Твердость сталь: Сталь 10 — конструкционная углеродистая качественная сталь

Содержание

Сталь 10 — конструкционная углеродистая качественная сталь

Характеристика стали марки 10

Сталь 10 — конструкционная углеродистая качественная сталь, сваривается без ограничений. Сварка осуществляется без подогрева и без последующей термообработки, способы: ручная дуговая сварка, автоматическая дуговая сварка под флюсом и газовой защитой, КТС, ЭШС. 

Пластичность металла позволяет использовать их для изготовления штампованных частей и деталей. Для выпуска промышленного количества товара осуществляется технология холодной штамповки. Не склонна к флокеночувствительности, склонность к отпускной хрупкости отсутствует. Твердость стали 10: HB 10 -1 = 143 МПа. Обрабатываемость резанием В горячекатанном состоянии при НВ 99-107 и σB = 450 МПа, Kυ тв.спл. = 2,1, Kυ б.ст. = 1,6. Нашла свое применение в производстве труб и крепежных деталей котлов и трубопроводов ТЭЦ, из стали 10 изготавливают трубные крепежные детали АЭС, крепежные детали паровых и газовых турбин. При применении химико-термической обработки спектр применения резко расширяется, из нее изготавливают втулки, ушки рессор, диафрагмы, шайбы, винты, детали работающие до 350 °С к которымпредъявляются требования высокой поверхностной твердости и износоустойчивости при невысокой прочности сердцевины. Высокий предел выносливости определяет применение материала при изготовлении ответственных деталей, которые предназначены для длительной работы. Ковку производят при температурном режиме от 1300 до 700 

0С, охлаждение на воздухе.

Расшифровка стали марки 10

Расшифровка стали: Получают конструкционные углеродистые качественные стали в конвертерах или в мартеновских печах. Обозначение этих марок сталей начинается словом «Сталь». Следующие две цифры указывают на среднее содержание углерода в сотых долях процента, цифры 10 обозначают содержание его около 0,1 процента.

Сортовой и фасонный прокат   ГОСТ  8510-86;   ГОСТ  8239-89;   ГОСТ  10551-75;   ГОСТ  8240-97;   ГОСТ  2879-2006;   ГОСТ  2591-2006;   ГОСТ  2590-2006;   ГОСТ  8509-93;   ГОСТ  1133-71;   ГОСТ  11474-76;   ГОСТ  9234-74;
Листы и полосы   ГОСТ  6765-75;   ГОСТ  14918-80;   ГОСТ  19903-74;   ГОСТ  82-70;   ГОСТ  16523-97;   ГОСТ  103-2006;
Ленты   ГОСТ  3560-73;
Сортовой и фасонный прокат   ГОСТ  7417-75;   ГОСТ  8560-78;   ГОСТ  8559-75;   ГОСТ  1050-88;   ГОСТ  1051-73;   ГОСТ  14955-77;   ГОСТ  10702-78;
Листы и полосы   ГОСТ  4405-75;   ГОСТ  10885-85;   ГОСТ  1577-93;   ГОСТ  4041-71;
Ленты   ГОСТ  19851-74;   ГОСТ  10234-77;   ГОСТ  503-81;
Трубы стальные и соединительные части к ним   ГОСТ  22786-77;   ГОСТ  8638-57;   ГОСТ  8645-68;   ГОСТ  53383-2009;   ГОСТ  24950-81;   ГОСТ  6856-54;   ГОСТ  30564-98;   ГОСТ  30563-98;   ГОСТ  8646-68;   ГОСТ  23270-89;   ГОСТ  8644-68;   ГОСТ  11249-80;   ГОСТ  20295-85;   ГОСТ  5005-82;   ГОСТ  8642-68;   ГОСТ  10707-80;   ГОСТ  1060-83;   ГОСТ  550-75;   ГОСТ  8639-82;   ГОСТ  8731-87;   ГОСТ  8732-78;   ГОСТ  8733-74;   ГОСТ  8734-75;   ГОСТ  12132-66;   ГОСТ  9567-75;   ГОСТ  3262-75;   ГОСТ  14162-79;   ГОСТ  13663-86;   ГОСТ  10705-80;   ГОСТ  10704-91;   ГОСТ  5654-76;
Проволока стальная низкоуглеродистая   ГОСТ  5663-79;   ГОСТ  1526-81;   ГОСТ  792-67;   ГОСТ  5437-85;
Проволока стальная средне- и высокоуглеродистая   ГОСТ  17305-91;   ГОСТ  9389-75;   ГОСТ  7372-79;   ГОСТ  26366-84;   ГОСТ  3920-70;   ГОСТ  9850-72;
Сетки металлические   ГОСТ  9074-85;

 

 Химичский состав сталь 10

C Si Mn Ni S P Cr Cu As
0.07 — 0.14 0.17 — 0.37 0.35 — 0.65 до 0.3 до 0.04 до 0.035 до 0.15 до 0.3 до 0.08

 

Температура критических точек сталь 10

Критическая точка  Температура
Ac1 724
Ac3(Acm) 876
 Ar3(Arcm 850
Ar1 682

 

Механические свойства сталь 10

ГОСТ Вид поставки, режим термообработки σв(МПа) δ5 (%) ψ % НВ, не более
1050-88  Сталь горячекатаная, кованая калиброванная и серебрянка 2-й категории после нормализации  335  31  55   
10702-78   Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой:         
после отжига или отпуска 335-450   55   143
после сферодизирующего отпуска 315-410   55   143
нагартованная без термообработки 390 8 50   187
 1577-93 Полосы нормализованные или горячекатаные  335  55   
 16523-70  Лист горячекатаный (образцы поперечные) 295-410 24    
Лист холоднокатаный (образцы поперечные) 295-410 25
4041-71   Лист термически обработанный 1-2й категории 295-420  32    117 
 8731-87 Трубы горячедеформированные термообработанные  355  24    137 
 8733-87 Трубы холодно- и теплодеформированные термообработанные  345  24    137 
Цементация 920-950 °С. Закалка 790-810 °С, вода. Отпуск 180-200 °С, воздух.   390 25  55   

сердц. 137

поверхн. 57-63

 

Механические свойства сталь 10 при повышенных температурах

Температура испытаний, °С σ0,2 (МПа) σв(МПа) δ5 (%) ψ %
KCU (кДж / м2)
нормализация 900-920 °С
 20 260  420  32  69  221 
 200  220  485  20  55  176
 300  175 515   23  55  142
 400  170  355  24  70  98
 500  160  255  19  63  78

 

Исследование релаксационной стойкости методом свободного изгиба показало, что образцы, подвергнутые ММТО, обладают более низкой релаксационной стойкостью при 150° С, чем в исходном состоянии (после отжига). Дополнительный отжиг образцов после ММТО при 300-500° С позволяет резко повысить релаксационную стойкость сталей 10 и 35. Падение напряжений в образцах за 3000 ч после дополнительного отжига при 400° С для стали 10 и при 500° С для стали 35 уменьшается в 10-30 раз в сравнении с образцами после ММТО без дополнительного отжига. При этом максимальная релаксационная стойкость получена при несколько более высоких температурах дополнительного отжига после ММТО, чем максимальные значения предела упругости.

Полученные экспериментальные данные позволяют предположить, что низкая релаксационная стойкость образцов после ММТО связана с недостаточной стабильностью тонкой структуры металла. Дополнительный дорекристаллизационный отжиг после ММТО позволяет более полно стабилизировать структуру и, таким образом, резко повысить сопротивление металла микропластическим деформациям при кратковременном и длительном нагружениях.

 

Физические свойства сталь 10 

Tемпература E 10— 5 a 10 6 l r C R 10 9
0С МПа 1/Град Вт/(м·град) кг/м3 Дж/(кг·град) Ом·м
20 2.1     7856   140
100 2.03 12.4 57 7832 494 190
200 1.99 13.2 53 7800 532 263
300 1.9 13.9 49.6 7765 565 352
400 1.82 14.5 45 7730 611 458
500 1.72 14.85 39.9 7692 682 584
600 1.6 15.1 35.7 7653 770 734
700   15.2 32 7613 857 905
800   12.5 29 7582 875 1081
900   14.8 27 7594 795 1130
1000   12.6     666  
1100   14.4     668  

 

При температуре +20 0С плотность стали составляет 7856 кг/м3

Технологические свойства стали 10

 

        Свариваемость:     без ограничений.
        Флокеночувствительность:     не чувствительна.
        Склонность к отпускной хрупкости:     не склонна.

 

Твердость стали марки 10

Твердость сталь 10, Калиброванного нагартованного проката по ГОСТ 1050-88 HB 10 -1 = 187 МПа
Твердость сталь 10, Горячекатанного проката по ГОСТ 1050-88 HB 10 -1 = 143 МПа
Твердость сталь 10, Лист термообработаный по ГОСТ 4041-71 HB 10 -1 = 117 МПа
Твердость сталь 10, Трубы бесшовные по ГОСТ 8731-87 HB 10 -1 = 137 МПа
Твердость сталь 10, Трубы горячедеформированные по ГОСТ 550-75 HB 10 -1 = 137 МПа
Твердость сталь 10, Пруток горячекатаный по ГОСТ 10702-78 HB 10 -1 = 115 МПа

 

Ударная вязкость стали 10

 Температура +20 °С Температура -20(-30) °С Температура -40(-50) °С Температура -60 °С Термообработка (пруток 35 мм)
 235 196 157 78 Отсутствует
73-265 203-216 179   Нормализация
59-245 49-174 45-83 19-42 Отжиг

 

Прокаливаемость сталь 10

Расстояние от торца, мм Примечание
1,5 3 4,5 6  
 31 29  26  20,5  Твердость для полос прокаливаемости, HRC

 

Предел выносливости сталь 10

σ-1, МПА J-1, МПА  n Термообработка
 157-216 51  106  Нормализация 900-920 °C
      σ 4001/10000=108 МПа, σ 4001/100000=78 МПа, σ 4501/10000=69 МПа, σ 4501/100000=44 МПа,

 

Зарубежные аналоги стали марки 10

США 1010, 1012, 1110, C1010, Gr.A, M1010, M1012
Германия 1.0301, 1.0305, 1.0308, 1.1121, C10, C10E, Ck10, St35, ST35-8
Япония S10C, S12C, S9CK, SASM1, STB340, STKM12A, SWMR
Франция AF34, AF34C10, C10, C10RR, XC10
Англия 040A10, 040A12, 045M10, 10CS, 10HS, 1449-10CS, CFS3, CS10
Евросоюз 1.1121, 2C10, C10, C10D, C10E
Италия 1C10, 2C10, C10, C14, Fe360
Испания F.1511
Китай 10
Швеция 1233, 1265
Болгария 10
Венгрия C10
Польша 10, K10, R35
Румыния OLC10
Чехия 11353, 12010, 12021
Швейцария C10

Твердость и хрупкость ножевой стали

Между твердостью стали и ее хрупкостью есть прямая взаимосвязь. Чтобы разобраться, сначала следует уяснить для себя верную терминологию.

Мы говорим о твердости, когда сталь невозможно чем-либо поцарапать (разве только алмазом, с помощью которого мы и точим стальные ножи). Но этого качества недостаточно, если у ножа нет прочности – сталь с экстремально высоким показателем твердости может разбиться от легкого удара. Это и есть хрупкость.

Почему сталь становится хрупкой

Хрупкость возникает, во-первых, когда сталь перекалена: хотя она и приобретает высокую твердость, но при этом становится уязвима и может треснуть от удара.

Некоторые легирующие элементы, такие как хром или ванадий, опять-таки повышают твердость стали и снижают ее прочность.

Сама по себе любая сталь является сплавом железа с углеродом и некоторым количеством легирующих элементов, призванных улучшать свойства сплава. Если в железе преобладает углерод, мы называем сталь углеродистой; если в значительном количестве присутствуют легирующие присадки, мы называем ее легированной. А как же «нержавейка»?.. А нержавейка, которую обычно противопоставляют углеродистой стали, это и есть одна из разновидностей легированных большим количеством хрома сталей. Например, если в сплаве более 13 % такого легирующего элемента, как хром, она и будет называться коррозионностойкой.

