Как оценить прочность на растяжение по твердости (формула, принятая в цехе)

В идеальном мире мы бы проводили разрушающее испытание на растяжение (ASTM E8) каждой партии металла, поступающей в цех. Мы бы тянули образец до тех пор, пока он не сломается, и получали бы точные данные.

В реальном мире? У нас нет времени (или денег), чтобы уничтожать совершенно исправные детали.

Вместо этого мы используем Испытание на твердостьЭто неразрушающий, быстрый и недорогой метод.
Но вот в чем проблема: на вашем чертеже указано «Минимальная прочность на растяжение 900 МПа», а в отчете о контроле качества — «30 HRC».

Они совпадают?
Как перевести показатель «сопротивление вмятинам» (твердость) в показатель «прочность на растяжение» (предел прочности)?

В этом руководстве подробно разбираются математические расчеты, ограничения и практические формулы, которые мы используем в цеху для преодоления существующих проблем.

Золотое правило (только для углеродистой стали)

Если вы работаете с Углеродистая сталь or Низколегированный Сталь (например, 1018, 4140, 4340), вам повезло. Существует удивительно точная линейная зависимость между твердостью по Бринеллю (HB) и пределом прочности на растяжение (UTS).

Формула

Для неаустенитных сталей оптимальное значение равно... 3.45 (для метрической системы) или 500 (для имперской системы мер).

Предел прочности на разрыв (МПа) ≈ 3.45 × HB

UTS (psi) ≈ 500 × HB

• Примечание: HB = число твердости по Бринеллю.

Пример расчета

Вы измеряете 4140 стальной вал и определить твердость of 300 HB.

• Метрика: $300\times 3.45=1035\text{ МПа}$
• Империал: $300\times 500=150,000\text{ фунтов на квадратный дюйм}$

Предупреждение Клайва: Эта взаимосвязь начинает нарушаться при очень высоких уровнях твердости (> 550 HB), потому что материала становится хрупким. Также не работает хорошо для Нержавеющая сталь или алюминий (подробнее об этом позже).

Rockwell C (HRC) – The Hard Matter

Тест Бринелля (HB) отлично подходит для необработанных прутков, но для закаленных, термообработанных деталей (например, передач или вставки для пресс-форм), мы используем Роквелл К (HRC).

Для определения твердости по Роквеллу (HRC) нет простой формулы «умножить на X», поскольку шкала нелинейная. Однако мы используем общепринятые таблицы пересчета (ASTM E140).

Вот упрощенная таблица «эмпирических правил» для термообработанной стали:

Pro Tip: Если вы видите надпись «60 HRC» на отпечатке,Перестаньте думать о пределе прочности на растяжение. При такой твердости материал практически превращается в стекло. Он не деформируется, а сломается. Сосредоточьтесь на Вязкость разрушения .

«Проблема алюминия»

Именно здесь 50% инженеров допускают ошибку.
не могу использовать $3.45\times HB$ формула для алюминия.

Алюминий ведёт себя иначе. Соотношение между твёрдостью и прочностью у него менее стабильно, поскольку оно сильно зависит от конкретного сплава и термообработки.

Однако для распространенных сплавов, таких как 6061 и 7075, мы можем использовать приблизительные оценки:

• Для серии 6000 (например, 6061-T6):
  

  Предел прочности на разрыв (МПа) ≈ 4.0 × HB (Очень приблизительные значения)
  В реальных условиях: 95 HB ≈ 310 МПа

• Для серии 7000 (например, 7075-T6):
  

  Предел прочности на разрыв (МПа) ≈ 3.75 × HB
  В реальных условиях: 150 HB ≈ 570 МПа

Совет Клайва: Никогда не полагайтесь на пересчет твердости для ответственных алюминиевых конструкций (например, деталей аэрокосмической отрасли). Погрешность слишком велика (+/- 15%). Всегда заказывайте вместе с материалом сертификат производителя (протокол испытаний на растяжение).

Почему ваши показания могут быть неверными (ошибки измерений)

Я видел, как инспектор по качеству забраковал целую партию деталей из-за заниженных показаний твердомера. Оказалось, он проводил неправильный тест.

1. Слой «декарбоксилирования»

При термообработке стали в печи на внешней поверхности (0.1–0.5 мм) может происходить обезуглероживание. Эта пленка мягкая.

• Исправление: Перед проведением теста необходимо сточить не менее 0.5 мм с поверхности. Если вы будете тестировать кожу, получите ложно заниженное показание.

2. Краевой эффект

Если поднести индентор слишком близко к краю детали, металл выгнется вбок, вместо того чтобы сопротивляться усилию.

• Правило: Сохраняйте отступы не менее в 3 раза больше диаметра углубление от края.

3. Предельная толщина

Если деталь слишком тонкая, то на показания влияет наковальня индентора (стол под ней).

• Правило: Материал должен быть как минимум в 10 раза толще чем глубина вмятины. Не пытайтесь измерить толщину фольги по Роквеллу.

Какой тест мне следует использовать? (Виккерса, Бринелля или Роквелла)

Вывод: используйте данные, а не поклоняйтесь им.

Преобразование твердости — это инструмент оценкиЭто не закон физики.
Это фантастический инструмент для быстрой проверки качества («Действительно ли термообработчик обеспечил закалку?»).
Но это не замена для проведения надлежащего испытания на растяжение (ASTM E8), когда речь идет о безопасности.

Если для вашего проекта требуются сертифицированные данные о прочности, сообщите нам об этом. В компании Rapid ПроизводствоМы можем предоставить полные протоколы испытаний материалов (MTR) для каждой партии товара, гарантируя соответствие физических характеристик документам.

Ссылки и стандарты преобразования

1. Стандартные таблицы пересчета:
   • АСТМ Е140. Стандартные таблицы пересчета твердости металлов. Соотношение между твердостью по Бринеллю, твердостью по Виккерсу, твердостью по Роквеллу, поверхностной твердостью, твердостью по Кнупу, твердостью по Склероскопу и твердостью по Либу..
   • Примечание: Это «библия» по переводу единиц измерения. Если у вас возникнут сомнения, обратитесь к таблице 1 в стандарте ASTM E140.
2. Методы измерения твердости:
   • АСТМ Е18. Стандартные методы испытаний твердости металлических материалов по Роквеллу.
   • АСТМ Е10. Стандартный метод определения твердости по Бринеллю металлических материалов.