Где проверить твердость металла

Обновлено: 16.05.2024

Единого общепринятого определения термина «ТВЁРДОСТЬ» не существует поскольку методы определения этой метрологической величины настолько разнообразны, что нет возможности их объединить в одной фразе или описании. При этом даже для одного типа материала (напр. металлов) методов определения твердости существует более 5… Также именно по этой причине приборы для измерения твёрдости именуются не только твердомерами, но и другими названиями, указывающими на метод или материал измерения: дюрометр (для резин), склерометр (для минералов) и т.д.

Лаборатория НТЦ «Эксперт» оказывает услуги по измерению твердости различных деталей. Лаборатория укомплектована твердомерами различных типов и имеет аттестованных специалистов II уровня. По результатам измерений выдается заключение лаборатории неразрушающего контроля или заключение метрологической службы по выбору заказчика. Мы работаем с юридическими и физическими лицами. Проведение работ возможно как лабораторно, так и с выездом.

Твёрдость минералов

Шкала твёрдости минералов Мооса (склерометры царапающие) – метод определения твёрдости минералов путём царапания одного минерала другим минералом для сравнительной диагностики твёрдости минералов между собой по системе мягче-твёрже. Испытываемый минерал либо не царапается другим минералом (эталоном Мооса или склерометром) и тогда его твёрдость по Моосу выше, либо царапается - и тогда его твёрдость по Моосу ниже.

Типы исследуемых материалов:

минералы (природные и искусственные), в т.ч. измеряется твёрдость камней горных пород
бетон и другие строительные материалы: твёрдость искусственных камней, плитки, стекла и др.

Молотки Шмидта (склерометры-молотки) – метод определения твёрдости и прочности на сжатие без разрушения строительный материалов: бетона, кирпичей, строительного раствора и пр. Оценка материалов происходит по предварительно установленной градуировочной зависимости между прочностью эталонных образцов и значением отскока бойка молотка Шмидта от поверхности материала.

бетон
кирпич
строительный раствор
природные камни и горные породы

Твёрдость металлов

Твёрдость металлов – наиболее глубоко изученное и стандартизированное международной практикой измерение твёрдости. Наиболее распространены следующие методы:

Измерение твёрдости металлов по Бринеллю (твердомеры)

Один из старейших методов, твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Обозначается HB, где H — Hardness (твёрдость, англ.), B — Brinell (Бринелль, англ.)

Измерение твёрдости металлов по Роквеллу (твердомеры)

Это самый распространённый из методов начала XX века, твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания металлического шарика или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Обозначается HR, где H — Hardness (твёрдость, англ.), R — Rockwell (Роквелл, англ.), а 3-й буквой идёт обозначение типа шкалы, напр. HRA, HRB, HRC и т.д.

Измерение твёрдости металлов по Виккерсу (твердомеры и микротвердомеры)

Самая широкая по охвату шкала, твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Обозначается HV, где H — Hardness (твёрдость, англ.), V — Vickers (Виккерс, англ.).

Измерение твёрдости металлов по Шору (твердомеры и склероскопы)

Данный метод крайне редко используется, твёрдость определяется по высоте отскока бойка от поверхности. Обозначается HS, где H — Hardness (твёрдость, англ.), S — Shore (Шор, англ.), а 3-й буквой идёт обозначение типа шкалы, напр. HSD

Измерение твёрдости металлов по Либу (твердомеры)

Это самый широко применяемый на сегодня метод в мире, твёрдость определяется как отношение скоростей до и после отскока бойка от поверхности. Обозначается HL, где H — Hardness (твёрдость, англ.), L — Leeb (Либ, англ.), а 3-й буквой идёт обозначение типа датчика, напр. HLD, HLC и т.д.

