлены так же, как микрошлифы. Для определения мик­ротвердости в лабораторной практике широкое применение нахо — 3-7736
дит микротвердомер типа ПМТ-3. Он состоит из механизма для вдав­ливания алмазной пирамиды под небольшой нагрузкой и металло­графического микроскопа.

Измерение микротвердости на образцах может производиться на микротвердомере ПМТ-5 (с автоматическим нагружением) и интер­ференционном глубиномере модели 270.

Пластичность металла. Для расчета пластичности поверхностных слоев деталей (например, наплавленных, накатанных и т. д.) можно использовать разработанный И. В. Южаковым и Ю. К. Калугиным метод, основанный на предпосылке, что зона пластической дефор­мации вокруг отпечатка конического индентора прибора ТК-2М (для измерения твердости по Роквеллу) тем больше, чем выше пластич­ность материала при одинаковой глубине внедрения h индентора. Предварительная нагрузка (100 Н) и время выдержки под полной нагрузкой (1500 Н) являются обычными для испытаний на приборе ТК-2М. После снятия полной нагрузки, глубина внедрения h алмаз­ного конуса индентора определяется по шкале индикатора прибора ТК-2М из выражения

где С — цена деления шкалы HRC индикатора прибора ТК-2М (обычно С — 0,002 мм/дел).

Диаметр проекции отпечатка d по вершине его наплыва на исследуемой поверхности детали измеряют в темном поле под мик­роскопом микротвердомера ПМТ-3 при увеличении хЮО или х15). Затем подсчитывают среднеарифметическое значение отношения hid по результатам измерений 5 отпечатков. Связь между глуби­ной внедрения h алмазного конуса и пластичностью 8 выражает­ся в виде

Среднее значение пластичности металла поверхностного слоя детали определится из выражения

Прочность металла. Зависимость между условным пределом проч­ности при растяжении ав и диаметром d проекции отпечатка алмаз­ного конуса, с углом при вершине 2,09 рад при действующей на ин — дентор твердомера ТК-2М нагрузке Р = 1330 Н, имеет вид

Остаточные напряжения. Для измерения остаточных напряжений на образцах в основном применяются: механический метод измере­ния прогибов или деформаций на стержнях прямоугольного сече­ния или на кольцах в процессе стравливания тонких поверхностных слоев (метод Н. Н. Давиденкова), рентгеновский неразрушающий ме­тод контроля, позволяющий определить макронапряжения с относи­тельно невысокой точностью; микронапряжения и искажения кристаллической решетки определяются с помощью методов рент­геноструктурного анализа.

Метод Давиденкова Н. Н. получил широкое практическое при­менение для определения тангенциальных и осевых остаточных на­пряжений в тонкостенных трубах. При определении окружных на­пряжений от трубы отрезают кольцо и разрезают его на одной из образующих, а затем последовательными ступенями удаляют трав­лением изнутри или снаружи слои металла. После каждого стравли­вания определяют происходящие при этом деформации по диамет­ру. Для определения осевых напряжений вместо кольца вырезается узкая полоска, параллельная оси трубы, и вместо измерения диаметра измеряется стрела прогиба. Используя результаты замеров, по соот­ветствующим формулам определяют остаточные напряжения.

Г. Заксом разработан метод определения остаточных напряже­ний в толстостенных трубах и сплошных цилиндрах. Идея опре­деления остаточных напряжений путем растачивания тела враще­ния и измерения деформаций оставшейся части тела, выдвинутая

Н. В. Калакуцким, была использована Г. Заксом, который вывел формулы для определения остаточных напряжений с учетом объем­но-напряженного состояния.

Для определения остаточных напряжений в деталях используют­ся методы Калакуцкого-Давиденкова, послойного обтачивания, си­ловой и др.