Нержавеющие стали
Нержавеющие стали (самые популярные в настоящее время) являются самыми универсальными. Из них можно изготовить нож почти любого назначения. Основное их отличие от других сталей — способность успешно сопротивляться коррозии (ржавчине). Для этого, обычно, в состав стали вводится легирующая добавка — хром (Cr). Содержание хрома от тринадцати процентов и выше дает материалу невосприимчивость к ржавчине. Тут надо понимать, что при неблагоприятных условиях (в соленой воде, например) может подвергаться коррозии и нержавеющая сталь. Абсолютно нержавеющих ножевых сталей не бывает, но все же в обычных бытовых условиях эти стали коррозии практически не подвержены. Так какие же конкретно эти марки сталей?
Недорогие нержавеющие стали
- российские 40Х13, 65Х13, ЭП-107 и пр.;
- европейские 1.4116, 12C27 и пр.;
- японские SUS420J2, AUS-4, AUS-6 и пр.;
- американские 420, 425, 420HC и пр.;
- китайские 4Cr13MoV, 5Cr13MoV и пр.
Как правило, из этих сталей изготавливаются недорогие кухонные и универсальные ножи
Ножи из таких сталей хорошо сопротивляются коррозии, но заточку держат неважно. Термообработать (закалить) их получается до твердости 50-54 HRC, что крайне недостаточно
Приличный нож должен иметь твердость режущей кромки (РК) не менее 55 HRC. К приятному исключению можно отнести шведскую марку 12C27, японскую AUS-6 и американскую 420HC. У ножей из трех перечисленных сталей устойчивость режущей кромки хорошая. Закаливаются такие ножи до твердости примерно 55-58 HRC, это вполне достаточно для большинства работ на кухне и работ в турпоходе или на рыбалке.
Средние по стоимости нержавеющие стали
- российские 95Х18, 110Х18 и пр.;
- европейские 1.4125, 14C28N, N690 и пр.;
- японские AUS-8, AUS-10, VG-1 и пр.;
- американские 440A, 440B, 440С и пр.;
- китайские 7Cr13MoV, 8Cr13MoV, 9Cr13MoV и пр.
Из таких сталей получаются, как правило, ножи недорогие, но очень хорошие. Прекрасно закаливаются до твердости 57-59 HRC (иногда и выше). Особо хочется выделить современную австрийско-шведскую марку N690. Эта сталь очень стабильна. Хорошо термообрабатывается. Многие производители в мире переходят на нее. В том числе, и у нас в России, т.к. наши нержавеющие стали капризны и не всегда стабильны.
Дорогие нержавеющие стали:
- российская ЭП-766;
- европейские Elmax, M390 и др.;
- японские VG-10, ATS-34, R-2, ZDP-189 и пр.;
- американские 154CM, CPM S30V, CPM S35VN и пр.
Такие стали используются для изготовления авторских ножей, ножей — предметов роскоши. Как правило, ножи из таких сталей совсем недешевые. Выделить из общего списка хочется:
- российскую сталь ЭП-766 (95Х13М3К3Б2Ф) — все же приятно, что у нас не разучились работать!
- американскую 154CM – изначально сталь разрабатывалась для лопастей газовых турбин.
- японскую VG-10 – просто и надежно, проверено временем!
- австрийско-шведскую Elmax – до недавнего времени эта сталь была «последним словом» в производстве ножей.
- австрийско-шведскую M390 – наверно самую современную, но немного переоцененную на пике моды.
Клинки из таких сталей обычно имеют твердость от 58 до 61 HRC.
Методы измерения твердости
Все методы определения твердости металлов используют механическое воздействие на испытуемый образец – вдавливание индентора. Но при этом не происходит разрушение образца.
Метод определения твердости по Бринеллю был первым, стандартизованным в материаловедении. Принцип испытания образцов описан выше. На него действует ГОСТ 9012. Но можно вычислить значение по формуле, если точно измерить отпечаток на образце:
HB=2P/(πD*√(D 2 -d 2 ),
- гдеР – прикладываемая нагрузка, кгс;
- D – окружность шарика, мм;
- d – окружность отпечатка, мм.Шарик подбирается относительно толщины образца. Нагрузку высчитывают предварительно из принятых норм для соответствующих материалов:сплавы из железа — 30D 2 ;медь и ее сплавы — 10D 2 ;баббиты, свинцовые бронзы — 2,5D 2 .
