Классификация металлов по твердости

Содержание

Маркировка сталей: принципы классификации, содержание металлов в зависимости от типа сплава – Станок

Классификация металлов по твердости

На сегодняшний день подразделение сплавов со специальными добавками различных элементов осуществляется по разным признакам. Общепринятые и широко распространенные варианты классификации таких сталей предполагают причисление их к какой-либо конкретной категории на основании следующих характеристик:

  • химический состав;
  • равновесная структура;
  • назначение;
  • структура после естественного охлаждения (на воздухе).

Если рассматривать легированные стали с точки зрения содержания в них тех или иных дополнительных элементов (то есть, по их химсоставу), можно выделить три группы сплавов:

  • с массовой долей легирующих компонентов не более 2,5 % (низколегированные);
  • с долей легирующих компонентов от 2,5 до 10 % (среднелегированные, иначе – с обычным уровнем легирования);
  • с долей легирующих компонентов 10 % и более (высоколегированные стали).

Рекомендуем ознакомиться

В зависимости от того, какие именно добавки используются, сплавы с точки зрения их состава подразделяют на хромистые, марганцовистые, хромомолибденовые и так далее.

По равновесной структуре интересующие нас композиции делятся на пять классов. К первому причисляют все стали перлитной группы, а именно – эвтектоидные (структура – чисто перлитная), доэвтектодиные (избыточный феррит плюс эвтектоид) и заэвтектоидные (вторичные карбиды плюс эвтектоид).

Ко второму – ферритные стали, характеризуемые высоким содержанием легирующего компонента и малым количеством углерода. К третьему – ледебуритные сплавы (ледебуритная эвтектика), к четвертому – аустенитные (большой объем легирующей добавки).

Также существуют стали полуаустенитного и полуферритного класса.

Впервые классификацию легированных сталей по структуре в равновесном состоянии разработал ученый Обергофер.

А вот Гийе из Франции предложил делить такие сплавы на три группы, принимая во внимание их структуру после остывания в естественных условиях.

Согласно его классификации бывают аустенитные (в них содержится очень много легирующих элементов), перлитные (сравнительно мало добавок) и мартенситные стали. В последних сплавах количество примесей находится на среднем уровне.

По данному показателю описываемые стали бывают инструментальными, конструкционными, специальными. На практике по назначению их классифицируют на машиностроительные и строительные. Машиностроительные используются для производства корпусных конструкций, элементов различных видов машин и технических механизмов. Такие стали могут быть:

  • Жаропрочными. Они применяются для изготовления крепежных компонентов, роторов и валов паровых турбин, других деталей сферы энергетики. Жаропрочные составы являются перлитными среднеуглеродистыми, их основные легирующие добавки – ванадий, молибден и хром.
  • Улучшаемыми (среднее и незначительное легирование, содержание углерода – среднее). Сплавы, которые функционируют при нагрузках знакопеременного характера. Из них делают тяжелонагруженные изделия. Улучшаемые составы применяются после отпуска (высокого) и закалки.
  • Цементируемые. Их, как правило, подвергают нитроцементации либо обычной цементации. Используются для выпуска валов, зубчатых колес и аналогичных им деталей.

Категорий строительных легированных сталей в несколько раз больше. Выделяют мостостроительные сплавы (из них производят элементы железнодорожных и автомостов), стальные композиции массового использования, относимые к перлитно-ферритным составам (отличаются повышенными хладостойкостью и пределом текучести), высокопрочные стали (дополнительно проходят упрочнение карбонитридами).

Также можно встретить и другие специальные легированные композиции: высокопрочные, используемые в судостроении, теплоустойчивые для изготовления трубопроводов, по которым подают пар и горячую воду, низкоотпущенные повышеннопрочные (применяются при строительстве современной летательной техники), упрочняемые (дополнительно) прокаткой, содержащие относительно много титана, ниобия либо ванадия.

Отечественная система кодировки легированных сплавов признается самой наглядной и удобной, что выгодно отличает ее от принципов маркировки, принятых в США и Европе. Российская маркировка – это комбинация цифр и литер, которые указывают, какие добавки внесены в сталь, а также на их количество в сплавах различных категорий.

Легирующие компоненты кодируются одной буквой: бор – Р, цирконий – Ц, кремний – С, алюминий – Ю, ванадий – Ф, вольфрам – В, хром – Х, ниобий – Б, кобальт – К, марганец – Г, медь – Д, титан – Т, молибден – М, никель – Н. Азот кодируется буквой А, но только в том случае, когда она стоит в середине маркировки. Если же в какой-либо марке сплава данная буква находится в самом конце, это означает, что перед нами состав высокого качества.

Самые первые цифры (от одной до трех) в маркировке легированных сталей говорят нам об объеме углерода. Если речь идет об инструментальных сталях, объем указывается в десятых долях процентов, о конструкционных – в сотых долях. Цифры после букв, обозначающих легирующий компонент, определяют его содержание в сплаве.

