برای اینکه قطعات و مکانیزم ها برای مدت طولانی و با اطمینان کار کنند، موادی که از آنها ساخته شده اند باید شرایط کاری لازم را داشته باشند. به همین دلیل مهم است که مقادیر مجاز پارامترهای مکانیکی اصلی آنها را کنترل کنید. خواص مکانیکی شامل سختی، استحکام، مقاومت ضربه ای، شکل پذیری است. سختی فلزات یک مشخصه ساختاری اولیه است.
مفهوم
سختی فلزات و آلیاژها خاصیت یک ماده برای ایجاد مقاومت در هنگام نفوذ جسم دیگری به لایه‌های سطحی آن است که تغییر شکل نمی‌دهد و تحت بارهای همراه فرو نمی‌ریزد. تعریف شده با هدف:
- کسب اطلاعات در مورد ویژگی های قابل قبول طراحی و امکانات عملیاتی؛
- تحلیل وضعیت تحت تأثیر زمان؛
- نظارت بر نتایج عملیات حرارتی.
استحکام و مقاومت سطح در برابر پیری تا حدی به این شاخص بستگی دارد. به عنوان اصلی کاوش کنیدمواد و قطعات تمام شده.
گزینه‌های تحقیق
نشانگر مقداری است به نام عدد سختی. روش های مختلفی برای اندازه گیری سختی فلزات وجود دارد. دقیق ترین تحقیق استفاده از انواع مختلف محاسبه، فرورفتگی و سختی سنج مناسب است:
- Brinell: جوهر دستگاه فشار دادن یک توپ به فلز یا آلیاژ مورد مطالعه، محاسبه قطر اثر و سپس محاسبه ریاضی پارامتر مکانیکی است.
- Rockwell: یک توپ یا مخروط الماس استفاده می شود. مقدار بر روی یک مقیاس نمایش داده می شود یا محاسبه می شود.
- Vickers: دقیق ترین اندازه گیری سختی فلز با استفاده از نوک هرمی الماس.
فرمول ها و جداول خاصی برای تعیین تناظر پارامتری بین شاخص های روش های مختلف اندازه گیری برای یک ماده وجود دارد.
عوامل تعیین کننده گزینه اندازه گیری
در شرایط آزمایشگاهی با در اختیار داشتن تجهیزات لازم، انتخاب روش تحقیق بسته به ویژگی های خاصی از قطعه کار انجام می شود.
- مقدار شاخص پارامتر مکانیکی. برای فولادهای ساختاری و مواد با سختی کم تا 450-650 HB، از روش برینل استفاده می شود. برای ابزار، فولادهای آلیاژی و سایر آلیاژها - Rockwell. برای آلیاژهای سخت - Vickers.
- ابعاد نمونه آزمایشی. به خصوص قطعات کوچک و ظریف با بررسی می شودبا استفاده از سختی سنج ویکرز.
- ضخامت فلز در نقطه اندازه گیری، به ویژه لایه کربن دار یا نیترید شده.
همه الزامات و انطباق ها توسط GOST مستند شده است.
ویژگی های تکنیک برینل
آزمایش سختی فلزات و آلیاژها با استفاده از سختی سنج برینل با ویژگی های زیر انجام می شود:
- Indenter - یک توپ ساخته شده از فولاد آلیاژی یا آلیاژ کاربید تنگستن با قطر 1، 2، 2، 5، 5 یا 10 میلی متر (GOST 3722-81).
- مدت فرورفتگی استاتیک: برای چدن و فولاد - 10-15 ثانیه، برای آلیاژهای غیر آهنی - 30، مدت زمان 60 ثانیه نیز امکان پذیر است و در برخی موارد - 120 و 180 ثانیه.
- مقدار حد پارامتر مکانیکی: 450 HB هنگام اندازه گیری با یک توپ فولادی. 650 HB هنگام استفاده از کاربید.
- بارهای احتمالی. با استفاده از وزنه های موجود در کیت، نیروی تغییر شکل واقعی بر روی نمونه آزمایش تصحیح می شود. حداقل مقادیر مجاز آنها: 153، 2، 187، 5، 250 نیوتن. حداکثر - 9807، 14710، 29420 N (GOST 23677-79).
با استفاده از فرمول ها، بسته به قطر توپ انتخابی و ماده مورد آزمایش، می توان نیروی فرورفتگی مجاز مناسب را محاسبه کرد.
| نوع آلیاژ | محاسبه بار ریاضی |
| آلیاژهای فولاد، نیکل و تیتانیوم | 30D2 |
| چدن | 10D2، 30D2 |
| مس و آلیاژهای مس | 5D2، 10D2، 30D2 |
| فلزات سبک و آلیاژها | 2، 5D2، 5D2، 10D2، 15D 2 |
| سرب، قلع | 1D2 |
نمونه علامت گذاری:
400HB10/1500/20، که در آن 400HB سختی برینل فلز است. 10 - قطر توپ، 10 میلی متر; 1500 - بار استاتیک، 1500 کیلوگرم؛ 20 - دوره تورفتگی، 20 ثانیه.
برای تعیین اعداد دقیق، منطقی است که یک نمونه را در چندین مکان بررسی کنیم و با یافتن میانگین به دست آمده، نتیجه کلی را تعیین کنیم.
تست سختی برینل
فرایند تحقیق به ترتیب زیر پیش می رود:
- بررسی قطعه برای مطابقت با الزامات (GOST 9012-59, GOST 2789).
- بررسی سلامت دستگاه.
- انتخاب توپ مورد نیاز، تعیین نیروی احتمالی، تعیین وزن برای تشکیل آن، دوره تورفتگی.
- شروع سختی سنج و تغییر شکل نمونه.
- اندازه گیری قطر یک فرورفتگی.
- محاسبه تجربی.
НВ=F/A،
که در آن F بار است، kgf یا N. A – ناحیه چاپ، mm2.
НВ=(0، 102F)/(πDh)،
where D – قطر توپ، میلی متر. h – عمق چاپ، میلی متر.
سختی فلزات اندازه گیری شده با این روش رابطه تجربی بامحاسبه پارامترهای قدرت این روش به ویژه برای آلیاژهای نرم دقیق است. در سیستم ها برای تعیین مقادیر این ویژگی مکانیکی اساسی است.
ویژگی های تکنیک راکول
این روش اندازه گیری در دهه 20 قرن بیستم اختراع شد، خودکارتر از روش قبلی. برای مواد سخت تر استفاده می شود. مشخصات اصلی آن (GOST 9013-59؛ GOST 23677-79):
- وجود بار اولیه 10 kgf.
- دوره برگزاری: 10-60 s.
- مقادیر مرزی شاخص های ممکن: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20-70.
- عدد روی صفحه دستگاه سختی سنج نمایش داده می شود، همچنین می توان آن را به صورت حسابی محاسبه کرد.
- ترازو و فرورفتگی. بسته به نوع فرورفتگی و حداکثر بار استاتیکی مجاز، 11 مقیاس مختلف وجود دارد. بیشترین استفاده: A، B و C.
A: نوک مخروطی الماس، زاویه نقطه 120 درجه، نیروی ساکن کل 60 کیلوگرم، HRA. محصولات نازک، عمدتا محصولات نورد شده، مورد بررسی قرار می گیرند.
C: همچنین مخروط الماس HRC 150 کیلوگرمی، مناسب برای مواد سخت و سخت شده.
B: گلوله 1.588 میلی متری ساخته شده از فولاد سخت شده یا کاربید تنگستن سخت، بار 100 kgf، HRB، برای ارزیابی سختی محصولات آنیل شده استفاده می شود.
نوک توپی شکل (1.588 میلی‌متر) برای فلس‌های Rockwell B، F، G قابل استفاده است. همچنین مقیاس‌های E، H، K وجود دارد که برای آنها توپی با قطر 3.175 میلی‌متر (GOST 9013-59) وجود دارد. استفاده می شود.
تعداد نمونه،ساخته شده با سختی سنج راکول در یک منطقه به اندازه قطعه محدود می شود. آزمایش دوم در فاصله 3-4 قطر از محل قبلی تغییر شکل مجاز است. ضخامت محصول مورد آزمایش نیز تنظیم می شود. این نباید کمتر از 10 برابر عمق نفوذ نوک باشد.
نمونه علامت گذاری:
50HRC - سختی راکول فلز که با نوک الماس اندازه گیری می شود، عدد آن 50 است.
برنامه مطالعه Rockwell
اندازه گیری سختی فلز نسبت به روش برینل ساده تر است.
- برآورد ابعاد و مشخصات سطح یک قطعه.
- بررسی سلامت دستگاه.
- نوع نوک و ظرفیت بار را تعیین کنید.
- تنظیم الگو.
- اجرای نیروی اولیه بر روی ماده، مقدار 10 kgf.
- تلاش کامل و مناسب.
- خواندن عدد دریافتی در مقیاس شماره گیری.
محاسبه ریاضی نیز برای تعیین دقیق پارامتر مکانیکی امکان پذیر است.
هنگام استفاده از مخروط الماس با بار 60 یا 150 کیلوگرم:
HR=100-((H-h)/0, 002;
هنگام آزمایش با یک توپ تحت نیروی 100 کیلوگرم بر وزن:
HR=130-((H-h)/0, 002, که در آن h عمق نفوذ فرورفتگی در نیروی اولیه 10 kgf است. H عمق نفوذ فرورفتگی در بار کامل است. 0, 002 ضریبی است که میزان حرکت نوک را هنگام تغییر عدد سختی 1 واحد تنظیم می کند.
روش راکول ساده است اما به اندازه کافی دقیق نیست. در عین حال، می تواند خواص مکانیکی فلزات و آلیاژهای سخت را اندازه گیری کند.
ویژگی های تکنیک ویکرز
تعیین سختی فلزات با استفاده از این روش ساده ترین و دقیق ترین است. کار سختی سنج بر اساس فرورفتگی نوک هرمی الماسی در نمونه است.
ویژگی های اصلی:
- Indenter: هرم الماس راس 136 درجه.
- حداکثر بار مجاز: برای چدن آلیاژی و فولاد - 5-100 کیلوگرم؛ برای آلیاژهای مس - 2.5-50 کیلوگرم؛ برای آلومینیوم و آلیاژهای مبتنی بر آن - 100-1 کیلوگرم فان.
- دوره نگهداری بار استاتیک: 10 تا 15 ثانیه.
- مواد آزمایش شده: فولاد و فلزات غیر آهنی با سختی بیش از 450-500 HB، از جمله محصولات پس از عملیات حرارتی شیمیایی.
نمونه علامت گذاری:
700HV20/15،
که در آن 700HV عدد سختی ویکرز است. 20 - بار، 20 کیلوگرم؛ 15 - دوره تلاش ایستا، 15 ثانیه.
توالی مطالعه ویکرز
روش بسیار ساده شده است.
- نمونه و ابزار دقیق را بررسی کنید. توجه ویژه ای به سطح قطعه می شود.
- انتخاب تلاش مجاز.
- نصب مواد آزمایشی.
- شروع به کار سختی سنج.
- نتیجه را روی شماره گیری بخوانید.
محاسبه ریاضی با این روش به شرح زیر است:
HV=1, 8544(F/d2)،
که در آن F بار است،kgf; d مقدار متوسط طول قطرهای چاپ شده، میلی متر است.
این امکان را به شما می دهد تا سختی فلزات، قطعات نازک و کوچک را اندازه گیری کنید و در عین حال دقت بالایی در نتیجه ارائه دهید.
روشهای انتقال بین مقیاسها
با تعیین قطر چاپ با استفاده از تجهیزات ویژه، می توانید از جداول برای تعیین سختی استفاده کنید. جدول سختی فلزات یک دستیار اثبات شده در محاسبه این پارامتر مکانیکی است. بنابراین، اگر مقدار برینل مشخص باشد، عدد ویکرز یا راکول مربوطه را می توان به راحتی تعیین کرد.
نمونه ای از برخی مقادیر منطبق:
|
قطر چاپ، mm |
روش تحقیق | ||||
| برینل | Rockwell | Vickers | |||
| 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 |
جدول سختی فلزات بر اساس داده های تجربی تهیه شده و از دقت بالایی برخوردار است. همچنین وابستگی گرافیکی سختی برینل به محتوای کربن در آلیاژ آهن-کربن وجود دارد. بنابراین، مطابق با چنین وابستگی هایی، برای فولاد با مقدار کربن موجود در ترکیب برابر با 0.2٪، 130 HB است.
نیازهای نمونه
مطابق با الزامات GOST، قطعات آزمایش شده باید دارای ویژگی های زیر باشند:
- قطعه کار باید صاف باشد، محکم روی میز سختی سنج قرار گیرد، لبه های آن باید صاف یا با دقت پردازش شود.
- سطح باید حداقل زبری را داشته باشد. باید سمباده و تمیز شود، از جمله با کمک ترکیبات شیمیایی. در عین حال، در طول فرآیندهای ماشینکاری، مهم است که از ایجاد سخت شدن کار و افزایش دمای لایه عمل شده جلوگیری شود.
- قطعه باید با روش انتخاب شده برای تعیین سختی با خواص پارامتریک مطابقت داشته باشد.
برآوردن الزامات اولیه پیش نیاز اندازه گیری های دقیق است.
سختی فلزات یک ویژگی مکانیکی اساسی مهم است که برخی از دیگر ویژگی های مکانیکی و تکنولوژیکی آنها، نتایج فرآیندهای پردازش قبلی، تأثیر عوامل زمان و شرایط عملیاتی احتمالی را تعیین می کند. انتخاب روش تحقیق به ویژگی های تقریبی نمونه، آن بستگی داردپارامترها و ترکیب شیمیایی.