Твёрдость резины

Определить твердость резины сегодня можно несколькими методами:

Измерение твёрдости резины по Шору (твердомеры и дюрометры)

Самый широко применяемый на сегодня метод в мире, твёрдость резины определяется по глубине проникновения в материал специальной закаленной стальной иглы (индентора) под действием калиброванной пружины. Твёрдость резины обозначается в международной практике как H, где H — Hardness (твёрдость, англ.), а 2-й буквой идёт обозначение типа шкалы, напр. HA, HB, HC, HD и т.д., в практике России пишется как «твёрдость по Шору тип А» или «твёрдость по Шору тип D».

Измерение твёрдости по Аскеру (твердомеры и дюрометры)

Это национальный японский метод, сходный с методом измерения твёрдости резины по Шору, но отличающийся от него типом инденторов, пружин и пр. Твёрдость резины обозначается в международной практике как Asker (Аскер, англ.), а далее идёт обозначение типа шкалы, напр. Asker С, Asker D и т.д. В России не применяется.

Измерение твёрдости по Роквеллу (твердомеры)

В этом случае используется стандартный твердомер Роквелла для измерения твёрдости металлов, но вместо индентора-конуса используются инденторы со стальными шариками. Твёрдость резины обозначается HR, где H — Hardness (твёрдость, англ.), R — Rockwell (Роквелл, англ.), а 3-й буквой идёт обозначение типа шкалы, напр. HRP, HRL, HRM или HRE.

Методы измерения твердости металлов

Существует довольно большое количество различных механических характеристик металла, которые учитываются при производстве различных деталей. Многие из них зависят от химического состава материала, другие от особенностей эксплуатации. Измерение твердости металла проводится чаще других испытаний, так как это качество во многом определяет особенности эксплуатации материала. Рассмотрим особенности определения твердости подробнее.

Понятие твердости

Твердость – свойство материалов, характеризующее способность проникновения одного, более твердого, тела в другое. Также эта характеристика определяет устойчивость к пластической деформации или разрушению поверхностных слоев при оказании сильного давления.

Измеряется показатель в самых различных единицах в зависимости от применяемого метода.

Все методы определения твердости материалов можно разделить на несколько основных групп:

Статические. Подобные методы характеризуются тем, что нагрузка постепенно возрастает. Время выдержки может быть разным — все зависит от особенностей применяемого метода.
Динамические характеризуются тем, что нагрузка на образец подается с определенной кинетической энергией. При этом показатель твердости является менее точным, так как при динамической нагрузке возникает определенная отдача из-за упругости материала. Результаты подобных испытаний зачастую называют твердостью материалов при ударе.
Кинетические основаны на непрерывной регистрации показателей во время проведения испытаний, что позволяет получить не только конечный, но и промежуточный результат. Для этого применяется специальное оборудование.

Измерение твердости инструмента

Кроме этого, классификация методов определения твердости проводится по принципу приложенной нагрузки. Выделяют следующие способы испытания образца:

Вдавливание является на сегодняшний день наиболее распространенным способом определения рассматриваемого показателя.
При отскоке проводится замер того, как высоко боек отлетит от поверхности испытуемого образца. В данном случае просчет твердости проводится по показателю сопротивления упругой деформации. Методы подобного типа довольно часто применяются для контроля качества прокатных валиков и изделий с большими размерами.
Методы, основанные на царапании и резании, сегодня применяются крайне редко. Были они разработаны два столетия назад.

Как правило, в твердомерах есть деталь, которая оказывает воздействие на испытываемую заготовку. Примером можно назвать стальные шарики различного диаметра и алмазные наконечники с формой пирамиды. Некоторые из применяемых на сегодняшний день методов рассмотрим подробнее.

Измерение твердости по Бринеллю

Чаще всего проводится измерение твердости по Бринеллю. Этот метод регламентирован ГОСТ 9012. К особенностям испытания металлов и сплавов подобным методом можно отнести следующие моменты:

В качестве тела, которое будет оказывать воздействие на испытуемый образец, используется стальной шарик.
Для тестирования применяется шарик с определенным диаметром, который изготавливается из закаленной стали. К нему прилагается постоянно нарастающая нагрузка.
Главным условие применения этого метода тестирования металлов и сплавов является то, что шарик должен изготавливается из более твердого материала, чем испытуемый образец.
После завершения теста проводится измерение полученного отпечатка на поверхности.
Данный способ позволяет получить данные, которые указываются в HB. Именно это обозначение сегодня встречается чаще других в различной справочной документации.
Для удобства применения данного способа были созданы специальные таблицы, которые основаны на зависимости диаметрального размера шарика, твердости и полученного отпечатка.

