Твердость на приборе Роквелла можно измерять

• 1) алмазным конусом с общей нагрузкой 150 кгс; в этом случае значения твердости характеризуются цифрой, указываемой стрелкой на черной шкале С циферблата, и обозначаются НRС. Например, НRС 65 означает, что твердость материала составляет 65 единиц по Роквеллу по шкале С с нагрузкой 150 кгс. Такие измерения производятся для закаленной или низкоотпущенной стали, материалов средней твердости, поверхностных слоев толщиной более 0,5 мм (например, цементованного слоя);
• 2) алмазным конусом с общей нагрузкой 60 кгс. В этом случае значения твердости также характеризуются цифрой, указываемой стрелкой на черной шкале С циферблата, но обозначаются НRА. Числа НRА можно перевести на числа НRС по следующей формуле: НRС=2НRА-104. Такие измерения производятся для очень твердых металлов (более НRС 70), например твердых сплавов, когда вдавливание алмазного конуса с большой нагрузкой может вызвать выкрашивание алмаза, а также для измерения твердых поверхностных слоев (0,3−0,5 мм) или тонких образцов (пластинок);
• 3) стальным шариком с общей нагрузкой 100 кгс, в этом случае значения твердости характеризуются цифрой, указываемой стрелкой на красной шкале В циферблата, и обозначаются НRB. В этом случае определяется твердость мягкой (отожженной) стали или отожженных цветных сплавов в деталях или образцах толщиной 0,8−2 мм, т. е. в условиях, когда измерение по Бринеллю, выполняемое шариком большого диаметра, может вызвать смятие образца.

Метод измерения твердости вдавливанием алмазной пирамиды (твердость по Виккерсу) основан на вдавливании в металл четырехгранной алмазной пирамиды с углом в вершине 136°. Твердость характеризует площадь получаемого отпечатка. Соотношение между диагоналями получающегося отпечатка при изменении нагрузки остается постоянным, что позволяет в широких пределах в зависимости от целей исследования увеличивать или уменьшать нагрузку.

Твердость по Виккерсу так же, как и по Бринеллю, определяется как усилие, приходящееся на единицу поверхности отпечатка:

кгс/мм²,.

где Р — нагрузка на пирамиду, кгс;

— угол между противоположными гранями пирамиды, равный 136°;

d — среднее арифметическое длины обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки, мм. точность измерения отпечатка даже при проникновении пирамиды на небольшую глубину и делает этот способ особенно пригодным для определения твердости тонких изделий или твердых сплавов.

Определение микротвердости необходимо для изделий мелких размеров и отдельных структурных составляющих сплавов. Прибор для определения микротвердости состоит из механизма для вдавливания алмазной пирамиды под небольшой нагрузкой и металлографического микроскопа. В испытуемую поверхность вдавливают алмазную пирамиду под нагрузкой 5−500 гс. Твердость Н определяют по той же формуле, что и твердость по Виккерсу. При символе H нередко ставят индекс, показывающий величину нагрузки в граммах, например H₅ 220.

Динамические испытания на ударный изгиб выявляют склонность металла к хрупкому разрушению. Метод основан на разрушении образца с концентратором посредине одним ударом маятникового копра. Ударная вязкость KCU, KCV или KCT, измеряемая в Дж/м² или кгс^.м/см², определяется работой А_н, необходимой для излома образца, отнесенной к рабочей площади поперечного сечения F:

.

Первые две буквы KC обозначают символ ударной вязкости, третья буква U, V или T — вид концентратора (U — радиус концентратора 10,07 мм, V — радиус концентратора 0,250,025 мм и T — трещина).

Образец устанавливают на двух опорах, затем наносят удар по его середине со стороны, противоположной надрезу. Работа, затраченная на разрушение образца А=Ph₁(cos-cos),.

где Р — масса маятника, Н; h₁ — расстояние от оси маятника до его центра тяжести, м; - угол подъема маятника после разрушения образца; - угол подъема маятника перед ударом.

Формула дает возможность подсчитать A_н по измеренным углам и (Р и h₁ — постоянные для данного копра).

В пластичном состоянии у металлов KC>5−7 кгс^.м/см², в хрупком состоянии KC<1−2 кгс^.м/см².

Длительное действие на металлические изделия повторно-переменных (циклических) напряжений может вызвать образование трещин и разрушение даже при напряжениях ниже _0,2.

Постепенное накопление повреждений в металле под действием циклических нагрузок, приводящее к образованию трещин и разрушению, называют усталостью, а свойство металлов сопротивляться усталости называют выносливостью.

При усталостном разрушении излом состоит из двух зон. Первая зоназона усталости имеет гладкую притертую поверхность. Образование этой зоны происходит постепенно. На начальной стадии приложения циклической нагрузки на поверхности образуется большое количество трещин, однако растет только та, которая имеет достаточно большую длину и острую вершину. Продвигаясь в глубь образца, усталостная трещина образует глубокий и острый надрез. В зоне усталости нередко можно видеть полосы («бороздки»), отражающие последовательное положение растущей трещины. Трещина развивается как вязкая. В период каждого циклона нагружения у ее вершины протекает большая пластическая деформация. Скорость роста трещины невелика. Рост трещины продолжается до тех пор, пока сечение не окажется столь малым, что действующие в нем напряжения превысят разрушающие. Тогда происходит быстрое разрушение. Это приводит к образованию второй зоны в усталостном изломе — зоны долома. Зона долома имеет структуру, характерную для хрупкого или вязкого разрушения при однократных нагрузках (статических или ударных).

Испытание на усталость (ГОСТ 12 860−67) проводят для определения предела выносливости, под которым понимают наибольшее значение максимального напряжения цикла, при действии которого не происходит усталостного разрушения образца после произвольно большого или заданного числа циклов нагружения. Цикл нагружения — это совокупность переменных значений напряжений за один период их изменения.

Многие цветные металлы не имеют горизонтального участка на кривой усталости. В этом случае определяют ограниченный предел выносливости — наибольшее напряжение, которое выдерживает металл (сплав) в течение заданного числа циклов нагружения.

База испытания N должна быть не ниже 10· 10⁶ для стали и 100· 10⁶ циклов для легких сплавов и других цветных металлов, не имеющих горизонтального участка на кривой усталости.

Наклонная часть кривой усталости характеризует так называемую ограниченную выносливость.

При напряжениях, соответствующих ограниченной выносливости, заранее известно, что через какое-то время деталь разрушится от усталости, поэтому до разрушения ее нужно заменить.

Предел выносливости снижается при наличии концентраторов напряжения.