ความแข็งของโลหะ ตารางความแข็งของโลหะ

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-18 04:30

เพื่อให้ชิ้นส่วนและกลไกใช้งานได้นานและเชื่อถือได้ วัสดุที่ใช้ผลิตต้องเป็นไปตามสภาพการทำงานที่จำเป็น ด้วยเหตุนี้จึงเป็นสิ่งสำคัญในการควบคุมค่าที่อนุญาตของพารามิเตอร์ทางกลหลัก คุณสมบัติทางกล ได้แก่ ความแข็ง ความแข็งแรง แรงกระแทก ความเหนียว ความแข็งของโลหะเป็นลักษณะโครงสร้างเบื้องต้น

แนวคิด

ความแข็งของโลหะและโลหะผสมเป็นคุณสมบัติของวัสดุที่จะสร้างความต้านทานเมื่อวัตถุอื่นแทรกซึมเข้าไปในชั้นผิวของมัน ซึ่งไม่ทำให้เสียรูปและไม่ยุบตัวภายใต้แรงกด (หัวกด) กำหนดโดยมีวัตถุประสงค์:

• การรับข้อมูลเกี่ยวกับคุณสมบัติการออกแบบที่ยอมรับได้และความสามารถในการใช้งาน
• วิเคราะห์รัฐภายใต้อิทธิพลของเวลา
• ติดตามผลการรักษาความร้อน

ความแข็งแรงและความทนทานของพื้นผิวต่อการเสื่อมสภาพบางส่วนขึ้นอยู่กับตัวบ่งชี้นี้ สำรวจเหมือนต้นฉบับวัสดุและชิ้นส่วนสำเร็จรูป

ตัวเลือกการวิจัย

ตัวบ่งชี้คือค่าที่เรียกว่าเลขความแข็ง มีหลายวิธีในการวัดความแข็งของโลหะ การวิจัยที่แม่นยำที่สุดคือการใช้การคำนวณประเภทต่างๆ ตัวกด และเครื่องทดสอบความแข็งที่เหมาะสม:

1. Brinell: สาระสำคัญของอุปกรณ์คือการกดลูกบอลเข้าไปในโลหะหรือโลหะผสมภายใต้การศึกษา คำนวณเส้นผ่านศูนย์กลางของสำนักพิมพ์ จากนั้นจึงคำนวณพารามิเตอร์ทางคณิตศาสตร์ในทางคณิตศาสตร์
2. Rockwell: ใช้ลูกบอลหรือกรวยเพชร ค่าจะแสดงเป็นมาตราส่วนหรือคำนวณ
3. Vickers: การวัดความแข็งของโลหะที่แม่นยำที่สุดโดยใช้ปลายเพชรเสี้ยม

มีสูตรและตารางพิเศษที่ใช้ระบุความสอดคล้องของพารามิเตอร์ระหว่างตัวชี้วัดของวิธีการวัดที่แตกต่างกันสำหรับวัสดุชนิดเดียวกัน

ปัจจัยที่กำหนดตัวเลือกการวัด

ในห้องปฏิบัติการ ด้วยอุปกรณ์ที่จำเป็น การเลือกวิธีการวิจัยจะขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของชิ้นงาน

1. ค่าบ่งชี้ของพารามิเตอร์ทางกล สำหรับเหล็กโครงสร้างและวัสดุที่มีความแข็งต่ำถึง 450-650 HB ใช้วิธี Brinell สำหรับเครื่องมือ เหล็กอัลลอย และโลหะผสมอื่นๆ - Rockwell; สำหรับโลหะผสมแข็ง - Vickers
2. ขนาดตัวอย่างทดลอง. โดยเฉพาะอย่างยิ่งชิ้นส่วนที่เล็กและละเอียดอ่อนจะถูกตรวจสอบด้วยใช้เครื่องทดสอบความแข็งของ Vickers
3. ความหนาของโลหะที่จุดวัด โดยเฉพาะชั้นคาร์บูไรซ์หรือไนไตรด์

ข้อกำหนดและการปฏิบัติตามข้อกำหนดทั้งหมดได้รับการบันทึกโดย GOST

คุณสมบัติของเทคนิค Brinell

การทดสอบความแข็งของโลหะและโลหะผสมโดยใช้เครื่องทดสอบความแข็ง Brinell ดำเนินการด้วยคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

1. หัวกด - ลูกบอลที่ทำจากโลหะผสมเหล็กหรือโลหะผสมทังสเตนคาร์ไบด์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1, 2, 2, 5, 5 หรือ 10 มม. (GOST 3722-81)
2. ระยะเวลาของการเยื้องแบบคงที่: สำหรับเหล็กหล่อและเหล็กกล้า - 10-15 วินาที สำหรับโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็ก - 30 ระยะเวลา 60 วินาทีก็เป็นไปได้เช่นกัน และในบางกรณี - 120 และ 180 วินาที
3. จำกัดค่าพารามิเตอร์ทางกล: 450 HB เมื่อวัดด้วยลูกเหล็ก 650 HB เมื่อใช้คาร์ไบด์
4. โหลดได้. การใช้ตุ้มน้ำหนักที่รวมอยู่ในชุดอุปกรณ์ แรงการเปลี่ยนรูปจริงของชิ้นงานทดสอบจะได้รับการแก้ไข ค่าต่ำสุดที่อนุญาต: 153, 2, 187, 5, 250 N; สูงสุด - 9807, 14710, 29420 N (GOST 23677-79).

โดยใช้สูตร ขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของลูกบอลที่เลือกและวัสดุที่กำลังทดสอบ แรงกดที่ยอมให้เหมาะสมสามารถคำนวณได้

ประเภทโลหะผสม	การคำนวณภาระทางคณิตศาสตร์
เหล็ก นิกเกิล และไททาเนียมอัลลอยด์	30D2
เหล็กหล่อ	10D2, 30D2
โลหะผสมทองแดงและทองแดง	5D2, 10D2, 30D2
โลหะเบาและโลหะผสม	2, 5D2, 5D2, 10D2, 15D 2
ตะกั่ว, กระป๋อง	1D2

ตัวอย่างหมายเหตุ:

400HB10/1500/20 โดยที่ 400HB คือความแข็งแบบบริเนลของโลหะ 10 – เส้นผ่านศูนย์กลางลูก 10 มม. 1500 - โหลดคงที่ 1500 kgf; 20 - ระยะเวลาเยื้อง 20 วินาที

ในการหาจำนวนที่แน่นอน การตรวจสอบตัวอย่างเดียวกันในหลาย ๆ ที่นั้นมีเหตุผล และหาผลลัพธ์โดยรวมโดยการหาค่าเฉลี่ยของผลลัพธ์ที่ได้

ทดสอบความแข็งบริเนล

กระบวนการวิจัยดำเนินไปตามลำดับต่อไปนี้:

1. ตรวจสอบชิ้นส่วนเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนด (GOST 9012-59, GOST 2789)
2. ตรวจสุขภาพเครื่อง
3. เลือกลูกที่ต้องการ กำหนดแรงที่เป็นไปได้ กำหนดน้ำหนักสำหรับรูปแบบ ระยะการเยื้อง
4. เริ่มทดสอบความแข็งและการเสียรูปของตัวอย่าง
5. วัดเส้นผ่านศูนย์กลางของช่อง
6. การคำนวณเชิงประจักษ์

НВ=F/A, โดยที่ F คือน้ำหนัก kgf หรือ N; A – พื้นที่สำนักพิมพ์ mm².

НВ=(0, 102F)/(πDh), โดยที่ D – เส้นผ่านศูนย์กลางลูก mm; h – ความลึกของสำนักพิมพ์ mm.

ความแข็งของโลหะที่วัดด้วยวิธีนี้มีความสัมพันธ์เชิงประจักษ์กับการคำนวณค่าพารามิเตอร์กำลัง วิธีการนี้มีความแม่นยำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโลหะผสมอ่อน เป็นพื้นฐานในระบบในการกำหนดค่าคุณสมบัติทางกลนี้

คุณสมบัติของเทคนิค Rockwell

วิธีการวัดนี้คิดค้นขึ้นในยุค 20 ของศตวรรษที่ XX เป็นระบบอัตโนมัติมากกว่าวิธีก่อนหน้า ใช้สำหรับวัสดุที่แข็งกว่า ลักษณะสำคัญของมัน (GOST 9013-59; GOST 23677-79):

1. มีของบรรทุกหลัก 10 กก.
2. ระยะเวลาถือครอง: 10-60 s.
3. ขอบเขตของตัวบ่งชี้ที่เป็นไปได้: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20-70.
4. ตัวเลขแสดงอยู่บนหน้าปัดของตัวทดสอบความแข็ง และสามารถคำนวณทางคณิตศาสตร์ได้
5. ตาชั่งและหัวกด มีสเกลที่แตกต่างกัน 11 แบบ ขึ้นอยู่กับประเภทของหัวกดและโหลดสถิตย์สูงสุดที่อนุญาต ที่ใช้บ่อยที่สุด: A, B และ C.

A: ปลายกรวยเพชร, มุมจุด 120˚, แรงสถิตรวม 60kgf, HRA; มีการตรวจสอบผลิตภัณฑ์แบบบาง ส่วนใหญ่เป็นผลิตภัณฑ์แผ่นรีด

C: โคนเพชร HRC 150kgf เหมาะสำหรับวัสดุแข็งและชุบแข็ง

B: ลูกบอล 1.588 มม. ทำจากเหล็กชุบแข็งหรือทังสเตนคาร์ไบด์แข็ง รับน้ำหนัก 100 กก. HRB ใช้ในการประเมินความแข็งของผลิตภัณฑ์อบอ่อน

ปลายรูปลูก (1.588 มม.) ใช้ได้กับเครื่องชั่ง Rockwell B, F, G นอกจากนี้ยังมีเครื่องชั่ง E, H, K ซึ่งลูกบอลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3.175 มม. (GOST 9013-59) ใช้แล้ว

จำนวนตัวอย่าง,ทำด้วยเครื่องทดสอบความแข็ง Rockwell ในพื้นที่เดียวถูก จำกัด ด้วยขนาดของชิ้นส่วน อนุญาตให้ทำการทดสอบครั้งที่สองที่ระยะห่าง 3-4 เส้นผ่านศูนย์กลางจากจุดเปลี่ยนรูปก่อนหน้า ความหนาของผลิตภัณฑ์ภายใต้การทดสอบยังถูกควบคุมด้วย ควรมีความลึกไม่น้อยกว่า 10 เท่าของการเจาะปลาย

ตัวอย่างหมายเหตุ:

50HRC - ความแข็งแบบร็อกเวลล์ของโลหะ วัดด้วยปลายเพชร ตัวเลขคือ 50

แผนการศึกษาร็อคเวลล์

การวัดความแข็งของโลหะนั้นง่ายกว่าวิธี Brinell

1. การประมาณขนาดและลักษณะพื้นผิวของชิ้นส่วน
2. ตรวจสุขภาพเครื่อง
3. กำหนดประเภททิปและความจุ
4. กำลังตั้งรูปแบบ
5. การนำกำลังหลักมาใช้กับวัสดุ มูลค่า 10 กก.
6. พยายามเต็มที่และเหมาะสม
7. กำลังอ่านหมายเลขที่ได้รับบนสเกลของหน้าปัด

การคำนวณทางคณิตศาสตร์ยังสามารถกำหนดพารามิเตอร์ทางกลได้อย่างแม่นยำ

เมื่อใช้กรวยเพชรน้ำหนัก 60 หรือ 150 กก.:

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

เมื่อทดสอบกับลูกบอลภายใต้แรง 100 kgf:

HR=130-((H-h)/0, 002, โดยที่ h คือความลึกในการเจาะของหัวกดที่แรงหลักที่ 10 kgf; H คือความลึกในการเจาะของหัวกดที่โหลดเต็มที่ 0, 002 เป็นค่าสัมประสิทธิ์ที่ควบคุมปริมาณการเคลื่อนที่ของทิปเมื่อค่าความแข็งเปลี่ยนแปลงไป 1 หน่วย

วิธีการของ Rockwell นั้นเรียบง่ายแต่ยังไม่แม่นยำเพียงพอ ในขณะเดียวกันก็สามารถวัดคุณสมบัติทางกลของโลหะหนักและโลหะผสมได้

ลักษณะของเทคนิควิคเกอร์

การหาความแข็งของโลหะด้วยวิธีนี้เป็นวิธีที่ง่ายและแม่นยำที่สุด การทำงานของเครื่องทดสอบความแข็งจะขึ้นอยู่กับการเยื้องของปลายเพชรทรงเสี้ยมเข้าไปในตัวอย่าง

คุณสมบัติหลัก:

1. หัวกด: พีระมิดเพชรยอด 136°
2. น้ำหนักบรรทุกสูงสุดที่อนุญาต: สำหรับเหล็กหล่อและเหล็กกล้าผสม - 5-100 kgf; สำหรับโลหะผสมทองแดง - 2.5-50 kgf; สำหรับอะลูมิเนียมและโลหะผสม - 1-100 kgf.
3. ระยะเวลาการโหลดคงที่: 10 ถึง 15 วินาที
4. วัสดุที่ทดสอบ: เหล็กกล้าและโลหะที่ไม่ใช่เหล็กที่มีความแข็งมากกว่า 450-500 HB รวมถึงผลิตภัณฑ์หลังการอบชุบด้วยความร้อนด้วยเคมี

ตัวอย่างหมายเหตุ:

700HV20/15, โดยที่ 700HV คือเลขความแข็งของวิคเกอร์ 20 - โหลด 20 กก. 15 - ระยะเวลาของความพยายามคงที่ 15 วินาที

ลำดับการศึกษาของวิคเกอร์

ขั้นตอนง่ายมากๆ

1. ตรวจสอบตัวอย่างและเครื่องมือวัด ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับพื้นผิวของชิ้นส่วน
2. เลือกความพยายามที่อนุญาต
3. กำลังติดตั้งสื่อทดสอบ
4. เริ่มทดสอบความแข็ง
5. อ่านผลบนหน้าปัด

การคำนวณทางคณิตศาสตร์ด้วยวิธีนี้เป็นดังนี้:

HV=1, 8544(F/d²), โดยที่ F คือภาระกก. d คือค่าเฉลี่ยของความยาวของเส้นทแยงมุมของสำนักพิมพ์ mm.

ช่วยให้คุณวัดความแข็งของโลหะ ชิ้นส่วนที่บางและเล็ก ในขณะที่ให้ผลลัพธ์ที่มีความแม่นยำสูง

วิธีการเปลี่ยนระหว่างตาชั่ง

เมื่อกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางของงานพิมพ์โดยใช้อุปกรณ์พิเศษ คุณสามารถใช้ตารางเพื่อกำหนดความแข็งได้ ตารางความแข็งของโลหะเป็นตัวช่วยที่ได้รับการพิสูจน์แล้วในการคำนวณค่าพารามิเตอร์ทางกลนี้ ดังนั้น หากทราบค่าบริเนล จะสามารถระบุจำนวนวิคเกอร์หรือร็อคเวลล์ที่สอดคล้องกันได้

ตัวอย่างค่าที่ตรงกันบางค่า:

เส้นผ่านศูนย์กลางการพิมพ์, mm	วิธีวิจัย
	บริเนล	ร็อคเวลล์			วิคเกอร์
		A	C	B
3, 90	241	62, 8	24, 0	99, 8	242
4, 09	218	60, 8	20, 3	96, 7	218
4, 20	206	59, 6	17, 9	94, 6	206
4, 99	143	49, 8	-	77, 6	143

ตารางความแข็งของโลหะได้รวบรวมจากข้อมูลการทดลองและมีความแม่นยำสูง นอกจากนี้ยังมีการพึ่งพาความแข็งของบริเนลตามปริมาณคาร์บอนในโลหะผสมเหล็กคาร์บอนด้วย ดังนั้น ตามการพึ่งพาดังกล่าว สำหรับเหล็กที่มีปริมาณคาร์บอนในองค์ประกอบเท่ากับ 0.2% จะเป็น 130 HB

ข้อกำหนดตัวอย่าง

ตามข้อกำหนดของ GOST ชิ้นส่วนที่ทดสอบต้องมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

1. ชิ้นงานต้องเรียบ วางบนโต๊ะทดสอบความแข็งอย่างแน่นหนา ขอบต้องเรียบหรือผ่านการประมวลผลอย่างระมัดระวัง
2. พื้นผิวควรมีความหยาบน้อยที่สุด ต้องขัดและทำความสะอาดรวมทั้งด้วยความช่วยเหลือของสารเคมี ในขณะเดียวกัน ในระหว่างกระบวนการตัดเฉือน สิ่งสำคัญคือต้องป้องกันไม่ให้เกิดการแข็งตัวของงานและการเพิ่มอุณหภูมิของชั้นที่ผ่านการบำบัด
3. ชิ้นส่วนต้องเป็นไปตามวิธีการที่เลือกเพื่อกำหนดความแข็งตามคุณสมบัติพาราเมตริก

การปฏิบัติตามข้อกำหนดเบื้องต้นเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการวัดที่แม่นยำ

ความแข็งของโลหะเป็นสมบัติเชิงกลพื้นฐานที่สำคัญซึ่งกำหนดคุณสมบัติทางกลและเทคโนโลยีอื่นๆ ผลของกระบวนการแปรรูปก่อนหน้า อิทธิพลของปัจจัยด้านเวลา และเงื่อนไขการทำงานที่เป็นไปได้ การเลือกวิธีการวิจัยขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของกลุ่มตัวอย่าง ซึ่งก็คือพารามิเตอร์และองค์ประกอบทางเคมี