Твердость по шору металл

Обновлено: 20.09.2024

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Метод определения твердости по Шору А

Rubber.
Method for determination of Shore A hardness

Срок действия с 01.01.77
до 01.01.93*
______________________________
* Ограничение срока действия снято
по протоколу Межгосударственного Совета
по стандартизации, метрологии и сертификации
(ИУС N 2, 1993 год). - Примечание изготовителя базы данных.

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности СССР

Л.А.Вишницкая, Л.П.Федюкина, Б.Ф.Кришталь, В.Д.Сокольская, Р.К.Гольнева, О.Н.Беззаботнова

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 21.01.75 N 115.

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка

6. Срок действия продлен до 01.01.93 Постановлением Госстандарта СССР от 20.06.88 N 1895

7. ПЕРЕИЗДАНИЕ (декабрь 1988 г.) с Изменениями N 1, 2, 3, 4, утвержденными в апреле 1980 г., феврале 1983 г., ноябре 1985 г., июне 1988 г. (ИУС 5-80, 6-83, 2-86, 9-88)

Настоящий стандарт распространяется на резину и резиновые изделия и устанавливает метод определения их твердости от 0 до 100 единиц по Шору А.

Сущность метода заключается в измерении сопротивления резины погружению в нее индентора.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 4).

1. МЕТОД ОТБОРА ОБРАЗЦОВ

1.1. Образец для испытания представляет собой пластинку или шайбу с параллельными плоскостями. При измерении расстояние между точками измерений должно быть не менее 5 мм, а расстояние от любой точки измерения до края образца не менее 13 мм.

При испытании изделий и образцов из них допускается другое расстояние от точки измерения до края, которое должно быть установлено в нормативно-технической документации на резиновые изделия и методы их испытаний.

1.2. Толщина образца должна быть не менее 6 мм.

При испытании изделий и образцов из них допускается применять образцы, состоящие из нескольких слоев одной и той же резины, но не более трех, толщина верхнего слоя должна быть не менее 2 мм; толщину образца указывают в нормативно-технической документации на изделия.

(Измененная редакция, Изм. N 4).

1.3. Поверхность образца должна быть гладкой, без впадин, трещин, пузырей, пор, царапин, шероховатостей, надрывов, посторонних включений и других дефектов, видимых невооруженным глазом.

1.4. Испытание проводят на одном образце.

Разд.1. (Измененная редакция, Изм. N 1).

2.1. Прибор для определения твердости

2.1.1. Прибор должен иметь следующие основные части:

индентор из закаленной стали (чертеж);

пружину для приложения нагрузки к индентору;

шкалу единиц твердости от 0 до 100, при этом 0 должен соответствовать максимальному проникновению индентора (2,54 мм), а 100 - нулевому проникновению; расстояние между делениями шкалы должно быть не менее 1 мм, цена деления должна соответствовать одной единице.

2.1.2. Прибор должен иметь зависимость между твердостью по Шору А и нагрузкой в соответствии с таблицей.

Твердость по Шору А

Нагрузка, Н (гс) (пред. откл. ±0,08 (±8)

2.1.3. Поверхность опорной площадки прибора должна быть не менее 100 мм.

2.1.4. Прибор для испытания должен обеспечивать:

предварительную нагрузку на индентор 0,55 Н (56 гс) для установки его в исходное положение, соответствующее нулевому значению шкалы;

проверку показания твердомера по максимальной твердости при установке на стеклянную или гладкую металлическую поверхность; при нажатии на головку прибора стрелка должна стоять против деления 100±1 на шкале;

погружение индентора в резину перпендикулярно к образцу.

2.1.5. (Исключен, Изм. N 3).

2.1.6. Поверку прибора производят не реже одного раза в шесть месяцев по методике, указанной в нормативно-технической документации на прибор. После ремонта поверку повторяют.

2.3. Секундомер СОПр-Зб-3-121 по ГОСТ 5072-79.

2.2-2.3. (Измененная редакция, Изм. N 4).

2.3а. Часы электрические вторичные показывающие по ТУ 25-07-1503-82* с погрешностью хода ±60 с за 24 ч.

* Документ в информационных продуктах не содержится. За информацией о документе Вы можете обратиться в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

2.3б. Термометр стеклянный по ГОСТ 27544-87 с пределом измерения от минус 50 до плюс 100°С, ценой деления 1 °С, допускаемой погрешностью измерения ±1°С.

2.3в. Допускается применять другие средства измерения, обеспечивающие точность измерения в соответствии с требованиями настоящего стандарта.

2.3а-2.3в. (Введены дополнительно, Изм. N 4).

3. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ

3.1. После вулканизации образцы выдерживают в соответствии с требованиями ГОСТ 269-66.

3.2. Перед испытанием образцы кондиционируют при температуре (23±2)°С не менее 1 ч, при этом они должны быть защищены от воздействия прямых солнечных лучей.

3.3. Температура испытания должна быть равна (23±2)°С.

Измеряют толщину образца, округляя результат до целого числа.

3.4. Испытуемый образец помещают на гладкую горизонтальную поверхность. Твердомер устанавливают на образец без толчков и ударов в перпендикулярном положении так, чтобы опорная поверхность площадки соприкасалась с образцом.

Способ установки изделий и образцов из них, место измерения твердости и другие необходимые сведения должны быть приведены в нормативно-технической документации на резиновые изделия и методы их испытаний.

Твердомер устанавливают в специальное приспособление, позволяющее создавать прижимное усилие от 10,0 до 12,5 Н, или на него монтируют центрированный по оси индентора груз массой от 1,00 до 1,25 кг.

Допускается твердомер нагружать вручную.

3.3, 3.4. (Измененная редакция, Изм. N 4).

3.5. Отсчет значения твердости производят по шкале прибора по истечении (3) с с момента прижатия прибора к образцу.

3.6. Для образцов, у которых наблюдается дальнейшее отчетливое погружение индентора, показатель отсчитывают по истечении (15±1) с, что оговаривают в нормативно-технической документации на резины, резиновые изделия и методы их испытаний.

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.

Твердость по Шору

Твердостью называют способность материала сопротивляться проникновению в поверхностные слои. Существует несколько способов определения данного параметра, на основе которых созданы шкалы. Они отличаются направленностью на разные материалы и технологией измерения. Далее рассмотрена твердость по Шору.

Твердость по Шору

Принцип измерения

Рассматриваемый метод применяют для низкомодульных материалов, таких как полимеры, а именно каучуки, элистомеры, пластмассы, продукты их вулканизации. Он включает два способа: вдавливания и отскока.

Принцип первого способа Шора состоит в определении величины вдавливания в материал конкретного индентора. Твердость определяется упругостью и вязкоэластичными параметрами, она обратно зависима от глубины вдавливания. К тому же результаты зависят от формы индентора и приложенной силы. Ввиду этого нет взаимосвязи данных, полученных с применением при измерениях различных приборов и даже устройств с разными параметрами. К тому же твердость, измеряемая рассматриваемым методом Шора, не связана с каким-либо параметром исследуемого материала, поскольку он является эмпирическим.

Рассматриваемая технология весьма распространена. Этому способствуют ее следующие достоинства:

Она проста, в том числе благодаря конструкции прибора.
Такой метод определения твердости обеспечивает быстроту измерений.
Подходит для различных поверхностей, в том числе криволинейных, значительных радиусов, крупногабаритных предметов, готовых деталей. При этом технология характеризуется невысокой точностью вследствие значительного разброса значений.

Полученные результаты представлены числовым значением с буквой, соответствующей шкале.

Способ отскока состоит в определении твердости по величине отскока вертикально падающего бойка с заданной высоты после удара об исследуемую поверхность.

Примерное соотношение разных шкал

Для выражения твердости применяются условные единицы измерения. В основном данную технологию Шора применяют для твердых материалов.

К тому же, рассматриваемый метод Шора распространен в промышленности ввиду быстроты и простоты выполнения измерений. Тем его применяют, в основном, для контроля температурной обработки. Подходит для определения твердости крупных предметов, криволинейных поверхностей, готовых деталей. При этом, как и первый метод Шора, характеризуется низкой точностью ввиду того, что величина отскока бойка определяется, помимо твердости, многими прочими параметрами, а именно шероховатостью поверхности, структурой, толщиной и др.

Таким образом, несмотря на различные технологии осуществления, методы Шора близки по качествам: благодаря простоте они обеспечивают большую оперативность измерений, но с низкой точностью.

Проблема рассматриваемой технологии состоит в том, что твердость по Шору невозможно точно перевести в прочие величины твердости и прочности при растяжении. Это объясняется оторванностью твердости Шора от фундаментальных характеристик из-за эмпиричного характера метода.

Данная технология имеет преимущественно практическую направленность ввиду того, что определяемый ею показатель влияет на эксплуатационные характеристики. Например, таким методом измеряют твердость резины автомобильных шин.

Приборы

Оборудование для определения твердости по Шору было создано изобретателем самого метода. В зависимости от способа, используется дюрометр либо склероскоп.

Прибор, называемый дюрометром, применяют для определения твердости Шора вдавливанием. Данные устройства представлены несколькими типами. Приборы классов D и A включают следующие детали:

Опорную поверхность. Площадь ее составляет от 100 мм 2 . Имеет отверстие 2,5 — 3,5 мм диаметром в 6 или более мм от края.
Индентор. Представлен стержнем 1,1 — 1,4 мм диаметром из закаленной стали.
Индикаторное устройство. Демонстрирует выход за опорную поверхность кончика индентора, выражая в условных единицах его величину.
Калиброванную пружину. Служит для приложения усилия к индентору.

В качестве дополнительного оборудования, дюрометры оснащают приспособлением для фиксации груза. Оно центрировано по оси индентора и позволяет создавать определенное прижимное усилие.

Что касается типов дюрометров, их дифференцируют на основе шкал, применяемых для разных материалов. Всего существует 12 шкал. Наиболее распространены среди них варианты типов D и A. Тип A отличается направленностью на более мягкие материалы. Приборы данного типа характеризуются, следовательно, меньшим прижимным усилием и большей точностью измерений. Нужно отметить, что сила, создаваемая дюрометром, рассчитывается по специальным формулам.

Схема склероскопа Шора

Склероскопы представлены приборами, оснащенными сферическим бойком. Их также дифференцируют на несколько типов на основе шкал. Наиболее распространены C и D. Так, устройство типа C имеет установленную на штативе с предметным столиком полую трубку с окном. На последнее нанесена шкала. Внутри трубки находится боек 2,5 г массой и 1,25 мм радиусом, удерживаемый фиксирующе-спусковым устройством, установленным сверху трубки. Высоту отскока фиксируют визуально. Устройства типа D имеют более тяжелый боек (36 г) и электронное или механическое устройство регистрации величины отскока. Боек обычно бывает с алмазным наконечником, хотя для исследования мягких материалов применяют варианты со стальным тупым наконечником.

Отдельно следует отметить, что ввиду наличия нескольких шкал для каждого из приборов для определения твердости Шора, создана таблица перевода из одной в другую.

Осуществление измерений

Измерение твердости способом вдавливания выполняют на горизонтальной твердой поверхности. Дюрометр располагают вертикально. Опорную поверхность прибора быстро прижимают к исследуемому предмету и оказывают на него давление. Спустя 15 секунд снимают показания. Далее выполняют вычисление среднего для пяти замеров в различных точках поверхности на взаимном удалении от 6 мм. В случае мгновенного замера показания снимают через секунду после оказания давления. При этом учитывают максимальный результат.

Проведение измерений методом Шора

В случае получения на дюрометре типа D результатов менее 20, следует использовать прибор типа A, и наоборот, если дюрометр класса A дает значения более 90, переходят на устройство типа D.

Для повышения точности опорную поверхность прижимают к предмету с применением штатива и груза.

Для выполнения корректных измерений необходимо соблюдение следующих требований:

Необходимо, чтобы толщина исследуемого предмета составляла от 6 мм. Для достижения данного значения допустимо совмещение нескольких слоев, однако вследствие недостаточно плотного их прилегания возможно отклонение результатов в сравнении с аналогичными цельными предметами.
Измеряемые предметы должны иметь размеры, достаточные для осуществления измерений на расстоянии от 12 мм от краев поверхности.
Исследуемая поверхность в радиусе хотя бы 6 мм от кончика индентора должна быть ровной. При наличии перепадов, шероховатостей, неровностей происходит существенное отклонение результатов.
Материалы кондиционируют.
Необходимо учитывать условия среды и исключить те из них, что влияют на параметры материала.

При исследовании методом отскока склероскоп устанавливают вертикально по отвесу или уровню. Измеряемый предмет фиксируют на его столике, зажимается. Цилиндрические детали размещают в специальной подставке, а крупные предметы исследуют съемной частью прибора. В данном случае также проводят пять измерений твердости и результатом считают их среднее значение. При этом удары выполняют с частотой до 5 в 10 секунд, а точки располагают в 2 мм или более друг от друга и от краев.

Таким образом, технология определения твердости методом Шора включает простые, но неточные методы, наиболее применимые для быстрых измерений.

Твердость по шору металл

МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

Измерение твердости методом упругого отскока бойка
(по Шору)

Metals and alloys.
Measurement of Shore hardness (method of striker recoil)

Дата введения 1980-01-01

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 13 сентября 1978 г. № 2494

Постановлением Госстандарта от 03.04.84 № 1212 срок действия продлен до 01.01.90*

* Ограничение срока действия снято по протоколу N 7-95 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС N 11, 1995 год). - Примечание "КОДЕКС".

ПЕРЕИЗДАНИЕ (март 1987 г.) с Изменением N 1, утвержденным в апреле 1984 г. (ИУС 7-84).

Настоящий стандарт распространяется на металлы, сплавы и металлические изделия и устанавливает метод измерения твердости по Шору от 20 до 140 единиц (HSD) при температуре (20)°С.

1.1. Масса изделия при измерении твердомерами, установленными непосредственно на изделие, должна быть не менее 5 кг. Образцы, устанавливаемые на столик твердомера, должны иметь массу не менее 0,1 кг и толщину не менее 10 мм.

2.1. Прибор для измерения твердости должен обеспечивать:

высоту отскока бойка для 100 единиц твердости по Шору - (13,6±0,3) мм;

высоту падения бойка - (19,0±0,5) мм;

цену деления шкалы индикатора (измерителя высоты отскока бойка) - не более 1 единицы шкалы HSD.

Геометрические размеры и масса алмазного бойка должны соответствовать ГОСТ 9377-81.

Периодическую поверку твердомера производят по нормативно-технической документации.

Текущую поверку твердомера производят образцовыми мерами по нормативно-технической документации.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

3. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ

3.1. Поверхность испытуемого изделия или образца должна быть свободной от масла и грязи, иметь шероховатость не более = 2,5 мкм по ГОСТ 2789-73.

3.2. Поверхность столика, на которую помещают испытуемое изделие или образец, должна быть ровной, свободной от масла и грязи.

Прибор устанавливают вертикально по уровню (ГОСТ 3059-75), вмонтированному в корпус прибора.

Плоские изделия или образцы помещают непосредственно на столик, цилиндрические - устанавливают на подставку с V-образным вырезом.

3.3. Изделия больших размеров испытывают с помощью съемной части прибора. Прибор устанавливают вертикально, изделие - горизонтально по уровню. Рекомендуется использовать стойку-призму для установки съемной части прибора на изделие.

4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ

4.1. Испытанию подвергаются разнообразные металлические изделия (например, стальные и чугунные прокатные валки) и образцы различной формы.

4.2. При измерении твердости по Шору боек определенной массы с алмазным наконечником свободно и вертикально падает с определенной высоты на испытуемую поверхность. Высота отскока бойка принимается за характеристику твердости и измеряется в условных единицах (черт. 2).

* Черт. 1 исключен.

4.3. При измерении твердости должны быть соблюдены следующие условия:

горизонтальная установка изделия (образца);

плотное прижатие колпачка прибора к испытуемой поверхности;

скорость проведения испытания должна быть не более 5 ударов в 10 с.

4.4. Изделие или образец должны лежать на столике плотно, устойчиво, чтобы не произошло смещение во время испытания.

4.5. Расстояние между двумя соседними отпечатками и от края образца или изделия до отпечатка должно быть не менее 2 мм.

4.6. На участке изделия или образца, подлежащем определению твердости, должно производиться не менее пяти измерений. Среднее арифметическое результатов этих измерений принимается за твердость данного изделия или образца при условии, что разность между наибольшим и наименьшим числом этих показаний твердости не превышает 5 единиц. Если результаты измерения отличаются более чем на 5 единиц, испытание повторяют, количество отпечатков при этом удваивают.

4.7. Во время испытания прибор должен быть предохранен от воздействия ударов и вибрации.

4.8. Твердость по Шору указывают с округлением до целой единицы шкалы HSD.

4.9. (Исключен, Изм. № 1).

4.10. Твердость по Шору обозначается индексом HSD, например, 85HSD.

4.11. (Исключен, Изм. № 1).

4.12. Величина твердости по Шору не имеет точного метода перевода ее на другие величины твердости или прочности при растяжении.

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.

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 –h_0.

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: