Металдың қаттылығын анықтау

Металдың ең негізгі механикалық қасиеттерінің бірі ол қаттылық болып табылады, ал металдың басқа қасиеттері онымен өте тығыз байланыста болады. Демек, металдың қаттылығын біле отырып, оның басқа да механикалық қасиеттерін, металды бүлдірмей оңай анықтауға болады. Металдардың механикалық қасиеттері тәжірибе жүзінде арнайы сынаушы машиналардың жәрдемімен анықталады

Металдардың қаттылығын өлшейтін арнайы жабдықтар бар. Мысалы, машинаның үстеліне қойылған үлгіні шыныққан болат шарикті (ТШ-2 приборымен), алмаздан жасалған конусты немесе пирамиданы (ТК-2 жєне ТП-2 приборларымен) батырып анықтайды. Металл неғұрлым жұмсақ болса, олар соғұрлым үлгіге тереңірек батады.

Металдың қаттылығын анықтау үшін негізгі үш статикалық әдіс кеңінен қолданылады:

- Бринелл әдісі, оған ТШ приборы қолданылады.

- Роквелл әдісі, оған ТК приборы қолданылады.

- Виккерс әдісі, оған ТП приборы қолданылады.

Аталған әдістердің әрқайсысының өздерінше кемшілігі және артықшылығы бар, сондықтан ыңғайына байланысты олардың барлығы да кеңінен қолданылады. Металдар мен қоспалардың қаттылығы жұмсақ немесе орта мөлшерде болғанда, Бринелл әдісі қолданылады. Егер металдардың қаттылығы тым жоғары болса, онда Виккерс әдісі бойынша анықталады. Бұл екі әдіс бір-біріне өте ұқсас және ортақ кемшілігі: біріншіден шариктің (пирамиданың) орны үлгіде қалып қояды, екіншіден айшықтың ауданын анықтау өте ыңғайсыз (формуламен анықтайды).

Бринелл әдісімен металдың қатылығын анықтау үшін, оған шынықтырылған болат шарикті (НV= 850) белгілі күшпен батырады. Бринелл машинасы диаметрі 2,5;5;10 мм үш түрлі шарикпен жабдықталған. Металдың қаттылығын Бринелл әдісі бойынша анықтау схемасы 1.11 суретте көрсетілген.

1.11 сурет - Бринелл әдісі бойынша қаттылықты анықтау сұлбасы

Металдың қаттылығы мен қалыңдығына байланысты, шарикпен машинаның үстеліне қойылған үлгіге күш түсіріліп, үлгі сол күштің әсеріне шамалы уақыт ұcталғаннан кейін, үлгі машинадан алынады. Нәтижесінде сыналған үлгінің бетінде шариктың таңбасы (айшық) қалады. Неғұрлым металл жұмсақ болса, соғұрлым үлгіге шарик тереңірек батады. Қаттылық, үлгіге түсірілген күштің, үлгіде қалған шарик таңбасының бет ауданына қатынасымен анықталады. Бринелл әдісі бойынша анықталған қаттылық НВ әріпімен белгіленіп, мына формула бойынша есептеліп шығарылады:

, (1.9)

мұнда Р- үлгіге түсірілген күш, кгс;

S = π·D·h– шариктің үлгідегі таңбасының ауданы, мм² ;

D – шариктің диаметрі, мм ; h – айшықтың тереңдігі, мм;

d – айшықтың диаметрі, мм;

. (1.10)

Металдың қаттылығы мен қалыңдығына байланысты, арнайы кестені қолдана отырып шариктің диаметрін және оған түсірілетін күшті (Р) анықтайды, сонымен қатар күштің шарикке түсу уақыты да кестеде көрсетілген. Күшті (Р) металдың маркаларына байланысты, келесі формулалар арқылы анықтайды:

Қара металдар мен олардың қорытпалары үшін Р= 30 · D ²;

Қола, мыс, үшін Р= 10 ·D²;

Алюминий, подшипник қорытпалары үшін Р= 2,5 · D ².

Металдарды жаппай сынау кезінде бұл әдістер қиындау, сондықтан Роквелл әдісі кеңінен қолданылады. Роквелл әдісімен жұмсақ және қатты металдардың қаттылығын, айшықтың ауданын өлшемей- ақ бірден прибордың шкаласы арқылы анықтайды. Сыналатын металл үлгісінің бетіне төбесіндегі бұрышы 120⁰ тең, алмаздан жасалған конус немесе диаметрі 1,59 мм шынықтырылған болаттан жасалған шарик, белгілі күшпен батырылады, алдындағы әсер ететін күштің мәні - Р₀ (1.12, а суретті қара) және соңғы рет әсер ететін күштің мәні- Р₁ (1.12, б суретті қара). Барлық жағдайда алдын ала түсетін күш Р₀ = 10 кгс-қа тең болады, ал соңғы рет (кейін түсетін) күш Р₁, металдың материалына байланысты өзгеріп отырады, сондықтан жалпы шарикке немесе конусқа түсетін күш Р = Р₀ + Р₁ төмендегідей болып анықталады:

- шыныққан болат шарикті (d = 1,588 мм ) үлгіге батырғанда ақтық күш Р₁ = 90 кгс (900 Н), онда жалпы күш Р = Р₀ + Р₁ = 100 кгс. Бұл жағдайда металдың қаттылығын прибордың В шкаласы анықтайды;

- алмаз конусты үлгіге батырғанда ақтық күш Р₁ = 140 кгс (1400Н), ал жалпы күш Р = Р₀ + Р₁ = 150 кгс (С шкаласы);

- алмаз конусты үлгіге батырғанда Р₁ = 50кгс (500Н) , ал Р = Р₀ + Р₁ = 60 кгс (А шкаласымен металдың қаттылығы анықталады).

1.12 сурет - Металдың қаттылығын Роквелл әдісімен анықтау

Металдың қаттылығы айтылған әдісте бірден Роквелл приборының индикатор шкаласымен анықталады. Индикаторда үш шкала қатар орналасқан (А,В,С шкаласы). Егерде сыналатын металл өте қатты және морттық қасиеті жоғары болса, онда олардың қаттылығы А шкаласы (қара түсті) бойынша анықталады, немесе келесі формуламен есептеледі:

. (1.11)

С шкаласы (қара түсті) бойынша аса көміртекті болаттар мен қорытпалардың қаттылығын анықтайды, немесе (1.12) – формуласымен есептеледі:

. (1.12)

В шкаласы (қызыл түсті ) бойынша жұмсақ аз көміртекті болаттар мен қортпалардың қаттылығын анықтайды немесе (1.13) – формуласымен есептеледі:

, (1.13)

Мұндағы h₀ –бастапқы Р₀ күштің әсерінен пайда болатын үлгідегі іздің тереңдігі, мм; h –ақтық күш әсерінен пайда болатын үлгідегі іздің тереңдігі, мм.

Виккерс әдісімен қаттылықты анықтағанда, металдың бетіне төрт қырлы алмас пирамида батырылады (1.13 суретті қара).

Металдың бетінде пайда болған таңбаның қаттылық санын анықтауға болады:

, (1.14)

мұндағы Р - пирамидаға түсірілген күш, кгс;

- ретінде күштің әсері тоқтатылғаннан кейін таңбаның екі диагоналының ұзындықтарын анықтап, олардың жарты қосындысына тең шаманы алады;

- пирамиданың төбесіндегі екі қарама-қарсы қырларының арасындағы бұрыш.

1.13 сурет - Қаттылықты Виккерс әдісімен анықтау

Пирамидаға түсірілетін күштің мәндері 5,10, 20, 30, 50, 1000 кгс – қа тең болады. 5,10 кгс күштерді түсірген кезде өте жұқа және қатты бірнеше қабаттан тұратын беттерді (мысалы азотпен өңделген, циандалған) сынауға болады. Егер 400 бірлікке тең болса, ол материалдың қаттылығы Бринелл бойынша анықталған қаттылыққа дәлме-дәл келеді. 400 – ден жоғары болғанда, ол Бринелл шкаласы бойынша анықталған қаттылықтан жоғары болады.