ТВЁРДОСТЬ
Следующим важным свойством металлов и сплавов является твёрдость. Твёрдость — это способность тела сопротивляться внедрению в его поверхность другого более твёрдого тела. Твёрдость разных металлов и сплавов различна. Как же она может быть измерена?
Наиболее старый способ определения твёрдости заключается в том, что поверхность испытуемого материала царапается кусочком того или другого минерала. Для сравне
ния служит особая минералогическая шкала, состоящая из 10 минералов, расположенных в порядке возрастания твёрдости. По этой шкале самый мягкий минерал— тальк (твёрдость = 1), а самый твёрдый — алмаз (твёрдость =10).
Теперь твёрдость определяют более точным и быстрым путем — вдавливанием в поверхность металла шарика из закалённой стали или алмазного конуса.
|
Рис. 23. Приборы для определения твёрдости: а — вдавливанием стального шарика, б — вдавливанием алмазного конуса. |
Стальной шарик строго определённого размера является наконечником поршня. Поршень приводится в движение с помощью гидравлического пресса (рис. 23, а). Шарик вдавливают в поверхность испытуемого металла с определённой силой, а затем измеряют диаметр полученной на поверхности лунки. Чем мягче металл, тем больше будет диаметр лунки. Отношение величины силы, с которой вдавливается шарик, к величине поверхности лунки и служит показателем твёрдости.
Если испытуемый металл твёрже закалённой стали, пользуются алмазным конусом. Его также вдавливают в поверхность металла. Специальный прибор (рис. 23, б) отмечает глубину вдавливания и автоматически указывает на шкале твёрдость в условных единицах.
Твёрдость — очень важная характеристика металлов. Зная величину твёрдости металла, можно сказать о том, насколько легко он будет обрабатываться резанием на станках. Чем твёрже металл, тем труднее он обрабатывается. С другой стороны, чем твёрже металл, тем он Обычно лучше сопротивляется износу, тем более долгий срок могут служить детали различных механизмов, сделанные из этого металла.
Кроме того, установлено, что между прочностью металлов (пределом прочности при растяжении) и твёрдостью существует определённая связь. Чем твёрже металл, тем большей прочностью он обладает. Медь мягче железа, и прочность её в полтора раза меньше, чем у железа: для разрыва медной проволоки необходимо напряжение около 20 кг/мм2, а для разрыва железной проволоки — 30 кг/мм2. Предел прочности составляет приблизительно одну треть от величины твёрдости, измеренной при вдавливании в поверхность металла стального шарика (твёрдость также может быть выражена в килограммах на квадратный миллиметр).
Зная твёрдость металла и пользуясь зависимостью между твёрдостью и прочностью, можно, не прибегая к сложным испытаниям, рассчитать прочность металла. Составлены специальные таблицы, пользуясь которыми можно быстро найти прочность по известному значению твёрдости. Поэтому определение твёрдости, простое и не требующее разрушения изделий и изготовления специальных образцов, применяется очень широко.
Какие же металлы более ценны — твёрдые или мягкие?
Современная техника требует и твёрдых и мягких металлов и сплавов.
Для изготовления режущих инструментов — резцов, фрез, свёрл, хирургического инструмента — требуются специальные инструментальные стали, обладающие весьма высокой твёрдостью. В металлообрабатывающей промышленности используются особые быстрорежущие стали и твёрдые сплавы. Твёрдые сплавы — это сплавы кобальта с карбидом вольфрама или титана. По своей твёрдости они приближаются к самому твёрдому из известных нам минералов — алмазу; твёрдость их равна 8—9. Резцы, изготовленные из этих сплавов, допускают очень высокие скорости резания. Для подшипников, наоборот, применяются мягкие и пластичные сплавы, основу
|
Металл или сплав |
Предел текучести в нг/млі* |
Предел прочности в кг/мм9 |
Относ ч - тельное удлинение В %% |
Относительное сужение В %% |
Твёрдость в кгімм8 |
Предел выносливости в кг/мм9 |
Ударная вязкость в кгм}см2 |
|
Железо........................................................... |
12—15 |
25—32 |
21-30 |
60-75 |
50—60 |
18-25 |
16-20 |
|
Сталь малоуглеродистая (до 0,35% углерода) ........................................................................ |
18-30 |
32—48 |
18—31 |
40—55 |
136—170 |
20—25 |
3-7 |
|
Сталь среднеуглеродистая (до 0,65% углерода)....................................................... |
25-38 |
50-65 |
10-15 |
30—40 |
180—240 |
24—30 |
3-5 |
|
Сталь высокоуглеродистая (до 2% углерода) ........................................................................ |
40-45 |
70—80 |
4-8 |
8-12 |
200—260 |
30—36 |
1,5-3 |
|
Чугун............................................................. |
— |
15-50 |
1,5-3 |
— |
180—260 |
7-20 |
0,5-2 |
|
Медь............................................................... |
6-8 |
20—22 |
55—65 |
70-80 |
30—40 |
11—18 |
12-20 |
|
Бронза............................................................ |
6,5—20 |
28—50 |
10—35 |
20-40 |
60—100 |
— |
0,5-6 |
|
Латунь........................................................... |
10—20 |
25—50 |
20—50 |
30—50 |
40—150 |
— |
4-15 |
|
Никель........................................................... |
20—25 |
40—50 |
40—45 |
70—75 |
55—65 |
20-28 |
18—20 |
|
Никелевые сплавы....................................... |
16-60 |
25-100 |
20-50 |
30-50 |
50—250 |
— |
6-Ю |
|
Алюминий..................................................... |
3-4 |
8—11 |
25-45 |
80—85 |
20—37 |
6-8 |
4-8 |
|
Алюминиевые сплавы (дуралюмины) . . . |
24—38 |
42-49 |
13-18 |
25—35 |
100—130 |
10,5—11,5 |
2-4 |
|
Магний........................................................... |
— |
17-20 |
15-17 |
18—20 |
25-30 |
6- 7 |
— |
|
Магниевые сплавы....................................... |
12-22 |
20—30 |
7-14 |
— |
45—75 |
7-15 |
0,5-0,9 |
|
Свиней.......................................................... |
0,5 |
1.8 |
50 |
100 |
4-6 |
— |
! — і |
Которых составляет олово или свинец. Благодаря своей мягкости и пластичности подшипниковые сплавы хорошо «прирабатываются» и значительно уменьшают трение между соприкасающимися частями машин.
Твёрдость металлов и сплавов зависит от характера их обработки. Так, например, твёрдость стали и чугуна сильно повышается после закалки, твёрдость меди и алюминия повышается после их обработки давлением (после прокатки, ковки, штамповки).
На стр. 59 приведена таблица, в которой указаны механические свойства некоторых металлов и сплавов.
