Сравнительная таблица твердости. Перевод твердости по БРИНЕЛЛЮ, РОКВЕЛЛУ, ВИККЕРСУ и ШОРУ.
Благодаря данной таблице Вы с легкостью сможете перевести значения из величин например hb в другие, к примеру hrc. Твердостью называют свойство материала сопротивляться проникновению в него другого тела.
| d10, мм | По БРИНЕЛЛЮ HB | По РОКВЕЛЛУ HRC | По ВИККЕРСУ HV | По ШОРУ HSD |
| 2,3 | 712 | 66,4 | 1016 | 98,3 |
| 2,4 | 653 | 62,9 | 866 | 92,9 |
| 2,5 | 601 | 59,3 | 750 | 86,5 |
| 2,6 | 555 | 55,8 | 658 | 80,0 |
| 2,7 | 514 | 52,5 | 586 | 73,7 |
| 2,8 | 477 | 49,4 | 528 | 68,1 |
| 2,9 | 444 | 46,5 | 481 | 63,2 |
| 3,0 | 415 | 43,8 | 441 | 58,9 |
| 3,1 | 388 | 41,4 | 408 | 55,1 |
| 3,2 | 363 | 39,1 | 378 | 51,7 |
| 3,3 | 341 | 36,9 | 352 | 48,6 |
| 3,4 | 321 | 34,7 | 328 | 45,8 |
| 3,5 | 302 | 32,5 | 307 | 43,2 |
| 3,6 | 285 | 30,3 | 288 | 40,7 |
| 3,7 | 269 | 28,1 | 271 | 38,4 |
| 3,8 | 255 | 26,0 | 256 | 36,2 |
| 3,9 | 241 | 24,0 | 242 | 34,2 |
| 4,0 | 229 | 22,0 | 229 | 32,5 |
| 4,1 | 217 | 20,1 | 217 | 30,9 |
| 4,2 | 206 | 17,9 | 206 | 29,4 |
| 4,3 | 197 | — | 196 | 28,1 |
| 4,4 | 187 | — | 186 | 26,9 |
| 4,5 | 179 | — | 177 | 25,7 |
| 4,6 | 170 | — | 169 | 24,5 |
| 4,7 | 163 | — | 162 | 23,2 |
| 4,8 | 156 | — | 155 | 22,0 |
| 4,9 | 149 | — | 149 | 21,0 |
| 5,0 | 143 | — | 143 | 20,6 |
Способы определения твердости:
Способ БРИНЕЛЛЯ — испытание твердости с помощью стального шарика, методом вдавливания в испытываемую поверхность. Стальные шарики бывают диаметрами 2,5; 5 или 10 мм. Числом твердости по Бринеллю (HB) называют отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка.
Способ Роквелла — испытание твердости с помощью алмазного конуса с углом 120* или стального закаленного шарика, методом вдавливания в испытываемую поверхность.
Способ Виккерса — испытание твердости с помощью алмазного наконечника в форме правильной четырехгранной пирамиды с углом между гранями 136*, методом вдавливания в испытываемую поверхность.Число твердости по Виккерсу это отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка.
Способ Шора — определение твердости по высоте отскакивания бойка падающего на поверхность испытываемого тела с определенной высоты.
| Роквелл | Бринелль | Виккерс | Шор | На разрыв | ||
| HRA | HRC | HB (3000H) | Диаметр отпечатка, мм | HV | HSD | Н/мм² |
| 89 | 72 | 782 | 2.20 | 1220 | ||
| 86.5 | 70 | 1076 | 101 | |||
| 86 | 69 | 744 | 2.25 | 1004 | 99 | |
| 85.5 | 68 | 942 | 97 | |||
| 85 | 67 | 713 | 2.30 | 894 | 95 | |
| 84.5 | 66 | 854 | 92 | |||
| 84 | 65 | 683 | 2.35 | 820 | 91 | |
| 83.5 | 64 | 789 | 88 | |||
| 83 | 63 | 652 | 2.40 | 763 | 87 | |
| 82.5 | 62 | 739 | 85 | |||
| 81.5 | 61 | 627 | 2.45 | 715 | 83 | |
| 81 | 60 | 695 | 81 | 2206 | ||
| 80.5 | 59 | 600 | 2.50 | 675 | 80 | 2137 |
| 80 | 58 | 2.55 | 655 | 78 | 2069 | |
| 79.5 | 57 | 578 | 636 | 76 | 2000 | |
| 79 | 56 | 2.60 | 617 | 75 | 1944 | |
| 78.5 | 55 | 555 | 598 | 74 | 1889 | |
| 78 | 54 | 2.65 | 580 | 72 | 1834 | |
| 77.5 | 53 | 532 | 562 | 71 | 1772 | |
| 77 | 52 | 512 | 2.70 | 545 | 69 | 1689 |
| 76.5 | 51 | 495 | 2.75 | 528 | 68 | 1648 |
| 76 | 50 | 513 | 67 | 1607 | ||
| 75.5 | 49 | 477 | 2.80 | 498 | 66 | 1565 |
| 74.5 | 48 | 460 | 2.85 | 485 | 64 | 1524 |
| 74 | 47 | 448 | 2.89 | 471 | 63 | 1496 |
| 73.5 | 46 | 437 | 2.92 | 458 | 62 | 1462 |
| 73 | 45 | 426 | 2.96 | 446 | 60 | 1420 |
| 72.5 | 44 | 415 | 3.00 | 435 | 58 | 1379 |
| 71.5 | 42 | 393 | 3.08 | 413 | 56 | 1317 |
| 70.5 | 40 | 372 | 3.16 | 393 | 54 | 1255 |
| 38 | 352 | 3.25 | 373 | 51 | 1193 | |
| 36 | 332 | 3.34 | 353 | 49 | 1138 | |
| 34 | 313 | 3.44 | 334 | 47 | 1076 | |
| 32 | 297 | 3.53 | 317 | 44 | 1014 | |
| 30 | 283 | 3.61 | 301 | 42 | 965 | |
| 28 | 270 | 3.69 | 285 | 41 | 917 | |
| 26 | 260 | 3.76 | 271 | 39 | 869 | |
| 24 | 250 | 3.83 | 257 | 37 | 834 | |
| 22 | 240 | 3.91 | 246 | 35 | 793 | |
| 20 | 230 | 3.99 | 236 | 34 | 75 |
Как проверить твердость металла – главные секреты
Когда речь заходит о металлах, имеет значение важный показатель как его твердость. Фактор такого плана играет значимую роль в выборе, использовать или нет тот или иной металл в производстве для изготовления изделий определенного предназначения. Стоит разобраться подробнее в этом вопросе, для чего требуется проверка твердости металла в производственной линии разных отраслей деятельности.
Что такое твердость металла
Под данным понятием подразумевают характеристику, тесно связанную с металлами и их сплавами. Это способность не поддаваться разрушениям при синхронизации верхнего слоя с более твердым металлом. На основе этих знаний изготавливают различное оборудование, детали, играющие роль в долговечности эксплуатации предметов, конструкций, машин, инструментов. Проще говоря, устойчивость к деформации. Проверять этот параметр можно разными способами.
Методы проверки твердости металлов
Эксперты различают несколько вариантов проверок характеристики:
- Согласно методу Бриннеля, в процессе проверки принимает участие стальной шарик. Его под большим давлением вдавливают в металлическую поверхность. Затем специальная лупа вступает в действие, и с ее помощью специалист замеряет диаметр лунки. Твердость определяется по табличным данным. Этот способ – первый метод определения характера металла. Так измеряются мягкие сплавы.
- Методика Роквелла предполагает воздействие на металлическую поверхность с помощью алмазного конуса. В деле измерения твердости мягких, цветных, тонких Ме применяют специальный пресс. Его не относят к очень точным, хотя успешно он участвует для исследования твердых сплавов.
- Аналогичные действия с предыдущим заложены в метод Викксера, предполагающий обращение к алмазной пирамиде, только угол вершины не 120, а 136 градусов. Нагрузка осуществляется в строго перпендикулярном виде к металлу и медленно увеличивается. Относится к высокоточным способам.
- Способ Шора подразумевает наличие бойка с наконечником из алмазного напыления. Он падает с конкретной высоты на поверхность испытуемого материала. Твердость измеряется по высоте отскока бойка. Отличается эта методология большим разбросом показаний, по большей части применяется для измерения криволинейных предметов, крупногабаритных деталей.
В домашних условиях показатель также измеряется, но ожидать высокой точности не стоит. При обращении к профессионалам можно получить высокоточный результат, и это ответственный момент. Некоторые проводят домашний ликбез по определению этой величины, используя обычную бутылку и царапая по ней металлическим предметом, например, лезвием ножа. Металл в 62 единицы легко царапает стекло, чего не сказать о 56 единицах.
О чем говорит твердость металла, что это дает
Возникает вопрос, зачем вообще нужно замерять данный параметр. Характеристики металлов имеют значение для специалистов, занятых в отрасли термообработки сталей. Вывод о механических свойствах сварочного шва получают также при исследовании околошовной поверхности.
Целесообразность проводимых исследований также предопределена намерением производителей получить высокопрочные изделия, чтобы они могли выдержать разные условия эксплуатации, температурные перепады, обеспечить надежность. Твердость металлоизделия относится к первичной конструкционной характеристике.
Исследования производятся, ставя следующие цели.
- Проанализировать состояние материала под действием времени.
- Получить сведения о вероятных деструктивных последствиях для улучшения эксплуатационных возможностей.
- Осуществить контроль полученных итогов в рамках температурной обработки.
По сведениям, приобретенным в ходе экспериментов, удается выяснить устойчивость к истиранию, износу исходного материала.
Заключение
Для проведения анализа выдвигаются определенные условия к испытываемому материалу. В частности заготовку подбирают ровную. Она должна плотно прилегать к твердомеру, с тщательно обработанными краями. В результате добиваются основополагающего механического качества, играющего роль в производстве добротных изделий.
Специалисты используют результаты, полученные в ходе исследования, сверяют их с ранее известным анализом, и это большая работа, помогающая определиться с методикой производства. Информация необходима для машиностроительных, металлообрабатывающих, металлургических предприятий. Понятие «твердость» связано с упругостью, пластичностью, прочностью, хотя прямой связи между механическими качествами нет.
Важно обращаться к профессионалам для выполнения подобных работ, домашняя методика годится только для задач по закаливанию ножей
Применение камня
Используется показатель твердости алмаза и в промышленности. Не все камни, которые обнаруживают в трубках на месторождениях, пригодны для ювелирной обработки. Большинство материала имеет слишком много дефектов. Такие минералы отправляются на потребности промышленности, где алмаз используется в качестве абразива. Аппаратура, которая имеет покрытие алмазной крошкой, работает дольше и качественнее. Алмаз используется в таких приборах и инструментах, как:
- оборудование в медицине (скальпели, хирургические инструменты);
- сверла, фрезы, шлифовальные круги, стеклорезы, ножницы и пилы по металлу, буровые установки;
- в телекоммуникациях и электронике алмаз используют для прохождения сигналов разных частот по одному кабелю;
- защитный элемент в химической и физической промышленности;
- космическая отрасль, где используются даже лонсдейлиты, которые прочнее алмаза.
Алмаз — вещество, которое имеет уникальные свойства. В том числе и твердость минерала дает возможность использовать его в разных сферах. Применение камня актуально, и его стоимость продолжает расти. А искусственные вещества, которые крепче алмаза, пока недоступны для широкого использования.
Рейтинг минералов по твердости («ступени по Моосу»)
- Тальк. Это очень распространенное вещество, широко применяемое в промышленности, начиная с производства детской присыпки и заканчивая резиновой промышленностью. Из всех эталонных материалов шкалы Мооса тальк обладает самой низкой прочностью. По степени прочности на одном уровне с тальком находится графит.
- Гипс. Второй эталон твердости также очень распространен и популярен. Общеизвестно, если порошок гипса разболтать в воде, то при высыхании полученная кашица превращается в достаточно твердый материал. Это свойство гипса широко используется как в медицине, так и в архитектуре. Но не все знают, что белый порошок — это не просто измельченный минерал, а уже прошедший предварительную обработку — нагретый и обожженный. Именно так он приобретает свое полезное свойство — размягчаться, а затем вновь затвердевать. Гипс, как и тальк, можно поцарапать ногтем; но гипс оставляет следы на тальке, значит, в рейтинге твердости стоит уровнем выше. Итак, его ступень — 2.
- Кальцит — карбонат кальция. Входит в состав мела, известняков. Из кальцита целиком состоит мрамор. А биологи отнесли кальцит к биоминералам, ведь из него состоят раковины и скелеты беспозвоночных. Так вот, по методу определения прочности Мооса кальцит тверже гипса (способен оставить на нем царапину), а сам, в свою очередь, может быть поцарапан монеткой из меди. Примерно такая же твердость по Моосу присуща золоту и серебру.
- Флюорит. Четвертый эталон шкалы Мооса называют плавиковым шпатом, поскольку что производство плавиковой кислоты — это одно из направлений применения флюорита. Из бесцветных кристаллов флюорита возможно производство линз. Поскольку флюорит легко царапается стеклом, такие линзы не так уж и долговечны. Зато легко обрабатываются. Стало быть, твердость стекла выше твердости флюорита.
- Апатит. Стеклом все еще царапается, но уже с трудом. Эта незначительная разница и ставит его ступенью выше флюорита.
- Калиевый полевой шпат. Ювелирной или поделочной ценности не имеет, применяется в качестве сырья для производства электрокерамики и фарфора. В шкале Мооса занимает шестую позицию. Ориентировочно такую же степень прочности ( 5,5 -6,5) имеет опал. Но эталоном его не сделать, поскольку опал имеет много аналогов и разновидностей, степень прочности которых существенно колеблется.
- Кварц. С точки зрения химии это диоксид кремния. Это — наиболее широко распространенный минерал в земной коре. Кварц способен оставить царапины на стекле, а сам обрабатывается алмазом. Так и попал он на седьмую позицию шкалы Мооса.
- Топаз. Этим камнем можно поцарапать стекло, и даже кварц.
- Корунд. Уступает в прочности только алмазу. Обработать корундом можно практически все минералы. К корундам относятся такие драгоценные камни, как рубин и сапфир — яхонты, как называли их на Руси.
- Алмаз. Вот он — пик шкалы твердости Мооса. В 1600 раз тверже эталона номер один. Никакой из минералов не оставляет отметин на гранях алмаза. Зато сам он способен разрезать стекло.
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.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Твердостью металла называют его свойство оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии стандартного тела-наконечника на поверхностные слои материала.
Испытание на твердость – основной метод оценки качества термообработки изделия.
Читать также: Свойства цинка и его применение
Определение твердости по методу Бринелля. Метод основан на том, что в плоскую поверхность под нагрузкой внедряют стальной шарик. Число твердости НВ
определяется отношением нагрузки к сферической поверхности отпечатка.
Метод Роквелла (HR) основан на статическом вдавливании в испытываемую поверхность наконечника под определенной нагрузкой. В качестве наконечников для материалов с твердостью до 450 HR используют стальной шарик. В этом случае твердость обозначают как HRB
. При использовании алмазного конуса твердость обозначают какHRA илиHRC (в зависимости от нагрузки).
Твердость по методу Виккерса (HV) определяют путем статического вдавливания в испытуемую поверхность алмазной четырехгранной пирамиды. При испытании измеряют отпечаток с точностью до 0,001 мм при помощи микроскопа, который является составной частью прибора Виккерса.
Метод Шора. Сущность данного метода состоит в определении твердости материала образца по высоте отскакивания бойка, падающего на поверхность испытуемого тела с определенной высоты. Твердость оценивается в условных единицах, пропорциональных высоте отскакивания бойка.
Таблица величин твердостей различных материалов по Мосу
Таблица величин твердостей различных материалов по Мосу.
| Вещество | Твердость по Мосу | Вещество | Твердость по Мосу |
| Агат / Agate | 6-7 | Латунь / Brass | 3-4 |
| Алебастр/ Alabaster | 1.7 | Литий / Lithium | 0.6 |
| Алмаз / Diamond | 10 | Лесс / Loess (при 0°) | 0.3 |
| Алюминий / Aluminum | 2-2.9 | Магний / Magnesium | 2.0 |
| Алунд (электрокорунд) / Alundum | 9+ | Магнийтный железняк (магнетит) / Magnetite | 6 |
| Андалузит / Andalusite | 7.5 | Марганец / Manganese | 5.0 |
| Антрацит / Anthracite | 2.2 | Мрамор / Marble | 3-4 |
| Сурьма / Antimony | 3.0-3.3 | Морская пенка / Meerschaum | 2-3 |
| Апатит / Apatite | 5 | Медь / Copper | 2.5-3 |
| Арагонит (волнистый известняк) / Aragonite | 3.5 | Наждак (корунд) / Emery | 7-9 |
| Мышьяк / Arsenic | 3.5 | Натрий / Sodium | 0.4 |
| Асбест / Asbestos | 5 | Опал / Opal | 4-6 |
| Асфальт / Asphalt | 1-2 | Осмий / Osmium | 7.0 |
| Авгит / Augite | 6 | Олово / Tin | 1.5-1.8 |
| Антигорит / Serpentine | 3-4 | Полевой шпат / Orthoclase | 6 |
| Антимонит / Stibnite | 2 | Палладий / Palladium | 4.8 |
| Бария сульфат / Barite | 3.3 | Платина / Platinum | 4.3 |
| Бронза колокольная/ Bell-metal | 4 | Полевой шпат / Feldspar | 6 |
| Берилл / Beryl | 7.8 | Плавиковый шпат / Fluorite | 4 |
| Висмут / Bismuth | 2.5 | Пемза / Pumice | 6 |
| Борная кислота / Boric acid | 3 | Роговая обманка / Hornblende | 5.5 |
| Бор / Boron | 9.5 | Рубидий / Rubidium | 0.3 |
| Воск / Wax (при 0°) | 0.2 | Рутений / Ruthenium | 6.5 |
| Галенит / Galena | 2.5 | Серебро / Silver | 2.5-4 |
| Галлий / Gallium | 1.5 | Сера / Sulfur | 1.5-2.5 |
| Гранат / Garnet | 6.5-7 | Стекло / Glass | 4.5-6.5 |
| Графит / Graphite | 0.5-1 | Свинец / Lead | 1.5 |
| Гипс / Gypsum | 1.6-2 | Слюда / Mica | 2.8 |
| Диатомит / Diatomaceous Earth | 1-1.5 | Сплав платина — иридий / Plat-iridium | 6.5 |
| Долмит / Dolomite | 3.5-4 | Серный (железный) колчедан, пирит / Pyrite | 6.3 |
| Железо / Iron | 4-5 | Селен / Selenium | 2.0 |
| Золото / Gold | 2.5-3 | Сталь / Steel | 5-8.5 |
| Известковый шпат / Calcite | 3 | Сплав Вуда / Wood’s Metal | 3 |
| Индий / Indium | 1.2 | Стронций / Strontium | 1.8 |
| Иридий / Iridium | 6-6.5 | Тальк / Talc | 1 |
| Кадмий / Cadmium | 2.0 | Теллурий / Tellurium | 2.3 |
| Каламин / Calamine | 5 | Топаз / Topaz | 8 |
| Кальций / Calcium | 1.5 | Турмалин / Tourmaline | 7.3 |
| Карборунд, карбид кремния / Carborundum | 9-10 | Углерод (чистый) / Carbon | 10.0 |
| Калий / Potassium | 0.5 | Фосфор / Phosphorus | 0.5 |
| Каменная соль (галит) / Rock Salt (halite) | 2 | Фосфористая бронза / Phosphorbronze | 4 |
| Кварц / Quartz | 7 | Хром / Chromium | 9.0 |
| Квасцовый сланец / Alum | 2-2.5 | Хлорид серебра / Silver Chloride | 1.3 |
| Корунд / Corundum | 9 | Цезий / Cesium | 0.2 |
| Кремневая галька / Flint | 7 | Цинк / Zinc | 2.5 |
| Красный железняк, гематит / Hematite | 6 | Янтарь / Amber | 2-2.5 |
| Каолинит / Kaolinite | 2.0-2.5 | ||
| Кремний / Silicon | 7.0 |
Как определить твердость металла: методы
Для его измерения существует много способов. Для получения наиболее точного результата используют сразу несколько методик. Ознакомимся с ними поближе:
по Бринеллю. Данное исследование заключается в том, что в заготовку вдавливается специальный шарик. После этого, по оставшемуся на железе следу, с помощью математических алгоритмов вычисляют его механический коэффициент.
по Роквеллу. В данном случае также используется шарик или алмазный конус. Параметр определяется с помощью расчетов или выводится на шкалу.
по Виккерсу. Данный способ является наиболее аккуратным и точным методом измерения. Для проведения исследований используется пирамидообразный наконечник, выполненный из алмаза.
Суть метода
Метод определения твердости по Виккерсу основан на исследовании зависимости глубины проникновения алмазного конуса (индентора) в исследуемый материал от величины усилия. После снятия усилия на поверхности образца остается отпечаток, соответствующий глубине погружения индентора. Ввиду того, что геометрические размеры индентора известны и строго регламентированы, вместо глубины погружения определяют площадь отпечатка в поверхностном слое испытуемого материала.
Определение твердости по Виккерсу возможно для веществ с самыми высокими значениями, поскольку в качестве испытательного конуса используется пирамидка из алмаза, который имеет максимальную известную твёрдость.
Индентор выполнен в виде четырехугольной пирамиды с углами между гранями 136°. Такой угол выбран для того, чтобы сблизить значения метода Виккерса с методом Бриннеля. Таким образом, значения твердости в пределах 400-450 единиц практически совпадают, особенно, в области меньших значений.
Метод Виккерса
Твердость по Виккерсу определяют путем вдавливания пирамиды в испытуемый образец под действием силы определенной величины. Зная приложенную силу и площадь отпечатка можно определить твердость поверхности испытуемого материала.
Вместо расчета площади отпечатка используются значения измеренных диагоналей ромба, между которыми находится прямая зависимость.
Итоговый результат твёрдости определяют по формуле:
Как правило, при измерениях по Виккерсу никаких вычислений по приведенной формуле не применяют, а используют табличные значения, исходя из приложенного усилия, времени воздействия и результирующей площади следа.
Значение приложенной силы регламентировано и составляет 30 кг. Время воздействия на поверхность обычно составляет 10-15 с. Это самые распространенные значения, однако во многих ситуациях необходимо воздействовать на материал образца при помощи иных значений силы.
Величина нагрузки зависит от измеряемого материала (его предполагаемой твердости). Чем тверже поверхность испытуемого образца материала, тем больше нагрузка. Это вызвано стремлением к уменьшению погрешности при определении площади и уменьшения влияния вязкости материала.
Для снижения погрешности также предъявляются ограничения по размерам испытуемого образца. Минимальная толщина образца должна быть в 1,2-1,5 раз больше предполагаемой диагонали отпечатка в зависимости от вида металла (меньшая величина соответствует стали, большая предназначена для цветных металлов). Расстояние между краем образца или краем предыдущего отпечатка и центром отпечатка должно быть не менее 2,5 величины диагонали.
Особые требования предъявляются также к чистоте поверхности. Ее шероховатость не должна превышать 0,16 мкм, что означает необходимость в полировке поверхности.
Таблица для определения твердости по Виккерсу
Малые линейные размеры образца требуют применение микроскопа дл измерения размеров отпечатка, причем, чем тверже образец, тем более четкую картинку должен передавать микроскоп для сохранения точности измерения.
Какие существуют методы определения твердости
Условно все методы можно разделить на 3 группы:
- Методы вдавливания (внедрения)
- Методы царапания
- Методы упругого отскока
Методы вдавливания (внедрения). Смысл методов заключается во вдавливании в испытуемый металл так называемого индентора – твердого предмета определенной формы (обычно стального шарика или алмазной пирамиды) с определенным усилием. После вдавливания замеряется диаметр (для шарика) или глубина (для пирамиды) полученного отпечатка.
В этом случае твердость определяется как отношение величины нагрузки к площади отпечатка после вдавливания.
Наиболее распространенными являются методы Бринеля (HB) и Роквелла (HRA, HRB, HRC).
Методы измерения толщины вдавливанием:
- Прибор Бринеля
- Прибор Роквелла
- Прибор Виккерса
- Метод Лудвика
- Метод Герца
- Метод Дрозда
- Монотрон Шора
- Метод Берковича
- Метод Егорова
- Метод Хрущова
- Метод Лидса
- Микротвердомер Цейсса-Ганеманна
- ПМТ-2, ПМТ3 (Хрущов, Беркович)
- Метод Эмерсона, Кнупа, Петерса
Методы царапания. Простые методы. Если наконечник, которым производится царапина, оставляет след на испытуемом металле, то твердость металла меньше твердости наконечника. При этом твердости наконечника изначально известны (используются корундовые, алмазные, гипсовые и др. наконечники). Наиболее популярен метод Мооса.
Методы царапания:
- Испытание по Моосу
- Прибор Мартенса
- Микрохарактеризатор Бирбаума
- Испытание напильником, Барба
- Прибор Хенкинса
- ПМТ-3 (Беркович)
- ПМТ-3 (Григорович)
- Склерометр О’Нейля
Методы упругого отскока. Редко используются. На испытуемую поверхность с фиксированной высоты свободно падает боек. Под действием упругой отдачи материала боек отскакивает на определенную высоту. Твердость материала пропорциональна высоте отскока. Наиболее популярен метод Шора.
Методы упругого отскока:
- Склероскоп Шора
- Метод Мартеля
- Вертикальный копер Николаева
- Пружинный прибор Шоппера
- Пружинный прибор Баумана
- Прибор Польди
- Маятниковый копер Вальцеля
- Маятник Герберта
- Маятниковый склерометр Кузнецова
Почему важно измерять показатель?
Твердость металлов — это показатель, который означает устойчивость стали к механическому воздействию других более твердых материалов. Оцениваются показатели в единицах твердости, на основе которых делается вывод о состоянии материала.
Твердость металлов важно учитывать в большинстве видов работы с ними. Например, когда на производстве изготавливаются объемные конструкции с большим весом, где применяются несколько типов металлов, важно знать, что они будут оптимально взаимодействовать и успешно выдерживать большую нагрузку
Особо важно учитывать показатель твердости металла в следующих сферах:
- Кораблестроительство;
- Изготовление автомобилей;
- Сборка самолетов;
- Изготовление строительных материалов на основе металла и расходников.
В любой из этих областей устойчивость к механическому воздействию определяет безопасность человека, возможность выполнить поставленную задачу и эксплуатационный срок.
Для определения твердости в металл вдавливается индентор — тело, изготовленное из твердого сплава или алмаза, которое обладает наилучшим показателем сопротивления к механическим воздействиям. Чем большую силу вдавливания выдерживает металл, тем его твердость больше.
Измерение твердости по Бринеллю
Метод измерения твердости по Бринеллю регламентирован ГОСТ 9012.
При определении твердости этим методом стальной шарик определенного диаметра D вдавливают в тестируемый образец под действием нагрузки Р, приложенной перпендикулярно к поверхности образца, в течение определенного времени. После снятия нагрузки измеряют диаметр отпечатка d. Число твердости по Бринеллю обозначается буквами НВ, и его определяют путем деления нагрузки Р на площадь поверхности сферического отпечатка F.
Для удобства имеются таблицы чисел твердости по Бринеллю и зависимости от диаметра шарика D, диаметра отпечатка d и нагрузки Р.
В качестве инденторов используют полированные (Ra < 0,04 мкм) шарики из стали ШХ15 с номинальными диаметрами D =1; 2; 2,5; 5 и 10 мм, последние считаются более предпочтительными, как обеспечивающие большую точность измерения твердости.
Минимально допустимая толщина образца для корректного измерения твердости НВ должна быть не менее десятикратной глубины отпечатка h.
Испытания проводят при комнатной температуре в отсутствие вибраций и ударов. Время выдержки под нагрузкой т для черных металлов составляет 10…15 с, а для цветных металлов и сплавов от 10 до 180 с. Нагрузку на индентор выбирают с учетом соотношения К=Р/D2:
Металлы и сплавы К, кгс/мм2
Сталь, чугун и другие высокопрочные сплавы ………..30
Медь, никель и их сплавы………………………………………..10
Алюминий, магний и их сплавы…………………………………5
Например, при испытании сталей и чугунов при диаметре шарика D =10 мм нагрузка должна быть 3000 кгс, а время выдержки под нагрузкой 10…15 с. Число твердости в этом случае обозначается цифрами со стоящим после них символом НВ (например, 250 НВ). Иногда после букв НВ указывают условия испытаний – НВ D/P/τ, например: 250 НВ 5/750/25 – твердость по Бринеллю 250, полученная при диаметре шарика D =5 мм, нагрузке Р= 750 кгс и времени выдержки под нагрузкой т=25 с.
Измерение твердости по Бринеллю не рекомендуется применять для стали с твердостью более 450 НВ, а для цветных металлов более 200 НВ
Общие требования к испытаниям
- Вне зависимости от величины прилагаемого усилия или затрачиваемой энергии, значение твердости для однородного тела при постоянной температуре должно быть материальной константой.
- Поверхность объекта должна быть подготовлена в соответствии с методикой измерения.
- Образец должен быть надежно зафиксирован, чтобы исключить смещение относительно оси приложения нагрузки со стороны прибора.
- Твердость должна иметь совершенно определенный и ясный физический смысл, правильную размерность, характеризующую сопротивление материала пластической деформации.
Чем выше твердость образца, тем более высокая нагрузка нужна при его исследовании. Чем точнее метод, тем выше требования к подготовке поверхности контролируемого экземпляра. Вообще, чем тщательнее будет подготовлен образец для испытаний, тем меньше будет погрешность результата при использовании и стационарного, и портативного твердомера.
Методика проведения испытаний
Проведение исследования требует тщательной подготовки. При определении твердости металлов методом Роквелла поверхность образца должна быть чистой, без трещин и окалин
Важно постоянно контролировать перпендикулярно ли прилагается нагрузка на поверхность материала, а также устойчиво ли он располагается на столике
Смотреть галерею
Отпечаток при вдавливании конуса должен быть не меньше 1,5 мм, а при вдавливании шарика – более 4 мм. Для эффективных расчётов образец должен быть в 10 раз толще, чем глубина внедрения индентора после снятия основной нагрузки. Также следует проводить не меньше 3 испытаний одного образца, после чего усреднить результаты.
