Приложение А.2 (обязательное). Перевод значений НК в значения HRC и оценка содержания углерода

Приложение А.2
(обязательное)

Перевод значений НК в значения HRC и оценка содержания углерода

А.2.1 Перевод твердости по Кнупу в твердость по шкале С Роквелла

А.2.1.1 В стандарте ASTM А 370 приведен перевод твердости по Кнупу (HK) в твердость по шкале С Роквелла (HRC) для полного интервала значений HRC, используемого для сталей. Эти переводные значения HRC даны для значений твердости по Кнупу, полученных при нагрузках 500 г и выше. При измерении твердости по Кнупу с уменьшением нагрузки ниже 500 г точность перевода полученных значений в HRC становится более низкой.

А.2.1.2 Нанесение этих данных на график, построенный в полулогарифмических координатах (HK на логарифмической шкале, a HRC на линейной шкале), показывает линейную зависимость для значений твердости 360 HK и 36 HRC. Линейный регрессионный анализ для этой области переводных значений показывает следующую зависимость:

HRC (переводная) = (77,6 lg HK) - 162,2,

(А.2.1)

где коэффициент корреляции равен 0,999908. При использовании этой формулы точность определения HRC находится в пределах 0,17 единиц HRC для интервала 360 - 870 HK и в пределах 0,10 HRC - для интервала 495 - 870 НК. Столь незначительная степень ошибки значительно меньше ошибок, связанных с измерением значений HK или интерполяцией между значениями, приведенными на номограмме, и не должна оказывать существенного влияния на разницу в переводных значениях HRC для различных полос. Приведенное выше выражение легко использовать для расчетов с помощью обычного калькулятора.

А.2.1.3 Поскольку зависимость между lg HK и HRC при значениях HK ниже 360 не является линейной, использование выражения (А.2.1) для значений 360 HK будет приводить к получению более высоких значений HRC.

А.2.1.4 Для значений твердости по Кнупу (при нагрузке 500 г) ниже 360 HK можно использовать следующее выражение для получения эквивалентных значений HRC:

HRC (переводная) = (103,76 lg HK) - 228,7.

(A.2.2)

Это выражение позволяет предсказать значения, приведенные в стандарте АСТМ А 370 с точностью 0,29 HRC в интервале 342 - 251 HK. Коэффициент корреляции составляет 0,999448.

А.2.2 Оценка содержания углерода на основании твердости в закаленном состоянии

А.2.2.1 Для углеродистых и легированных сталей с содержанием углерода от 0,10% до 0,65% существует прямая зависимость между твердостью мартенсита закалки и содержанием углерода. Исследования закаливаемости показали такую зависимость для полностью мартенситных микроструктур в сталях, быстро охлажденных с определенных температур аустенитизации. График таких данных, построенный в стандартных прямоугольных координатах, показывает два линейных участка, наклон которых изменяется при 58 HRC (0,44% С).

А.2.2.2 Линейный регрессионный анализ значений твердости после закалки от 38 до 58 HRC (0,10% - 0,44% С) дает следующую корреляционную зависимость

% С = (0,0167 HRC) - 0,539

(А.2.3)

с коэффициентом корреляции 0,9985.

Для значений твердости после закалки 58 - 64 HRC (0,44% - 0,65% С) была получена следующая корреляционная зависимость:

% С = (0,0358 HRC) - 1,639

(А.2.4)

с коэффициентом корреляции 0,9836.

А.2.2.3 Для иллюстрации использования этой зависимости был проведен анализ данных для образца из стали AISI 1547 (рисунок А.1.16) с целью прогнозирования содержания углерода в матрице и ликвационной полоске. Этот образец был в состоянии после закалки, и при измерении его твердости по Кнупу (при нагрузке 500 г) были получены значения 744,5 в светло травящейся полоске и 688,8 в матрице. Используя выражение (А.2.2), при переводе этих значений HK в значения HRC получают 62,0 HRC для полоски и 58,0 HRC для матрицы.

А.2.2.4 Используя выражение (А.2.4), было определено содержание углерода в матрице 0,44% и в светло травящейся полоске - 0,58%. Следует отметить, что значение твердости 58 HRC соответствует точке перегиба между двумя линейными участками зависимости HRC от массовой доли углерода. Если для прогнозирования содержания углерода в матрице использовать выражение (А.2.3), то получим 0,43% С. Экспериментальные данные по закаливаемости показывают, что твердость 58 HRC после закалки наблюдается в сталях с содержанием углерода от 0,43% до 0,45%. Таким образом, существует узкий интервал неопределенности в прогнозировании содержания углерода (около 0,01% С), особенно при содержаниях углерода 0,44% и выше. Однако эта степень неопределенности не является чрезмерной и меньше ошибки, которая может быть получена при использовании методов микроанализа. Описанный метод применим только для сталей в состоянии после закалки с полностью мартенситной структурой (в высокоуглеродистых сталях будет присутствовать незначительное количество остаточного аустенита) с массовой долей углерода от 0,10% до 0,65%.

Примечание - Имеются достаточно существенные расхождения в опубликованных зависимостях между содержанием углерода и HRC для 100%-ного мартенсита.