В тех случаях, когда цифры не ставятся после цинка, ниобия, титана, ванадия, молибдена, можно понять, что этих элементов в стали имеется от 0,2 до 0,5 процентов. Если же цифры отсутствуют после других компонентов, это значит, что их в композиции содержится от 0,9 до 1,5 процентов.

Высоколегированные сплавы, в которых углерод содержится до 0,08 процента, маркируются нулем в начале кодировки (например, 0Х18Н12Т). Также заметим, что во многих высоколегированных и инструментальных сталях с углеродом в районе одного процента в начале марки вообще не ставится никакая цифра (Х12Ф).

Стоит отметить отдельно, что некоторые стали с легирующими добавками маркируются особым образом.

Кремнистые тонколистовые композиции, например, в начале имеют литеру Э (Э41), подшипниковые – Ш (ШХ15), быстрорежущие – Р (Р18), используемые для производства магнитов – Е (Е355).

Кроме того, есть и такие сплавы, которые причисляют к сталям поисковых либо экспериментальных марок. В данном случае первые две буквы в них будут ЭИ. Яркий представитель такого состава – ЭИ69. Под таким кодом «скрывается» сплав 4Х14Н14В2М.

Источник:

Материаловедение

Все известные в природе металлы относят к двум группам — черные и цветные металлы. К черным металлам относятся железо и сплавы на его основе (сталь и чугун).

Кроме того, к черным металлам относят марганец — металл серебристо-белого цвета; но в металлургии и в бытовом сленге этот элемент в перечне черных металлов упоминается редко. Все прочие металлы и сплавы, не содержание железо или содержащие его в небольшом количестве, относят к цветным металлам.

Такая классификация обусловлена рядом причин, в первую очередь, химико-механическими свойствами железосодержащих металлов и сплавов, обладающих низкой коррозийной стойкостью (кроме некоторых сталей со специфическими добавками) и магнетизмом.

Черные металлы привлекают машиностроителей хорошей податливостью к обработке, механической прочностью, а также низкой ценой. Цветные металлы обладают рядом уникальных свойств — высокой электропроводностью, устойчивостью к коррозии, небольшим удельным весом при высокой прочности, а в некоторых случаях и высокими эстетико-ювелирными качествами.

Как правило, цветные металлы являются более дорогостоящими из-за их относительной редкости в природе, а также сложности выделения из породы.

Цветные металлы, чаще всего, классифицируют на легкие, тяжелые и благородные металлы.

Итак, основой черных металлов является железо.

Однако в чистом виде этот металл в природе практически не встречается из-за относительно низкой коррозийной стойкости, поэтому железо в чистом виде в машиностроении не применяется, а используются сплавы, основу которых составляют соединения железа с углеродом — стали и чугуны. Сталями называют многокомпонентные сплавы с содержанием углерода до 2,14 %. Чугун – сплав железа с углеродом при содержании углерода более 2,14 %.

Стали и чугуны очень широко используются в машиностроении. При этом незначительные добавки цветных металлов или неметаллических элементов в стальные или чугунные сплавы позволяют существенно изменять их химико-механические свойства в зависимости от потребностей машиностроителей, незначительно влияя, при этом, на стоимость полученного сплава.

***

Свойства, классификация и маркировка сталей

В основу классификации сталей заложены их химический состав, структура, назначение, технологическая обрабатываемость, качество.

В зависимости от химического состава различают стали углеродистые (ГОСТ 380-94, ГОСТ 1050-88) и легированные (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72, ГОСТ 14959-79).

По структуре — доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоидные, феррито-перлитная, аустенитная, мартенситная.

  • По назначению — конструкционные, машиностроительные и инструментальные.
  • Углеродистые стали, в зависимости от содержания в них углерода, могут быть:
  • малоуглеродистыми, содержащими углерода менее 0,25%;
  • среднеуглеродистыми, содержание углерода составляет 0,25…0,60%;
  • высокоуглеродистыми, в которых концентрация углерода превышает 0,60%.

Легированные стали подразделяют на:

  • низколегированные содержание легирующих элементов до 2,5%;
  • среднелегированные, в их состав входят от 2,5 до 10% легирующих элементов;
  • высоколегированные, которые содержат свыше 10% легирующих элементов.

Конструкционные стали предназначены для изготовления строительных и машиностроительных изделий.

Инструментальные сталипредназначены для изготовления режущего, измерительного, штампового и прочего инструмента. Эти стали содержат более 0,65% углерода.

Стали с особыми физическими свойствами: с определенными магнитными характеристиками (электротехническая сталь) или с малым коэффициентом линейного расширения (суперинвар).

Стали с особыми химическими свойствами: нержавеющие, жаростойкие и жаропрочные стали.