Измерение по методу Бринеллю

Стоит учитывать, что по Бринеллю не рекомендуется тестировать стали и сплавы, твердость которых превышает значение 450HB. Цветные металлы должны обладать показателем ниже 200 HB.

Измерение твердости по Виккерсу

Также выделяют метод измерения твердости по Виккерсу, который регламентирован ГОСТ 2999. Получил он распространение при определении твердости деталей и заготовок, который имеют небольшую толщину. Кроме этого, он может применяться для измерения твердости деталей, имеющих поверхностный твердый слой.

К особенностям этого способа тестирования образца можно отнести нижеприведенные моменты:

Применяется так называемый алмазный наконечник, который имеет форму пирамиды с четырьмя гранями и равными сторонами.
Выбирается определенное время выдержки.
После того, как снимается нагрузка, проводится измерение размеров диагоналей получившегося отпечатка и вычисляется среднее арифметическое значение.
Величина прилагаемой нагрузки регламентирована, может выбираться в зависимости от типа тестируемого материала.
Полученные результаты в ходе проведения исследований обозначаются HV.

В некоторых случаях после полученного значения указывается время выдержки и величина прилагаемой нагрузки, что позволяет с большей точностью определить значение твердости.

Измерение твердости по Роквеллу

Данный метод регламентируется ГОСТ 9013. Для его проведения используется специальный прибор для измерения твердости, который позволяет создать две последовательные нагрузки, прилагаемые к поверхности образца. К особенностям проведения подобного теста можно отнести:

Сначала оказывается предварительная нагрузка, после чего добавляется вторая.
После выдержки под общей нагрузкой в течении 3-5 секунд вторая снимается, проводится замер глубины отпечатка, затем снимается предварительная нагрузка.
Измерение полученных данных проводится в условных единицах, которые равны осевому смещению индикатора на 0,002.
Определяется число твердости по Роквеллу по специальной шкале прибора.
Форма применяемого индикатора может существенно отличаться. Именно поэтому было введено несколько типов измерительных шкал, которые соответствуют определенной форме индикатора.
Для обозначения полученной величины могут применяться обозначения HIRA, HRC, HRB. Они соответствуют форме применяемого индикатора и шкалы обозначения.

Принцип измерения твердости по Роквеллу

В качестве индикатора могут использоваться стальной шарик и два алмазных конуса различного размера. Этот метод измерения твердости закаленных деталей проводится только при применении алмазного конуса меньшего размера, предварительная оказываемая нагрузка составляет 10 кгс, основная 50 кгс. За счет предварительной нагрузки исключается вероятность того, что из-за упругости материала полученные значения будут менее точными. Кроме этого, предварительная нагрузка позволяет проводить измерение твердости металлов и сплавов, которые прошли предварительную термическую обработку.

Измерение твердости по Шору

Метод определения твердости по Шору применяется для тестирования прокатных валиков на момент их изготовления. Кроме этого, проверка рассматриваемого показателя может проводиться при эксплуатации валиков на прокатных станках, так как из-за оказываемого воздействия структура металла может изменяться, ухудшая эксплуатационные качества. Регламентирован метод Шора ГОСТ 23273.

Шкала твердости по Шору

Рассматривая измерение твердости по Шору, следует отметить следующие моменты:

В отличие от предыдущих способов, рассматриваемый основан на свободном падении алмазного индикатора на тестируемую поверхность с определенной высоты. Для тестирования применяется специальное оборудование, которое позволяет фиксировать точно высоту отскока.
Масса применяемого бойка с алмазным наконечником составляет 36 грамм. Этот показатель важен, так как учитывается при проводимых расчетах.
Твердость определяется по высоте отскока, измерение проводится в условных единицах. Падение образца на поверхность происходит с образованием небольшого углубления, а упругость приводит к обратному отскоку. Этот метод хорош тем, что позволяет проводить тестирование образцов, которые прошли предварительную термическую обработку. При постепенном вдавливании возникающая нагрузка может стать причиной деформирования используемого наконечника или шарика. В этом случае вероятность их деформации весьма мала.
За 100 единиц твердости в этом случае принято считать высоту отскока 13,6 мм с возможностью небольшого отклонения в большую или меньшую сторону. Этот показатель можно получить при тестировании углеродистой стали, прошедшей процесс закалки. В качестве обозначения применяется аббревиатура HSD.

Сегодня этот способ измерения твердости применяется довольно редко из-за высокой погрешности и сложности замера высоты отскока байка от тестируемой поверхности.

Как ранее было отмечено, существует довольно большое количество методов измерения рассматриваемого показателя. Однако из-за сложности проведения тестов и большой погрешности многие уже не применяются.

В некоторых случаях проводится тестирование на микротвердость. Для измерения этого показателя прилагается статическая нагрузка к телу с формой пирамиды, и оно входит в испытуемые образец. Время выдержки может варьироваться в большом диапазоне. Показатель вычисляется примерно так же, как при методе Виккерса.

Соотношение значений твердости

При выборе метода измерения твердости поверхности следует учитывать, что между полученными данными нет никакой связи. Другими словами, выполнить точный перевод одной единицы измерения в другую нельзя. Применяемые таблицы зависимости не имеют физического смысла, так как они эмпирические. Отсутствие зависимости также можно связать с тем, что при тестировании применяется разная нагрузка, различные формы наконечников.

Существующие таблицы следует применять с большой осторожностью, так как они дают только приблизительные результаты. В некоторых случаях рассматриваемый перевод может оказаться весьма точным, что связано с близкими физико-механическими свойствами испытуемых металлов.

В заключение отметим, что значение твердости связано со многими другими механическими свойствами, к примеру, прочностью, упругостью и пластичностью. Поэтому для определения основных свойств металла довольно часто проводят измерение именно твердости. Однако прямой зависимости между всеми механическими свойствами металлов и сплавов нет, что следует учитывать при проведении измерений.

Металлы обладают достаточно большим количеством физико-механических свойств, которые следует учитывать при их использовании для изготовления различных изделий. Твердость – способность одного материала препятствовать проникновению в него другого, более твердого. Для измерения этого показателя были разработаны самые различные методики тестирования. Часто проводится измерение твердости по Роквеллу (HRC). Этот метод имеет довольно большое количество особенностей, о которых далее поговорим подробнее.

Измерение твердости по Роквеллу

Методика измерения

Метод определения твердости металла по Роквеллу применяется в случае, когда нужно протестировать заготовку небольшой толщины. Кроме этого, подобным образом проверяется твердость поверхностного слоя изделия, к примеру, прошедшего закалку или процесс цементирования.

Проводится определение твердости металлов методом Роквелла следующим образом:

Метод основан на вдавливании более твердого объекта в испытуемый. Для этого используется специальный алмазный наконечник, который имеет форму правильной пирамиды.
Нагрузка прикладывается к наконечнику на протяжении определенного времени. При этом время выдержки и величина нагрузки могут существенно различаться. Согласно установленным стандартам в ГОСТ 9013-59, нагрузка может быть от 1 до 100 кгс. При этом уточняются конкретные значения из этого промежутка.
Полученные отпечатки алмазного конуса измеряются. Наиболее важными показателями в этом случае можно назвать размер диагоналей оставшегося отпечатка.

Полученные данные сверяются с табличными значениями, в которых учитывается величина приложенной силы и время выдержки. Рассматриваемая методика позволяет получить показатель твердости в своих условных единицах.

