Твердометрия

Метод, позволяющий определить твёрдость поверхностного слоя металла. Существуют разные способы измерений: метод Бринелля, метод Роквелла и метод Виккерса.

· Метод Бринелля — твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение усилия, приложенного к шарику, к площади отпечатка (причём площадь отпечатка берётся как площадь части сферы, а не как площадь круга (твердость по Мейеру)); размерность единиц твердости по Бринеллю МПа (кг-с/мм²). Число твердости по Бринеллю по ГОСТ 9012-59 записывают без единиц измерения. Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HB, где H — hardness (твёрдость, англ.), B — Бринелль;

· Метод Роквелла — твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания металлического шарика или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Твёрдость, определённая по этому методу, является безразмерной и обозначается HR, HRB, HRC и HRA; твёрдость вычисляется по формуле HR = 100 (130) − kd, где d — глубина вдавливания наконечника после снятия основной нагрузки, а k — коэффициент. Таким образом, максимальная твёрдость по Роквеллу по шкалам A и C составляет 100 единиц, а по шкале B — 130 единиц.

· Метод Виккерса — твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение нагрузки, приложенной к пирамидке, к площади отпечатка (причём площадь отпечатка берётся как площадь части поверхности пирамиды, а не как площадь ромба); размерность единиц твёрдости по Виккерсу кг-с/мм². Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HV;

Твердомер HX 1000 измеряет твёрдость по Виккерсу.

При испытании на твердость по методу Виккерса в поверхность материала вдавливается алмазная четырехгранная пирамида с углом при вершине α=1360 После снятия нагрузки вдавливания измеряется диагональ отпечатка d. Число твердости по Виккерсу HV подсчитывается как отношение нагрузки Рк площади поверхности пирамидального отпечатка М:

Число твердости по Виккерсу обозначается символом HV с указанием нагрузки P и времени выдержки под нагрузкой, причем размерность числа твердости (кгс/мм 2) не ставится. Продолжительность выдержки индентора под нагрузкой принимают для сталей 10 – 15с, а для цветных металлов – 30с. Например, 450 HV10/15 означает, что число твердости по Виккерсу 450 получено при P = 10кгс (98,1 н), приложенной к алмазной пирамиде в течение 15с. Преимущества метода Виккерса по сравнению с методом Бринелля заключается в том, что методом Виккерса можно испытывать материалы более высокой твердости из-за применения алмазной пирамиды.

На рисунке 4 представлена макроструктура соединений с отпечатками индентора, часть крупных отпечатков в левой части фотографии (4 а) была получена при нагрузке HV 1. Однако поскольку необходимо было выявить достаточно узкие зоны перехода, а сплавы имеют относительно невысокие значения твёрдости, то основные измерения проводили при нагрузке HV 0.5. На фотографиях как до травления,так и после отчётливо видны линии сплавления, дефекты в виде пор, структурные изменения после термического влияния лазерного луча. Микротвёрдость различных участков стали после лазерного воздейсвия находится в диапазоне HV 1 = 1700...2500 МПа, причём максимальные значения, представленные в центральной части фотографии (4 а),линия сплавления латунь-сталь- в диапазоне HV 1=1050...1750 МПа, основной металл латуни- в диапазоне HV 1=870...1050 МПа.На рис 5.а, где представлен шлиф образца, не подвергнутый термической обработке, отчётливо видно глубину проплавления лазерным лучом, практически полное отсутствие сплавления стали и латуни,на рис 5б-структурные изменения,основной металл-лазерное воздействие,участки латуни с вкраплениями стали. Микротвёрдость на рис 5б измеряли при нагрузках HV 0.25 (верхняя линия отпечатков) и HV 0.5 (нижняя линия). Как видно,при меньшей нагрузке удалось измерить именно значения линии сплавления,где микротвёрдость латуни сопоставима со значениями стали и находится в диапазоне HV 1=1500..1700 МПа.

Вывод

1.Лазерная сварка проплавным швом может рассматриваться как перспективный метод получения биметаллических соединений,поскольку процесс может быть автоматизирован, позволяет соединять металлы различных комбинаций в широком диапазоне толщин.

2. Механические свойства соединений после сварки неоднородны, поэтому для их уравновешивания при необходимости можно применять термическую обработку.