لكي تعمل الأجزاء والآليات لفترة طويلة وبشكل موثوق ، يجب أن تستوفي المواد التي تُصنع منها ظروف العمل اللازمة. هذا هو السبب في أنه من المهم التحكم في القيم المسموح بها لمعلماتها الميكانيكية الرئيسية. تشمل الخواص الميكانيكية الصلابة والقوة وقوة التأثير والليونة. صلادة المعادن هي خاصية هيكلية أساسية.
مفهوم
صلابة المعادن والسبائك هي خاصية للمادة لخلق مقاومة عندما يخترق جسم آخر طبقات سطحه ، والتي لا تتشوه ولا تنهار تحت الأحمال المصاحبة (إنديتر). معرّف بالغرض:
- الحصول على معلومات حول ميزات التصميم المقبولة وإمكانيات التشغيل ؛
- تحليل الدولة تحت تأثير الزمن
- مراقبة نتائج المعالجة الحرارية.
تعتمد قوة ومقاومة السطح للشيخوخة جزئيًا على هذا المؤشر. استكشاف كأصلالمواد والأجزاء النهائية.
خيارات البحث
المؤشر هو قيمة تسمى رقم الصلابة. هناك طرق مختلفة لقياس صلابة المعادن. البحث الأكثر دقة هو استخدام أنواع مختلفة من الحسابات والمسافات البادئة واختبار الصلابة المناسب:
- برينل: جوهر الجهاز هو ضغط كرة في المعدن أو السبيكة قيد الدراسة ، وحساب قطر البصمة ثم حساب المعلمة الميكانيكية رياضيًا.
- روكويل: يتم استخدام كرة أو مخروط ماسي. يتم عرض القيمة على مقياس أو محسوبة.
- فيكرز: القياس الأكثر دقة لصلابة المعدن باستخدام طرف هرمي الماس.
هناك صيغ وجداول خاصة لتحديد المطابقات البارامترية بين مؤشرات طرق القياس المختلفة لنفس المادة.
العوامل التي تحدد خيار القياس
في ظروف المختبر ، مع النطاق الضروري من المعدات ، يتم اختيار طريقة البحث اعتمادًا على خصائص معينة لقطعة العمل.
- القيمة الإرشادية للمعامل الميكانيكي. بالنسبة للفولاذ الإنشائي والمواد ذات الصلابة المنخفضة حتى 450-650 HB ، يتم استخدام طريقة برينل ؛ للأداة وسبائك الفولاذ والسبائك الأخرى - روكويل ؛ للسبائك الصلبة - فيكرز.
- أبعاد عينة الاختبار. يتم فحص الأجزاء الصغيرة والحساسة بشكل خاص باستخدامباستخدام جهاز اختبار الصلابة فيكرز
- سمك المعدن عند نقطة القياس ، ولا سيما الطبقة الكربونية أو النيتريد.
جميع المتطلبات والامتثال موثقة من قبل GOST.
ميزات تقنية برينل
يتم إجراء اختبار صلابة المعادن والسبائك باستخدام جهاز اختبار صلابة برينل بالميزات التالية:
- إندينتر - كرة مصنوعة من سبائك الصلب أو سبائك كربيد التنجستن بقطر 1 أو 2 أو 2 أو 5 أو 5 أو 10 مم (GOST 3722-81).
- مدة المسافة البادئة الثابتة: للحديد الزهر والصلب - 10-15 ثانية ، وللسبائك غير الحديدية - 30 ، يمكن أيضًا استخدام 60 ثانية ، وفي بعض الحالات - 120 و 180 ثانية.
- القيمة المحددة للمعلمة الميكانيكية: 450 HB عند قياسها بكرة فولاذية ؛ 650 HB عند استخدام الكربيد.
- أحمال محتملة. باستخدام الأوزان المضمنة في المجموعة ، يتم تصحيح قوة التشوه الفعلية على عينة الاختبار. القيم الدنيا المسموح بها: 153 ، 2 ، 187 ، 5 ، 250 شمالاً ؛ الحد الأقصى - 9807 ، 14710 ، 29420 N (GOST 23677-79).
باستخدام الصيغ ، اعتمادًا على قطر الكرة المحددة والمواد التي يتم اختبارها ، يمكن حساب قوة المسافة البادئة المسموح بها.
| نوع سبيكة | حساب الحمل الرياضي |
| سبائك الصلب والنيكل والتيتانيوم | 30D2 |
| الحديد الزهر | 10D2، 30D2 |
| سبائك النحاس والنحاس | 5D2 ، 10D2 ، 30D2 |
| معادن وسبائك خفيفة | 2، 5D2 ، 5D2 ، 10D2 ، 15D2 |
| الرصاص ، القصدير | 1D2 |
مثال على الترميز:
400HB10 / 1500/20 ، حيث 400HB هي صلابة برينل للمعدن ؛ 10 - قطر الكرة ، 10 مم ؛ 1500 - حمولة ثابتة ، 1500 كجم ؛ 20 - فترة المسافة البادئة ، 20 ثانية.
