СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 620.178

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ

В. В. Раменский, К. Ю. Филиппов Научный руководитель - Е. В. Раменская*

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31

*E-mail: lena@kraslan.ru

Рассмотрены основные методы измерения твердости материалов, используемые в производстве изделии АКТ. На основе проведённого сравнительного анализа методов Виккерса и Кнупа получены аппроксимирующие функции шкал твердости и установлен коэффициент отношения двух методов.

Ключевые слова: измерение твердости, метод Виккерса, метод Кнупа

COMPARATIVE ANALYSIS OF METHODS FOR DETERMINING HARDNESS

V. V. Ramensky, K. Yu. Filippov Scientific Supervisor - E. V. Ramenskaya *

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

* E-mail: lena@kraslan.ru

The main methods of measuring the hardness of materials used in the production of Aerospace equipment are considered. Based on the comparative analysis of the Vickers and Knoop methods, approximating functions of the hardness scales are obtained and the ratio coefficient of the two methods is established.

Keywords: hardness measurement, Vickers method, Knoop method

Важную роль в обеспечении высоких эксплуатационных показателей изделий АКТ в первую очередь играют материалы деталей, из которых они изготовлены. Качество деталей определяется механическими характеристиками материалов, используемых при изготовлении. Самый распространённый метод выявления механических характеристик -измерение значения твердости материала. Размерность твердости зависит от метода проведения измерения и используемого оборудования.

Тенденция современной машиностроительной отрасли такова, что идет замещение металлических материалов композитными. Многие композиты превосходят традиционные материалы и сплавы по своим механическим свойствам, например, композиты хорошо воспринимают динамические нагрузки и в то же время они легче. Именно поэтому их широко используют в различных отраслях промышленности.

Композитный материал - многокомпонентный материал, состоящий, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью и жёсткостью [1]. Требования, предъявляемые к деталям из композитных материалов во многом схожи с требованиями для металлических деталей. Одним из таких требований является достаточная твердость.

Секция «Технологические и мехатроииые системы в производстве ракетно-космической техники»

Основными методами для определения твердости металлических сплавов являются: метод Роквелла, Бринелля и Виккерса, но не все эти методы подходят для измерения твердости композитов, полимеров или хрупких материалов. Метод Кнупа более универсален и используется для определения твердости прочных металлических сплавов, композитов и хрупких материалов таких как стекло и керамика [2]. Близким к методу Кнупа является метод Виккерса, основное отличие этих методов заключается в форме используемых индентеров (рис. 1) [3, 4].

Метод Кнупа заключается в том, что в тестируемый материал вдавливают алмазный пирамидальный индентер с углами при вершинах 130° и 172,5° (рис. 1, а). В результате образуется ромбообразный след с диагональю ё, которая в 7 раз длиннее второй диагонали и с глубиной равной одной тридцатой большой диагонали. Число твердости Кнупа (Нк) измеряют в Н/мм2 и определяют по формуле [3]:

Нк =1,451Р/ё2. (1)

Рис. 1. Индентеры а - Кнупа; б - Виккерса

Метод Кнупа позволяет измерять твердость материалов при более низкой нагрузке (Р), чем тест Виккерса [3]. Твердость по Виккерсу (Ну) рассчитывают по формуле [4]:

Ну=0,1819Р/а

(2)

где Р - нагрузка, используемая при измерении, Н; ё - среднеарифметическое значение длин диагоналей следа ё} и мм

Применив численные значения регламентированных величин твердости от длин диагоналей отпечатков при силе вдавливания индентера Р=0,245 Н построена графическая зависимость (рис. 2). Для сравнительного анализа методов получены аппроксимирующие функции твердости степенного вида по Кнупу Нк=893,56ё"2,007 с величиной достоверности Я2=0,999 и по Виккерсу Ну=117,31ё2,006 с Я2=1.

Ну; Нк, Н

900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0,02

Ну

0,2

ё, мм

Рис. 2. Графическая зависимость твердости по Кнупу и по Виккерсу

Выполненные теоретические исследования позволяют преобразовывать значения твердости материалов между шкалами Кнупа и Виккерса, через коэффициент отношения равный 7,6. Это в свою очередь позволит соотнести твердость по Кнупу с остальными шкалами твёрдости, такими как Бринелля, Роквелла и Шора.

Библиографические ссылки

1. Фещенко В.Н. Обеспечение качества продукции в машиностроении. Учебник. М. : «Инфа-Инженерия», 2019. 510 с.

2. Martin J. W. Materials for engineering. Woodhead Publishing, 2006. 256 p.

3. ГОСТ P ИСО 4545-2015 Материалы металлические. Определение твердости по Кнупу. Введ. 2016-01-01. М. : Стандартинформ, 2008. 19 с.

4. ГОСТ Р ИСО 6507-2007 Металлы и сплавы. Измерение твердости по Виккерсу. Введ. 2008-08-01. М. : Стандартинформ, 2015. 15 с.

© Раменский В. В., Филиппов К. Ю., 2020