Стали, применяемые для изготовления режущих инструментов, должны обладать высокой износостойкостью, прочностью и достаточной вязкостью. Поэтому для изготовления ножевой инструментальной легированной стали часто, кроме хрома, вводят дорогие легирующие элементы (марганец, ванадий, молибден).

Как упрочнить сталь

Химические способы

Добавление в состав стали легирующих элементов способно упрочнить сталь. Например, многие японские стали содержат до 8 % молибдена, и это существенно повышает не только их прочность, но и вязкость, что делает сплавы с ним очень ценными.

Еще один способ повысить прочность и износостойкость стали – это добавление в сплав марганца: он делает структуру более мелкозернистой и прочной. Кроме этого, такой сплав лучше поддается заточке – чем более мелкие зерна у его структуры, тем более тонкую режущую кромку можно будет вывести и даже довести ее до бритвенной остроты.

Механический способ

Теперь, когда мы определились с составом сплава, мы можем перейти и к самому важному способу увеличения прочности стали – ее отпуску. Сделаем небольшое пояснение по этапам работы со сталью, чтобы была ясна разница между закалкой и отпуском.

Отпуск после закалки стали

После отжига и механической обработки заготовки сталь закаляется – подвергается нагреву до определенной температуры. Обычно называется цифра в 800 градусов, хотя для разных марок она, конечно, будет разной. При отсутствии оборудования оптимальная температура определяется по цвету, до которого раскаляется сталь при закалке: подходящим считается вишневый или алый цвет, иногда – желтый. Оттенки, близкие к белому, говорят о том, что температура перевалила за допустимую отметку и достигла как минимум 1 300 градусов. Если мы с определенной скоростью охладим нагретый под закалку сплав, то с ним можно работать – отпускать и повышать его прочность, а вот сплав, который перекалился, иногда нельзя спасти даже отпуском.

Заготовки из стали охлаждаются с заданной скоростью в различных охлаждающих средах: в растворе соли или масле. В чистой воде сталь охлаждать нельзя: скорость охлаждения будет слишком высока и на заготовке могут появиться трещины; соль, напротив, снижает скорость охлаждения, что добавляет клинку вязкости.

Теперь у нас есть очень твердая сталь, которую получится поцарапать только алмазом, а вот разбить мы ее сможем легко – у нее пока нет нужной прочности. Значит, нужно провести отпуск. Это практически та же закалка, только многократная и, что важно, имеющая куда более низкие температуры. Для изготовления ножей подходит низкотемпературный отпуск – до 250 градусов.

Охлаждается нож между подходами отпуска точно так же, как после закалки – в солевом растворе или масле.

Что такое твердость по Роквеллу (HRC)?

Показатель HRС относится к шкале Роквелла по шкале твердости, часть C. Шкала Роквелла широко используется металлургами для определения того, насколько твердый кусок стали: чем больше число, тем тверже сталь. Рейтинг конкретного металла важен для изготовителя ножей, потому что более твердая сталь будет держать кромку лучше, чем более мягкая сталь.

Существует несколько различных шкал Роквелла; каждая из них используется для разных материалов. Шкала С используется специально для оценки стали, используемой в ножах и инструментах.

Показатель твердости стали

Самый высокий показатель HRC не обязательно является лучшим.

Более твердая сталь, как правило, лучше держит кромку, чем более мягкая сталь, но она также с большей вероятностью трескается или выходит из строя. На самом деле, если она действительно твердая, она может разбиться, как стекло на бетоне!

Сталь, используемая при изготовлении ножа, также имеет большое отношение к тому, насколько хорошо нож будет удерживать кромку. Каждый отдельный стальной сплав имеет свой оптимальный диапазон, который уравновешивает твердость с производительностью и предназначением.

Так почему же показатель ножа по Роквеллу имеет значение? Что такое хорошая твердость по Роквеллу для ножа?

Твердость ножа очень важна с точки зрения его производительности и долговечности. Например, более твердая сталь с RC 58-62 будет держать кромку лучше, чем более мягкая сталь. Однако, эта же самая твердая сталь менее прочна и более склонна к растрескиванию или даже поломке. Некоторые кухонные ножи с высокой твердостью требуют особой осторожности, чтобы не повредить тонкую режущую кромку.

Более мягкая сталь более долговечна за счет свой высокой упругости. В большинстве топоров и зубил используется более мягкая сталь, которая выдерживает удары, с которыми они сталкиваются в повседневной работе.

Поскольку карманные ножи и охотничьи ножи обычно не используются для строгания и рубки древесины, они выигрывают от использования более прочной стали, которая сохраняет отличную остроту для нарезки мягких материалов.

Однако, нож для выживания, к которому вы собираетесь приложить экстремальные усилия, только выиграет от твердости по Роквелу 55-58. Нож, который мог бы резать кости и твердую древесину, в первую очередь, должен быть прочным. Нож с более низкой твердостью может затупиться быстрее, но с большей вероятностью переживет большое количество ударов и механических повреждений.

Испытание по Роквеллу помогает производителям ножей уравновешивать три наиболее важных фактора, которые могут повлиять на качество их готовой продукции: твердость, гибкость и вязкость. Наличие этих трех факторов в правильном балансе позволяет им производить ножи для различных сфер использования.

Существует несколько различных аббревиатур, которые могут использоваться изготовителем ножей при указании твердости: HR, HRc, HR C, RC, Rc, C по шкале Роквелла, шкала твердости Роквелла C. Независимо от того, как написано о ножевой стали, все они ссылаются на одну и ту же шкалу С. Это может немного запутать, но просто знайте, что рейтинги сами по себе одинаковы — какое бы обозначение не использовал производитель.

Стэнли П. Роквелл был металлургом на заводе по производству шарикоподшипников в Новой Англии в 1919 году. Он разработал шкалу твердости для того, чтобы измерять твердость шариков для подшипников быстро, точно и с высокой повторяемостью.

Производители всего, начиная от пружин для часов и заканчивая колесами для поездов, давно нуждались в таком испытании и быстро применяли шкалу Роквелла для всех видов стали, а также других металлов, деталей. В конце концов, тест был адаптирован даже для испытаний неметаллических материалов — даже пластмасс.

Как измеряется твердость по шкале Роквелла?

Шкала Роквелла измеряет относительную твердость металла. Она основана на том, насколько глубокой является полученная вмятина при ударе тяжелого предмета. Так как же проводят испытания металла?

Во-первых, металл должен быть термически обработан и абсолютно плоским. Иначе результаты теста будут неточными.

Одним из методов является использование конуса с алмазным наконечником для принудительного удара по металлу. Затем тестеры измеряют, насколько глубоко конус проник в поверхность. Затем, это измерение преобразуется в шкалу, которая показывает различные металлы, которые были испытаны, и как они все связаны друг с другом.

Одним из небольших недостатков при испытании клинка ножа является то, что оно оставляет небольшую точечную вмятину на поверхности, что некоторые могут счесть дефектом. Знак испытания может быть скрыт, если испытание проводится в области, которая находится под рукояткой.

Тест Роквелла фактически состоит из двух тестов. Во время первого испытания создается лишь незначительное усилие, используя алмазный наконечник, похожий на карандаш в сверлильном станке. Это гарантирует, что зона испытания абсолютно плоская и является мишенью для основного испытания на давление. После того, как сделано первое измерение, тест повторяется в той же точке. Давление резко возрастает для этого второго теста, при этом приблизительно 150 кг. давления находятся на этом алмазном наконечнике.

Разница между давлением, использованным для первого и второго испытания, представляет собой число твердости по шкале Роквелла. Два (или более) испытания одного и того же куска металла дадут среднее значение для данного конкретного куска стали.

Почему всегда указывается диапазон значений по шкале Роквелла?

Поскольку испытания по Роквеллу проводятся только на небольшом участке металла, возможно, что на близлежащем участке могут быть получены слегка отличающиеся числа. Кроме того, испытание по Роквеллу проверяет только поверхность материала. Возможно, что твердость внутри может отличаться от результатов на поверхности. По этой причине производители обычно перечисляют ряд чисел для указания твердости. Наличие диапазона номеров допускает погрешность в результатах испытания. Фактические результаты для всего объекта будут находиться где-то в пределах этого диапазона.

«Какова твердость стали?» – Яндекс.Кью

Твердость стали зависит от многих факторов — это и содержание углерода, и наличие других элементов в сплаве (например, хрома, молибдена, никеля, азота), а еще твердость стали зависит от технологии ее создания.

Главный фактор твердости стали – это содержание в ней углерода. Низкоуглеродистые стали, которые содержать от 0,05 до 0,25% углерода, обычно мягкие, тогда как высокоуглеродистые стали, содержащие до 2% углерода, могут быть очень твердыми. Но конечная твердость зависит от режима термической обработки — например, закалка может увеличить твердость углеродистой стали в четыре раза.

Твердость стали можно определять разными методами — Бринелля, Виккерса, Шора, Роквелла. Каждый метод имеет свои особенности: например, по методу Шора твердость определяется по высоте отскока бойка, падающего на твердую поверхность с определнной высоты; а по методам Бринелля, Виккерса и Роквелла в поверхность под нагрузкой вдавливаются стальные или алмазные тела — инденторы (шарики, наконечники. пирамиды — для разных методов свое тело), и по отпечаткам на поверхности определяют твердость.

По методу Ровелла, для измерения твердости стали применяют три шкалы:

  • A – обозначается HRA, индентор – алмазный конус, диапазон измерений: 60-80 HRA. Применима к высокоуглеродистым легированным инструментальным сталям, а также твердым сплавам.

  • B – обозначается HRB, индентор – закаленный шарик, диапазон измерений: 35-100 HRB. Это уже стали средней твердости и сплавы цветных металлов.

  • C – обозначается HRC, индентор – алмазный конус, диапазон измерений: 20-90 HRC. Для сталей средней твердости.

Много теории и общих слов, а теперь приведу пример попроще для понимания, какова бывает твердость стали. Например, ножевых сталей с твердостью свыше 70HRC не существует. А на практике не встречается ножей из стали твердостью свыше 65HRC. Самыми распространенными и прекрасно используемыми являются ножи из дамасской стали с твердостью 56-62HRC.

инструментальная штамповая 6ХВ2С, характеристики и расшифовка

Сталь 6хв2с относится к классу инструментальных штампованных. Основным ее предназначением является изготовление штампов, которые имеют сложную конфигурацию. Способна выдерживать работу в режиме постоянных ударных нагрузок. Идеальна для изготовления строганых ножей, которые сохраняют свои первоначальные свойства на протяжении нескольких сотен лет. 

Закаливание тонких ножей (толщина которых составляет до 4мм) полностью происходит в масле. В изделиях, толщина которых более 4 мм, обрабатывается только режущая часть. Хвостовая часть не прокаливается из-за того, что она может сломаться. В процессе закалки нож перемещают из верхнего положения в нижнее. Температура отпуска составляет 230-280 градусов. Твердость, при которой изделие будет иметь оптимальные свойства составляет Rc = 56-59.

Для циклевальных ножей характерная твердость должна иметь показатель Rc = 45 -50. Их закаливание происходит в масле при температуре 325-360 градусов. Время отпуска должно составлять от20 до 40 минут. 

При необходимости изготовления толстого ножа используются дополнительные пластины, которые изготавливаются из быстрорежущей стали. Для них требуется твердость Rc = 61.

Химический состав в % стали 6ХВ2С
C 0,55 — 0,65
Si 0,5 — 0,8
Mn 0,15 — 0,4
Ni до 0,35
S до 0,03
P до 0,03
Cr 1 — 1,3
Mo до 0,3
W 2,2 — 2,7
Cu до 0,3
Fe ~93

 

Свойства и полезная информация:
Термообработка: Закалка 880oC, масло, Отпуск 450oC, 2ч.
Температура ковки:  oC : начала 1180, конца 850. Охлаждение замедленное в колодцах.
Твердость материала: HB 10 -1 = 269 МПа
Температура критических точек: Ac1 = 775 , Ac3(Acm) = 810 , Mn = 280
Свариваемость материала: не применяется для сварных конструкций.
Флокеночувствительность: чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости: склонна.

