Измерение твердости металла неразрушающий контроль
Обновлено: 20.05.2024
ГОСТ Р 8.904-2015
(ИСО 14577-2:2015)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственная система обеспечения единства измерений
ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ И ДРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ ПРИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОМ ИНДЕНТИРОВАНИИ
Поверка и калибровка твердомеров
State system for ensuring the uniformity of measurements. Metallic materials. Instrumented indentation test for hardness and materials parameters. Part 2. Verification and calibration of testing machines
* По данным официального сайта Росстандарта ОКС 17.020,
здесь и далее. - Примечание изготовителя базы данных.
Дата введения 2016-10-01
1 ПОДГОТОВЛЕН Всероссийским научно-исследовательским институтом физико-технических и радиотехнических измерений Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии на основе собственного аутентичного перевода на русский язык англоязычной версии международного стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 206 "Эталоны и поверочные схемы", ПК 206.2 "Эталоны и поверочные схемы в области измерений механических величин"
4 Настоящий стандарт модифицирован по отношению к международному стандарту ИСО 14577-2:2015* "Материалы металлические. Определение твердости и других параметров материалов методом инструментального индентирования. Часть 2. Поверка и калибровка твердомеров" (ISO 14577-2:2015 "Metallic materials - Instrumented indentation test for hardness and materials parameters - Part 2: Verification and calibration of testing machines", MOD).
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.
При этом дополнительные слова (фразы, показатели, их значения), включенные в текст стандарта для учета потребностей экономики Российской Федерации и особенностей российской национальной стандартизации, выделены подчеркиванием сплошной горизонтальной линией.
Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (подраздел 3.5)
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Введение
Под инструментальным индентированием понимается процесс, управляемый специальной испытательной установкой, при котором происходит непрерывное внедрение наконечника (алмазная пирамида Берковича, Виккерса, твердосплавный шарик и т.д.) в испытуемый образец под действием плавно возрастающей нагрузки с последующим ее снятием и регистрацией зависимости перемещения наконечника от нагрузки.
Твердость обычно определяют как сопротивление материала вдавливанию другого, более твердого материала. Результаты, полученные при определении твердости по Роквеллу, Виккерсу и Бринеллю, определяют после снятия испытательной нагрузки. Поэтому влияние упругой деформации материала под воздействием наконечника (индентора) не учитывается.
Настоящий стандарт подготовлен для обеспечения возможности определения твердости и других механических характеристик материала путем совместного измерения нагрузки и перемещения наконечника во время индентирования. Прослеживая полный цикл нагружения и снятия испытательной нагрузки, можно определить значения твердости, эквивалентные значениям, измеренным классическими методами измерения твердости. Также этот метод позволяет определить дополнительные свойства материала, такие как его модуль упругости индентирования и упругопластическую твердость. Эти значения можно вычислить без оптического измерения отпечатка.
Стандарт разработан для обеспечения возможности получения характеристик материалов путем проведения анализа данных после испытаний.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает методику поверки и калибровки твердомеров, предназначенных для измерения твердости по шкалам Мартенса и шкалам индентирования в соответствии с ГОСТ Р 8.748.
В ней описываются метод поэлементной поверки и поверки по эталонным мерам твердости. Устанавливается требование к применению метода поверки по мерам твердости в дополнение к поэлементному методу поверки, а также для периодической контрольной проверки твердомера во время эксплуатации.
Данный стандарт применим также к портативным твердомерам.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ Р ИСО 6507-1-2007 Металлы и сплавы. Измерение твердости по Виккерсу. Часть 1. Метод измерения
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Общие условия
3.1 Подготовка
Твердомер должен быть сконструирован таким образом, чтобы его можно было поверять (калибровать). Перед поверкой (калибровкой) необходимо проверить соблюдение условий, изложенных в 3.2-3.4.
3.2 Твердомер
Твердомер должен быть настроен для эксплуатации в соответствии с требованиями Руководства по эксплуатации и должен быть установлен в условиях окружающей среды, отвечающих требованиям данного стандарта, ГОСТ Р 8.748 и, где применимо, [1]. Твердомер должен быть защищен от вибраций. Для испытаний в микро- и нанодиапазонах твердомер должен быть также защищен от потоков воздуха и колебаний температуры.
Влияние факторов окружающей среды на данные может быть оценено путем выполнения индентирования при малой нагрузке (например, эквивалентной обычной нагрузке при начальном контакте) на эталонной мере твердости и анализа перемещения наконечника с течением времени. Непостоянство нагрузки - это жесткость контакта (получаемая из кривой снятия нагрузки), умноженная на среднее квадратическое отклонение (СКО) измерения перемещения после вычета какого-либо фонового дрейфа в среднем перемещении. Эти неопределенности затем должны быть включены в суммарную стандартную неопределенность измерений, рассчитываемую в соответствии с ГОСТ Р 8.748.
3.3 Наконечник
Для того чтобы получить хорошую повторяемость результатов измерений, держатель наконечника должен быть жестко закреплен в твердомере.
Держатель наконечника должен быть сконструирован таким образом, чтобы его вклад в общую податливость был минимальным (приложение А). Для корректных измерений твердости при глубинах внедрения меньше 6 мкм необходимо определять функцию площади поверхности или площади поперечного сечения наконечника (приложение В).
3.4 Приложение испытательной нагрузки
Приложение и снятие нагрузки должно производиться без ударов или вибраций, которые могут значительно повлиять на результаты измерений. Должна быть возможной проверка устройства приложения нагрузки, выдержки и снятия испытательной нагрузки.
3.5 Проверка работоспособности твердомера
Проверка работоспособности твердомера проводится по эталонным мерам твердости, например проверку можно проводить согласно приложению С.
4 Поэлементная поверка и калибровка твердомера
4.1 Общие положения
4.1.1 Поэлементная поверка и калибровка должна выполняться при постоянной температуре эксплуатации (23±5)°С. Для определения достоверности калибровочных значений как функции температуры поэлементную калибровку следует проводить в подходящих точках этого диапазона. При необходимости могут быть определены поправочная функция калибровки или набор калибровочных значений, достоверных при определенных значениях рабочей температуры.
4.1.2 Средства измерений, используемые для поэлементной поверки, должны быть поверены. Средства измерений, используемые для поэлементной калибровки, должны иметь прослеживаемость к национальным эталонам.
4.1.3 Поэлементная поверка (калибровка) включает:
а) подтверждение соответствия прикладываемой и снятой нагрузки требованиям 4.2 (определение отклонения прикладываемых нагрузок от номинальных);
б) подтверждение соответствия показаний устройства для измерения перемещения наконечника требованиям 4.3 (определение отклонений измеряемых перемещений от номинальных);
в) подтверждение соответствия значения податливости твердомера требованиям 4.4 (определение податливости твердомера);
г) подтверждение соответствия геометрических параметров наконечника требованиям 4.5 (определение геометрических параметров наконечника);
д) подтверждение соответствия функции площади наконечника требованиям 4.6, если глубина индентирования менее 6 мкм;
е) определение временных интервалов цикла измерений.
4.2 Подтверждение соответствия приложенной и снятой нагрузки
4.2.1 Нагрузка должна измеряться следующими методами, например:
- посредством устройства для измерения нагрузки класса 1 или выше по стандарту [2];
- посредством уравновешивания нагрузкой, определенной с погрешностью ±0,2%, прилагаемой с помощью поверенных (калиброванных) грузов;
- посредством электронных весов с точностью измерений 0,1% максимальной испытательной нагрузки или 10 мкН для нанодиапазона.
4.2.2 Каждый используемый диапазон нагрузок должен быть проверен (измерен) во всем диапазоне нагрузок как при приложении, так и при снятии испытательной нагрузки. Должно быть проверено (измерено) минимум 16 значений нагрузок, равномерно распределенных в диапазоне приложения нагрузки, т.е. 16 значений нагрузок во время приложения силы и 16 значений нагрузок во время снятия силы. Эта процедура должна повторяться не менее трех раз, после этого вычисляется среднее арифметическое значение нагрузки из трех результатов измерений для каждой точки при нагружении и разгружении.
При проверке соответствия прикладываемой и снимаемой нагрузки разность между максимальным и минимальным значениями измеренной нагрузки не должна превышать половину предела допустимого отклонения, указанного в таблице 1.
Для каждой серии из трех измерений нагрузки разность между средним из измеренных значений испытательной нагрузки и номинальной нагрузкой должна находиться в пределах допустимых отклонений, указанных в таблице 1.
4.2.3 Если нагрузка, прикладываемая или снимаемая нагружающим устройством твердомера, не удовлетворяет требованиям таблицы 1, то твердомер считается непригодным к эксплуатации.
Таблица 1 - Допустимые отклонения значений испытательной нагрузки
Диапазон испытательной нагрузки (F), Н
Пределы допустимых отклонений, %
Для нанодиапазона (ГОСТ Р 8.748) рекомендуется допустимое отклонение ±1%.
4.3 Подтверждение соответствия устройства измерения перемещения наконечника в твердомере
4.3.1 Требуемое разрешение системы для измерения перемещения наконечника зависит от значения наименьшей измеряемой глубины индентирования. Для микродиапазона оно составляет 0,2 мкм; для макродиапазона 2 мкм.
Шкала прибора для измерения перемещения должна быть отградуирована таким образом, чтобы позволяла проводить измерения глубины индентирования с разрешением, указанным в таблице 2.
4.3.2 Каждый измеряемый диапазон перемещений должен быть проверен с помощью подходящего метода и соответствующей измерительной системы. Устройство должно быть проверено минимум в 16 точках в каждом направлении, равномерно распределенных в проверяемом диапазоне перемещений. Эта процедура должна повторяться три раза. Для каждой точки вычисляется среднее арифметическое значение из трех измеренных перемещений.
Для измерения относительного перемещения наконечника рекомендуются следующие измерительные системы: лазерный интерферометр, индуктивный датчик, емкостный датчик и пьезодатчик.
Для каждой серии из трех измерений разность между средним значением перемещения и номинальным должна находиться в пределах допустимого отклонения, указанного в таблице 2.
Таблица 2 - Разрешение и пределы допустимых отклонений устройства для измерения перемещения наконечника
Измерение твердости («hardness testing»)
Измерение твердости металлов – твердометрия («hardness testing») или дюрометрический анализ является основным неразрушающим методом оценки прочностных характеристик при экспертизе металлов. Если давать каноническое определение, то твердость – это способность материала сопротивляться пластической деформации . Твердометрия крайне широко используется в металловедческой экспертизе, благодаря скорости и простоте проведения исследования. Зачастую не нужна даже пробоподготовка, а твердость измеряют на готовом изделии.
Теперь о том, как же проводится измерение твердости. Определенной формы индентор (о формах которого поговорим ниже) вдавливается в исследуемы материал с заданной нагрузкой в течении регламентированного периода времени (5-15 с.). После снятия нагрузки в материале остается след от индентора – вмятина, площадь которой определяют.Методов твердости существует множество, все они отличаются только типом индентора, а принцип везде один и тот же. В экспертизе металлов основными видами измерения твердости являются:
измерение твердости по Бриннелю ( HB ).
измерение твердости по Виккерсу ( HV );
измерение твердости по Роквеллу ( HR );
Теперь давайте о каждом методе измерения твердости поподробнее.
Метод твердости по Бриннелю разработал и впервые применил на практике инженер из Швеции Юхан Бриннель. Данный способ измерения твердости заключается во вдавливании в исследуемый металл стального шарика диаметром от 1 до 10 мм. Недостатком данного метода является большой диаметр отпечатка и невозможность его использовать на высокотвердых материалах. Твердость по Бриннелю используют в основном для аттестации цветных сплавов и чугунов.
В 1914 г. свой способ измерения твердости предложили однофамильцы Роквелл Хью и Станли из США. Индентором в данном методе является стальной шарик диаметром одна шестнадцатая дюйма или алмазный конус с углом при вершине 120°. По Роквеллу можно определяют твердость образцов из закаленных сталей, что не позволяет сделать по методу Бриннелю.
В методе определения твердости по Виккерсу в качестве индентора используется квадратная алмазная пирамидка с углом у вершины 136°.
Твердость очень хорошо коррелирует с прочностными характеристиками, в частности с пределом прочности. Используя экспериментально определенные характеристики, можно измерив неразрушающим методом твердость, рассчитать предел прочность стали. Средний коэффициент для средней марки стали будет равен примерно 0,3, не зависимо от способа определения твердости. Так например, если твердость исследованного образца составляет 220 кгс/мм2, то примерный предел прочности будет около 660 МПа.
Кратко расскажу об экзотических, то есть редко применяемых в металловедческой экспертизе методах измерениях твердости.
Метод Мооса или метод царапания – твердость определяют по глубине царапины оставленной индентором.
Методы Шора: отскока – твердость определяют по высоте отскока стального шарика от исследуемого материала и метод вдавливания – вдавливаются разнообразные инденторы, по отпечатку определяют твердость. Используют в основном для резин и пластмасс.
Измерение твердости металла неразрушающий контроль
Помогите разобраться с вопросом!
При проведении техдиагностирования (сосуды высокого давления на объектах Газпрома) предусмотрено проведение твердометрии. Примерно год назад заказчик стал настаивать на том, что специалист подписывающий протокол должен быть аттестован на измерение твердости. Логика вобщем-то есть. Собственно вопрос - следуя логике дальше, нам теперь нужно получается создавать и аккредитовывать испытательную лабораторию помимо ЛНК??
Этот вопрос ставился и ставится до сих пор, но ясности нет.
ЛРК - это твердометрия по ГОСТам, а в них используются стационарные твердомеры (Бринель по отпечатку с использованием лупы-бринеля 25крат, Викерс - измерение граней ромбового отпечатка под микроскопом)
Переносные твердомеры для этих целей не подходят их по идеи надо включать в ПБ 440, НО.
Можно инспектору так и сказать, что твердометрию хотите - пилите сосуд и мы отвезем кусочек для твердометрии, ценник копеечный, хотите переносными - нет аттестации на них.
__________________
Все орфографические и синтаксические ошибки являются собственностью автора и перепечатки не подлежат!
Несколько человек таки отправили на аттестацию на всякий случай. Но, как я понял, это будут филькины грамоты?
Именно так. Здесь есть несколько тем по твердости и твердомерам. Поиск в помощь. Пожалуй, только атомщики слегка узаконили у себя эти твердомеры, выпустив свое РД ЭО. Я его в тех темах выкладывал. У остальных - вакуум. Нет ГОСТа российского/советского на применение этих методов. Более того, не все российские динамические твердомеры вписываются по параметрам преобразователей в зарубежные стандарты по методу Либа. Производители завели рака за камень, зарегистрировав эти твердомеры в госреестре СИ. И активно подменяют понятия, когда, почти все, пишут, что эти твердомеры ИЗМЕРЯЮТ твердость по шкалам HB, HV, HRC и иже с ними.
Не измеряют, а пересчитывают по эмпирическим зависимостям.
Уж сколько раз твердили миру.
Да тема избита, много кирпичей о головы сломлено.
Есть несколько не оспоримых итогов.
1. Если в требованиях ТЗ или договора есть обязательство использовать аттестованных "твердометристов" например по методу Бринелля и соответственно аккредитация лаборатории на данный метод то вы должны иметь таких специалистов и свидетельство.
2. Если специалист аттестованный по методу Бринеля подписывает протокол измерений выполненных твердомерами по методу отскока или "ультразвуковым" то это проблема специалиста, т.к. на эти методы нет аттестации, то и подписывать, согласно духу ISO 17025 должен специалист имеющий квалификацию, обученный работе с прибором и пр. Т.е. человек прошедший обучение по твердости (общие требования) и на метод измерения другим (ГОСТированным методом) по идее должен проводить измерения твердости лучше чем допустим Папа Римский, при этом ни что не мешает подписать протокол, допустим специалисту имеющему профильное образование.
3. Сама система ISO 17025 не предполагает наличие стандарта на метод контроля, достаточно методики контроля. Т.е. вы можете на полном основании аттестовать вашу ЛРИ на любой метод, "хоть ультразвуковой" хоть какой другой. Проверено лично, можете поискать в темах по твердости я выкладывал с-во когда аттестовывал лабораторию.
Твердость металлов
Машиностроительные детали и механизмы, а также инструменты, предназначенные для их обработки, обладают набором механических характеристик. Немалую роль среди характеристик играет твердость. Твердость металлов наглядно показывает:
- износостойкость металла;
- возможность обработки резанием, шлифованием;
- сопротивляемость местному давлению;
- способность резать другой материал и прочие.
На практике доказано, что большинство механических свойств металлов напрямую зависят от их твердости.
Понятие твердости
Твердость материала – это стойкость к разрушению при внедрении во внешний слой более твердого материала. Другими словами, способность к сопротивлению деформирующим усилиям (упругой или пластической деформации).
Определение твердости металлов производится посредством внедрения в образец твердого тела, именуемого индентором. Роль индентора выполняет: металлически шарик высокой твердости; алмазный конус или пирамида.
После воздействия индентора на поверхности испытуемого образца или детали остается отпечаток, по размеру которого определяется твердость. На практике используются кинематические, динамические, статические способы измерения твердости.
В основе кинематического метода лежит составление диаграммы на основе постоянно регистрирующихся показаний, которые изменяются по мере вдавливания инструмента в образец. Здесь прослеживается кинематика всего процесса, а не только конечного результата.
Динамический метод заключается в следующем. Измерительный инструмент воздействует на деталь. Обратная реакция позволяет рассчитать затраченную кинетическую энергию. Данный метод позволяет проводить испытание на твердость не только поверхности, но и некоторого объема металла.
Статические методы – это неразрушающие способы, позволяющие определить свойства металлов. Методы основаны на плавном вдавливании и последующей выдержке в течение некоторого времени. Параметры регламентируются методиками и стандартами.
Прилагаемая нагрузка может прилагаться:
- вдавливанием;
- царапанием;
- резанием;
- отскоком.
Машиностроительные предприятия на данный момент для определения твердости материалов используют методы Бринелля, Роквелла, Виккерса, а также метод микротвердости.
На основе проводимых испытаний составляется таблица, в которой указываются материалы, прилагаемые нагрузки и полученные результаты.
Единицы измерения твердости
Каждый способов измерения сопротивления металла к пластической деформации имеет свою методику его проведения, а также единицы измерения.
Измерение твердости мягких металлов производится методом Бринелля. Данному способу подвергаются цветные металлы (медь, алюминий, магний, свинец, олово) и сплавы на их основе, чугуны (за исключением белого) и отожженные стали.
Твердость по Бринеллю определяется вдавливанием закаленного, отполированного шарика из шарикоподшипниковой стали ШХ15. Окружность шарика зависит от испытуемого материала. Для твердых материалов – все виды сталей и чугунов – 10 мм, для более мягких – 1 – 2 — 2,5 — 5 мм. Необходимая нагрузка, прилагаемая к шарику:
- сплавы железа – 30 кгс/мм2;
- медь и никель – 10 кгс/мм2;
- алюминий и магний – 5 кгс/мм2.
Единица измерения твердости – это числовое значение и следующий за ними числовой индекс HB. Например, 200 НВ.
Твердость по Роквеллу определяется посредством разницы приложенных нагрузок к детали. Вначале прикладывается предварительная нагрузка, а затем общая, при которой происходит внедрение индентора в образец и выдержка.
В испытуемый образец внедряется пирамида (конус) из алмаза или шарик из карбида вольфрама (каленой стали). После снятия нагрузки производится замер глубины отпечатка.
Единица измерения твердости – это условные единицы. Принято считать, что единица — это величина осевого перемещения конуса, равная 2 мкм. Обозначение твердости маркируется тремя буквами HR (А, В, С) и числовым значением. Третья буква в маркировке обозначает шкалу.
Методика отображает тип индентора и прилагаемую к нему нагрузку.
| Тип шкалы | Инструмент | Прилагаемая нагрузка, кгс |
| А | Конус из алмаза, угол вершины которого 120° | 50-60 |
| В | Шарик 1/16 дюйма | 90-100 |
| С | Конус из алмаза, угол вершины которого 120° | 140-150 |
В основном, используются шкалы измерения А и С. Например, твердость стали HRC 26…32, HRB 25…29, HRA 70…75.
Измерению твердости по Виккерсу подвергаются изделия небольшой толщины или детали, имеющие тонкий, твердый поверхностный слой. В качестве клинка используется правильная четырехгранная пирамида угол при вершине, которой составляет 136°. Отображение значений твердости выглядит следующим образом: 220 HV.
Измерение твердости по методу Шора производится путем замера высоты отскока упавшего бойка. Обозначается цифрами и буквами, например, 90 HSD.
К определению микротвердости прибегают, когда необходимо получить значения мелких деталей, тонкого покрытия или отдельной структуры сплава. Измерение производят путем измерения отпечатка наконечника определенной формы. Обозначение значения выглядит следующим образом:
0,196 — нагрузка на наконечник, Н;
2800 – численное значение твердости, Н/мм 2 .
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.
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 ),
- где
Р – 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 –h0.
Метод Виккерса регламентирован ГОСТом 2999. Схематически он изображается следующим образом.
Математическая формула для расчета:
HV=0.189*P/d 2 МПа
HV=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.
Читайте также: