Методы испытания механических свойств металлов

Испытание на твердость вдавливанием шарика (твердость по Бринеллю).

В поверхность испытываемого металла с определенной силой вдавливают стальной закаленный шарик диаметром 10; 5; 2, 5; 2 или 1 мм. В результате на поверхности металла получается отпе­чаток (рисунок 1).

Рисунок 1

Диаметр отпечатка измеряют специальной лупой с делениями. Число твердости по Бринеллю НВ характеризуется отношением нагрузки, действующей на шарик, к поверхности отпечатка:

где Р - нагрузка на шарик, Н (кгс);

F - поверхность отпе­чатка, мм²;

D - диаметр вдавливаемого шарика, мм;

d - диа­метр отпечатка, мм.

Для того чтобы не вычислять твердость по приведенной выше формуле, на практике пользуются специальной таблицей, в кото­рой диаметру отпечатка соответствует определенное число твердо­сти НВ.

Метод Бринелля не рекомендуется применять для металлов твердостью более НВ450, так как шарик может деформироваться и результат получится неправильным. Нельзя также испытывать тонкие материалы, которые при вдавливании шарика продавли­ваются.

Испытание на твердость вдавливанием конуса или шарика (твердость по Роквеллу).

В поверхность испытываемого металла вдавливают алмазный конус с углом 120° или стальной закаленный шарик диаметром 1, 59 мм (1/16 дюйма). Испытание шариком применяют для нетвердых материалов (до НВ220), а алмазным конусом – при испытании твердых материалов.

Шарик и конус вдавливают в испытываемый образец под дей­ствием двух последовательно прилагаемых нагрузок — предвари­тельной Р₀ и основной P₁ Общая нагрузка Р равна их сумме (рисунок 2)

Рисунок 2

P = P₀ – P₁,

Предварительная нагрузка Р₀ во всех случаях равна 100 Н (10 кгс), а основная P₁ и общая Р нагрузки составляют: при вдавливании стального шарика (шкала В):

P₁ = 900 Н (90 кгс); Р = 1000 Н (100 кгс);

при вдавливании алмазного конуса (шкала С):

P₁ =1400 Н (140 кгс); Р =1500 Н (150 кгс);

при вдавливании алмазного конуса (шкала А)

P₁ = 500 Н (50 кгс); Р = 600Н (60 кгс).

При нагрузке 600 Н (60 кгс) испытывают очень твердые, а также тонкие материалы (шкала А).

Твердость по Роквеллу — число отвлеченное и выражается в условных единицах; ее обозначают в зависимости от условий испытания HRA, HRB, HRC.

Испытание на ударную вязкость

Испытание на удар проводится на специальном приборе, называемом маятниковым копром, изломом над­резанного образца, свободно уста­новленного на две опоры копра (рисунок 3, б), падающим с определенной высоты массивным маятником (рисунок 3, а).

Рисунок 3

Работа удара А (в Дж или кгс∙ м), затра­ченная на излом образца, опреде­ляется из разности энергии маятника в положении его до и после удара.

А=Pl(cosβ – cosα),

где Р – масса маятника, кгс; Р= 5, 72кгс;

l – длина маятника, м; l =0, 5376м;

α, β – углы подъема маятника соответственно до и после излома образца, град.

Ударная вязкость а (Дж/см² или кгс∙ м/см²), т. е. работа, израсходованная на ударный излом образца, отнесенная к площади поперечного сечения образца в месте надреза.

a=A/F,

где F – площади поперечного сечения образца в месте надреза, см².