Процесс измерения можно разделить на несколько этапов:

Определяется тип шкалы.
Устанавливается подходящий индикатор. Важно выбрать индикатор, который будет соответствовать типу установленной шкалы.
Проводится два пробных теста, которые необходимы для корректирования работы применяемого оборудования.
Прикладывается предварительная нагрузка, равная 10 кгс.
Прикладывается основная нагрузка и выдерживается определенный период, который позволяет получить максимальное значение.
Убирается нагрузка и считывается полученный результат.

Современное оборудование позволяет существенно упростить процесс и повысить точность получаемых результатов в ходе проводимых измерений.

Шкалы твердости

Мера твердости по Роквеллу обозначается HRC. За время проведения тестирования различных металлов было разработано 11 шкал, которые отличаются по соотношению геометрических размеров наконечника и прилагаемой нагрузки. Стоит учитывать, что сегодня в качестве вдавливаемого тела сегодня используются не только алмазные наконечники. Распространение получили:

сферы, изготавливаемые из закаленной стали;
шарики из сплава карбида и вольфрама.

Обозначение проводится с использованием заглавных букв латинского алфавита.

Шкалы для определения твердости по Роквеллу

Прочему так важно учитывать тип применяемой шкалы? Причин довольно много:

От нее зависит вид вдавливаемого индикатора. При этом есть определенная связь между геометрической формой и размерами индикатора и получаемыми данными.
У каждого типа вдавливаемого объекта есть свое ограничение по показателю максимальной нагрузки.

Получаемые результаты важны при изготовлении подшипников и прочих ответственных элементов, используемых при создании автомобилей или авиатехники. Размерность твердости, определяемой по Роквеллу, учитывается и при выборе изделий из закаленной стали.

Оборудование для проведения измерения

На момент разработки рассматриваемой методики измерения твердости специального оборудования не было. После того, как в машиностроительной и других областях промышленности установили важность этой физико-механической характеристики, было разработано специальное оборудование, которое основано также на вдавливании шарика или конуса в тестируемый объект. Современное оборудование позволяет с высокой точностью контролировать величину прилагаемой силы и времени выдержки. Твердомером измеряется твердость, как правило, небольших объектов, являющимися образцами получаемой заготовки. Это связано с весьма компактными размерами большинства моделей рассматриваемых устройств.

К особенностям применяемого оборудования можно отнести нижеприведенные моменты:

Испытуемый образец, как правило, располагается на столике.
Алмазный наконечник опускается с помощью грузового рычага.
Важным моментом является то, что наконечник опускается плавно. Это достигается при применении рукоятки с масленым амортизатором.
Время выдержки применимой нагрузки зависит от размеров испытуемого образца. Как правило, показатель составляет 3-6 секунд. Сила воздействия определяется также величиной заготовки.
Важные параметры вводятся при помощи специального пульта программирования. За счет того, что контроль прилагаемой силы и время выдержки проводит оборудование, точность получаемых результатов довольно высока.

Рассматриваемое оборудование производится достаточно большим количеством различных компаний. При этом стоимость предложения может колебаться в достаточно большом диапазоне.

Преимущества и недостатки метода

Каждый метод вычисления твердости поверхности обладает своими определенными достоинствами и недостатками. Принято считать, что испытание на твердость по Роквеллу и Бринеллю являются основными, так как позволяют получить наиболее точный результат.

К достоинствам метода измерения твердости по Роквеллу HRC можно отнести нижеприведенные моменты:

Технология определяет возможность тестирования поверхностей с повышенной твердостью.
При тестировании поверхность повреждается несущественно, что позволяет исследовать уже готовые изделия.
Существенно упрощается процесс расчетов показателя твердости, так как нет необходимости в замере диаметра получаемого отпечатка после снятия прилагаемой нагрузки.
На проведение измерений по Роквеллу уходит всего несколько секунд.

Однако есть и несколько существенных недостатков, которые также нужно учитывать:

В сравнении с методом по Бринеллю, получаемый результат не так точен.
Для повышения точности проводимых измерений следует тщательно подготовить поверхность.

Несмотря на то, что получаемые результаты могут иметь достаточно высокую погрешность, этот метод получил широкое распространение в машиностроительной и других отраслях промышленности, так как на тестирование уходит мало времени.

Показатель твердости зависит от достаточно большого количества моментов, к примеру, химического состава. Кроме этого, металлы могут улучшаться закалкой и другими видами термической обработки. Сегодня можно встретить довольно много методической литературы с таблицами, в которых указывается твердость для распространенных материалов. Принимаются эти значения зачастую при выполнении расчетов или проектировании.

Твердость некоторых материалов, получаемая при проведении тестов по Роквеллу, сравнивается с соответствующим показателем алмаза. Этот материал считается одним из самых твердых. Поэтому твердость алмаза по Роквеллу составляет 100 HRC. Аналогичные показатели стекла и вольфрама будут существенно ниже.

На точность проводимых измерений может оказывать влияние:

Толщина испытуемого образца. Согласно принятым нормам при проникновении алмазного наконечника на 0,2 мм толщина испытуемого образца должна быть не меньше 2 см. В противном случае, полученные данные будут считаться искаженными.
Если один образец применяется для проведения нескольких тестов, то расстояние между отпечатками должно быть не менее трех их диаметров. Соблюдение этого правила также позволяет получить более точные результаты.
Результаты на циферблате могут отличаться в зависимости от положения исследователя. Повторные тестирования должны проводиться с одной точки обзора, иначе полученные результаты могут отличаться.

В заключение отметим, что сегодня подобные исследования проводятся все реже. Это связано с тем, что при изготовлении заготовок достигают высокой точности химического состава и физико-механических свойств. Поэтому каждой марке металла соответствует определенный показатель твердости по Роквеллу. Измерения зачастую проводятся после выполнения химико-термической обработки, когда от соблюдения применяемой технологии зависит конечный результат.

Измерение твердости металлов и сплавов

Измерение твердости металла — одно из наиболее распространенных испытаний при определении механических характеристик материала. Для определения твердости в металлическую поверхность вдавливают другое тело — индентор – которое может иметь вид шарика из карбида вольфрама, алмазного конуса, алмазной пирамиды.

ТМ — это свойство материала оказывать сопротивление при проникновении в него другого физического тела. Измерение ТМ дает возможность определить соответствие фактических механических свойств материала, заявленным в технической документации.

После вдавливания измеряется диаметр вмятины, образованной на поверхности. По размеру деформации на основе определенных формул определяется твердость. Существует несколько технологий измерения твердости. Современные измерительные приборы и программное обеспечение может автоматически конвертировать результаты из одной шкалы в другую.

Способы контроля твердости металлов совершенствовались по мере развития технологий. Основные из них, использующиеся на производствах:

Впрессовывание наконечника динамическое. С помощью удара идет нагрузка. Этот способ определения называют: мятник Герберта, пружинное устройство Баумана и Шоппера, твердометр с маятником Кузнецова, способ Польди, Мартеля.
Индентор вдавливают с помощью нагрузки статического характера. Это значит, что давление на металлы идет плавно. Этот способ носит имя: Супер-Роквелл, Hertzа, монотрон Шора, Бриннеля, Виккерса, Лудвика, М. С. Дрозда.
Микротвердость измеряют при помощи статического вдавливания. Метод носит имя: Петерса, Хрущева, Алехина, Липса, Скворцова, Берковича, Терновского, Цейсса-Ганеманна.
Замеряют твердость с помощью царапания. Способ носит названия: склерометр О’Нейля, Мооса, прибор мартенса, Берковича, Хенкинса, микрохарактеризатор Бирбаума.
Способ отскока упругого бойка. Используют склероскоп Шора.

Из числа всех способов, преимущественно используются такие методы определения твердости:

По Бринеллю — во время измерений твердости в исследуемый образец вдавливается стальной шарик. Учитывается диаметр индентора и оказываемая нагрузка. Измеряется отпечаток, который образовался на поверхности.
По Роквеллу — индентором при измерениях твердости служит или шарик из закаленной стали, или алмазный конус. Измеряется не площадь оставленного отпечатка, а глубина его проникновения внутрь исследуемой детали.
По Виккерсу — определяют твердость путем вдавливания алмазной пирамиды с четырьмя гранями. Угол граней пирамиды составляет 136о. Замеряется диагональ образованного отпечатка.

С помощью воздействия индентора на материал, узнают определенные свойства металла (твердость и не только). Царапанье определяет устойчивость к разрушению. Отскок измеряет свойства упругости. Возможность противостоять пластической деформации измеряет вдавливание.

Способов определения твердости– более 15. Но не все они используются на практике. Большая их часть не применяется. Специалисты же собрали самые распространенные методы чтобы замерить твердость и условно разделили их на 2 категории: косвенную и прямую.

Цена на измерение твердости металлов и сплавов

В основе данных способов замерить твердость лежит способность металла оказывать сопротивление внедрению индентора. Последний – это более твердое тело, чем испытуемое сырье. Инденторы производят в форме пирамиды либо конуса. Материал изготовления – алмаз. Иногда делают его в виде шара. Но для сырья используют карбид вольфрама либо закаленную сталь.

Методы прямого определения твердости используют преимущественно стационарные твердомеры. Используют следующие шкалы:

Супер-Роквелл (HRT, HRN).
Бриннеля (НВ).
Виккерса (HV).
Роквелла (HRB, HRA, HRS).

Суть исследования твердости состоит в том, что после использования индентора с заданной нагрузкой статического характера, происходит деформация материала. На его поверхности остается след.

Последующее вычисление на твердость проходит при сравнении оказанного усилия и конкретных видимых параметров отпечатка индентора на поверхности. Для каждого метода есть определенная зависимость. Например, в способе по Роквеллу замеряется глубина следа. Чем меньше этот показатель, тем выше твердость металла.

Достоинства прямых методов исследования твердости:

Стационарные измерители твердости используют для оценки любого сплава и металла.
Погрешность в результате мала.
Калибровка дополнительная не нужна.

Нет мобильности. Работать с твердомерами можно только в определенном оборудованном месте.
Для работы нужна предварительная подготовка. Для нее готовят образцы либо придает исследуемому объекту нужный размер.
Скорость исследования низкая.

Для правильного контроля твердости нужен квалифицированный оператор. Только специалист сможет провести процедуру верно.

Стандартные прямые методы исследования твердости с помощью внедрения индентора под влиянием статической нагрузки
Способ	Индентор	Шкала твердости	Где применим (для каких металлов)
Бринелля	Шарик из твердого сплава. Его диаметр: 2, 10, 1, 5 или 2,5 мм.	НВ	Стали закаленные и незакаленные, свинец, медь, олово, чугун, титан, алюминий. Подшипниковые сплавы. Сплавы на основе кобальта, никеля, т. е. все высокопрочные, с твердостью.
Роквелла	Шарик из твердого сплава диаметром 1,588 мм или 1/16 дюйма.	HRB	Низкоуглеродистые стали. Сплавы: медные, алюминиевые. Бронза и чугун ковкий.
	Конус алмазный с углом при вершине 120 градусов.	HRA	Стали: жаропрочные и устойчивые к коррозии.
	Конус алмазный с углом при вершине 120 градусов.	HRC	Стали высокоуглеродистые после химико-термической или термической обработки.
Супер-Роквелла	Два варианта. Шарик из твердого сплава диаметром 1,588 мм или 1/16 дюймов. Конус алмазный, 120 градусов при вершине.	HRN HRT	Малоразмерные тонкие образцов металлов, сплавы из алюминия, предметы с поверхностными упрочненными слоями.
Виккерса	Форма – пирамида с 4 гранями правильной формы. Материал изготовления – алмазный. Угол между противоположными гранями 136 градусов.	HV	Чугун, незакаленные и закаленные типы стали, а также высокопрочные металлы. Литье, материалы листовые тонкие. Пригодны поверхности с гальваническим покрытием (хромирование или цинкование). Металлы с луженым слоем разной толщины или азотированном покрытием.
Микро-Виккерса		HV	Металлы с закаленными тонкими слоями. Детали азотированные, анодированные, цементирование. Объекты с покрытием гальваническим. Материалы из высокопрочных сплавов и металлов. Тонкие листы стали.