Условное изображение принципа испытания
Схематически метод исследования по Роквеллу изображается следующим образом согласно ГОСТ 9013.
Метод измерения твердости по Роквеллу
Итоговая приложенная нагрузка равна сумме первоначальной и необходимой для испытания. Индикатор прибора показывает разницу глубины проникновения между первоначальной нагрузкой и испытуемой h –h
Метод Виккерса регламентирован ГОСТом 2999. Схематически он изображается следующим образом.
Математическая формула для расчета:HV=0.189*P/d 2 МПаHV=1,854*P/d 2 кгс/мм 2 Прикладываемая нагрузка варьируется от 9,8 Н (1 кгс) до 980 Н (100 кгс). Значения определяются по таблицам относительно измеренного отпечатка d.
Метод считается эмпирическим и имеет большой разброс показаний. Но прибор имеет простую конструкцию и его можно использовать при измерении крупногабаритных и криволинейных деталей.
Измерить твердость по Моосу металлов и сплавов можно царапанием. Моос в свое время предложил делать царапины более твердым минералом по поверхности предмета. Он разложил известные минералы по твердости на 10 позиций. Первую занимает тальк, а последнюю алмаз.
После измерения по одной методике перевод в другую систему весьма условен. Четкие значения существуют только в соотношении твердости по Бринеллю и Роквеллу, так как машиностроительные предприятия их широко применяют. Зависимость можно проследить при изменении диаметра шарика.
| d, мм | HB | HRA | HRC | HRB |
| 2,3 | 712 | 85,1 | 66,4 | — |
| 2,5 | 601 | 81,1 | 59,3 | — |
| 3,0 | 415 | 72,6 | 43,8 | — |
| 3,5 | 302 | 66,7 | 32,5 | — |
| 4,0 | 229 | 61,8 | 22 | 98,2 |
| 5,0 | 143 | — | — | 77,4 |
| 5,2 | 131 | — | — | 72,4 |
Как видно из таблицы, увеличение диаметра шарика значительно снижает показания прибора. Поэтому на машиностроительных предприятиях предпочитают пользоваться измерительными приборами с однотипным размером индентора.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Твердостью металла называют его свойство оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии стандартного тела-наконечника на поверхностные слои материала.
Испытание на твердость – основной метод оценки качества термообработки изделия.
Определение твердости по методу Бринелля. Метод основан на том, что в плоскую поверхность под нагрузкой внедряют стальной шарик. Число твердости НВ определяется отношением нагрузки к сферической поверхности отпечатка.
Метод Роквелла (HR) основан на статическом вдавливании в испытываемую поверхность наконечника под определенной нагрузкой. В качестве наконечников для материалов с твердостью до 450 HR используют стальной шарик. В этом случае твердость обозначают как HRB. При использовании алмазного конуса твердость обозначают как HRA или HRC (в зависимости от нагрузки).
Твердость по методу Виккерса (HV) определяют путем статического вдавливания в испытуемую поверхность алмазной четырехгранной пирамиды. При испытании измеряют отпечаток с точностью до 0,001 мм при помощи микроскопа, который является составной частью прибора Виккерса.
Метод Шора. Сущность данного метода состоит в определении твердости материала образца по высоте отскакивания бойка, падающего на поверхность испытуемого тела с определенной высоты. Твердость оценивается в условных единицах, пропорциональных высоте отскакивания бойка.
Как определить твердость металла: методы
Для его измерения существует много способов. Для получения наиболее точного результата используют сразу несколько методик. Ознакомимся с ними поближе:
по Бринеллю. Данное исследование заключается в том, что в заготовку вдавливается специальный шарик. После этого, по оставшемуся на железе следу, с помощью математических алгоритмов вычисляют его механический коэффициент.
по Роквеллу. В данном случае также используется шарик или алмазный конус. Параметр определяется с помощью расчетов или выводится на шкалу.
по Виккерсу. Данный способ является наиболее аккуратным и точным методом измерения. Для проведения исследований используется пирамидообразный наконечник, выполненный из алмаза.
Обзор методов измерения твердости металлов и сплавов
Исторически с развитием технологий обработки металлов появлялись и совершенствовались способы контроля качества металлических изделий. Известно множество способов определения твердости металлов и сплавов:
- Вдавливание индентора под действием статической нагрузки (нагрузка прикладывается плавно) — по методу Бринелля, Роквелла, Супер-Роквелла, Виккерса, М.С.Дрозда, Герца, Лудвика, монотрон Шора;
- Динамическое вдавливание индентора (нагрузка прикладывается ударом) — по методу Мартеля, Польди, вертикальный копер Николаева, пружинный прибор Шоппера и Баумана, маятниковый копер Вальцеля, маятник Герберта, маятниковый склерометр Кузнецова;
- Измерение микротвердости статическим вдавливанием — по методу Липса, Егорова, Хрущева, Скворцова, Алехина, Терновского, Шоршорова, Берковича, Кнупа, Петерса, Эмерсона, микротвердомер Цейсса-Ганеманна;
- Метод упругого отскока бойка — склероскоп Шора;
- Измерение твердости царапанием — по Моосу, напильник Барба, прибор Мартенса, Хенкинса, микрохарактеризатор Бирбаума, склерометр О’Нейля, Григорович, Беркович).
Многие приемы сейчас используются редко или вовсе ушли в прошлое. На данный момент основные и самые распространенные методы контроля твердости металлов условно делят на две группы: прямые и косвенные.
Прямые методы измерения твердости основаны на способности материала сопротивляться внедрению другого, более твердого тела — индентора. Инденторы изготавливаются в форме конуса или пирамиды из алмаза, в форме шарика — из закаленной стали или карбида вольфрама.
Прямые методы реализуют cтационарные твердомеры по шкалам Бринелля (HB), Роквелла (HRA, HRB, HRC), Супер-Роквелла (HRN и HRT), Виккерса (HV).
Сущность испытаний заключается в том, что после внедрения индентора, при приложении заданной статической нагрузки, происходит пластическая деформация исследуемого материала. На поверхности образца остается отпечаток. Вычисление значения твердости строится на зависимости приложенного усилия и определенных геометрических параметров отпечатка. Для каждого прямого метода предусмотрена своя зависимость (см. таблицу ниже). Например, при замерах по Роквеллу фиксируется глубина отпечатка: чем она меньше, тем выше твердость объекта.
Плюсы: стационарные твердомеры применяются для контроля любых металлов и сплавов; выдают результат с минимальной погрешностью; не требуют дополнительной калибровки.
Минусы: работают на одном месте, как правило в специально оборудованной лаборатории; необходимо заранее готовить образцы, либо изделие должно иметь конкретные габариты; необходима квалификация оператора; невысокая скорость выполнения исследований.
Косвенные методы измерения твердости подразделяются на ультразвуковой и динамический — они не напрямую измеряют твердость, а только оценивают значение твердости металла в зависимости от других физических свойств.
Косвенные методы реализуют портативные твердомеры — ультразвуковые и динамические . Результаты можно получить по основным шкалам: Бринелля (HB), Роквелла С (HRC), Виккерса (HV).
Ультразвуковой метод (ультразвуковой контактный импеданс) основан на фиксации степени затухания резонансной частоты колебаний металлического стержня с алмазным наконечником (индентором) при внедрении его в поверхность металлического изделия.
При глубоком внедрении индентора в мягкий металл будет большая площадь контакта алмаза с материалом, значит будет выше степень затухания частоты колебаний.
Применим к изделиям практически любых габаритов по массе и размерам; оставляет незаметный отпечаток; подходит для измерения твердости поверхностно упрочненных слоев; удобен для образцов со сложной конфигурацией (шестерни, подшипники, метизы). Применение на изделиях с крупнозернистой структурой ограничено (чугуны, бронза).
Динамический метод (Либа) основан на определении отношения скорости бойка при отскоке от поверхности измеряемого образца к скорости бойка при соударении с поверхностью образца. В качестве бойка используется твердосплавный шарик (карбид вольфрама WC-Co) диаметрами 1,39 / 1,5 / 2,5 мм.
Как определить твердость металла по методике Бринелля: особенности
В качестве индентора, то есть самого элемента, который вдавливается в заготовку, используется идеальный шарик диаметром от 1 до 10 миллиметров. Он изготавливается из легированных соединений или из сплава карбида и вольфрама. Регламентируется производство таких шаров ГОСТом 3722 81.
Время, в которое происходит статическое, то есть неподвижное вдавливание, – от 10 до 180 секунд. Этот параметр зависит от материала. Самые минимальные временные промежутки – для чугуна и стали, а более продолжительные – для цветных металлов.
Максимальная нагрузка, которая может быть измерена таким способом, – 450 или 650 НВ, в зависимости от того, из чего сделан шарик.
На образец для правильной деформации подбирается воздействие, посмотрим по формулам в таблице, как можно их вычислить, учитывая, что D – это диаметр шара:
| Проверяемый объект | Математически вычисленное изменение |
| Свинец или олово | 1d^2 |
| Стальные соединения, титан, никель | 30d^2 |
| Легкие сплавы | от 2,5d^2 до 15d^2 |
| Чугун | 10d^2 или 30d^2 |
| Медь и составы с ее добавлением | 5d^2, 10d^2, 30d^2 |
Алгоритм применения метода Бринелля
- Проверяется сам аппарат и тело для внедрения – шар.
- Определяется максимальное усилие.
- Твердомер запускается.
- Измеряется глубина вдавливания.
- Производятся математические вычисления.
Применяемая формула НВ=P/F, где:
- P – нагрузка;
- F – площадь отпечатка.
Следует отметить, что это самый распространенный способ.
Классификация природных камней по твердости
Твердость эталонных минералов указана в таблице Мооса. Видовую принадлежность образцов с одинаковым показателем отличают по внешности и физико-химическим свойствам.
Если самоцвет можно просверлить сверлом по бетону, это александрит, хризоберилл и другие породы с показателем менее 8,5 баллов. Повреждение стальным гвоздем указывает на возможную принадлежность к породам ниже кварца с маркером «7».
Нож из углеродистой стали не повредит ортоклаз, но оцарапает монацит, малахит, слюду и прочие минералы с показателем менее 5,5. Принадлежность к кальциту проверяют ребром медной монеты. Гипс и тальк ― самые мягкие породы. Они царапаются ногтем.
Перечень самоцветов с промежуточным показателем:
| Минералы вне шкалы Мооса | Десятичный показатель | Дробное значение |
| Муассанит | 9,5 | 9 ½ |
| Неполированный керамогранит, холтит, александрит, хризоберилл | 8,5 | 8 ½ |
| Вольфрам, ганит, аквамарин, шпинель, изумруд, пейнит, берилл | От 7,5 | От 7 ½ |
| Циркон, сапфирин, андалузит | 7,5 | 7 ½ |
| Альмандин, данбурит, турмалин, борацит, кордиерит | До 7,5 | До 7 ½ |
| Кремний, гранит, жадеит, яшма | 6,5 | 6 ½ |
| Монацит | 5,5 | 5 ½ |
| Малахит, халькопирит, доломит | 3,5 | 3 ½ |
| Киноварь, янтарь, висмут, хлорит, слюда | 2,5 | 2 ½ |
| Графит | 1,5 | 1 ½ |
По шкале Мооса образцы делят на мягкие, средние и твердые минералы. К первой группе относят графит, гипс, тальк, киноварь, слюду и прочие камни с баллом ниже трех. Ко второму классу принадлежат породы с показателем 3–6. Остальные считаются самыми прочными. Плотностью драгоценных самоцветов называют значение от 8. Это топаз, сапфир, рубин, алмаз.
К просмотру обзор по теме:
Твердость основных металлов и сплавов
Измерение значения твердости проводится на готовых деталях, отправляющихся на сборку. Контроль производится на соответствие чертежу и технологическому процессу. На все основные материалы уже составлены таблицы значений твердости как в исходном состоянии, так и после термической обработки.
Цветные металлы
Твердость меди по Бринеллю составляет 35 НВ, значения латуни равны 42-60 НВ единиц в зависимости от ее марки. У алюминия твердость находится в диапазоне 15-20 НВ, а у дюралюминия уже 70НВ.
Черные металлы
Твердость по Роквеллу чугуна СЧ20 HRC 22, что соответствует 220 НВ. Сталь: инструментальная – 640-700 НВ, нержавеющая – 250НВ.
Для перевода из одной системы измерения в другую пользуются таблицами. Значения в них не являются истинными, потому что выведены империческим путем. Не полный объем представлен в таблице.
| HB | HV | HRC | HRA | HSD |
| 228 | 240 | 20 | 60.7 | 36 |
| 260 | 275 | 24 | 62.5 | 40 |
| 280 | 295 | 29 | 65 | 44 |
| 320 | 340 | 34.5 | 67.5 | 49 |
| 360 | 380 | 39 | 70 | 54 |
| 415 | 440 | 44.5 | 73 | 61 |
| 450 | 480 | 47 | 74.5 | 64 |
| 480 | 520 | 50 | 76 | 68 |
| 500 | 540 | 52 | 77 | 73 |
| 535 | 580 | 54 | 78 | 78 |
Значения твердости, даже если они производятся одним и тем же методом, зависят от прилагаемой нагрузки. Чем меньше нагрузка, тем выше показания.
ОТБОР ОБРАЗЦОВ
1. ОТБОР ОБРАЗЦОВ
1.1. Толщина образца должна не менее чем в 8 раз превышать глубину отпечатка и определяется по формуле
Минимальную толщину образца определяют в соответствии с приложением 2.
1.2. Поверхность образца должна быть плоской и гладкой.
Шероховатость поверхности образца (или площадки на изделии) должна быть не более 2,5 мкм по ГОСТ 2789, если нет других указаний в нормативно-технической документации на металлопродукцию.
1.3. Образец должен быть подготовлен таким образом, чтобы не изменялись свойства металла в результате механической или другой обработки, например от нагрева или наклепа.
Разд.1. (Измененная редакция, Изм. N 5).
Разд.2. (Исключен, Изм. N 5).
Способы перехода между шкалами
Тот факт, что в лабораториях используются разные методы, а также то, что нет одного стандарта, то приходится конвертировать один показатель в другую систему счисления. Следует отметить, что во всех странах преимущественно выбирают одну технологию. Но из-за активного товарооборота изготовители встречаются с непривычными маркировками. Итак, дадим таблицу с аналогичными результатами по отличающимся данным:
| Диаметр от вдавливания – в мм | По Бринеллю | По Роквеллу, категория А | В | С | По Виккерсу |
| 3,9 | 241 | 62,8 | 99,8 | 24 | 242 |
| 4,08 | 217 | 60,7 | 96,6 | 20,2 | 217 |
| 4,2 | 206 | 59,6 | 94,6 | 17,9 | 206 |
| 5 | 144 | 49,9 | 77,7 | – | 144 |
Можно отметить, что списки не обладают особо высокой точностью, поскольку в зависимости от измерений могли быть использованы разнообразные сплавы. Сводки будут верны только в том случае, если при всех пяти способах был апробирован одинаковый материал.
Принцип измерения твердости по Роквеллу
В зависимости от поставленной задачи, применяется та или иная шкала, нагрузка и тип индентора: твердосплавный шарик диаметром 1,588 мм или алмазный конус (угол=120 градусов).
На выбор шкалы измерений и индентора влияют: минимально допустимая толщина объекта, твердость материала, толщина отвержденного слоя. Алмазный индентор подойдет для закаленной стали и твердого металла. Для мягкого материала – шариковый индентор. При измерении тонких объектов нагрузка не должна деформировать образец.
| Тип шкалы | Тип индентора | Усилие, кгс | Обозначение твердости | Область применения | |
| P0 | P0+P1 | ||||
| A | Алмазный конус с углом при вершине 120° | 10 | 60 | HRA | Особо твердые материалы. Изделия из карбида вольфрама; изделия и поверхности после химико-термической обработки. |
| B | Стальной закаленный шарик диаметром 1,588 мм | 10 | 100 | HRB | Алюминиевые сплавы, бронза, мягкие стали. Пластичные и тонкие покрытия (напр. фольга). |
| C | Алмазный конус с углом при вершине 120° | 10 | 150 | HRC | Твёрдые стали с HRB>100. Материалы после термической обработки. |
Принцип действия прибора основывается на вдавливании индентора с алмазным конусом или стальным шариком в контролируемый материал с последующим измерением полученного отпечатка.
Чем твёрже материал, тем меньше глубина проникновения индентора, тем больше будет число твердости.
При испытаниях по методу Супер-Роквелла применяются такие же инденторы, но требования к точности радиуса и угла более высокие, поскольку при малых нагрузках даже незначительное отклонение может привести к ошибкам.
| Для определения твердости по методу Роквелла и Супер-Роквелла вычисляется разность между глубиной отпечатка индентора при нагрузке после снятия максимального усилия (h) и глубиной отпечатка при предварительной нагрузке (h0) .
|
Измерение микротвердости
Метод измерения микротвердости регламентирован ГОСТ 9450. Определение микротвердости (твердости в микроскопически малых объемах) проводят при исследовании отдельных структурных составляющих сплавов, тонких покрытий, а также при измерении твердости мелких деталей. Прибор для определения микротвердости состоит из механизма для вдавливания алмазной пирамиды под небольшой нагрузкой и металлографического микроскопа. В испытываемую поверхность вдавливают алмазную пирамиду под нагрузкой 0,05…5 Н.
Микротвердость измеряют путем вдавливания в образец (изделие) алмазного индентора под действием статической нагрузки Р в течении определенного времени выдержки т. Число твердости определяют (как и по Виккерсу) делением приложенной нагрузки в Н или кгс на условную площадь боковой поверхности полученного отпечатка в мм2.
Основным вариантом испытания является так называемый метод восстановленного отпечатка, когда размеры отпечатков определяются после снятия нагрузки. Для случая, когда требуется определение дополнительных характеристик материала (упругое восстановление, релаксация, ползучесть при комнатной температуре и др.) допускается проводить испытание по методу невосстановленного отпечатка. При этом размеры отпечатка определяют на глубине вдавливания индентора в процессе приложения нагрузки.
Практически микротвердость определяют по стандартным таблицам дня конкретной формы индентора, нагрузки Р и полученных в испытании размеров диагоналей отпечатка.
В качестве инденторов используют алмазные наконечники разных форм и размеров в зависимости от назначения испытании микротвердости. Основным и наиболее распространенным нконечником является четырехгранная алмазная пирамида с квадратым основанием (по форме подобна индентору, применяющемуся при определении твердости по Виккерсу).
Число микротвердости обозначают цифрами, характеризующими величину твердости со стоящим перед ними символом H с указанием индекса формы наконечника, например, Н□ =3000. Допускается указывать после индекса формы наконечника величину прилагаемой нагрузки, например: Н□ 0,196 =3000 — число микротвердости 3000 Н/мм2, полученное при испытании с четырех гранной пирамидой при нагрузке 0,196 Н. Размерность микротвердости (Н/мм2 или кгс/мм2) обычно не указывают. Если микротвердость определяли по методу невосстановленного отпечанка, то к индексу формы наконечника добавляют букву h (Н□h).
Соотношение значений твердости
При сопоставлении значений твердости, полученных разными методами, между собой и с механическими свойствами материалов необходимо помнить, что приводимые в литературных источниках таблицы или зависимости для такого сопоставительного перевода являются чисто эмпирическими. Физического смысла такой перевод лишен, так как при вдавливании paзличных по форме и размерам инденторов и с разной нагрузкой твердость определяется при совершенно различных напряженных состояниях материала. Даже при одном и том же способе измерения твердости значение сильно зависит от нагрузки: при меньших нагрузках значения твердости получаются более высокими.
Выше были рассмотрены основные методы контроля твердости. Существуют и другие методики контроля, которые основаны на косвенных измерениях значений механических свойств. Например электрические, магнитные, акустические и т.д. Все эти методы основаны на составлении экспериментальных корреляционных таблиц «измеряемый параметр — параметр механических свойств», где все параметры постоянны (химический состав металла, номер плавки, количество загрязнений), а меняются лишь табличные параметры. Такие методы на производстве практически не работают, т.к. например химический состав металлов по ГОСТам требуется в селекте, т.е. может быть в заданном пределе и меняться от плавки к плавке. Составление градуировочных таблиц на каждую партию металла — очень трудоёмкая работа. Pla пластик растворитель — https://www.dcpt.ru