Качество стали зависит от содержания вредных примесей: серы и фосфора. Стали обыкновенного качества, содержат до 0.06% серы и до 0,07% фосфора; качественные – до 0,035% серы и фосфора каждого отдельно; высококачественные – до 0,025% серы и фосфора; особо высококачественные – до 0,025% фосфора и до 0,015% серы.

По степени удаления кислорода из стали, т. е. по степени её раскисления, существуют:

  • спокойные стали, т. е., полностью раскисленные; такие стали обозначаются буквами «СП» в конце марки (иногда буквы опускаются);
  • кипящие стали – слабо раскисленные; маркируются буквами «КП»;
  • полуспокойные стали, занимающие промежуточное положение между двумя предыдущими; обозначаются буквами «ПС».

Сталь обыкновенного качества подразделяется еще и по поставкам на 3 группы:

  • сталь группы А поставляется потребителям по механическим свойствам (такая сталь может иметь повышенное содержание серы или фосфора);
  • сталь группы Б – по химическому составу;
  • сталь группы В – с гарантированными механическими свойствами и химическим составом.

***

Конструкционные стали

Нелегированные конструкционные стали обыкновенного качества обозначают по ГОСТ 380-94 буквами «Ст» и условным номером марки (от 0 до 6) в зависимости от химического состава и механических свойств. Чем выше содержание углерода и прочностные свойства стали, тем больше её номер. Буква «Г» после номера марки указывает на повышенное содержание марганца в стали. Например:

  1. Ст1КП2 – углеродистая сталь обыкновенного качества, номер  марки 1, кипящая второй категории, поставляется потребителям по механическим свойствам (группа А); 
  2. ВСт5Г – углеродистая сталь с повышенным содержанием  марганца, спокойная, номер марки 5, первой категории с гарантированными механическими свойствами и химическим составом (группа В);
  3. БСт0 – углеродистая сталь обыкновенного качества, номер марки 0, группы Б, первой категории.
  4. Таблица 1. углерода в стали:
Марка стали углерода
Ст0 < 0.23%
Ст1 0.06…0.12%
Ст2 0.09…0.15%
Ст3 0.14…0.22%
Ст4 0.18…0.27%
Ст5 0.28…0.37%
Ст6 0.38…0.49%

Нелегированные конструкционные качественные стали

В соответствии с ГОСТ 1050-88 эти стали маркируются двухзначными числами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента: 05; 08; 10; 25; 40 и т.д. Так сталь с содержанием углерода 0,07…0,14% обозначается 10, сталь с содержанием углерода 0,42…0,50% – 45 и т.д..

При этом для сталей с содержанием углерода меньше  0,2%, не подвергнутых полному раскислению, в обозначение добавляются буквы «кп» (для кипящей стали) и «пс» (для полуспокойной). Для спокойных сталей буквы в конце их наименований не добавляются.  Например, 08КП, 10ПС, 15, 18КП, 20 и т.д. Буква «Г» в марке стали указывает на повышенное содержание марганца.  Например: 14Г, 18Г и т.д.

***

Стали с повышенными свойствами

Качественные стали с повышенными свойствами, используемые для производства котлов и сосудов высокого давления, обозначают по ГОСТ 5520-79 добавлением буквы «К» в конце наименования стали: 15К, 18К, 22К.

***

Конструкционные легированные стали

В соответствии с ГОСТ 4543-71 наименования таких сталей состоят из цифр и букв. Первые цифры марки обозначают среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента. Буквы указывают на основные легирующие элементы, включенные в сталь. Буквенные обозначения легирующих элементов приведены в таблице 2.

Какие бывают виды и типы металлов и их сплавов

Классификация металлов по твердости

В строительстве, промышленности и других сферах жизни человека часто используются различные виды металлов. Они отличаются между собой свойствами, по которым их отбирают и применяют в той или иной области. Материалы получают разнообразными способами. Некоторые разновидности металлов соединяют вместе, чтобы получить сплавы, приобретающие уникальные физические и химические свойства.

Характеристики и признаки

Металлы представляют собой группу элементов в виде простых веществ, имеющих характерные металлические свойства. В природе они присутствуют в виде руд или соединений. Изучением характеристик этих материалов занимаются такие науки, как химия, физика и металловедение.

Металлы обладают совокупностью различных свойств. По механическим определяют их способность сопротивляться деформации и разрушению. Технологические помогают определить податливость материалов к различным видам обработки. Химические свойства показывают их взаимодействие с разными веществами, а физические говорят об их поведении в тепловом, гравитационном или электромагнитном полях.

