Тақырыбы «МЕТАЛЛДАРДЫҢ ҚАТТЫЛЫҒЫН АНЫҚТАУ»– 1 сағат

Жалпы мағлұматтар

Материалдың қаттылығы дегеніміз денеге өзінен қатты дененің (индентор) бату әсерінен болатын иілімді және серпімді деформацияларға қарсыласуын айтады. Бұл механикалық сынақ металлдың бұзылуымен байланысты емес және көп жағдайда арнайы үлгіні дайындауды қажет етпейді.

Жүктеменің (Н) таңбадақ бетінің ауданына (мм²) қатынасына тең қаттылық саны қаттылықтың сандық бағалауы болып табылады. Индентор қозғалысының түріне байланысты қаттылықты өлшейтін барлық әдістерді екі топқа бөлуге болады: статикалық және үдемелі (динамикалық) әдістер.

Индентор сыналып отырған металлға нақты жүктеумен баяу және үздiксiз жаншылатын болса, онда бұл әдіс қаттылықты анықтаудың статикалық әдісі болып есептеледі. Қаттылықтықты анықтауда ең жиі қолданылатыны статикалық әдіс. Статикалық әдістердің түрлері: қаттылықты Бринелль, Роквелл және Виккерс бойынша анықтау (1-сурет). Қаттылықты анықтаудың екі әдісін жиі қолданады: Бринелль және Роквелл әдістері, ал Виккерс әдісі сирегірек қолданылады.

1-сурет. Қаттылықты сынау схемасы:

а) Бринелль бойынша; б) Роквелл бойынша; в) Виккерс бойынша

Динамикалық сынауда сынаушы аспаптың сыналатын үлгі бетінен ыршып кету шамасын бақылайды. Динамикалық қаттылықты Шор және Польди әдістері бойынша анықтайды.

Бринелль әдісінің мәні мынада: сыналатын үлгіге белгілі уақыт ішінде күш F түсіре отырып диаметрі D белгілі шыңдалған болат шаригін жаншып батырады. Үлгінің бетінде шұңқыр түрінде таңбадақ қалады. Таңбадақтың диаметрі бойынша оның ауданын S анықтайды. Қаттылықты Бринелль бойынша анықтауда 1,0; 2,0; 2,5; 5,0; 10,0 мм диаметрлік шариктер (болат немесе қатты қорытпалардан) қолданады.

Бринелль бойынша металдың қаттылығын (HB) мына формуламен есептейді:

, МПа, (1)

мұндағы F – шарикке әсер ететін күш (Н, кгс); D – шариктың диаметрі, мм;

d – таңбадақтың (шұңқыр) диаметрі, мм; S – сфералық таңбадақ бетінің ауданы, мм².

Сынау кезінде қабылданатын F мәні: болат пен шойын үшін – Н, мыс пен қорытпалары үшін – Н, өте жұмсақ металдар үшін (мысалы, алюминий) – Н.

Металл қаттылығы 450 бірліктен төмен болғанда қаттылықты өлшеу үшін болат шариктерін немесе қатты қорытпадан жасалған шариктерді қолданады.

Металл қаттылығы 450 бірліктен жоғары болғанда – қатты қорытпадан жасалған шариктерді қолданады.

Жүктеме, шариктің диаметрлері, қаттылық және үлгілердің қалыңдықтарының арасындағы ең кең тараған қатынастар 1-кестеде келтірілген.

1-кесте. Металдың қаттылығын Бринелль бойынша анықтау параметрлері

Бринелль әдісі қаттылығы 4500 МПа-дан аспайтын металдар мен қорытпалар үшін қолданылады, себебі одан жоғары қаттылықта шарик деформациялануы мүмкін.

Бұл әдістің артықшылықтары: аса дәлділік, нәтижелердің қайталанушылығы, болат пен шойынның сипаттамаларын жуықтап бағалау мүмкіндігі.

Кемшіліктеріне жатады: НВ=4500 МПа дейінгі ғана металдар қаттылығын анықтау мүмкін, салыстырмалы түрде үлкен таңбадақтар қалдырады, ірі өлшемді мен жұқа детальдардың қаттылығын анықтау қиын.

Металлдың қаттылығын анықтау кезінде жоғарыдағы формуламен есептеу көп уақытты қажет етеді. 4-қосымша көмегімен Бринелль әдісі бойынша диаметрі d = 10 мм шарик ізіне байланысты қаттылықты анықтауға болады.

Роквелл әдісісыналатын үлгіге белгілі жүктемемен ұшты жаншуға негізделген (ұшындағы бұрышы болып келетін алмас конус немесе диаметрі 1,588 мм-лік шыңдалған болат шарик).

Роквелл бойынша қаттылықты шартты бірліктермен келесі формулалармен анықтайды:

HR = 100 – е (ұшындағы бұрышы алмас конусты жаншығанда),

HR = 130 – е ( м болат шарикті жаншығанда,

мұндағы ; h – ұштың негізгі жүктеме алынған соң жалпы жүктеме F әсерімен ену тереңдігі (м); h₀ – ұштың алдын-ала жүктеу әсерінен тереңдігі, (м).

Роквелл әдісі бойынша металл қаттылығы HRА, HRВ, HRС деп белгіленеді. Өлшеуді белгіленген жүктемелерге сәйкес шкалалармен санау арқылы жүргізеді

Сынау шкаласын (А,В немесе С) және оған сәйкес сынау шарттарын (ұшының түрін, жалпы күш түсіру) сыналатын материалдың ұйғарылған қаттылық интервалына байланысты алады (2-кесте).

2-кесте. Роквелл бойынша қаттылықты анықтау үшін жүктеме мен ұшты таңдау

Қатты металдар немесе жұқа бұйымдарды сынаған кезде алмас конус және жалпы жүктеме 600 H (60 кгс) қолданады. Қаттылықты «А» шкаласы бойынша санайды да, HRА деп белгілейді.

Егер жұмсақтау материал сынау керек болса, болат шаригін пайдаланады және жалпы жүктеме 1000 H (100 кгс) болса, онда қаттылықты «В» шкаласы бойынша санайды да, HRB деп белгілейді.

Аса қатты металдарды сынағанда конус және 1500 H (150 кгс) жалпы жүктеме қолданылады. Қаттылықты «С» шкаласы бойынша санайды және HRС деп белгілейді.

Қаттылық бірлігі үшін шарик немесе конустың 0,02 мм-ге осьтік жылжуына сәйкес келетін және тереңдік өлшегіш-индикатордың бөлу шкаласы болып есептелетін мән қабылданады.

HRA және HRC мәндері арасында келесі тәуелділік бар:

HRC = 2HRA - 104.

Бұл әдістің артықшылығына өлшеу қарапайымдылығы мен жоғары жылдамдығы, таңбадақтың өлшемдері мен тереңдігінің кішкентайлығы, қаттылық өрісінің кеңдігі жатады.

Әдістің кемшіліктері: нәтижелердің қайталанушылығының төмендігі және сыналатын үлгі бетін алдын-ала мұқият тазалау керектігі.

Роквелл әдісі өндірісте жиі қолданылады, әсіресе қатты және жұқа металдар мен қортпалар үшін.

Виккерс әдісі бойынша қаттылықты сыналатын үлгіге қарама қарсы қырлары арасындағы бұрышы төртқырлы алмас пирамиданы орнықты (статикалық) жаншып батыру арқылы анықтайды.

Қаттылық санын Бринелль әдісіндегідей, жүктеменің таңбадақ ауданына қатынасы бойынша, анықтайды (МПа):

, МПа (2)

мұндағы F – пирамидаға берілген күш (кгс), Н (500-1200 Н); D – жүктеме алынғаннан кейінгі таңбадақтың екі диагоналінің орташа арифметикалық ұзындығы, мм; α – пирамиданың қарама-қарсы қырлары арасындағы бұрышы, .

Виккерс әдісінің артықшылығы – жұмсақ және де өте қатты материалдың қаттылығын анықтау мүмкіндігі. Бұл әдіспен өте жұқа бұйымдар қаттылығын, сондай-ақ беткі қабаттар қаттылығын анықтауға болады. Әдіс материалдың дәл мәнін анықтай алады.

Кемшілігі – материалды бірден бұзады да, қайталанушылығы жоқ.