 

Механические свойства стали 6ХВ2С
Состояние поставки, режим термообработки Сечение, мм σв(МПа) δ5 (%) ψ % KCU (Дж / см2) HRC
Ножи для холодной резки металла. Загрузка при 800  oC, нагрев по 100 град/ч до 970 oC, выдержка 40 мин. масло. Отпуск 250 oC, 12 ч
Образцы из кованых и отожженных заготовок. Изотермическая закалка 980-1000  oC, охлаждение — расплав солей, температура изотермы:
250  oC, выдержка 30 мин
275  oC, выдержка 30 мин    
 До 45

20-25
20-25

 2240

2270
2170



15


 — 

29

30
 34 

 59-61

57
56

 

Твердость стали 6ХВ2С после термообработки
Состояние поставки, режимы термообработки HRC (НВ)
Прутки и полосы отожженные или высокоотпущенные
Образцы. Закалка 860-900 oC, масло 
Подогрев 700-750 oC. Закалка 860-900 oC, масло. Отпуск:  
200-250 oC, воздух (режим окончательной термообработки)  
430-470 oC, воздух (режим окончательной термообработки)  
 До (269)
Св. 58

54-59
47-52

 

Механические свойства стали 6ХВ2С в зависимости от температуры отпуска
Температура отпуска, °С σ0,2 (МПа) σв(МПа) δ5 (%) ψ % KCU (Дж / см2) HRC
 Закалка 880 oC, масло. Выдержка при отпуске 2 ч 
200
300
400
500
 600 
1910
1840
1640
1550
 1300 
 2100
1910
1750
1590
1400
2
4
6
8
10 
10
13
16
20
30
98
20
21
24
28
62
57
53
47
45

 

Механические свойства стали 6ХВ2С в зависимости от температуры испытания
Температура испытания, °С σ0,2 (МПа) σв(МПа) δ5 (%) ψ % KCU (Дж / см2)
 Закалка 880 oC, масло. Отпуск 450 oC, 2 ч 
 20
300
400
450
1680
1410
1250
1080
1770
1630
1390
1230
 7
8
11
13
18
10
48
53
26
27
24
23

 

Расшифровка марки 6ХВ2С: сложное наименование свидетельствует о том, что это легированная сталь с содержанием углерода 0,6%, а также хрома и кремния менее 1,5% и вольфрама около 2%.

Применение стали 6ХВ2С и термообработка изделий: строгальные ножи изготовляют из сталей 85ХФ, 6ХВ2С, 65Х, У7Л, У9А.

Тонкие ножи толщиной до 4 мм закаливают полностью в масле. В ножах толщиной свыше 4 мм закаливают только режущую часть. Хвостовая часть, во избежание поломки ножа при креплении, закалке не подвергается. Закалку производят в зависимости от марки стали в масле или в воде с переносом в масло. При закалке в воде нож следует передвигать вверх и вниз. Отпускают ножи из углеродистой стали при температуре 230-280°, а из легированной стали — при температуре 260-300°; выдерживают 30-40 мин. Требуемая твёрдость Rc = 56-59.

Циклевальные ножи должны иметь твёрдость Rc = 45 -50. Закаливают их в масле, а отпускают при температуре 325 — 360° в течение 20-40 мин. Толстые ножи для большей производительности изготовляют с наварными пластинками из быстрорежущей стали. В этом случае их обрабатывают по следующему режиму: нагревают до 1240-1280° и закаливают в масле. Отпускают при температуре 540-580° в течение 30-40 мин. Требуемая твёрдость не ниже Rc = 61.

 

Краткие обозначения:
σв — временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа
  ε — относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ0,05 — предел упругости, МПа
  Jк — предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ0,2 — предел текучести условный, МПа
  σизг — предел прочности при изгибе, МПа
δ5,δ4,δ10 — относительное удлинение после разрыва, %
  σ-1 — предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σсж0,05 и σсж — предел текучести при сжатии, МПа
  J-1 — предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν — относительный сдвиг, %
  n — количество циклов нагружения
sв — предел кратковременной прочности, МПа   R и ρ — удельное электросопротивление, Ом·м
ψ — относительное сужение, %
  E — модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV — ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см2   T — температура, при которой получены свойства, Град
sT — предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа   l и λ — коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB — твердость по Бринеллю
  C — удельная теплоемкость материала (диапазон 20o — T ), [Дж/(кг·град)]
HV
— твердость по Виккерсу   pn и r — плотность кг/м3
HRCэ
— твердость по Роквеллу, шкала С
  а — коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o — T ), 1/°С
HRB — твердость по Роквеллу, шкала В
  σtТ — предел длительной прочности, МПа
HSD
— твердость по Шору   G — модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

Структура стали. Химические, механические и физические свойства.

«Железо не только основа всего мира, самый главный металл окружающей нас природы,

оно основа культуры и промышленности, оно орудие войны и мирного труда».

 А.Е.Ферсман

Все знаю, что сталь является важнейшим инструментальным и конструкционным материалом для всех отраслей промышленности.

Металлургическая промышленность Украины насчитывает более 50 металлургических заводов и является стратегически важной для страны. В Украине производится широкий ассортимент металлопроката, таких, как: арматура, круги, квадрат, катанка, проволока, полоса, уголок, балка, швеллер, листы, трубы и метизы.

Сталь

Рассматривая данный вопрос, начнем с химического состава.

Сталь – это соединение железо (Fe) + углерод (С) + другие элементы растворенные в железе.

Железо в чистом виде имеет очень низкую прочность, а углерод ее повышает.

Углерод улучшает и некоторые другие показатели:

  • твердость,
  • упругость,
  • устойчивость к износу,
  • выносливость.

Содержание  «Fe» в стали  должно быть — не менее 45%, «С»- не более 2,14% — теоретически,  однако на практике % концентрации углерода имеет следующий диапазон значений:

  • Низкоуглеродистые стали —  0,1-0,13 %
  • Углеродистые стали 0,14-0,5%
  • Высокоуглеродистые – от 0,6%

Чем выше процент содержания углерода в стали , тем выше ее прочность и меньше пластичность. УГЛЕРОД — является неметаллическим элементом. Его плотность равна 2,22 г/см3, а плавится при t -3500 °С.  В природе он присутствует 2х полиморфных модификаций – графит  (стабильная модификация) и алмаз (метастабильная модификация), а  в  сплаве с железом:

  • в свободном  — графит (в серых чугунах),
  • в связанном  — твердое состояние -цементит.

Углерод в соединении с железом находится в состоянии цементита, т.е в химической связи с железом (Fe3C). Структура цементита может быть очень разной, а зависит она от процесса образования, содержания углерода и методов термообработок.

Углерод в свободном состоянии присутствует в сером чугуне  (СЧ), в виде графита. Серый чугун имеет пористую металлическую структуру и является весьма хрупким; на нем легко появляются трещины (особенно в процессе сварки).

Химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества (ГОСТ 380-71)

Система железо- углерод

Структура стали изучается по диаграмме состояния системы железо- углерод. Она характеризует структурные превращения стали и выражает зависимость структурного состояния от температурных режимов и химического состава.

Диаграмма состояния системы железо- углерод

Диаграмма состояния содержит критические точи, которые очень важны теоретически и практически для процессов термообработки стали и их анализа. С помощью диаграммы Fe-C — можно определить вид термообработки, температурный интервал изменения структуры и прогнозировать микроструктуру.

Структуры стали

Сплавы железа с углеродом при различных температурах и различном содержании «С» имеют различную структуру, а соответственно и физические и химические свойства. Одним из таких состояний и является описанный выше цементит. А теперь о них:

Аустенит  – твердая структура  углерода в  гамма-железе — содержит «С» до 1,7% (t >  723° С). При снижении температуры аустенит распадается на феррит и цементит и возникает пластинчатая структура — перлит.

Феррит  — твердый раствор «C» в  α-железа- при t> 723-768° С , концентрация «С» составляет — 0,02%, а при t 20°С около 0,006% «С». Он очень пластичен, не тверд и имеет низкие магнитные свойства.

Цементит — карбид железа Fe3C. Концентрация «С»  6,63% . Цементит является хрупким , а его твердость — НВ760-800.

Перлит —  механическая смесь феррита и цементита, образуемая при постепенном охлаждении в процессе распада аустенита. Исходя из размера частиц цементита перлит имеет различные механические свойства. Содержание «С» -0,8%.

Ледебурит (структура чугуна) — смесь образующаяся из кристаллизация жидкого сплава цементита и аустенита. Ледебурит очень твердый, но хрупкий. Концентрация «С»-4,3%

Свойства стали

Конечно, не только углерод  влияет на свойства стали. Состав дополнительных элементов и их количество придают стали определенные свойства. Примеси бывают полезными и вредными. Хорошие примеси влияют исключительно на сами кристаллы, а вредные негативно воздействуют на связь кристаллов между собой. К хорошим примесям относят : марганец (Mn), кремний (Si). К плохим: фосфор (Р), серу (S), азот, кислород и другие.

Физические и механические свойства стали

Основными физическими свойствами стали являются:

  • теплоемкость;
  • теплопроводность;
  • модуль упругости.
  • Понятие модуля упругости стали (Е) заключается в соотношении твердого вещества упруго деформироваться при воздействии силы. Данная характеристика на прямую зависит от напряжения, а точнее, является производной соотношения напряжения к упругой деформации.
  •  модуль сдвига (упругость при сдвиге) (G )– величина измеряемая в Паскалях (Па), определяющая упругие свойства тела или материала и их способность сопротивляться сдвигающим деформациям. Он применяется для расчета на сдвиг, срез, кручение.
  •  коэффициент линейного и коэффициент объемного расширения при изменении температуры – это величина показывающая относительное изменение линейных размеров или объема материала или тела при увеличении температуры при неизменном давлении.

Основными механическими свойствами стали являются:

  • прочность
  • твердость
  • пластичность
  • упругость
  • выносливость
  • вязкость

Показатели механических свойств углеродистых сталей обыкновенного качества ( ГОСТ 380-71)

Основными химическими свойствами стали являются:

  •  степень окисления
  •  устойчивость к коррозии
  •  жаростойкость
  •  жаропрочность

Качество стали определяется различными показателями всех ее свойств и структуры. Учитываются и свойства и изделий из этой стали.

По качеству стали разделяют на:

  • обыкновенного качества,
  • качественная сталь,
  • высококачественная сталь.

В данной статье мы рассматриваем только структуру стали и связанные с ней понятия. Качество стали, состав дополнительных примесей и их свойства будут  рассмотрены в следующей публикации.

Опубликовано: 24.12.2015

Сталь Raex

Закаленная сталь обладает превосходной твердостью и прочностью. Закаливаемые стали Raex устойчивы к износу и поверхностному давлению. Применение этой марки стали при производстве продукции позволит увеличить ее срок службы, снизит степень износа конструкционных частей и сэкономит затраты. Благодаря высокой прочности сталь Raex можно применять при изготовлении продукции небольшого веса и изящной формы с большим энергосбережением. Данная марка стали дает возможность создать инновационную и экологически безопасную продукцию. Стали Raex хорошо поддаются свариванию, гибке и резке. При обработке в заводских условиях необходимо соблюдать технику безопасности.

Области применения
  • Пластины и ковши передних кромок землеройных машин
  • Быстроизнашивающиеся детали горнорудной техники
  • Быстроизнашивающиеся детали бетонных станций и деревообрабатывающей техники
  • Платформы
  • Питатели и воронки
Описание марки стали

Raex 300, Raex 400, Raex 450 и Raex 500 износостойкие закаленные стали. Цифровое обозначение указывает на среднее значение твердости по Бринеллю: 300, 400, 450 и 500 HBW.

Допуски на размеры и форму

Толстые листы

Толщина EN 10029 Класс A. Ширина и длина EN 10029. Плоскостность EN 10029, Класс N нормальные допуски на плоскостность, тип стали H.

Листы

Толщина, ширина и длина EN 10051. Плоскостность EN 10029 Класс N, тип стали H.

Абразивный износ

Мартенситная микроструктура устойчивой к абразивному износу стали гарантирует повышенную твердость и прочность на разрыв. Твердость стали Raex500 более чем в три раза превышает твердость конструкционной стали S355, Raex 450 — почти в три раза и Raex 400 — в два с половиной раза. Высокая твердость и прочность на разрыв обеспечивают высокую устойчивость к абразивному износу. Высокая износостойкость — наиболее важный аргумент при выборе этих сталей.

Испытания

Твердость по Бринеллю измеряется согласно стандарту EN ISO 6506-1 на удалении 0,3 — 2 мм от поверхности стали. Глубина замера определяется в зависимости от толщины листа и вида продукции.

Качество обработки поверхности

EN 10163-2 Класс A3. Не разрешено проводить ремонтную сварку толстых листов.

Процесс дрессировки листов (Dead Flat)

Листы из закаленной стали Raex на заводе подвергаются дрессировке (DF), данная процедура представляет собой обжатие листа в холодном состоянии. Снимаются остаточные напряжения в стали, обеспечивается повышенная плоскостность листа. Благодаря этому становится проще контролировать процесс сварки листа. При резке листов, прошедших дрессировку (DF), сохраняется высокая плоскостность листа. Таким образом, перед последующими этапами обработки правка листов не потребуется. Плоский и со снятым остаточным напряжением лист уменьшает время производственного цикла в обработке листового металла. Информация о проведении дрессировки листа вносится в сертификат качества.

Диапазоны толщин
Марка стали Листы мм Толстые листы мм
Raex 300 2.5 — 8.0
Raex 400 2.5 — 6.4 5 — 60
Raex 450 3.0 — 6.4 6 — 60
Raex 500 4.0 — 5.0 5 — 60
 
Химический состав

Максимальное содержание %, (химический состав металла)

Марка стали C Si Mn P S Cr Ni Mo B
Raex 300 0.18 0.70 1.70 0.025 0.015 1.50 0.40 0.50 0.005
Raex 400 0.25 0.70 1.70 0.025 0.015 1.50 0.70 0.50 0.005
Raex 450 0.26 0.70 1.70 0.025 0.015 1.00 0.70 0.50 0.005
Raex 500 0.30 0.70 1.70 0.025 0.015 1.00 0.80 0.50 0.005

Дополнительно в качестве micro-alloy материалов могут применяться алюминий (Al) и/или титан (Ti).

 

Содержание углеродного эквивалента. Типичные значения
Марка стали  Толщина, мм CEV Продукция
Raex 300 2 — 8 0.47 Листы
Raex 400 2.5 — 6.4 0.49 Листы
Raex 400 5 — 12 0.45 Тяжелые толстые листы
Raex 400 (12) — 30 0.50 Тяжелые толстые листы
Raex 400 (30) — 60 0.56 Тяжелые толстые листы
Raex 450 3.0 — 6.4 0.53 Листы
Raex 450 6 — 30 0.50 Тяжелые толстые листы
Raex 450 (30) — 60 0.58 Тяжелые толстые листы
Raex 500 4.0 — 5.5 0.55 Листы
Raex 500 5 — 60 0.64 Тяжелые толстые листы

CEV = C + Mn / 6 + (Cr + Mo + V) / 5 + (Ni + Cu) / 15

 

Твердость каждого вида продукции и толщина
Марка стали Продукция Толщина мм Диапазон твердости HBW
Raex 300 Листы 2.0 — 8.0 270 — 390
Raex 400 Листы 2.5 — 6.4 360 — 420
Raex 400 Тяжелые толстые листы 5 — 15 360 — 420
Raex 400 Тяжелые толстые листы (15) — 30 360 — 450
Raex 400 Тяжелые толстые листы (30) — 60 360 — 480
Raex 450 Листы 3.0 — 6.4 420 — 500
Raex 450 Тяжелые толстые листы 6 — 60 420 — 500
Raex 500 Листы 4.0 — 5.5 450 — 540
Raex 500 Тяжелые толстые листы 5 — 60 450 — 540
 
Типичные механические свойства 
Марка стали Предел текучести
Rp0,2 MPa
Прочность на разрыв
Rm MPa
Удлинение
A5 %
Ударная вязкость,
Charpy V 20 J
Raex 300 900 1000 11 -40 C
Raex 400 1000 1250 10 -40 C
Raex 450 1200 1450 8 -40 C
Raex 500 1250 1600 8 -30 C

Значения для марок стали Raex 400, Raex 450 и Raex 500 — это типичные механические свойства, проверенные на толстых листах толщиной 20 мм.

Значения для Raex 300 являются типичными механическими свойства, проверенными на толстом листе, толщиной 8 мм.

Методы определения твердости стали и преобразование твердости

Твердость стали важна для многих процессов. Твердость стали описывает свойства стали, которые позволяют ей противостоять пластической деформации, вдавливанию, проникновению и царапинам. В машиностроении твердость стали важна, потому что внутреннее сопротивление поверхности противостоять трению или эрозии маслом, паром и водой обычно увеличивается с относительной твердостью стали.

Чем выше твердость стали, тем прочнее будет поверхность.Это создает трудности при выполнении операций на поверхности, таких как резка и механическая обработка. Нет ни одного качества, которое влияло бы на твердость стали или которое можно было бы назвать «твердостью». Существуют различные эмпирические испытания стали на твердость. Наиболее важными и популярными из этих мер являются Бринелля, Роквелла и Виккерса.

При испытаниях на твердость твердость измеряется не в единицах, а в виде индекса. Поскольку все испытания на твердость стали настолько распространены, индекс дается в виде числа, за которым следует код для обозначения метода испытания.

Какой тест на твердость стали использовать?

Традиционно для размягченных сталей используется метод Бринелля, а для более широко применяется метод Виккерса. В ходе этих испытаний измеряется диаметр вмятины, оставшейся на поверхности металла. Метод Роквелла оценивает твердость стали путем измерения глубины проникновения вмятины.

Испытание на твердость стали по Бринеллю

Испытание по Бринеллю было первым широко используемым стандартизированным испытанием на твердость стали. Требуется большой образец для испытаний и остается большое углубление; следовательно, его полезность ограничена.Аббревиатура BHN используется для обозначения числа твердости по Бринеллю. Термин «Бринеллинг» стал обозначать постоянное вдавливание любой твердой поверхности. В испытании используется большой тяжелый шар, который с заданной силой прижимается к стали. Глубина и диаметр отметки измеряются и индексируются для получения BHN.

Испытание на твердость стали по Роквеллу

Шкала Роквелла также основана на диаметре вдавливания. Твердомер по Роквеллу намного легче и мобильнее.Он определяет твердость стали, оказывая давление на сталь. Он был разработан в США для определения изменения твердости стали и термообработанной стали.

Тест на твердость стали по Виккерсу

Разработанный в Великобритании в качестве альтернативы тесту Бринелля, тест на твердость по Виккерсу позволяет тестировать все материалы, твердые или мягкие. Это была самая широкая шкала показателей, и ее легче было использовать, чем другие испытания на твердость стали. Испытание на твердость по Виккерсу позволяет определить число пирамиды Виккерса (HV) или твердость по алмазной пирамиде (DPH).Это потому, что индентор имеет форму пирамиды или конуса.

Преобразование твердости стали

Поскольку существует так много различных типов испытаний твердости стали, таблица преобразования, такая как приведенная ниже, позволяет нам взять одно измерение и оценить относительную твердость по другой шкале. Имейте в виду, что вам необходимо указать, что измерение преобразуется, поскольку каждая шкала предлагает разные измерения, а это означает, что преобразования остаются только в форме оценки.Загрузите таблицу преобразования твердости стали ShapeCUT в качестве удобного информационного бюллетеня.

По всем вопросам резки стали звоните в ShapeCUT. Мы работаем со сталью более 20 лет, и наши современные машины позволяют нам предоставлять высококачественные услуги в день заказа.

Таблица преобразования твердости

Твердость по Виккерсу ( HV
)
1595

Предел прочности
Прочность
(Н / мм2)

Твердость по Бринеллю
(BHN)
Роквелл
Твердость
(HRB)
Твердость по Роквеллу
(HRC)
285 86 90
320 95 100 56.2
350 105 110 62,3
385 114 120 66,7
415 124 130 71,2
450 133 140 75,0
480 143 150 78,7
510 152 160 81.7
545 162 170 85,0
575 171 180 87,1
610 181 190 89,5
640 190 200 91,5
675 199 210 93,5
705 209 220 95.0
740 219 230 96,7
770 228 240 98,1
800 238 250 99,5
820 242 255 23,1
850 252 265 24,8
880 261 275 26.4
900 266 280 27,1
930 276 290 28,5
950 280 295 29,2
995 295 310 31,0
1030 304 320 32,2
1060 314 330 33.3
1095 323 340 34,4
1125 333 350 35,5
1155 342 360 36,6
1190 352 370 37,7
1220 361 380 38,8
1255 371 390 39.8
1290 380 400 40,8
1320 390 410 41,8
1350 399 420 42,7
1385 409 430 43,6
1420 418 440 44,5
1455 428 450 45.3
1485 437 460 46,1
1520 447 470 46.9
1555 456 480 47,7
466 490 48,4
1630 475 500 49,1
1665 485 510 49.8
1700 494 520 50,5
1740 504 530 51,1
1775 513 540 51,7
1810 523 550 52,3
1845 532 560 53,0
1880 542 570 53.6
1920 551 580 54,1
1955 561 590 54,7
1995 570 600 55,2
2030 580 610 55,7
2070 589 620 56,3
2105 599 630 56.8
2145 608 640 57,3
2180 618 650

57,8

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: Данная спецификация предназначена только для информационных целей. ShapeCUT не несет ответственности за пригодность сталей, упомянутых в данной спецификации, без предварительного уведомления. ShapeCUT не несет ответственности за любые ошибки или упущения, а также за любые последствия, возникшие в результате его использования.

Термообработанная сталь по Бринеллю Роквелл Твердость стали Преобразование твердости стали Испытание на твердость стали Виккерса

Что такое твердость сталей — определение

На рисунке представлена ​​фазовая диаграмма железо – карбид железа (Fe – Fe3C). Процент присутствующего углерода и температура определяют фазу железоуглеродистого сплава и, следовательно, его физические характеристики и механические свойства. Процент углерода определяет тип сплава черных металлов: чугун, сталь или чугун.Источник: wikipedia.org Läpple, Volker — Wärmebehandlung des Stahls Grundlagen. Лицензия: CC BY-SA 4.0

Стали — это железоуглеродистые сплавы, которые могут содержать значительные концентрации других легирующих элементов. Добавление небольшого количества неметаллического углерода к железу меняет его большую пластичность на с большей прочностью . Благодаря своей очень высокой прочности, но все же значительной ударной вязкости и способности сильно изменяться при термообработке, сталь является одним из наиболее полезных и распространенных сплавов на основе черных металлов в современном использовании.Существуют тысячи сплавов, которые имеют различный состав и / или термообработку. Механические свойства чувствительны к содержанию углерода, которое обычно составляет менее 1,0 мас.%. Согласно классификации AISI углеродистая сталь делится на четыре класса в зависимости от содержания углерода.

Стали состоят из железа (Fe) , легированного углеродом (C) (от 0,1% до 1%, в зависимости от типа). Добавление небольшого количества неметаллического углерода в железо обменивает его высокую пластичность на более высокую прочность .Благодаря своей очень высокой прочности, но все же значительной ударной вязкости и способности сильно изменяться при термообработке, сталь является одним из наиболее полезных и распространенных сплавов на основе черных металлов в современном использовании. Их широкое использование объясняется следующими факторами:

  1. Железосодержащие соединения в больших количествах существуют в земной коре.
  2. Металлическое железо и стальные сплавы могут производиться с использованием относительно экономичных методов извлечения, рафинирования, легирования и изготовления
  3. Ферросплавы чрезвычайно универсальны в том смысле, что они могут быть адаптированы для получения широкого диапазона механических и физических свойств.

Основным недостатком многих ферросплавов является их подверженность коррозии. Добавляя хром в сталь, можно повысить ее устойчивость к коррозии, создав нержавеющую сталь, а добавление кремния изменит ее электрические характеристики, что приведет к образованию кремнистой стали.

Твердость сталей

В материаловедении твердость — это способность противостоять поверхностному вдавливанию ( локализованная пластическая деформация ) и царапинам . Твердость , вероятно, является наиболее плохо определенным свойством материала, потому что он может указывать на устойчивость к царапинам, сопротивление истиранию, сопротивление вдавливанию или даже сопротивление формованию или локализованной пластической деформации. Твердость важна с инженерной точки зрения, потому что сопротивление износу из-за трения или эрозии паром, маслом и водой обычно увеличивается с увеличением твердости.

Испытание на твердость по Бринеллю — это одно из испытаний на твердость при вдавливании, которое было разработано для испытания на твердость.При испытаниях по Бринеллю твердый сферический индентор под определенной нагрузкой вдавливается в поверхность испытываемого металла. В типичном испытании в качестве индентора используется шарик из закаленной стали диаметром 10 мм (0,39 дюйма) с усилием 3000 кгс (29,42 кН; 6614 фунт-сила). Нагрузка поддерживается постоянной в течение определенного времени (от 10 до 30 с). Для более мягких материалов используется меньшее усилие; для более твердых материалов шарик из карбида вольфрама заменяется стальным шариком.

Испытание предоставляет численные результаты для количественной оценки твердости материала, которая выражается числом твердости по Бринеллю HB .Число твердости по Бринеллю обозначается наиболее часто используемыми стандартами испытаний (ASTM E10-14 [2] и ISO 6506–1: 2005) как HBW (H от твердости, B от твердости по Бринеллю и W от материала индентора, вольфрама ( вольфрам) карбид). В прежних стандартах HB или HBS использовались для обозначения измерений, сделанных со стальными инденторами.

Число твердости по Бринеллю (HB) — это нагрузка, деленная на площадь поверхности вдавливания. Диаметр слепка измеряют с помощью микроскопа с наложенной шкалой.Число твердости по Бринеллю рассчитывается по формуле:

Существует множество широко используемых методов испытаний (например, по Бринеллю, Кнупу, Виккерсу и Роквеллу). Существуют таблицы, которые коррелируют значения твердости по различным методам испытаний, где корреляция применима. Во всех шкалах высокое число твердости соответствует твердому металлу.

Пример — твердость низкоуглеродистой стали

Твердость по Бринеллю для низкоуглеродистой стали составляет примерно 120 МПа.

Пример — Твердость High- Углеродистая сталь

Твердость по Бринеллю высокоуглеродистой стали составляет примерно 200 МПа.

Пример — твердость дамасской стали

Твердость дамасской стали по Роквеллу зависит от текущего типа стали, но может составлять приблизительно 62-64 HRC по Роквеллу.

Понимание твердости металлов

При проектировании металлических деталей важно указывать их твердость.Однако многие инженеры плохо понимают, что такое твердость на самом деле и как ее измеряют. Для этого есть веские причины. Как мы увидим, твердость — это несколько шаткое понятие, и существует так много различных широко используемых методов измерения твердости, что легко запутаться. Цель этой статьи — помочь прояснить эту путаницу.

Во-первых, давайте поговорим о том, что твердостью не является. Жесткость не имеет ничего общего с жесткостью. Стальная деталь может иметь высокую или низкую твердость, но всегда будет иметь одинаковую жесткость.Титановая деталь может иметь ту же твердость, что и стальная деталь, но она всегда будет иметь примерно половину жесткости стали. Сама по себе твердость также не имеет никакого отношения к тому, является ли материал хрупким или пластичным. Из двух материалов с одинаковой твердостью один может быть хрупким, а другой — пластичным.

Что же такое твердость? Чтобы дать несколько круглое и не очень полезное определение, это мера того, как материал работает при испытании на твердость. Это подводит нас к вопросу испытаний на твердость.

Один из тестов на твердость, наиболее часто используемых в США, был разработан Хью Роквеллом и Стэнли Роквеллом в 1914 году. Хотя они не были братьями и даже родственниками, одинаковая фамилия значительно упростила процесс создания названия для тест. В тесте Роквелла индентор вдавливается в металлическую поверхность с заданной силой. Твердость обратно пропорциональна глубине проникновения.

Существует множество шкал твердости по Роквеллу в зависимости от типа индентора и используемой нагрузки.Например, шкала Rockwell C использует конусообразный индентор с алмазным наконечником с нагрузкой 150 кг. В шкале Rockwell B используется шариковый индентор диаметром 1/16 дюйма с нагрузкой 100 кг. Шкала Роквелла С обычно обозначается аббревиатурой HRC (твердость по Роквеллу C), а шкала Роквелла B — сокращенно HRB (твердость Роквелла B). Чем выше число, тем тверже материал, но только относительно других чисел в пределах данной шкалы. Например, очень твердая сталь может иметь твердость 64 HRC, тогда как довольно мягкая сталь может иметь твердость 70 HRB.

Какую шкалу лучше использовать? Это зависит от того, что вы измеряете. Шкала Роквелла С хороша для измерения закаленной стали. Rockwell B лучше подходит для более мягкой стали или относительно твердого алюминия. Для более мягкого алюминия вам может потребоваться шкала Rockwell E (шар диаметром 1/8 дюйма с нагрузкой 100 кг) или шкала Rockwell F (шар диаметром 1/16 дюйма с нагрузкой 60 кг). Как правило, чем больше индентор или меньше нагрузка, тем лучше масштаб для мягких материалов.

Толщина материала тоже имеет значение.Если вы пытаетесь измерить твердость тонкой полоски материала, вы не хотите использовать нагрузку, которая будет проталкивать индентор насквозь через материал и вывести его с другой стороны. По этой причине существует серия поверхностных весов Роквелла, которые используют гораздо более низкие нагрузки. Например, весы Rockwell 15N используют 15-килограммовую нагрузку с коническим индентором с алмазным наконечником.

Полное руководство — Сделай его из металла

Долгое время я думал, что единственный способ правильно проверить твердость металла — это использовать подходящую испытательную машину Роквелла.К счастью, за эти годы я освоил несколько других методов и приемов, которые действительно сделали эту задачу более выполнимой без необходимости в машине стоимостью более 2500 долларов.

На самом деле есть несколько разных способов сделать это, хотя точность и практичность будут отличаться. В этой статье я расскажу о некоторых из этих методов, о плюсах и минусах, а также о том, как их успешно реализовать. Используйте оглавление, если есть конкретный метод, который вас интересует.

Испытательная машина Роквелла

Это, пожалуй, самый распространенный способ профессиональной и точной проверки твердости металлов.Закругленный стальной шарик или конический алмазный наконечник вставляют в металл, и глубина вмятины измеряется машиной.

Аппарат использует небольшую нагрузку и большую нагрузку, чтобы обеспечить точность показаний. Вы устанавливаете незначительную нагрузку, и деталь будет правильно размещаться между пенетратором и опорой. Затем вы нажимаете кнопку или тянете рычаг (в зависимости от машины), и тестер прикладывает основную нагрузку. Машина считывает разницу в расстоянии между грузами и дает точные показания.

Плюсы:

  • Сверхточный, достаточно простой для проверки работы в пределах +/- 1 HRC или выше, в зависимости от станка и от того, насколько хорошо вы можете поддерживать деталь с помощью упора
  • Обычно они являются приспособлением в механическом цехе, поэтому вы выигрываете не потеряйте его (по крайней мере, я надеюсь, что нет), и вы с меньшей вероятностью повредите его.

    • Машины дорогие! Хотя и не так дорого, как некоторые другие профессиональные системы
    • Большие или неплоские детали может быть очень сложно (если не невозможно) проверить.
    • На детали остается небольшая резкая выемка.
    • Неточно измерить. тонкие детали
    • Детали должны иметь хорошую плоскую поверхность между наковальней и алмазным острием.В качестве альтернативы круглые детали можно установить в V-образный блок, но в любом случае металл должен иметь очень хорошую опору.

    В целом, это, как правило, золотой стандарт для всех, кто хочет проверить твердость металла. Это будет быстро и просто, если вы научитесь пользоваться машиной.

    Чаще всего используется для проверки твердости стали, прошедшей термообработку. Вот как выглядит процесс:

    Как использовать испытательную машину Роквелла

    • Возьмите пенетратор.Обычно для мягких материалов, таких как низкоуглеродистая сталь 1018, используется шкала Роквелла B, в которой используется стальной пенетратор с закругленными углами 1/16 дюйма с основной нагрузкой 100 кг. Для закаленной или легированной стали используется шкала Rockwell C, в которой используется V-образный пенетратор с алмазным наконечником и основная нагрузка 150 кг. Обычно в мастерских просто оставляют алмазный наконечник в машине, так как не многие люди заботятся о твердости низкоуглеродистой стали.
    • Хорошей практикой является выполнение проверки калибровки с использованием квалифицированной тестовой шайбы, чтобы убедиться, что установка работает, а затем проверить деталь, которую необходимо измерить.
    • Вставьте соответствующую наковальню в тестер. Используйте плоскую опору для плоских деталей и клиновую опору для круглых деталей.
    • Загрузите начальную силу. Обычно это делается путем подъема нижней наковальни с помощью маховика до тех пор, пока индикатор не совместится с отметкой на шкале (обычно это маленькая красная точка). Вы также можете выполнить точную регулировку на циферблате, чтобы он идеально совпадал с 0.
    • Загрузите основную силу. Обычно это делается нажатием кнопки или щелчком рычага. Дайте ему несколько секунд, чтобы он успокоился и перестал двигаться.
    • Освободите основную нагрузку. Машина оставит незначительную нагрузку на индентор. Измерение твердости отобразится на циферблате.

    Сделав это один или два раза, вы поймете, что это очень простое измерение, если у вас хорошая и стабильная установка.

    Минимальная толщина для испытания на твердость по Роквеллу

    Поскольку при испытании по Роквеллу необходимо сделать вмятину в образце для испытаний, существует минимальная толщина, связанная с испытанием. Если материал слишком тонкий, вы будете измерять твердость опорной наковальни в большей степени, чем тестируемого образца.

    Вот небольшая таблица с минимальной толщиной материала по шкале Роквелла в зависимости от твердости:

    Минимальная толщина Твердость C по Роквеллу Твердость по Роквеллу B
    0,022 ″ 69
    0,024 ″ 67 94
    0,026 ″ 65 87
    0,028 ″ 62 80
    0.030 ″ 57 71
    0,032 ″ 52 62
    0,034 ″ 45 52
    0,036 ″ 37 40
    0,038 ″ 28 28
    0,040 ″ 20

    Итак, что это означает? Вы не можете использовать метод Роквелла для проверки твердости прокладки 0,020 дюйма, если она должна быть 60 HRC.Просто имейте в виду, что минимальная толщина составляет 0,040 дюйма и меньше диапазона, поэтому вы можете найти ссылку, если вам когда-нибудь понадобится.

    Испытание на твердость по Бринеллю

    Вы, возможно, слышали об этом в школе, что вы можете получить шарикоподшипник, ударить его молотком по куску металла с известной твердостью, затем ударить им по куску металла, о котором идет речь, сравнить диаметры вмятин. , и определите твердость металла по результатам.

    Звучит удивительно просто, не правда ли?

    На самом деле люди, которым это удается успешно, — это вымирающая порода.И под вымирающей породой я имею в виду, что я еще не встречал еще живой.

    Слишком много переменных, чтобы делать это вручную. Удар по чему-либо молотом с одинаковой силой два раза подряд — уже само по себе искусство легенды.

    Более современный способ сделать это — использовать станок, нагружающий индентор контролируемой силой. Затем оператор с помощью специального микроскопа проверяет диаметр.

    Тем не менее, точность этого метода в целом неоднозначна.Довольно редко можно найти одну из этих машин (за исключением литейных предприятий) просто потому, что обычно есть более эффективные способы проверки твердости.

    Плюсы:

    • Если все, что у вас есть, — это молоток и шарик из закаленной стали, это может дать вам общее представление о твердости.
    • Это действительно может быть хорошим способом проверки неоднородных материалов, таких как отливки, твердость которых может варьироваться. Диаметр шара будет контактировать с большей площадью на поверхности детали и даст большую среднюю твердость

    Минусы:

    • Супер устаревшая технология.Это действительно непоследовательно даже среди профессионалов, и, как правило, есть более эффективные способы проверки твердости. практично для полностью твердой стали

    Честно говоря, есть машины, которые автоматически определяют размер вмятины без использования микроскопа оператора. Однако они делают это на основе измеренной глубины индентора.Это процесс, который использует Роквелл. Почему бы просто не использовать машину Роквелла?

    Суть в том, что, за исключением случаев применения неоднородных материалов (например, отливок), у вас просто не будет особых причин для выбора этого метода.

    Испытания на микротвердость

    Это действительно интересно. Наиболее распространены микротвердости по Виккерсу и Кнупу. В реальной жизни я встречал Виккерса гораздо чаще.

    Я сосредоточусь на Виккерсе, так как он мне более знаком.

    Концепция почти как гибрид теста Роквелла и Бринелля. Индентор в форме пирамиды вдавливается в заготовку с небольшим усилием (менее 2 фунтов), а затем измеряется отпечаток по диагонали.

    Квадратный отпечаток намного четче и его легче измерить, чем круглый отпечаток Бринелля, но он также намного меньше. Требуется хороший микроскоп.

    Плюсы:

    • Можно точно измерить очень тонкие детали
    • Можно измерить очень мягкие и гораздо более твердые образцы — процесс имеет отличный диапазон, и для всех испытаний используется один и тот же индентор
    • Поскольку отпечаток такой маленький, процесс очень сложен. вряд ли повлияет на деталь

    Минусы:

    • Поверхность испытуемого образца должна быть отшлифована и отполирована для точного измерения — требования к тесту Виккерса намного строже, чем по Роквеллу
    • Процесс медленный — сам тест занимает от 30 до 60 секунд, но подготовка заготовка может быть утомительной
    • Система дорогая, так как вам также понадобится оптическая измерительная система в дополнение к индентирующей машине
    • Это тест, который действительно должен проводиться в чистой лаборатории, а не в цехе (например, Rockwell может be) — рекомендуются даже виброустойчивые столы

    Тем не менее, метод Виккерса становится все более популярным благодаря своей точности и универсальности, несмотря на то, что он требует много времени.Маловероятно, что вы встретите их очень часто в обычном механическом цехе, но они становятся основным продуктом на специализированных предприятиях, таких как мастерские по производству и ремонту турбин и медицинские производственные предприятия.

    Вот несколько кратких заметок о тесте Кнупа. В принципе, он очень похож на Виккерса, за следующими исключениями:

    • Индентор имеет ромбовидную форму
    • Углубление вдвое меньше глубины по Виккерсу, поэтому очень тонких деталей можно проверить.Пример: алюминиевая фольга
    • Она особенно подходит для измерения чрезвычайно твердых и хрупких материалов, таких как стекло и керамика, так как при этом методе испытаний будет меньше трещин.

    Хорошо, это лабораторные тесты профессионального уровня. — достойный (хотя Роквелл самый обычный для механических цехов). Теперь давайте перейдем к некоторым действительно доступным и простым решениям, которые зачастую достаточно хороши и обладают некоторыми действительно заслуживающими внимания преимуществами.

    Склероскоп или Leeb (тест отскока)

    Когда я впервые увидел эту вещь, я подумал, что это самая нелепая идея на свете.Затем я попробовал это несколько раз и понял, что это действительно неплохо. Он предназначен для портативного прибора для проверки твердости.

    Чтобы прояснить: это не тот метод, на который я действительно полагался бы для критических деталей. Тем не менее, это очень просто и просто хороший инструмент для справки.

    Вообще-то, и в одной ремонтной мастерской, где я работал, всем продавцам дали по одному из этих тестеров. Таким образом, когда они смотрели на ремонтную работу, они могли быстро определить, является ли деталь твердой или нет, чтобы они могли правильно определить ожидания клиентов с места в карьер.

    Хорошо, есть два варианта этого теста: старая школа и удобная, более современная карманная (Leeb) версия. Честно говоря, ни то, ни другое сегодня не так популярны, но они изящны и хороши, о которых стоит знать.

    Метод старой школы был настоящей маленькой машиной. Магнит будет удерживать груз с алмазным наконечником, называемый молотком, и машина будет отображать высоту отскока молотка после его падения с фиксированного места.

    Чем тверже материал, тем выше отскок.

    В целом, это не очень точно, но это неплохой способ получить приблизительное представление. Машина была изобретена в 1907 году, но никогда не пользовалась такой популярностью, как метод Роквелла (по понятным причинам). В 1975 году процесс был улучшен за счет изобретения теста Leeb

    .

    Хорошо, маловероятно, что вы увидите старые устройства, которые все еще используются сегодня, но вы можете увидеть более современные «карманные эталонные» устройства, которые на самом деле более или менее работают.

    Если честно, большинство из этих устройств на самом деле предназначены для других материалов, таких как бетон (так называемые резилиометры), но есть несколько для металла, как этот.Они на самом деле не очень дешевые (самые экономичные, которые я нашел, стоят около 400 долларов, а более хорошие могут достигать 1000 долларов), но это намного дешевле, чем отказаться от 2500 долларов за машину Rockwell, и она значительно более портативна.

    Я также видел ребят, у которых есть супер простой механический механизм, который представляет собой трубку со шкалой и шарикоподшипник с магнитным высвобождением. Однако они стоят примерно одинаково. Обычно более 250 долларов. Для того, который я использовал, я смог получить показания в пределах +/- 3-5 HRC.

    Проверка файлов

    Это классический и простой способ, которым мастера по клинку используют, чтобы проверить, работает ли их термообработка. Сама концепция очень проста:

    Если режущий инструмент тверже материала, он будет резать. Если мягче, то не будет.

    То есть, если вы проткнете напильником кусок металла, он закопается, если металл мягче, чем напильник, и будет скользить по заготовке, если он тверже. На самом деле не требуется никаких навыков или «ощущения», чтобы понять это правильно — это чрезвычайно очевидно, когда файл кусается.

    Так что это хороший стандартный способ проверки типа «да / нет», чтобы узнать, имеет ли сталь твердость около 60 HRC или нет. Это ничего не будет стоить вам того, чего у вас еще нет, и это просто работает.

    Но что, если вам нужно проверить что-то, что должно быть 50 HRC? или 40 HRC? Большинство парней думают, что для этого вам понадобится тестер Роквелла. Вот набор инструментов стоимостью менее 100 долларов, который сделает вашу жизнь очень простой:

    Вы можете купить наборы напильников для проверки различной твердости. Файлы подвергаются термообработке с шагом 5 HRC, поэтому вы можете начать с самого жесткого файла и работать с ним, пока не доберетесь до того, который катится на коньках, а не прикусывает.

    У меня есть один из них в моем ящике для инструментов, и я буквально постоянно им пользуюсь. Это не очень точно, так как вы можете проверять только с шагом 5 HRC, но он работает точно так, как задумано, и это отличный способ получить приблизительный результат. И, для протокола, я проверил это на машине Роквелла, и я пока не ошибся.

    Я купил свою на Amazon. Вот ссылка, чтобы вы могли убедиться в этом сами. Если вы работаете с закаленной сталью, его действительно полезно иметь в своем ящике для инструментов.Он также отлично подходит для больших или непризматических (причудливых) деталей, которые не подходят для станка Роквелла.

    В целом, вы, вероятно, можете догадаться, какие методы тестирования я предпочитаю: Rockwell для точного тестирования и комплекты файлов для быстрой мобильной приблизительной проверки. Конечно, всегда будут обстоятельства, при которых другой вид теста будет более подходящим, но с этими двумя в вашем распоряжении вы будете хорошо подготовлены, чтобы справиться с подавляющим большинством возникающих заданий.

    Руководство по твердости по Роквеллу | Что это такое, как измерить и многое другое

    Если вы работаете в бизнесе, где используется какой-либо режущий инструмент, вы, вероятно, знакомы с термином «твердость по Роквеллу.Однако вы можете не знать точно, что такое твердость по Роквеллу. Вы увидите значение, присвоенное вашим режущим ножам, обозначенное как «Rockwell C» с добавленным номером, например «RC45» или «RC60». Но что такое шкала RC?

    Что такое твердость по Роквеллу?

    Самый простой ответ заключается в том, что твердость по Роквеллу означает, насколько устойчив металлический объект, такой как лезвие ножа, к проникновению и остаточной деформации от другого материала. Это измерительная система неразрушающего металлургического контроля, которая определяет, насколько на самом деле твердая и прочная сталь, такая как та, которая используется в производстве ножей.Чтобы точно выразить твердость металла, инженеры используют стандартный процесс, называемый испытанием по Роквеллу.

    В сфере производства лезвий для ножей рейтинги твердости соответствуют заранее заданной таблице, которую обычно называют шкалой С Роквелла. Чем выше число на шкале RC, тем тверже сталь. И наоборот, чем ниже номер шкалы RC, тем мягче сталь. Большинство сплавов в лезвиях ножей варьируются от мягкой стали класса RC45 до твердых металлов категории RC60.

    Ошибочно думать, что высокий рейтинг RC означает более качественные ножи.Твердость, которую производители ножей указывают для своей стали, полностью зависит от предполагаемого использования лезвия. Как показывает практика, более мягкие стали, например, с рейтингом RC45, более долговечны и выдерживают удары лучше, чем твердая сталь с рейтингом RC60. Лезвия из твердой стали держатся на краю дольше, чем лезвия из мягкого материала. Однако они могут быть хрупкими и иметь тенденцию к скалыванию или даже разрушению при ударе.

    Опытные производители лезвий для ножей разрабатывают свою продукцию в соответствии со своим назначением. Они стремятся к балансу между мягкой сталью RC-шкалы, которая остается прочной, и твердым материалом RC-шкалы, который сохраняет остроту в течение длительного времени.Чтобы получить сталь, подходящую для предполагаемого применения, производители качественных ножей предписывают конкретную прочность стали. Затем они проверяют его, чтобы убедиться, что лезвие соответствует точному числу по шкале твердости Роквелла.

    Кто использует шкалу твердости Роквелла и почему

    Каждый американский производитель стальной продукции использует шкалу твердости Роквелла. Шкала RC является отраслевым стандартом, независимо от того, являются ли изделия шариковыми подшипниками или лезвиями ножей. Два отраслевых ведомства предписывают тесты Роквелла и способы их проведения.Все производители стальной продукции ссылаются на:

    • Американский стандартный метод испытаний твердости по Роквеллу и поверхностной твердости по Роквеллу металлических материалов (ASTM E 18 Metals)
    • Международная организация по стандартизации — Испытание на твердость по Роквеллу, часть 1 — Метод испытания (металлические материалы ISO 6508-1)

    Причина, по которой все производители стальной продукции используют шкалу твердости Роквелла, заключается в том, что она обеспечивает единообразие в отчетности о результатах испытаний. Все в сталелитейной промышленности признают шкалу твердости по Роквеллу.Они быстро определяют прочность стали, взглянув на ее рейтинг по Роквеллу. Система Роквелла повсеместно принята в качестве основы для определения твердости. Это особенно актуально при производстве лезвий ножей.

    При заказе или выборе ножей для промышленных машин очень важно понимать рейтинговую систему Rockwell. Зная, какая прочность по шкале Роквелла вам нужна, вы получите именно ту твердость лезвия, которая вам нужна. Также важно помнить, что производители промышленных лезвий для ножей закаляют ваши лезвия до определенного числа Роквелла.Затем они проверят ваши ножи и убедитесь, что они соответствуют предписанному номеру шкалы твердости по Роквеллу.

    Еще одна причина, по которой производители ножей и другие производители стальных изделий обращаются к шкале твердости Роквелла, заключается в том, что она проста в использовании и автономна. Тестирование Rockwell выполняется быстро и исключительно надежно. Нет необходимости во вторичном микроскопическом исследовании, поскольку тесты Роквелла представляют собой приложение внешней силы и измеряются математически.

    История шкалы твердости Роквелла

    Шкала твердости Роквелла получила свое название от ее изобретателя Хью М.Роквелл и Стэнли П. Роквелл. Братья Роквелл были металлургами, работавшими на заводе по производству шарикоподшипников в Коннектикуте в начале 1900-х годов. Они осознали необходимость точного и быстрого испытания прочности металла дорожек подшипников. Им также требовался четкий метод представления результатов испытаний на прочность.

    Стэнли Роквелл запатентовал метод тестирования Роквелла в 1914 году. В 1919 году он внес поправки в патент, включив в него шкалу Роквелла. В то время как рейтинг стали для промышленных ножей обычно попадает в число, соответствующее шкале Роквелла С, на запатентованной шкале Роквелла имеется 30 различных шкал.C — наиболее распространенная шкала, используемая для оценки лезвия ножа, за ней следует шкала B. Ни одна из других шкал Роквелла не относится к стали, используемой при производстве промышленных ножей.

    Роквелл признал, что его метод определения твердости должен соответствовать определенным параметрам. Его система заменила более ранние системы тестирования металлов, такие как старый тест Виккерса, который требовал слишком много времени, и тест по Бринеллю, который был слишком разрушительным, особенно на мелких деталях. Чтобы разработать эффективную систему тестирования, Стэнли Роквелл принял во внимание следующие соображения:

    • Система должна была быть недорогой в приобретении и обслуживании.
    • Все испытательное оборудование должно быть максимально неразрушающим.
    • Требуется простая установка испытательного оборудования.
    • Это позволило легко обучать операторов и контролировать их.
    • Испытательный персонал должен был следовать понятным письменным процедурам.
    • Результаты тестирования дали ценную информацию, необходимую пользователям.

    Метод определения твердости по Роквеллу соответствует всем требованиям. По прошествии 100 лет это все еще лучший метод проверки прочности металла.Шкала Rockwell C также является наиболее точным способом определения прочности металла, используемого в ножах для промышленных станков.

    Как измеряется твердость по Роквеллу

    Измерение твердости по Роквеллу требует приложения определенной статической силы к металлической поверхности в течение определенного времени с использованием точных процедур записи и измерения. Тестировщики Rockwell выражают свои результаты с помощью математической формулы, связанной с соответствующим числом по стандартной шкале Роквелла. Промышленные ножи будут находиться где-то в таблице C по шкале Роквелла с числом от 40 до 65.

    Для изготовления ножей процедура Роквелла включает испытание на статическое вдавливание, которое требует двух различных испытаний. Первый — это небольшое приложение давления, которое определяет твердость или сопротивление металла под действием небольшой, точно контролируемой силы. Инструмент для вдавливания, или индентор, как его называют в компании Rockwell по тестированию, оставляет небольшое впечатление на испытываемом металле. Эта глубина — значение A — измеряется и записывается. Он служит базой для расчетов.

    Вторая часть испытания включает приложение гораздо более сильной силы к тому же месту на металлической поверхности.Этот уровень проникновения — значение B — также измеряется и регистрируется. Затем техник-испытатель вычитает значение светопроницаемости (A) из измерения глубины проникновения (B). Числовое значение B минус A затем переносится на шкалу Роквелла С, и соответствующее ему значение становится индикатором твердости металла по Роквеллу.

    Как техники проводят испытание на твердость по Роквеллу
    Оборудование для измерения твердости

    по Роквеллу довольно простое. Он включает в себя механическую операцию, при которой инструмент для вдавливания прижимается к металлической поверхности объекта с разной скоростью, в то время как глубина вдавливания регистрируется.Специалисты-испытатели точно контролируют набор давления в зависимости от того, с каким типом металла они работают.

    Существует два различных дизайна инструмента для вдавливания: один представляет собой коническое устройство с острым концом, а другой имеет форму шара с круглой поверхностью. Оба инструмента намного тверже металла, который они тестируют. Часто инденторы представляют собой алмазную композицию или изготовлены из высокопрочной стали, что позволяет избежать любого сжатия в головке инвертора, чтобы все давление равномерно прикладывалось к исследуемому материалу.

    Специалисты по испытанию

    Rockwell используют два приложения силы. Один из них — второстепенная сила, которая создает неглубокую выемку базовой линии. Другой называется главной силой. Это вызывает более глубокое вторичное вдавливание. Выполнение теста Роквелла состоит из следующих семи шагов:

    1. Установка тестового объекта на плоскую твердую поверхность — жизненно важно устранить любые условия, которые позволяют тестируемому материалу изгибаться или иным образом передавать прикладываемое давление.
    2. Применение предварительного или незначительного усилия — это давление обычно составляет около 10 кг, и оно создает легкое впечатление, почти невидимое для глаза.
    3. Обнуление измерительного прибора и измерение начальной глубины вдавливания — это может быть выполнено автоматически на передовом испытательном оборудовании Rockwell или вручную с помощью индикатора часового типа на простом оборудовании.
    4. Приложение основной или дополнительной силы — этот постепенный процесс составляет от 60 до 150 кг, в зависимости от типа стали. Более плотные стальные сплавы требуют большего давления для получения расчетного значения B — A.
    5. Удаление вторичной или основной силы при сохранении малой или первичной силы — этот шаг компенсирует упругость или растяжение в испытуемом металле во время выполнения расчетов.
    6. Измерение глубины вторичного вдавливания — опять же, это могут быть автоматические или ручные измерения в зависимости от сложности испытательного оборудования.
    7. Расчет разницы глубин или значения B — A — эта цифра затем переносится на шкалу шкалы C по Роквеллу и становится числом твердости по Роквеллу.

    Число твердости по Роквеллу не совпадает с расчетным измерением разности глубин. Более мягкие металлы допускают более глубокое проникновение, чем более твердые металлы, поэтому значение B — A всегда будет выше для испытуемых из мягких металлов, чем для твердых металлов.Номер шкалы твердости по Роквеллу оказывается обратным расчету разности глубин. Например, мягкое значение Роквелла — 45, а жесткое — 60.

    Что означает высокий рейтинг RC?

    Высокий рейтинг C по шкале Роквелла означает, что испытываемая сталь является высокопрочной. Любое значение в диапазоне от середины 50-х и выше по шкале С Роквелла считается трудным. Однако высокое значение шкалы RC не обязательно означает, что это лучшая сталь для конкретного применения. Хотя сталь может быть отличного качества, она может уступать более мягкой стали.

    Мягкая и твердая сталь класса C. Они податливы и хрупки. Чем тверже становится сталь, тем она хрупче. В случае ножей для промышленных станков чрезвычайно твердая сталь с числом RC в 60 может оказаться слишком хрупкой для надежного использования. Стали с высокой твердостью RC хорошо сохраняют свою кромку, но добиться достаточной остроты сложно.

    Для высокопрочной стали требуются точильные камни из керамики или алмаза. Эти материалы дорогие и требуют значительных навыков для работы.После установки тонкой кромки на ножах с высоким рейтингом RC она хорошо сохраняет свою заточку до тех пор, пока какой-либо другой твердый предмет не коснется лезвия, что может привести к сколам или даже расколу лезвия.

    Высококачественные стали находят свое место в производстве промышленных ножей. Однако есть точка твердости, которая непродуктивна. Выбор правильной твердости стали для изготовления ножей может быть трудным выбором. Это то, что требует профессиональной помощи.

    Что означает низкий рейтинг RC?

    Низкие значения RC указывают на более мягкий состав стали.Мягкая сталь является ковкой, что означает, что она может гнуться и прогибаться лучше, чем твердая и хрупкая сталь. Они могут быть полезны для изготовления ножей для промышленных машин, поскольку изделия с низким рейтингом RC обычно прощают случайное соприкосновение с предметами, которые не предназначены для резки.

    Мягкие стали, используемые для изготовления ножей в 40-х и 50-х годах по шкале Роквелла. Хотя более мягкие стали могут не удерживать острые кромки так же хорошо, как твердые материалы, их легко затачивать. Для обслуживания ножей из мягкой стали требуется менее дорогое оборудование для заточки.Техника или навыки заточки также менее необходимы для сталей Rockwell C с более низким рейтингом.

    Существует компромисс между использованием ножей из мягкой стали и ножей с высоким рейтингом RC. Между заточками твердая сталь прослужит дольше, чем мягкие материалы. Однако, когда изделия из твердой стали теряют остроту или получают повреждения, их труднее ремонтировать. Замена стальных ножей с высоким рейтингом RC также может быть более дорогой.

    Почему существует ряд номеров RC

    Производители промышленных лезвий для ножей предлагают ряд номеров RC в своей стальной арматуре, поэтому они могут предоставить своим клиентам множество вариантов выбора.У каждого бизнеса или компании, которые используют промышленные ножи в своей деятельности, есть определенные намерения. Главное — подобрать правильную твердость стали для соответствующего применения.

    Профессиональные производители лезвий для механических ножей знают свои запасы стали. Они также способны отпускать существующую стальную заготовку для достижения определенной твердости по шкале RC, необходимой их клиентам. Часть роли производителя ножей для промышленных станков заключается в том, чтобы прислушиваться к клиентам и определять точную твердость, необходимую для их конкретного применения.Они знают, что порекомендовать из широкого диапазона номеров RC.

    Практическое использование твердости по Роквеллу

    Каждое лезвие ножа промышленного станка имеет твердость по Роквеллу. Ведущие производители лезвий ножей имеют опыт, чтобы рекомендовать и подбирать правильную твердость RC для практического использования, например для резки чего угодно, от бумаги до пластика.

    York Saw & Knife — один из ведущих американских производителей ножей для промышленных станков. В York мы работаем с вами как с клиентом, чтобы определить практическое применение ваших ножей.Затем мы проведем вас по шкале твердости C по Роквеллу, которая требуется для вашей стали для лезвий ножа. Вот некоторые из возможных вариантов применения лезвий York Saw & Knife:

    Как твердость по Роквеллу применима к машинным ножам

    Выбор правильной прочности стали жизненно важен для правильной и прибыльной работы ваших ножей для промышленных машин. Важно знать, что прочность стали не связана с качеством. Все лезвия York Saw & Knife отличаются высочайшим качеством изготовления, начиная с высококачественной стали.Все лезвия York имеют одинаковый калибр, независимо от того, имеет ли их сталь высокий, средний или низкий рейтинг твердости C.

    York Saw & Knife использует испытание твердости по Роквеллу на всех лезвиях наших клиентов в рамках процесса контроля качества. Если вам требуется мягкий стальной сплав класса RC 40, вы можете быть уверены, что наши специалисты проверили его, чтобы проверить этот рейтинг твердости, прежде чем мы отправим его с завода. Точно так же, если вы заказали прочные лезвия с твердостью на разрыв по шкале RC 60, можете быть уверены, что мы проверили эти лезвия на соответствие вашим потребностям.

    Испытания

    Rockwell являются частью нашей приверженности качеству в York Saw & Knife. С 1906 года мы производим прочные и точные лезвия по доступным ценам. С тех пор наши прецизионные ножи и полотна пилы служили тысячам американских предприятий, чтобы оставаться острыми и процветающими. Для получения дополнительной информации о проверке твердости по Роквеллу и о том, как вы можете извлечь выгоду из этой технологии, свяжитесь с York Saw & Knife сегодня по телефону 717-276-0338. Вы также можете связаться с нами через нашу онлайн-форму обратной связи.

    5 способов измерения твердости материалов

    Твердость материалов определяется как сопротивление конкретного материала локальной пластической деформации или вдавливанию. Этот термин также может использоваться для описания устойчивости материала к царапинам, истиранию или порезам. Что касается металлов, твердость чаще всего используется для оценки их способности противостоять остаточной деформации из-за сосредоточенных приложенных нагрузок.Чем больше твердость металла, тем выше его способность сохранять форму при наличии внешних сил.

    Твердость металлов во многом зависит от других параметров, таких как жесткость, прочность, деформация, пластичность и предел текучести. Знание твердости металла чрезвычайно полезно, поскольку помогает в выборе подходящих материалов для конкретных применений. Предварительные знания о степени твердости металла помогают оценить, насколько легко металл поддается механической обработке или как он будет вести себя в процессе эксплуатации.(Для получения дополнительной информации о том, как правильный выбор материала может предотвратить коррозию, прочтите «Как контролировать коррозию путем улучшения конструкции».)

    Методы испытания на твердость

    В отличие от других четко определенных свойств материала, нет стандартной шкалы для измерения твердости. Материалы испытываются с использованием различных методов, при этом в каждом испытании твердость выражается по собственной произвольно определенной шкале. В этой статье мы рассмотрим пять наиболее распространенных методов испытаний для измерения твердости материала, их различия и наиболее подходящие ситуации.

    Электронный бюллетень

    Присоединяйтесь к тысячам людей, получающих последние разработки в области технологий коррозии.

    Испытание на твердость по Бринеллю

    Испытание на твердость по Бринеллю заключается в измерении диаметра вдавливания, вызванного постоянной сосредоточенной силой, приложенной сферическим индентором из стали или карбида к образцу для испытаний.Стальной шарик-индентор сначала вводят в контакт с материалом, а затем прикладывают постоянную силу и выдерживают в течение 10-15 секунд, известного как время выдержки. По истечении времени выдержки сферический индентор удаляют, оставляя на образце углубление круглой формы.

    Твердость по Бринеллю рассчитывается по следующей формуле:

    Твердость по Бринеллю, HB = Приложенная испытательная сила в килограмм-силе (кгс) ÷ Площадь поверхности вдавливания (мм 2 )

    Этот метод испытания на твердость дает самый широкий самое глубокое вдавливание из 5 методов испытаний, упомянутых в этой статье, позволяющее проводить испытание на большей площади поверхности образца.Это позволяет получить средние значения твердости по более широкой площади поверхности материала, что дает то преимущество, что учитываются неровности поверхности и зерна на металле. Однако испытание на твердость по Бринеллю происходит медленнее, чем другие методы испытаний, и оставляет большое неизгладимое впечатление на испытуемом образце.

    Тест Бринелля описан в ASTM E10-18 (Стандартный метод определения твердости металлических материалов по Бринеллю).

    Тест на твердость по Роквеллу

    Тест на твердость по Роквеллу оценивает твердость материала путем измерения постоянной глубины вдавливания из-за приложенной сосредоточенной нагрузки.Чем выше число по шкале твердости Роквелла, тем тверже материал. Испытание проводится путем приложения незначительной силы в 10 кг с помощью алмазного конуса или стального шарикового индентора к поверхности материала. Глубина вдавливания от этой предварительной нагрузки записывается и используется в качестве контрольной точки.

    Затем прикладывают указанную большую нагрузку в течение указанного времени выдержки, дополнительно вдавливая испытуемый образец. Разница между исходным положением и глубиной вдавливания из-за основной нагрузки рассчитывается и записывается как постоянная глубина вдавливания.

    Рис. 1. Оператор проводит испытание на твердость по Роквеллу. (Источник: Департамент транспорта Арканзаса.)

    Твердость по Роквеллу рассчитывается по следующей формуле:

    Твердость по Роквеллу, HRC = [0,2 — постоянная глубина вдавливания (мм)] x 500

    Был разработан тест на твердость по Роквеллу быть менее разрушительным и более дешевым, чем тест Бринелля. Измерение твердости с использованием разницы глубин помогает устранить ошибки из-за дефектов поверхности.Кроме того, значение твердости можно считывать без дополнительного оптического оборудования, что делает его одним из наиболее распространенных методов измерения твердости.

    Испытание Роквелла описано в ASTM E18-20 (Стандартные методы испытаний металлических материалов на твердость по Роквеллу).

    Испытание на твердость по Виккерсу

    Испытание на твердость по Виккерсу включает использование 4-стороннего квадратного пирамидального индентора с точно определенным постоянным усилием на испытуемый образец для оценки площади поверхности вдавливания.Образец сначала поднимают, пока он не коснется индентора. Затем индентор прикладывает испытательное усилие к испытуемому образцу, медленно увеличиваясь, пока не достигнет заданного значения. Затем эта сила сохраняется в течение соответствующего времени выдержки, и вычисляется площадь поверхности ромбовидной или квадратной выемки.

    Затем твердость материала по Виккерсу определяется по следующей формуле:

    Твердость по Виккерсу, HV = приложенная испытательная сила в килограмм-силе (кгс) ÷ площадь поверхности вдавливания (мм 2 ) или HK = 1.854 x (F / D 2 )

    За счет использования алмазного индентора вместо сферы (например, в испытаниях на твердость по Бринеллю и Роквеллу) испытание на твердость по Виккерсу можно проводить с меньшими усилиями и достичь более высокого уровня точности. Увеличивая поверхность исследуемого металла, тест можно использовать для определения микроструктурных составов, таких как мартенсит или бейнит. Поскольку испытание на твердость по Виккерсу требует использования оптического и измерительного оборудования и подготовки материала, стоимость, как правило, выше, чем для других испытаний на твердость, а также может занимать больше времени по сравнению с испытанием по Роквеллу.

    Испытания по Виккерсу и Кнупу описаны в ASTM E92-17 (Стандартные методы испытаний для определения твердости по Виккерсу и твердости металлических материалов по Кнупу).

    Рис. 2. Видео оператора, выполняющего испытание на твердость по Виккерсу.

    Испытание на твердость по Кнупу

    Испытание на твердость по Кнупу очень похоже на испытание на твердость по Виккерсу в том, что индентор в форме ромба / пирамиды наносится на испытуемый материал на определенное время выдержки. Однако индентор Кнупа представляет собой удлиненный алмаз, что позволяет ему проверять хрупкие материалы и тонкие слои без образования трещин.

    Индентор Кнупа имеет большую диагональ, которая примерно в три раза длиннее, чем диагональ Виккерса, и проникает в материал примерно на половину глубины теста Виккерса, что делает его более подходящим для испытания хрупких материалов, таких как керамика.

    При испытании на твердость по Кнупу образуется ромбоэдрическая вмятина, одна диагональ которой в семь раз длиннее другой.

    Твердость по Кнупу рассчитывается по следующей формуле:

    Твердость по Кнупу, HK = приложенная испытательная сила в килограмм-силе (кгс) ÷ площадь поверхности вдавливания (мм 2 ) или HK = 14.229 x (F / D 2 )

    Испытание на твердость по Моосу

    Испытание на твердость по Моосу, в отличие от ранее упомянутых испытаний, не предполагает приложения силы через индентор. Этот тест измеряет относительную твердость материала, определяя, насколько хорошо он сопротивляется царапинам другими веществами. Разработанный немецким геологом и минералогом Фридрихом Моосом, твердость материала определяется путем наблюдения за тем, можно ли поцарапать его поверхность другим материалом известной твердости.

    Числовые значения присваиваются этому свойству путем ранжирования минералов по шкале твердости (шкала Мооса), которая состоит из 10 минералов. Чем выше число на шкале, тем тверже минерал. Например, если вещество неизвестной твердости царапается ортоклазом, но не апатитом, то его твердость по шкале Мооса составляет от 5 до 6.

    Приращения твердости по шкале твердости Мооса очень произвольны, а не линейны или пропорциональны. По этой причине этот тест в основном используется для определения только относительной твердости минералов и не используется для других материалов, таких как металлы.

    Тест Мооса описан в ASTM C1895-20 (Стандартный метод испытаний для определения стойкости к царапинам по Моосу).

    Рис. 3. Сравнение шкал твердости Мооса и Кнупа. (Источник: Эурико Зимбрес, CC BY-SA 2.5, через Wikimedia Commons)

    Что мы узнали

    Не существует универсального измерения, шкалы или единицы для определения твердости материалов. Существует несколько тестов (некоторые из них описаны здесь, а другие включены в статью 3 «Основные типы разрушающих испытаний материалов»), каждый из которых определяет твердость по своей уникальной произвольной шкале.Знание преимуществ и недостатков каждого теста является ключом к определению того, какой метод наиболее подходит для исследуемого материала.

    Материалы — Сталь — Углерод, сплав, марки

    Приведенную ниже информацию следует рассматривать только как ориентировочную. Для конкретных приложений требуется надлежащее тестирование. Твердость металла определяется его сопротивлением деформации, вдавливанию или царапинам.Твердость по Роквеллу — наиболее распространенная мера твердости металла. Мягкие стали обычно измеряются по шкале Роквелла B, в то время как более твердые стали и стали с глубокой цементной закалкой обычно измеряются по шкале Роквелла C. В некоторых случаях один объект может попадать в более чем одну шкалу (см. Таблицу сравнения твердости). Например, типичная стальная пружина имеет твердость по Роквеллу 110 по шкале B и 38 по шкале C.

    Примечание: Предел текучести — это величина давления, которое материал выдержит до того, как станет необратимо деформированным.

    1018 — Термическая обработка в контакте с углеродом (науглероживание) приводит к упрочнению поверхности этой низкоуглеродистой стали. Его легко формовать в холодном состоянии, гнуть, паять и сваривать. Максимум. достижимая твердость по Роквеллу — B72. Температура плавления составляет 2800 ° F. Предел текучести составляет 77000 фунтов на квадратный дюйм.

    1045 — Эта среднеуглеродистая сталь прочнее, чем 1018, ее сложнее обрабатывать и сваривать. Максимум. достижимая твердость по Роквеллу — B90. Температура плавления составляет 2800 ° F. Предел текучести составляет 77000 фунтов на квадратный дюйм.

    A36 — Углеродистая сталь общего назначения подходит для сварки и механического крепления. Максимум. достижимая твердость по Роквеллу — B68. Температура плавления составляет 2000 ° F. Предел текучести составляет 36000 фунтов на квадратный дюйм.

    12L14 — Низкоуглеродистая сталь с превосходными характеристиками механической обработки и хорошей пластичностью, что позволяет легко гнуть, обжимать и клепать. Его очень трудно сваривать, и его нельзя закалить. Максимум. достижимая твердость по Роквеллу составляет B75-B90. Температура плавления составляет 2800 ° F.Предел текучести составляет 60 000-80 000 фунтов на квадратный дюйм.

    1144 — Среднеуглеродистая повторно сульфированная сталь, легко поддающаяся механической обработке. Сталь 1144 термически обрабатывается лучше, чем сталь 1045. Снятие напряжений позволяет получить максимальную пластичность при минимальном короблении. Максимум. достижимая твердость по Роквеллу — B97. Температура плавления составляет 2750 ° F. Предел текучести составляет 95 000 фунтов на квадратный дюйм.

    4140 Сплав — Также называется хромомолибденовой сталью. Сплав 4140, идеально подходящий для ковки и термообработки, является прочным, пластичным и износостойким.Максимум. достижимая твердость по Роквеллу C20-C25. Температура плавления составляет 2750 ° F. Предел текучести составляет 60 000-105 000 фунтов на квадратный дюйм.

    4140 Сплав ASTM A193 Grade B7 — Аналогичен сплаву 4140, но уже подвергнут закалке, отпуску и снятию напряжений. Твердость по Роквеллу C35 макс.

    8630 Сплав — Этот сплав твердый, но пластичный. Он хорошо поддается термической обработке, демонстрирует превосходные характеристики сердечника, а также обладает хорошей свариваемостью и характеристиками механической обработки. Максимум. достижимая твердость по Роквеллу B85-B97.Температура плавления составляет 2800 ° F. Предел текучести составляет 55 000-90 000 фунтов на квадратный дюйм.

    Одним из наиболее распространенных сплавов является углеродистая сталь 1144, в которой легирующие элементы улучшают обработку. Напряжение 1144, продукт LaSalle Steel, является примером сплава с хорошими характеристиками механической обработки и закаливаемости, который обладает высокой прочностью и может подвергаться сквозной закалке.

    Легированные хромом стали

    , такие как 4130, 4140 и 4340, названы так потому, что содержание хрома высокое (около 1%) и является основным легирующим элементом.Как можно видеть, хромистые легированные стали начинаются с префикса «40» и заканчиваются двумя цифрами, которые соответствуют номинальному процентному содержанию углерода. Например, 4140 содержит 0,40% углерода и 0,1% хрома.

    Никелевые легированные стали заменяют никель примерно половиной стандартного содержания хрома в хромовых сплавах. Например, в то время как 4140 содержит 0,0% никеля и 0,1% хрома, 8630 содержит 0,60% никеля и 0,50% хрома. Эти сплавы обычно имеют префикс «80». 8630 по сравнению с 4140 следующим образом:

    С Mn Si P S Cr Ni Пн Другое
    8630 0.25-0,35 0,65-0,85 0,70 0,04 0,04 0,40–0,70 0,40–0,70 0,20–0,30
    4140 0,38-0,43 0,75–1,00 0,035 0,04 0,15–0,35 0,8–1,10

    Трудно провести механическое сравнение хромовых сплавов и никелевых сплавов, поскольку они похожи, но уникальны для марки.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *