ТВЕРДОСТЬ

Лекция 2

Динамические испытания: испытание на ударную вязкость; другие виды динамических испытаний. Методика определения твердости. Различные методы определения твердости. Испытание на усталостное разрушение.

Под твердостьюпонимают свойство поверхностного слоя материала сопротивляться упругой и пластической деформации или разрушению при местных контактных воздействиях со стороны другого, более твердого и не получающего остаточной деформации тела (индентора) определенной формы и размера. Эта формулировка пригодна не для всех существующих методов определения твердости. Разнообразие этих методов и разный физический смысл чисел твердости затрудняют выработку общего определения твердости как механического свойства. В разных методах и при различных условиях проведения испытания числа твердости могут характеризовать упругие свойства, сопротивление большим и малым пластическим деформациям, сопротивление материала разрушению.

По широте применения испытания на твердость, особенно при комнатной температуре, конкурируют с наиболее распространенными испытаниями на статическое растяжение. Это объясняется простотой, высокой производительностью, отсутствием разрушения образца, возможностью оценки свойств отдельных структурных составляющих и тонких слоев на малой площади, легко устанавливаемой связью результатов определения твердости с результатами других испытаний. При измерении твердости в поверхностном слое образца под индентором возникает сложное напряженное состояние близкое к объемному сжатию, которое характеризуется наибольшим коэффициентом мягкости (α> 2) по сравнению с другими видами механических испытаний. Поэтому возможны получение "пластических" состояний, исключение разрушения и возможность измерения твердости практически любых, в том числе и хрупких металлических материалов.

Способы определения твердости делят на статические и динамические - в зависимости от скорости приложения нагрузки, а по способу приложения на методы вдавливания и царапания. Наиболее распространены методы, в которых используется статическое вдавливание индентора нормально поверхности образца.

Во всех методах испытаний на твердость очень важно правильно подготовить поверхностный слой образца. Он должен по возможности полно характеризовать материал, твердость, которого необходимо определить. Все поверхностные дефекты (окалина, выбоины, вмятины, грубые риски ит.д.) должны быть удалены. Требования к качеству испытуемой поверхности зависят от применяемого индентора и величины прилагаемой нагрузки. Чем меньше глубина вдавливания индентора, тем выше требуется чистота поверхности и тем более строго надо следить, чтобы свойства поверхностного слоя не изменялись вследствие наклепа или разогрева при шлифовании и полировке.

Нагрузка прилагается по оси вдавливаемого индентора перпендикулярно испытуемой поверхности. Для соблюдения этого условия плоскость испытуемой поверхности образца должна быть строго параллельна опорной поверхности. Неплоские образы крепят на специальных опорныхстоликах, входящих в комплект твердомеров.

Результаты проведения испытаний зависят от продолжительности приложения нагрузки к вдавливаемому индентору и выдержки под нагрузкой. В зависимости от времени выдержки индентора под нагрузкой различают кратковременную и длительную твердость. В стандартных испытаниях определяют кратковременную твердость при комнатной температуре. Здесь обычно время выдержки составляет 10 ÷ 30 с. Длительная твердость определяется при повышенных температурах и используется как характеристика жаропрочности материала.

Определяя твердость всеми методами (кроме микротвердости), измеряют суммарное сопротивление металла внедрению в него индентора, усредняющее твердость всех имеющихся структурных составляющих. Поэтому получающийся после снятия нагрузки отпечаток должен быть по размеру значительно больше размеров зерен отдельных структурных составляющих. Неизбежные различия в структуре различных участков образца приводят к разбросу значений твердости, которые тем больше, чем меньше размер отпечатка.

Как было указано выше, наиболее распространенным методом измерения твердости является метод вдавливания. Его осуществляют на следующих приборах - Бринеля, Роквелла, Виккерса, ПМТ (микротвердрмер). Подробно методика измерения твердости на этих приборах будет рассмотрена на лабораторной работе.