Металлы классифицируют по следующим свойствам:

  • Твёрдость — устойчивость материала к проникновению другого.
  • Прочность — сохранение формы, структуры и размера после воздействия динамической, статической и знакопеременной нагрузки.
  • Упругость — изменение формы без нарушения целостности при деформации и возможность возвращения к первоначальному виду.
  • Пластичность — удерживание полученной формы и целостности под воздействием сил.
  • Износостойкость — сохранение наружной и внутренней целостности под воздействием продолжительного трения.
  • Вязкость — удерживание целостности под увеличивающимся физическим воздействием.
  • Усталость — число и период циклических воздействий, выдерживаемых металлом без изменения целостности.
  • Жароустойчивость — стойкость к высоким температурам.

Первостепенным признаком металлов выступает отрицательный коэффициент проводимости электричества, который при понижении температуры повышается, а при повышении — частично или полностью теряется.

Второстепенными признаками материалов являются металлический блеск и высокая температура плавления.

Кроме того, некоторые типы металлов, являющихся соединениями, могут быть восстановителями при окислительно-восстановительных реакциях.

Металлические свойства взаимосвязаны, так как составляющие материала влияют на все остальные параметры. Металлы подразделяются на чёрные и цветные, но их классифицируют по многим признакам.

Группа с железом и его сплавами

Чёрным металлам свойственны внушительная плотность, большая температура плавления и тёмно-серый окрас. К этой группе в основном относят железо с его сплавами. Для придания последним специфических свойств используют легирующие компоненты.

Рекомендуем:  Основные виды отходов и их классификация

Подгруппы чёрных видов металлов:

  • Железные — железо, кобальт, марганец, никель. Обычно их берут за основу или как добавку к сплавам.
  • Тугоплавкие — вольфрам, молибден, титан, хром. Они плавятся при температуре, превышающей уровень плавления железа. Из тугоплавких разновидностей получают легированные стали.
  • Редкоземельные — лантан, неодим, церий. Они имеют родственные химические свойства, но различаются по физическим параметрам. Используются как присадка к сплавам.
  • Урановые (актиноиды) — актиний, нептуний, плутоний, торий, уран. Широко используются в атомной энергетике.
  • Щёлочноземельные — кальций, литий, натрий. В свободном виде не применяются.

Металлы чёрной группы представлены сплавами железа с разным содержанием углерода и содержанием дополнительных химических элементов: кремнием, серой или фосфором. Популярными материалами выступают сталь и чугун. В стали содержится до 2% углерода.

Ей характерна хорошая пластичность и высокие технологические показатели. В чугуне содержание углерода может достигать 5%.

Свойства сплава могут отличаться с различными химическими элементами: с содержанием серы и фосфора повышается хрупкость, а с хромом и никелем чугун становится стойким к высоким температурам и коррозии.

Цветные разновидности

Цветные металлы более востребованы, чем чёрные, поскольку большая часть из них представляет собой сырье для производства металлопроката. Эта группа материалов отличается широкой сферой применения: они используются в металлургии, машиностроении, радиоэлектронике, сфере высоких технологий и других областях.

Классификация по физическим параметрам:

  • Тяжёлые — кадмий, никель, олово, ртуть, свинец, цинк. В природных условиях они образуются в прочных соединениях.
  • Лёгкие — алюминий, магний, стронций, титан и другие. Характеризуются невысокой температурой плавления.
  • Благородные — золото, платина, родий, серебро. Для них свойственна повышенная стойкость к коррозии.

Цветные металлы отличаются небольшой плотностью, хорошей пластичностью, невысокой температурой плавления и преобладающими цветами (белым, жёлтым, красным). Из них изготавливается различная техника. Поскольку прочность материалов довольно низкая, их не используют в чистом виде. Из них производят лёгкие сплавы различного назначения.

Материалы этой группы характеризуются внушительным атомным весом и плотностью, превышающей показатель у железа.

Рекомендуем:  Способы переработки ядерных отходов и их захоронения в России

Большим спросом пользуется медь, которая выступает проводником электрического тока.

Она отличается розовато-красным оттенком, маленьким удельным сопротивлением, хорошей теплопроводностью, небольшой плотностью, прекрасной пластичностью и устойчивостью к коррозии. В сфере техники используют сплавы меди: бронзу (с добавлением алюминия, никеля или олова) и латунь (с цинком).

Бронзу применяют в производстве мембран, круглых и плоских пружин, червячных пар и разной арматуры. Из латуни изготавливают ленты, листы, проволоку, трубы, втулки, подшипники.

Группа тяжёлых металлов выступает одной из главных причин загрязнения окружающей среды. Токсичные вещества поступают в океаны через сточные воды с предприятий отрасли промышленности. Некоторые разновидности тяжёлой группы могут накапливаться в живых организмах.

Ртуть относится к высокотоксичным металлам для людей. При сжигании угля на электростанциях её соединения переходят в атмосферу, а затем преобразуются в осадки и попадают в водоёмы. Обитатели пресноводных и морских систем накапливают большое количество опасного вещества, что приводит к отравлениям или смерти людей.

Кадмий считается рассеянным и достаточно редким элементом, способным попадать в океан через сточные воды с металлургических предприятий. Это вещество в малом количестве есть в человеческом организме, но при высоком показателе он разрушает костную ткань и приводит к анемии.

Свинец в рассеянном состоянии присутствует почти везде. При избытке металла в организме человека наблюдаются проблемы со здоровьем.

Мягкие виды

Алюминий серебристо-белого цвета характеризуется лёгкостью, высокой устойчивостью к коррозии, хорошей электропроводностью и пластичностью. Характеристики материала сделали его полезным в самолётостроении, электропромышленности и пищевом производстве. Алюминиевые сплавы применяются в сфере машиностроения.

Магнию свойственна низкая коррозийная устойчивость, зато лёгкий материал незаменим в технической области. В сплавах с этим металлом используют алюминий, марганец и цинк, которые хорошо режутся и отличаются высокой прочностью. Магниевые сплавы используют в производстве корпусов для фотоаппаратов, двигателей и других приборов.

Титан применяют в машиностроении, ракетной отрасли и химической промышленности. Сплавы с содержанием этого вещества характеризуются небольшой плотностью, отличными механическими свойствами, коррозийной устойчивостью и податливостью обработке давлением.

Благородные материалы

Некоторые разновидности металлов редко встречаются в природе и отличаются трудоёмкими способами добычи. Металлы благородной группы — это:

  • Золото.
  • Серебро.
  • Платина.
  • Родий.

Рекомендуем:  Классы опасности отходов: программы для расчёта онлайн

Люди узнали о золоте ещё в эпоху каменного века. Самый дорогой металл в мире можно встретить в природе в виде самородков, в которых присутствует небольшое количество примесей. Также он встречается в сплавах с серебром.

Золото отличается теплопроводностью и очень низким сопротивлением. Из-за хорошей ковкости материал применяют в изготовлении ювелирных изделий.

Серебро идёт вторым по ценности после золота. В природе оно обычно встречается в качестве серебряной руды. Серебру характерны мягкость, пластичность, тепло- и электропроводность.

Платина, открытая в середине XX века, выступает редким материалом, который можно отыскать только в залежах различных сплавов. Её довольно трудно добывать. Ценность металла заключается в том, что он не подвергается воздействию кислот. При нагревании платина не изменяется в окраске и не окисляется.

Родий тоже относится к благородным металлам. Он обладает серебристым цветом с голубым отливом. Родий отличает устойчивость к химическим воздействиям и перепадам температур, но хрупкий металл портится под механическим воздействием.

Классификация по твёрдости

Металлы также делят на твёрдые и мягкие.

Самый твёрдый из чистейших материалов в мире — это хром. Он относится к тугоплавким разновидностям и отлично поддаётся механической обработке. Другим твёрдым элементом выступает вольфрам.

Он характеризуется высокой температурой плавления, теплоустойчивостью и гибкостью. Из него выковывают различные детали и изготавливают небольшие элементы, необходимые для осветительных приборов. Вольфрам часто присутствует в тяжёлых сплавах.

Твёрдые металлы сложно не только добывать, но и просто найти на планете. В основном их содержат упавшие на Землю метеориты.

К самым мягким металлам относят калий, натрий, рубидий и цезий. Также в этой группе состоят золото, серебро, медь и алюминий. Золото присутствует в морских комплексах, осколках гранитов и человеческом организме. Внешние факторы способны разрушить ценный металл.

Мягкое серебро применяют в изготовлении посуды и ювелирных украшений. Натрий широко используют практически в любой промышленной отрасли.

Ртуть, выступающую самым мягким металлом в мире, применяют сельскохозяйственной и химической промышленности, а также электротехнике

Классификация металлов, принципы их разделения и отличий

Классификация металлов по твердости

пер.Каштановый 8/14 51100 пгт.Магдалиновка

Nikolaenko Dmitrij

Классификация металлов, принципы их разделения и отличий Классификация металлов, принципы их разделения и отличий (1 голос, в среднем: 5 из 5)

Как ни странно, но единой классификации металлов не существует и тому есть ряд причин. Один из привычных видов классификации, заключается в разделении материалов следующим образом:

  • Черные металлы;
  • Стали;
  • Чугуны;
  • Цветные металлы и сплавы;
  • Благородные металлы;
  • Редкие цветные металлы;
  • Легкие цветные металлы;
  • Тяжелые цветные металлы.

На этом сайте использована данная техника классификации металлов и их сплавов с целью упростить для пользователей поиск нужной информации в нашем ресурсе.

Существует также классификация металловследующего содержания:

  • по основному компоненту (железные, алюминиевые, медные, магниевые, титановые и другие);
  • по числу содержащихся компонентов (двух, трех и многокомпонентные. по технологии изготовления);
  • по плотности (легкие, тяжелые, высокоплотные);
  • по температуре плавления (легкоплавкие, тугоплавкие).

Еще один вариант классификации металлов– легкие металлы, тяжелые цветные металлы, благородные металлы, тугоплавкие, рассеянные, радиоактивные и редкоземельные.

Использование металлов

Использование металлов в современном мире является одним из условий к нормальной жизни. Практически в любой сфере деятельности человека активно используются данные материалы. Среди наиболее востребованных — железо и медь, и соответственно их сплавы.

Издавна они были первыми в производстве и сегодня около 98%всех металлических сооружений выполнено из этих металлов. Имеет огромное значение алюминий, магний, берилий. В XX веке они с особым размахом стали использоваться во многих областях техники, электротехники, конструкционных металлах. Основными металлами являются также никель, кобальт, марганец.

Они открыты менее чем 200 лет назад, но как легирующие элементы они замечательны, так как придают особые свойства прочности, износостойкости, жаропрочности. Из тугоплавких — это 11 металлов: платина, вольфрам, хром и др. Легкие металлы – 16 металлов, натрий, литий, цезий и др.

Благородные металлы или, как они сейчас называются, «драгоценные металлы» — золото, серебро, платина и группа платиновых, всего восемь. В редкоземельные входят 17 металлов.

Металлы, краткое описание

Металлы, краткое описание которых содержит главным образом основные, так называемые «металлические свойства», на самом деле не всегда могут определяться по наличию их всех. Каждый из элементов имеет различные показатели электропроводности, пластичности и магнетизма.

Общее количество элементов, которых относят к металлам, насчитывается 94 типа. Представляют собой простые химические вещества. Добываются главным образом из руд или в чистом виде (с некоторыми примесями), отдельные типы, как например изотоп осмий-187, возможно получить только в лабораториях.

Еще статьи из этого раздела: Сталь низкоуглеродистая и ее основные характеристики

Сталь низкоуглеродистая – это сплав, не содержащий легируемых элементов, имеющий…

(1 голос, в среднем: 4 из 5) Антифрикционный чугун, его свойства, особенности, разновидности и технические характеристики

Антифрикционный чугун — это чугун для отливок, который используется в ответственных…

(1 голос, в среднем: 4 из 5) Черные металлы, их свойства, особенности и то что стоит знать

Металлы разделяются на цветные и черные. Черные металлы, по сути…

(2 голоса, в среднем: 3.5 из 5) Ковкий чугун

Ковкий чугун — другими словами это название мягкого вязкого сплава,…

(1 голос, в среднем: 5 из 5) Марки высоколегированного чугуна

Все марки высоколегированного чугуна имеют свои характерные особенности, поэтому используются…

(1 голос, в среднем: 5 из 5) Низколегированный чугун Низколегированный чугун — это металл, содержащий целый ряд легирующих компонентов,…
(1 голос, в среднем: 4 из 5) Высокоуглеродистая сталь

Высокоуглеродистая сталь  — это сталь, которая содержит повышенное количество углерода,…

(1 голос, в среднем: 5 из 5) Углеродистая сталь

Углеродистая сталь — это инструментальная сталь, содержащая 0,04- 2% углерода…

(1 голос, в среднем: 4 из 5)

Твердость металлов. Таблица твердости металлов

Классификация металлов по твердости

Для того чтобы детали и механизмы служили длительно и надежно, материалы, из которых они изготовлены, должны соответствовать необходимым условиям работы.

Именно поэтому важно контролировать допустимые значения их основных механических показателей. К механическим свойствам относятся твердость, прочность, ударная вязкость, пластичность.

Твердость металлов – первичная конструкционная характеристика.

Понятие

Твердость металлов и сплавов – это свойство материала создавать сопротивление при проникновении в его поверхностные слои иного тела, которое не деформируется и не разрушается при сопутствующих нагрузках (индентора). Определяют с целью:

  • получения информации о допустимых конструкционных особенностях и о возможностях эксплуатации;
  • анализа состояния под действием времени;
  • контроля результатов температурной обработки.

От этого показателя частично зависят прочность и устойчивость поверхности к старению. Исследуют как исходный материал, так и уже готовые детали.

Варианты исследования

Показателем является величина, которая называется числом твердости. Существуют различные методы измерения твердости металлов. Наиболее точные исследования заключаются в использовании различных видов вычисления, инденторов и соответствующих твердомеров:

  1. Бринелля: суть работы аппарата – вдавливание шарика в исследуемый металл или сплав, вычисление диаметра отпечатка и последующее математическое вычисление механического параметра.
  2. Роквелла: используются шарик или алмазный конусный наконечник. Значение отображается на шкале или определяется расчётно.
  3. Виккерса: наиболее точное измерение твердости металла с применением алмазного пирамидального наконечника.

Для определения параметрических соответствий между показателями разных способов измерения для одного и того же материала существуют специальные формулы и таблицы.

