Механические свойства

Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться деформации и разрушению под действием приложенных нагрузок.

Простейшим механическим свойством является твердость.

Твердость - это способность материала сопротивляться вдавливанию в него более твердого тела под действием внешних сил. Простейший пример: глина, размоченная в воде, и глина, высохшая на солнце. При надавливании на поверхность глины, размоченной в воде остается ямка (отпечаток). Чем мягче глина, тем больше отпечаток. В высохшую глину вдавить палец невозможно. Размер отпечатка равен нулю. Эта глина "твердая".

Для испытания твердости металлических материалов вдавливают пирамиду, конус или шарик, в связи с чем различают методы испытаний, соответственно, по Виккерсу, Роквеллу и Бринеллю. Кроме того, существуют менее распространенные методы испытания твердости: метод упругого отскока (по Шору), метод сравнительной твердости (Польди) и некоторые другие.

Твердость по Виккерсу определяют путем вдавливания в металл алмазной пирамиды с углом при вершине 136 ˚ под действием постоянной нагрузки: 5, 10, 20, 30, 50 или 100 кгс и выдержки под нагрузкой 10-15 с (30с для цветных сплавов). После снятия нагрузки с помощью микроскопа прибора определяют длину диагонали отпечатка, а твердость HV рассчитывают по формуле:

В ГОСТ 2999-75 имеется таблица зависимости твердости от величины нагрузки и длины диагонали. Поэтому на практике расчетов не производят, а пользуются готовой расчетной таблицей.

По методу Бринелля вдавливают шарик диаметром 10, 5 или 2,5 мм под действием нагрузок 3000, 1000, 750, 250 или 62,5 кгс (ГОСТ 9012-59). Полученный круглый отпечаток измеряют и по таблицам находят величину твердости по Бринеллю, значение которой до 400 - 450 НВ почти совпадают со значениями твердости по Виккерсу, но при больших значениях отклоняются вследствии деформации стального шарика. Твердость НВ - это также величина напряжений сопротивления вдавливанию:

,

где t - глубина сегмента отпечатка.

По методу Роквелла (ГОСТ 9013-59) вдавливают алмазный конус с углом при вершине 120 ˚ (шкалы А и С) или стальной шарик диаметром 1,5875 мм (шкала В). При этом определяют твердость, соответственно HRA, HRC и HRB.

При испытаниях измеряют глубину восстановленного отпечатка. Шкалы А и С между собой совпадают, поскольку испытания проводят одним и тем же индентором - алмазным конусом, но при разных нагрузках: 60 и 150 кгс, соответственно. Твердость в этом случае определяется как:

.

По шкале В (нагрузка 100 кгс, шарик):

.

Шкалы HRC и HRA используются для высокой твердости, HRB-для низкой.