Косвенные и ультразвуковые

В эту группу входят динамический и ультразвуковой методы измерения твердости. Их отличие – оценка твердости металла происходит в сравнении с рядом физических свойств, а не напрямую.

Исследования в косвенных методах проводят с помощью портативных твердомеров:

Результаты анализа выдают в наиболее популярных единицах твердости:

Бриннель (НВ).
Роквелл С (HRC).
Виккрес (HV).

Часть приборов выдает показания в следующих единицах:

При желании можно найти твердомеры и с иными способами измерения.

Ультразвуковой способ замера на твердость включает использование контактного УЗ импеданса. В основе метода лежит фиксация уровня угасания резонансной частоты, отслеживающей колебания стержня из металла с наконечником из алмаза (индентор). Его внедряют в поверхность исследуемого объекта.

Когда индентор внедряют глубоко в металл мягкой текстуры, площадь контакта алмаза с объектом будет немалая. Значит, степень угасания частоты колебаний будет выше. Этот метод пригоден для работы с предметами любого размера, формы или веса. После исследования на твердость следов на поверхности не остается.

Пригоден для изучения упрочненных поверхностных слоев. Достоинство в том, что способ замера на твердость применим к анализу деталей сложной конструкции. К ним относят:

Метизы.
Подшипники.
Шестерни.

Также используется способ для работы с чугуном или бронзой. Металл с крупнозернистой структурой не помеха для исследования.

Метод Либа, динамический

В структуре замеров твердости металлов лежит подсчет отношения скорости бойка в момент отскока от изучаемого объекта. Сопоставляют показатель со скоростью бойка в период соударения. Роль бойка выполняет шарик из твердого сплава. Обычно используют карбид вольфрам WC-Co.

Твердость металла действует на формирование отпечатка. Чем она ниже, тем больше уходит энергии на удар и меньше скорость отскока бойка.

Сильные стороны метода, чтобы измерить металлы:

Измеряют предметы с шероховатой поверхностью.
Можно изучать детали из закаленного слоя либо с существенной толщиной.
Можно исследовать крупный металл.

К недостаткам относят высокую погрешность показателей твердости. Ее показатель больше, чем у приборов стационарного использования. Поэтому часто необходимо делать дополнительную калибровку шкал.

Соотношение показаний твердости

При сравнении показателей твердости (полученных любыми методами) между собой со свойствами механического характера материалов, стоит помнить, что таблицы или зависимости эмпирические.

Ведь при вдавливании разных инденторов с любой нагрузкой на металлы, твердость вычисляют при абсолютно разных напряженных состояний объектов. Даже если использовать один способ, значение будет зависеть от нагрузки. При малом воздействии показатели твердости выходят более высокими.

Общие условия для проведения исследования

Правила анализа на твердость:

Исходя из методики исследования, поверхность предмета подготавливают.
Материальной константой в исследовании выступает показатель твердости для однородного предмета при стабильной температуре.
Исключают смещение предмета в период испытания. Материал плотно фиксируют.

Чтобы избежать сильной погрешности показателя твердости, исследуемые металлы тщательно подготавливают.

Компания «Прометей» оказывает услуги по измерению ТМ в готовых изделиях и предоставленных образцах. В нашей тестовой лаборатории есть современное оборудование для выполнения замеров по разным методам. Мы гарантируем достоверность и быстроту исследования.

Калькулятор расчета

Мы уже сотрудничаем с компаниями в Ленинградской, Тульской, Московской, Мурманской областях, а также следующих городов России:

Москва
Нижний Новгород
Чехов
Лахденпохья
Дзержинск

Санкт-Петербург
Новороссийск
Тольятти
Сортавала
Владивосток

Читайте также: