Pour que les pièces et les mécanismes fonctionnent longtemps et de manière fiable, les matériaux à partir desquels ils sont fabriqués doivent répondre aux conditions de travail nécessaires. C'est pourquoi il est important de contrôler les valeurs admissibles de leurs principaux paramètres mécaniques. Les propriétés mécaniques comprennent la dureté, la résistance, la résistance aux chocs, la ductilité. La dureté des métaux est une caractéristique structurelle primaire.
Concept
La dureté des métaux et alliages est la propriété d'un matériau à créer une résistance lorsqu'un autre corps pénètre dans ses couches superficielles, qui ne se déforme pas et ne s'effondre pas sous les charges qui l'accompagnent (indenteur). Défini dans le but:
- obtenir des informations sur les caractéristiques de conception et les possibilités de fonctionnement acceptables;
- analyse de l'état sous l'influence du temps;
- contrôle des résultats du traitement thermique.
La solidité et la résistance de la surface au vieillissement dépendent en partie de cet indicateur. Explorez comme originalmatériel et pièces finies.
Options de recherche
L'indicateur est une valeur appelée le numéro de dureté. Il existe différentes méthodes pour mesurer la dureté des métaux. La recherche la plus précise consiste à utiliser différents types de calcul, des pénétrateurs et des testeurs de dureté appropriés:
- Brinell: l'essence de l'appareil est d'enfoncer une bille dans le métal ou l'alliage à l'étude, de calculer le diamètre de l'empreinte, puis de calculer mathématiquement le paramètre mécanique.
- Rockwell: Une balle ou un cône en diamant est utilisé. La valeur est affichée sur une échelle ou calculée.
- Vickers: la mesure la plus précise de la dureté du métal à l'aide d'une pointe pyramidale en diamant.
Il existe des formules et des tableaux spéciaux pour déterminer les correspondances paramétriques entre les indicateurs de différentes méthodes de mesure pour le même matériau.
Facteurs qui déterminent l'option de mesure
Dans des conditions de laboratoire, avec la gamme d'équipements nécessaires, le choix de la méthode de recherche s'effectue en fonction de certaines caractéristiques de la pièce.
- Valeur indicative du paramètre mécanique. Pour les aciers de construction et les matériaux de faible dureté jusqu'à 450-650 HB, la méthode Brinell est utilisée; pour outils, aciers alliés et autres alliages - Rockwell; pour alliages durs - Vickers.
- Dimensions de l'échantillon d'essai. Les pièces particulièrement petites et délicates sont examinées avecà l'aide d'un testeur de dureté Vickers.
- L'épaisseur du métal au point de mesure, en particulier la couche cémentée ou nitrurée.
Toutes les exigences et conformités sont documentées par GOST.
Caractéristiques de la technique Brinell
Les essais de dureté des métaux et alliages à l'aide d'un appareil d'essai de dureté Brinell sont effectués avec les caractéristiques suivantes:
- Indenter - une bille en acier allié ou en alliage de carbure de tungstène d'un diamètre de 1, 2, 2, 5, 5 ou 10 mm (GOST 3722-81).
- Durée de l'indentation statique: pour la fonte et l'acier - 10-15 s, pour les alliages non ferreux - 30, une durée de 60 s est également possible, et dans certains cas - 120 et 180 s.
- Valeur limite du paramètre mécanique: 450 HB lorsqu'il est mesuré avec une bille d'acier; 650 HB lors de l'utilisation de carbure.
- Charges possibles. En utilisant les poids inclus dans le kit, la force de déformation réelle sur l'éprouvette est corrigée. Leurs valeurs minimales admissibles: 153, 2, 187, 5, 250 N; maximum - 9807, 14710, 29420 N (GOST 23677-79).
À l'aide de formules, en fonction du diamètre de la bille sélectionnée et du matériau testé, la force d'indentation admissible appropriée peut être calculée.
| Type d'alliage | Calcul mathématique de la charge |
| Acier, alliages de nickel et de titane | 30D2 |
| Fonte | 10D2, 30D2 |
| Cuivre et alliages de cuivre | 5D2, 10D2, 30D2 |
| Métaux légers et alliages | 2, 5D2, 5D2, 10D2, 15D 2 |
| Plomb, étain | 1D2 |
Exemple de notation:
400HB10/1500/20, où 400HB est la dureté Brinell du métal; 10 – diamètre de la bille, 10 mm; 1500 - charge statique, 1500 kgf; 20 - période d'indentation, 20 s.
Pour établir des nombres exacts, il est rationnel d'examiner le même échantillon à plusieurs endroits, et de déterminer le résultat global en faisant la moyenne des obtenus.
Test de dureté Brinell
Le processus de recherche se déroule dans l'ordre suivant:
- Vérification de la conformité de la pièce aux exigences (GOST 9012-59, GOST 2789).
- Vérification de la santé de l'appareil.
- Sélectionner la balle requise, déterminer la force possible, régler les poids pour sa formation, la période d'indentation.
- Démarrage du duromètre et déformation de l'échantillon.
- Mesurer le diamètre d'un évidement.
- Calcul empirique.
НВ=F/A, où F est la charge, kgf ou N; A – zone d'impression, mm2.
НВ=(0, 102F)/(πDh), où D – diamètre de la bille, mm; h – profondeur d'impression, mm.
La dureté des métaux mesurée par cette méthode a une relation empirique aveccalcul des paramètres de résistance. La méthode est précise, en particulier pour les alliages doux. Il est fondamental dans les systèmes de détermination des valeurs de cette propriété mécanique.
Caractéristiques de la technique Rockwell
Cette méthode de mesure a été inventée dans les années 20 du XXe siècle, plus automatisée que la précédente. Utilisé pour les matériaux plus durs. Ses principales caractéristiques (GOST 9013-59; GOST 23677-79):
- Présence d'une charge primaire de 10 kgf.
- Période de maintien: 10-60 s.
- Valeurs limites des indicateurs possibles: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20-70.
- Le nombre est visualisé sur le cadran du duromètre, il peut aussi être calculé arithmétiquement.
- Échelles et pénétrateurs. Il existe 11 échelles différentes, selon le type de pénétrateur et la charge statique maximale admissible. Les plus couramment utilisés: A, B et C.
A: pointe conique en diamant, angle de pointe de 120˚, force statique totale de 60 kgf, HRA; les produits minces sont étudiés, principalement les produits laminés.
C: également cône diamant HRC 150 kgf, adapté aux matériaux durs et trempés.
B: bille de 1,588 mm en acier trempé ou en carbure de tungstène dur, charge 100 kgf, HRB, utilisée pour évaluer la dureté des produits recuits.
La pointe en forme de boule (1,588 mm) est applicable aux échelles Rockwell B, F, G. Il existe également des échelles E, H, K, pour lesquelles une boule d'un diamètre de 3,175 mm (GOST 9013-59) est utilisé.
Nombre d'échantillons,réalisé avec un testeur de dureté Rockwell dans une zone est limité par la taille de la pièce. Un deuxième test est autorisé à une distance de 3-4 diamètres du lieu de déformation précédent. L'épaisseur du produit testé est également réglementée. Elle ne doit pas être inférieure à 10 fois la profondeur de pénétration de la pointe.
Exemple de notation:
50HRC - Dureté Rockwell du métal, mesurée avec une pointe de diamant, son nombre est 50.
Plan d'étude Rockwell
La mesure de la dureté du métal est plus simplifiée que pour la méthode Brinell.
- Estimer les dimensions et les caractéristiques de surface d'une pièce.
- Vérification de la santé de l'appareil.
- Déterminer le type de pointe et la capacité de charge.
- Réglage du motif.
- L'application de la force primaire sur le matériau, la valeur de 10 kgf.
- Faire un effort complet et approprié.
- Lecture du numéro reçu sur l'échelle du cadran.
Le calcul mathématique est également possible pour déterminer avec précision le paramètre mécanique.
Lors de l'utilisation d'un cône en diamant avec une charge de 60 ou 150 kgf:
HR=100-((H-h)/0, 002;
lors d'un test avec une balle sous une force de 100 kgf:
HR=130-((H-h)/0, 002, où h est la profondeur de pénétration du pénétrateur à une force primaire de 10 kgf; H est la profondeur de pénétration du pénétrateur à pleine charge; 0, 002 est un coefficient qui régule la quantité de mouvement de la pointe lorsque le nombre de dureté change d'une unité.
La méthode de Rockwell est simple mais pas assez précise. En même temps, il peut mesurer les propriétés mécaniques des métaux durs et des alliages.
Caractéristiques de la technique Vickers
Déterminer la dureté des métaux à l'aide de cette méthode est la plus simple et la plus précise. Le travail du testeur de dureté est basé sur l'indentation d'une pointe pyramidale en diamant dans l'échantillon.
Caractéristiques principales:
- Indenteur: pyramide diamantée à 136°.
- Charge maximale admissible: pour la fonte alliée et l'acier - 5-100 kgf; pour les alliages de cuivre - 2,5-50 kgf; pour l'aluminium et les alliages à base de celui-ci - 1-100 kgf.
- Période de maintien de la charge statique: 10 à 15 s.
- Matériaux testés: acier et métaux non ferreux d'une dureté supérieure à 450-500 HB, y compris les produits après traitement thermique chimique.
Exemple de notation:
700HV20/15, où 700HV est le nombre de dureté Vickers; 20 - charge, 20 kgf; 15 - période d'effort statique, 15 s.
Séquence d'étude de Vickers
La procédure est extrêmement simplifiée.
- Vérifier l'échantillon et l'instrumentation. Une attention particulière est portée à la surface de la pièce.
- Choisir l'effort autorisé.
- Installation du matériel de test.
- Mise en marche du testeur de dureté.
- Lire le résultat sur le cadran.
Le calcul mathématique par cette méthode est le suivant:
HV=1, 8544(F/d2), où F est la charge,kgf; d est la valeur moyenne des longueurs des diagonales d'empreinte, mm.
Il vous permet de mesurer la dureté des métaux, des pièces fines et petites, tout en offrant une grande précision du résultat.
Méthodes de transition entre les gammes
Après avoir déterminé le diamètre de l'impression à l'aide d'un équipement spécial, vous pouvez utiliser les tableaux pour déterminer la dureté. Le tableau de dureté des métaux est un assistant éprouvé dans le calcul de ce paramètre mécanique. Ainsi, si la valeur Brinell est connue, le nombre Vickers ou Rockwell correspondant peut être facilement déterminé.
Exemple de quelques valeurs correspondantes:
| Diamètre d'impression, mm | Méthode de recherche | ||||
| Brinell | Rockwell | Vickers | |||
| A | C | B | |||
| 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 |
Le tableau de dureté des métaux est compilé sur la base de données expérimentales et a une grande précision. Il existe également des dépendances graphiques de la dureté Brinell sur la teneur en carbone dans l'alliage fer-carbone. Ainsi, conformément à ces dépendances, pour un acier dont la quantité de carbone dans la composition est égale à 0,2 %, il est de 130 HB.
Exemples d'exigences
Conformément aux exigences de GOST, les pièces testées doivent répondre aux caractéristiques suivantes:
- La pièce doit être plate, reposer fermement sur la table du testeur de dureté, ses bords doivent être lisses ou soigneusement traités.
- La surface doit avoir une rugosité minimale. Doit être poncé et nettoyé, y compris à l'aide de composés chimiques. Dans le même temps, lors des processus d'usinage, il est important d'éviter la formation d'écrouissage et une augmentation de la température de la couche traitée.
- La pièce doit respecter la méthode choisie pour déterminer la dureté par propriétés paramétriques.
Le respect des exigences primaires est une condition préalable pour des mesures précises.
La dureté des métaux est une propriété mécanique fondamentale importante qui détermine certaines de leurs autres caractéristiques mécaniques et technologiques, les résultats des processus de traitement précédents, l'influence des facteurs temporels et les conditions de fonctionnement possibles. Le choix de la méthodologie de recherche dépend des caractéristiques approximatives de l'échantillon, de sonparamètres et composition chimique.