لتحديد الأرقام الدقيقة ، فمن المنطقي فحص نفس العينة في عدة أماكن ، وتحديد النتيجة الإجمالية من خلال إيجاد متوسط النتيجة التي تم الحصول عليها.
اختبار صلابة برينل
تجري عملية البحث بالتسلسل التالي:
- التحقق من توافق الجزء مع المتطلبات (GOST 9012-59 ، GOST 2789).
- التحقق من صحة الجهاز
- اختيار الكرة المطلوبة ، وتحديد القوة المحتملة ، وتحديد الأوزان لتشكيلها ، وفترة المسافة البادئة.
- بدء اختبار الصلابة وتشوه العينة
- قياس قطر التجويف
- حساب تجريبي.
НВ=F / A ،
حيث F هي الحمولة ، kgf أو N ؛ أ - منطقة البصمة ، مم2.
НВ=(0، 102F) / (πDh)،
حيث D - قطر الكرة ، مم ؛ ح - عمق البصمة ، مم.
صلابة المعادن المقاسة بهذه الطريقة لها علاقة تجريبية معحساب معلمات القوة. الطريقة دقيقة ، خاصة بالنسبة للسبائك اللينة. إنه أساسي في أنظمة تحديد قيم هذه الخاصية الميكانيكية.
ميزات تقنية روكويل
تم اختراع طريقة القياس هذه في العشرينات من القرن العشرين ، وهي آلية أكثر من سابقتها. تستخدم للمواد الصلبة. خصائصه الرئيسية (GOST 9013-59 ؛ GOST 23677-79):
- وجود حمولة أولية 10 كجم ق.
- فترة الاحتفاظ: 10-60 ثانية.
- القيم الحدودية للمؤشرات المحتملة: HRA: 20-88 ؛ HRB: 20-100 ؛ مجلس حقوق الإنسان: 20-70.
- الرقم مرئي على قرص اختبار الصلابة ، ويمكن أيضًا حسابه حسابيًا.
- المقاييس والمسافات البادئة. هناك 11 مقياسًا مختلفًا ، اعتمادًا على نوع المسافة البادئة والحد الأقصى للحمل الثابت المسموح به. الأكثر استخدامًا: A و B و C.
A: رأس مخروطي ماسي ، زاوية 120 درجة ، إجمالي 60 كجم قوة ثابتة ، HRA ؛ يتم فحص المنتجات الرقيقة ، المنتجات المدرفلة بشكل أساسي.
C: أيضًا مخروط ماسي HRC 150kgf ، مناسب للمواد الصلبة والمتصلبة.
B: كرة 1.588 مم مصنوعة من الفولاذ المقوى أو كربيد التنجستن الصلب ، تحميل 100 كجم ، HRB ، تستخدم لتقييم صلابة المنتجات الملدنة.
طرف على شكل كرة (1.588 مم) قابل للتطبيق على موازين Rockwell B و F و G. وهناك أيضًا موازين E و H و K ، حيث يبلغ قطر الكرة 3.175 مم (GOST 9013-59) يستخدم
عدد العينات ،يتم تصنيعه باستخدام جهاز اختبار صلابة Rockwell في منطقة واحدة ويقتصر على حجم الجزء. يُسمح بإجراء اختبار ثانٍ على مسافة 3-4 أقطار من مكان التشوه السابق. يتم أيضًا تنظيم سمك المنتج قيد الاختبار. يجب ألا يقل عمق اختراق الرأس عن 10 أضعاف.
مثال على الترميز:
50HRC - صلابة روكويل للمعدن ، مقاسة برأس ماسي ، رقمها 50.
خطة الدراسة روكويل
قياس صلابة المعدن أكثر بساطة من طريقة برينل.
- تقدير أبعاد وخصائص سطح جزء.
- التحقق من صحة الجهاز
- تحديد نوع الطرف وسعة التحميل.
- ضبط النمط
- تنفيذ القوة الأولية على المادة بقيمة 10 kgf
- بذل جهد كامل و مناسب
- قراءة الرقم المستلم على مقياس الاتصال.
الحساب الرياضي ممكن أيضًا لتحديد المعلمة الميكانيكية بدقة.
عند استخدام مخروط الماس بحمل 60 أو 150 kgf:
HR=100 - ((H-h) / 0 ، 002 ؛
عند الاختبار بكرة بقوة 100 kgf:
HR=130 - ((H-h) / 0 ، 002 ،
حيث h هو عمق اختراق المسافة البادئة بقوة أولية قدرها 10 kgf ؛ H هو عمق الاختراق لل indenter عند التحميل الكامل ؛ 0 ، 002 هو معامل ينظم مقدار حركة الطرف عندما يتغير رقم الصلابة بمقدار وحدة واحدة.
طريقة روكويل بسيطة ولكنها ليست دقيقة بما يكفي. في نفس الوقت يمكنه قياس الخواص الميكانيكية للمعادن والسبائك الصلبة.
خصائص تقنية فيكرز
تحديد صلابة المعادن بهذه الطريقة هو أبسط وأدق. يعتمد عمل جهاز اختبار الصلابة على المسافة البادئة لطرف هرمي الماس في العينة.
الميزات الرئيسية:
- إندينتر: قمة هرم ماسي 136 درجة.
- الحمولة القصوى المسموح بها: لسبائك الحديد والصلب - 5-100 kgf ؛ لسبائك النحاس - 2.5-50 كجم ؛ للألمنيوم والسبائك القائمة عليه - 1-100 كجم.
- فترة حمل الحمل الثابت: من 10 إلى 15 ثانية.
- المواد المختبرة: الفولاذ والمعادن غير الحديدية بصلابة تزيد عن 450-500 HB ، بما في ذلك المنتجات بعد المعالجة الحرارية الكيميائية.
مثال على الترميز:
700HV20 / 15 ،
حيث 700HV هو رقم صلابة فيكرز ؛ 20 - حمولة ، 20 كجم ؛ 15 - فترة الجهد الساكن ، 15 ثانية.
تسلسل دراسة فيكرز
الإجراء مبسط للغاية.
- فحص العينة والأجهزة. يتم إيلاء اهتمام خاص لسطح الجزء.
- اختيار الجهد المسموح به
- تثبيت مادة الاختبار.
- بدء تشغيل جهاز اختبار الصلابة
- اقرأ النتيجة على الاتصال الهاتفي.
الحساب الرياضي بهذه الطريقة كالتالي:
HV=1 ، 8544(F / d2) ،
حيث F هو الحمل ،kgf. د هو متوسط قيمة أطوال أقطار البصمة ، مم.
يسمح لك بقياس صلابة المعادن ، الأجزاء الرقيقة والصغيرة ، مع توفير دقة عالية للنتيجة.
طرق الانتقال بين المقاييس
بعد تحديد قطر الطباعة باستخدام معدات خاصة ، يمكنك استخدام الجداول لتحديد الصلابة. جدول صلابة المعادن هو مساعد مثبت في حساب هذه المعلمة الميكانيكية. لذلك ، إذا كانت قيمة برينل معروفة ، فيمكن بسهولة تحديد رقم فيكرز أو روكويل.
مثال على بعض القيم المطابقة:
|
قطر الطباعة ملم |
طريقة البحث | ||||
| برينل | روكويل | فيكرز | |||
| ا | C | ب | |||
| 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 |
يتم تجميع جدول صلابة المعادن على أساس البيانات التجريبية ولديه دقة عالية. هناك أيضًا تبعيات رسومية لصلابة برينل على محتوى الكربون في سبائك الحديد والكربون. لذلك ، وفقًا لمثل هذه التبعيات ، بالنسبة للصلب بكمية الكربون في التركيبة التي تساوي 0.2٪ ، تكون 130 HB.
نموذج المتطلبات
وفقًا لمتطلبات GOST ، يجب أن تفي الأجزاء المختبرة بالخصائص التالية:
- يجب أن تكون قطعة العمل مسطحة ، وأن توضع بقوة على طاولة جهاز اختبار الصلابة ، ويجب أن تكون حوافها ناعمة أو معالجة بعناية.
- يجب أن يكون السطح أقل خشونة. يجب صنفرته وتنظيفه بما في ذلك بمساعدة المركبات الكيميائية. في الوقت نفسه ، أثناء عمليات المعالجة ، من المهم منع تكوين تصلب العمل وزيادة درجة حرارة الطبقة المعالجة.
- يجب أن يتوافق الجزء مع الطريقة المحددة لتحديد الصلابة بواسطة الخصائص البارامترية.
الوفاء بالمتطلبات الأساسية شرط أساسي للقياسات الدقيقة.
صلابة المعادن هي خاصية ميكانيكية أساسية مهمة تحدد بعض ميزاتها الميكانيكية والتكنولوجية الأخرى ، ونتائج عمليات المعالجة السابقة ، وتأثير عوامل الوقت ، وظروف التشغيل المحتملة. يعتمد اختيار منهجية البحث على الخصائص التقريبية للعينةالمعلمات والتركيب الكيميائي.