Факторы, определяющие вариант измерения

В лабораторных условиях, при наличии необходимого ассортимента оборудования, выбор способа исследования осуществляется в зависимости от определенных характеристик заготовки.

  1. Ориентировочное значение механического параметра. Для конструкционных сталей и материалов с небольшой твердостью до 450-650 НВ применяют метод Бринелля; для инструментальных, легированных сталей и других сплавов – Роквелла; для твердосплавов – Виккерса.
  2. Размеры испытуемого образца. Особо маленькие и тонкие детали обследуются с помощью твердомера Виккерса.
  3. Толщина металла в месте замера, в частности, цементированного или азотированного слоя.

Все требования и соответствия задокументированы ГОСТом.

Особенности методики Бринелля

Испытания на твердость металлов и сплавов с помощью твердомера Бринелля проводятся со следующими особенностями:

  1. Индентор – шарик из легированной стали или из карбидо-вольфрамового сплава диаметром 1, 2, 2,5, 5 или 10 мм (гост 3722-81).
  2. Продолжительность статического вдавливания: для чугуна и стали – 10-15 с., для цветных сплавов – 30, также возможна длительность в 60 с., а в некоторых случаях – 120 и 180 с.
  3. Граничное значение механического параметра: 450 НВ при измерении стальным шариком; 650 НВ при использовании твердосплава.
  4. Возможные нагрузки. С помощью входящих в комплект грузов корректируется фактическая сила деформации на испытуемый образец. Их минимальные допустимые значения: 153,2, 187,5, 250 Н; максимальные – 9807, 14710, 29420 Н (гост 23677-79).

С помощью формул, в зависимости от диаметра выбранного шарика и от испытуемого материала, можно вычислить соответствующее допустимое усилие вдавливания.

Тип сплава

Математическое вычисление нагрузки

Сталь, сплавы никеля и титана

30D2

Чугун

10D2, 30D2

Медь и медные сплавы

5D2, 10D2, 30D2

Легкие металлы и сплавы

2,5D2, 5D2, 10D2, 15D2

Свинец, олово

1D2

Пример обозначения:

400HB10/1500/20, где 400HB – твердость металла по Бринеллю; 10 – диаметр шарика, 10 мм; 1500 – статическая нагрузка, 1500 кгс; 20 – период осуществления вдавливания, 20 с.

Для установления точных цифр рационально исследовать один и тот же образец в нескольких местах, а общий результат определять путем нахождения среднего значения из полученных.

Определение твердости по методу Бринелля

Процесс исследования протекает в следующей последовательности:

  1. Проверка детали на соответствие требованиям (ГОСТ 9012-59, гост 2789).
  2. Проверка исправности аппарата.
  3. Выбор необходимого шарика, определение возможного усилия, установка грузов для его формирования, периода вдавливания.
  4. Запуск твердомера и деформация образца.
  5. Измерение диаметра углубления.
  6. Эмпирическое вычисление.

НВ=F/A,

где F – нагрузка, кгс или Н; A – площадь отпечатка, мм2.

НВ=(0,102*F)/(π*D*h),

где D – диаметр шарика, мм; h – глубина отпечатка, мм.

Твердость металлов, измеренная этим способом, имеет эмпирическую связь с вычислением параметров прочности. Метод точен, особенно для мягких сплавов. Является основополагающим в системах определения значений этого механического свойства.

Особенности методики Роквелла

Этот способ измерения был изобретен в 20-х годах XX века, более автоматизирован, чем предыдущий. Применяется для более твердых материалов. Основные его характеристики (ГОСТ 9013-59; гост 23677-79):

  1. Наличие первичной нагрузки в 10 кгс.
  2. Период выдержки: 10-60 с.
  3. Граничные значения возможных показателей: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20-70.
  4. Число визуализируется на циферблате твердомера, также может рассчитываться арифметически.
  5. Шкалы и инденторы. Известно 11 различных шкал в зависимости от типа индентора и предельно-допустимой статической нагрузки. Наиболее распространённые в использовании: А, В и С.

А: алмазный конусный наконечник, угол при вершине 120˚, общая допустимая сила статического влияния – 60 кгс, HRA; исследуются тонкие изделия, в основном прокат.

С: также алмазный конус, рассчитанный на максимальное усилие 150 кгс, HRC, применим для твердых и закаленных материалов.

В: шарик размером 1,588 мм, изготовленный из закаленной стали или из твердого карбидо-вольфрамового сплава, нагрузка – 100 кгс, HRB, используется для оценки твердости отожжённых изделий.

Шарикообразный наконечник (1,588 мм) применим для шкал Роквелла B, F, G. Также существуют шкалы E, H, K, для которых используется шарик диаметром 3,175 мм (ГОСТ 9013-59).

Количество проб, проделанных с помощью твердомера Роквелла на одной площади, ограничивается размером детали. Допускается повторная проба на расстоянии 3-4 диаметра от предыдущего места деформации. Толщина испытуемого изделия также регламентируется. Она должна быть не меньше увеличенной в 10 раз глубины внедрения наконечника.

Пример обозначения:

50HRC – твердость металла по Роквеллу, измерена с помощью алмазного наконечника, ее число равно 50.

План исследования по методу Роквелла

Измерение твердости металла более упрощено, нежели для способа Бринелля.

  1. Оценка размеров и характеристик поверхности детали.
  2. Проверка исправности аппарата.
  3. Определение типа наконечника и допустимой нагрузки.
  4. Установка образца.
  5. Осуществление первичного усилия на материал, величиной в 10 кгс.
  6. Осуществление полного соответствующего усилия.
  7. Чтение полученного числа на шкале циферблата.

Также возможен математический расчет с целью точного определения механического параметра.

При условии использования алмазного конуса с нагрузкой 60 или 150 кгс:

HR=100-((H-h)/0,002;

при совершении испытания с помощью шарика под усилием 100 кгс:

HR=130-((H-h)/0,002,

где h – глубина внедрения индентора при первичном усилии 10 кгс; H – глубина внедрения индентора при полной нагрузке; 0,002 – коэффициент, регламентирующий величину перемещения наконечника при изменении числа твердости на 1 единицу.

Метод Роквелла является простым, но недостаточно точным. В то же время он позволяет измерять показатели механического свойства для твердых металлов и сплавов.

Характеристики методики Виккерса

Определение твердости металлов по данному способу наиболее просто и точно. Работа твердомера основана на вдавливании в образец алмазного пирамидального наконечника.

Основные особенности:

  1. Индентор: алмазная пирамида с углом при вершине 136°.
  2. Предельно допустимая нагрузка: для легированного чугуна и стали – 5-100 кгс; для медных сплавов – 2,5-50 кгс; для алюминия и сплавов на его основе – 1-100 кгс.
  3. Период выдержки статической нагрузки: от 10 до 15 с.
  4. Испытуемые материалы: сталь и цветные металлы с твердостью более 450-500 НВ, в том числе изделия после химико-термической обработки.

Пример обозначения:

700HV20/15,

где 700HV – число твердости по Виккерсу; 20 – нагрузка, 20 кгс; 15 – период статического усилия, 15 с.

Последовательность исследования Виккерса

Порядок действий предельно упрощен.

  1. Проверка образца и аппаратуры. Особое внимание уделяется поверхности детали.
  2. Выбор допустимого усилия.
  3. Установка испытуемого материала.
  4. Запуск твердомера в работу.
  5. Чтение результата на циферблате.

Математический расчет по этому способу выглядит следующим образом:

HV=1,8544*(F/d2),

где F – нагрузка, кгс; d – среднее значение длин диагоналей отпечатка, мм.

Он позволяет измерять высокую твердость металлов, тонких и небольших деталей, при этом предоставляя высокую точность результата.

Способы перехода между шкалами

Определив диаметр отпечатка с помощью специального оборудования, можно с помощью таблиц определить твердость. Таблица твердости металлов – проверенный помощник в вычислении данного механического параметра. Так, если известно значение по Бринеллю, можно легко определить соответствующее число Виккерса или Роквелла.

Пример некоторых значений соответствия:

Диаметр отпечатка,

мм

Метод исследования

Бринелля

Роквелла

Виккерса

A

C

B

3,90

241

62,8

24,0

99,8

242

4,09

218

60,8

20,3

96,7

218

4,20

206

59,6

17,9

94,6

206

4,99

143

49,8

77,6

143

Таблица твердости металлов составлена на основе экспериментальных данных и имеет высокую точность. Также существуют графические зависимости твердости по Бринеллю от содержания углерода в железоуглеродистом сплаве. Так, в соответствии с такими зависимостями, для стали с количеством карбона в составе равному 0,2% она составляет 130 НВ.

Требования к образцу

В соответствии с требованиями ГОСТов, испытуемые детали должны соответствовать следующим характеристикам:

  1. Заготовка должна быть ровная, твердо лежать на столе твердомера, ее края должны быть гладкими или тщательно обработаны.
  2. Поверхность должна иметь минимальную шероховатость. Должна быть отшлифована и очищена, в том числе с помощью химических составов. Одновременно, во время процессов механической обработки, важно предупредить образование наклепа и повышения температуры обрабатываемого слоя.
  3. Деталь должна соответствовать выбранному методу определения твердости по параметрическим свойствам.

Выполнение первичных требований – обязательное условие точности измерений.

Твердость металлов – важное основополагающее механическое свойство, определяющее их некоторые остальные механические и технологические особенности, результаты предыдущих процессов обработки, влияние временных факторов, возможные условия эксплуатации. Выбор методики исследования зависит от ориентировочных характеристик образца, его параметров и химического состава.

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.