Как измерять твердость металла

Твердомеры для металлов. Метод Роквелла и Бринелля

Под твёрдостью металлов понимают их способность пластически деформироваться при нагрузках, которые прикладываются к детали в результате внедрения в неё элемента с более высокой твёрдостью – индентора.

Испытания на твёрдость считаются одними из наиболее распространённых, поскольку определяют как меру прочности изделия, так и его способность сопротивляться переменным во времени нагрузкам.

При этом, в отличие от других методов контроля, испытания на твёрдость относятся к числу неразрушающих, а твердомеры для металлов могут быть достаточно компактными.

Сущность методов определения твёрдости металлов

Испытания могут проводиться как на эталонных образцах (изготовленных из того же металла, и подвергнутых такому же режиму термической обработки), так и непосредственно на готовых деталях. В последнем случае необходимо принять меры к тому, чтобы испытуемое изделие не имело затем внешних повреждений.

Выбор метода испытания твёрдости зависит от:

1. Исходных механических показателей прочности, упругости и пластичности изделия.
2. Габаритных размеров детали (или места соединения смежных элементов конструкции, если устанавливается твёрдость в зоне, например, сварного шва).
3. Конечного результата: установить твёрдость самого изделия, либо твёрдость только его поверхности (выполняется для деталей, прошедших термическую обработку или иной вид поверхностного упрочнения).
4. Требований к условиям, времени и месту проведения испытания. Например, в полевых условиях более подходят не стационарные, а портативные твердомеры.
5. Стабильности результатов измерений и их воспроизводимости при повторных испытаниях.

Твёрдость может быть измерена тремя группами методов – механическими (статическими и динамическими), а также ультразвуковыми. Кроме того, различают твёрдость при комнатных и повышенных температурах (так называемую «горячую твёрдость»). Независимо от этого, физическая сущность всех методов одна – в образец внедряется деформирующий элемент, перемещение которого считывается по специальной шкале.

Твёрдость рассматривается как сопротивление металла необратимым пластическим деформациям, а потому отличается от других измерений наличием специальных унифицированных приборов – твердомеров для металлов.

Как определить химический состав металла читайте по ссылке //proinstrumentinfo.ru/analizator-metallov-i-splavov-tsena/

Твердомеры Бринелля

Способ определения твёрдости по методу Бринелля заключается в том, что в поверхность детали вдавливается шарик или из закалённой стали, или из твёрдого сплава. В результате на металле остаётся отпечаток в виде полусферы определённого диаметра и глубины, что определяет меру твёрдости по Бринеллю НВ.

К методу предъявляются следующие требования:

1. Индентор должен быть строго определённых размеров. Стандартными считаются диаметры 10; 5; 2,5; 1,25 и 1 мм. Выбор зависит от ориентировочной твёрдости испытуемого образца и нагрузке на него:

Диаметр шарика, мм	Рекомендуемая нагрузка на индентор, кН в зависимости от материала изделия
Стали, чугуны, высокопрочные сплавы	Большинство цветных металлов и сплавов	Алюминий	Подшипниковые сплавы	Свинец, олово, баббиты
10	29,42	9,8	4,9	2,45	1,225
5	7,335	2,45	1,225	0,613	0,307
2,5	1,84	0,613	0,307	0,153	0,077
1,25	0,459	0,153	0,076	0,038	0,019
1	0,294	0,098	0,049	0,0245	0,013
Рекомендуе-мый диапазон измерения твёрдости НВ	67450	22315	11158	678	339

1. Нельзя выполнять измерения твёрдости НВ одной и той же детали, используя различные типы твердомеров Бринелля.
2. Соотношение прикладываемой к изделию нагрузки и площади отпечатка должны быть постоянными.
3. При ссылке на установленную при замерах величину НВ необходимо указывать условия, при которых был получен результат.
4. Деталь в месте измерения твёрдости должна иметь ровную и хорошо зашлифованную поверхность достаточной толщины (иначе с обратной стороны возможна деформация, ухудшающая точность результата).
5. Недопустимо определять твёрдость, если точка испытания находится вблизи от кромки детали.

Метод Бринелля непригоден, если измеренная твёрдость превышает 450 НВ: в таком случае происходит деформация контактной поверхности самого индентора.

Твердомеры для металлов, реализующие метод Бринелля, подразделяют на приборы типа ТШ и типа БТБ.

Стационарные твердомеры для металлов типа ТШ, с механическим приводом от электродвигателя, состоят из следующих узлов:

• Узла нагружения, который включает в себя оправку с индентором, возвратную пружину и корпус;
• Узла привода, состоящего из электродвигателя и системы передач;
• Рычажного механизма, который передаёт рабочую нагрузку на шарик;
• Рабочего стола;
• Панели управления и контроля результатов измерений.
• Противовеса с грузами;
• С-образной станины.

Твердомер Бринелля работает так. Деталь испытуемой поверхностью вверх устанавливают на стол, после чего поднимают его до упора, имеющегося в корпусе индентора. Далее включается электродвигатель, который перемещает корпус индентора.

Тот, преодолевая сопротивление пружин, приводит в движение шарик, который вдавливается в металл. Конечный результат считывается по шкале.

Отношение плеч рычажного механизма, а также суммарный вес грузов на противовесе устанавливается в зависимости от предполагаемого результата измерений (см. таблицу выше).

Твердомеры для металлов типа БТБ имеют некоторые эксплуатационные преимущества перед приборами ТШ: они обладают увеличенными размерами рабочего пространства стола, смена режимов нагружения производится механически, а для отсчёта результата используется более точная оптическая система. Работы на твердомерах БТБ производят в той же последовательности, что и на приборах ТШ, но образец после испытания сканируется измерительной головкой, с отображением результата на экране.

Данный способ подходит также для определения твёрдости изделий, которые эксплуатируются при повышенных температурах. Для этого на стол устанавливается ванна с нагревающей образец жидкостью, причём для температур до 300°С используют масло, а для более высоких температур – солевой расплав. Образец помещают в ванну на асбестовую плиту, после чего измеряют твёрдость обычным методом.

Доступными и простыми в эксплуатации являются переносные твердомеры для металлов типа ТШП. Испытательная головка прибора устанавливается на деталь в месте измерения и крепится струбциной или специальными захватами. Нагрузка создаётся вручную, и контролируется по шкале индикатора. Для измерения результата применяют переносной микроскоп типа МПБ.

Замеренный отпечаток сравнивается со значениями, которые приводятся в таблицах пересчёта.

Твердомеры для металлов, работающие по методу Бринелля, имеют ряд ограничений своего применения:

• Не учитывается упругая деформация детали под нагрузкой.
• Динамика проведения испытания (время и скорость вдавливания индентора) очень сильно зависит от исходной твёрдости металла.
• Поверхность в месте испытания должна быть строго перпендикулярной оси движения индентора.
• При повторных измерениях твёрдости расстояние между смежными отпечатками должны быть не менее 0,20,6 от диаметра шарика.

Твердомеры Роквелла

Метод определения твёрдости металлов по Роквеллу состоит во вдавливании алмазного конуса или стального закалённого шарика в предварительно зашлифованную поверхность образца. В отличие от предыдущего способа твёрдость по Роквеллу заключается в определении глубины вдавливания. Метод Роквелла считается более оперативным, а в таких твердомерах  автоматизируется как процесс испытания, так и последующая обработка его результатов.

Суть метода Роквелла заключается в том, что предварительно выбирается некоторая реперная точка, и полученная для этой координаты глубина внедрения индентора вычитается из произвольно выбранной наибольшей глубины вдавливания.

Метод Роквелла имеет несколько разновидностей, каждая из которых применяется в определённых условиях испытаний (см. таблицу):

Вариант метода	А	В	С	F	N	T
Форма индентора	Конус	Шарик	Конус	Шарик	Конус	Шарик
Материал индентора	Алмаз	Сталь	Алмаз	Сталь	Алмаз	Сталь
Условное обозначе-ние твёрдости	HRA	HRB	HRC	HRF	HRN	HRT
Диапазон замера твёрдости	6080	35100	3070	60100	1792	594
Металлы	Стали весьма высокой твёрдости	Стали средней твёрдости, цветные сплавы	Стали повышенной твёрдости	Тонколистовые металлы	Для испытания тонких или малогабаритных изделий

Стационарные твердомеры для металлов, реализующие метод Роквелла (типа ТК), подразделяют на приборы с электрическим и механическим приводом. Ручной твердомер ТК включает в себя:

1. Подвижный измерительный стол, на который устанавливается деталь.
2. Рычажный привод нагружения.
3. Измерительную систему (она может быть с цифровой или аналоговой индикацией результата).
4. Рабочую измерительную головку, с регулируемыми установками.
5. Масляный амортизатор.
6. С-образную станину.

Последовательность действия твердомера Роквелла следующая. Образец шлифованной поверхностью вверх размещают на измерительном столе, после чего перемещают его вверх, до начала вдавливания индентора в поверхность, что отслеживается по шкале твердомера. Так происходит предварительное нагружение, признаком окончания которого является вертикальное расположение большой стрелки.

Это означает, что индентор внедрился в поверхность на глубину, при которой упругая деформация металла уже перешла в пластическую. Далее, освобождают рукоятку, которая амортизатором возвращается до упора, и нагружают испытуемое изделие основным усилием. В конечном положении нагрузка на деталь должна быть не менее 510 с., когда на индикаторе появится искомое значение твёрдости по Роквеллу.

После этого маховичком возвращают столик в исходное положение, и снимают с него деталь.

Условная единица твёрдости Роквелла соответствует 2 мкм перемещения рабочего наконечника индентора.

Существуют и переносные разновидности приборов Роквелла. К числу наиболее популярных относится прибор типа ТКП, испытательная головка которого прикрепляется к измеряемой детали. Нагрузку от рукоятки производит трёхкулачковый валик, передающий усилие шпинделю, в котором размещается индентор. Последовательность приложения нагрузок – предварительной и основной – в приборах типа ТКП такая же, так и в стационарных твердомерах для металла, где применяется метод Роквелла.

Применяются также и другие типы твердомеров для металла – Шора, Виккерса и пр. Их цена зависит от технических характеристик прибора. Например, диапазон цен на портативные динамические твердомеры составляет 3000050000 руб, на стационарные установки – от 275000 до 420000 руб.

Источник: https://proinstrumentinfo.ru/tverdomery-dlya-metallov-statsionarnyj-portativnyj-ultrazvukovoj-tsena/

Эталонные меры твердости

Меры твёрдости эталонные первого и второго разрядов (далее – меры) предназначены для воспроизведения твёрдости металлов по всем стандартизированным шкалам твердости. Меры применяются при поверке и калибровке приборов для измерения твёрдости металлов (далее — твердомеров).

Описание

Меры изготавливаются в виде плиток прямоугольной или круглой формы из углеродистой или легированной стали по ГОСТ 9031-75 «Меры твердости образцовые. Технические условия».

Центр МЕТ имеет лицензию на производство №000087-ИР, выданную Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии.

Меры изготавливаются в модификациях МТР-МЕТ, МТСР-МЕТ, МТБ-MET, МТВ-MET, МТШ-MET и предназначены для воспроизведения твёрдости металлов по шкалам Роквелла, Супер-Роквелла, Бринелля, Виккерса и Шора соответственно.

• МТР-МЕТ: Роквелла (HRA, HRB, HRC)
• МТСР-МЕТ: Супер-Роквелла (HRN, HRT)
• МТБ-МЕТ: Бринелля (HB)
• МТВ-МЕТ: Виккерса (HV)
• МТШ-МЕТ: Шора (HSD)

Маркировка

По ГОСТ 9031 на боковую поверхность эталонной меры твердости наносится:

1. товарный знак фирмы-производителя (Центр «МЕТ»);
2. месяц поверки;
3. порядковый номер меры, присвоенный органом государственной метрологической службы, производившей первичную поверку;
4. значение твердости меры с обозначением шкалы твердости.

На рабочую поверхность (в правый нижний угол) наносится Государственное поверочное клеймо, принадлежащее органу государственной метрологической службы, производившему поверку.

Преимущества

• минимальный разброс показаний твердости по поверхности;
• долговременная стабильность;
• изготовление по индивидуальному заказу (по всем шкалам и диапазонам твердости);
• поставка поштучно, а также комплектами (ГОСТ 9031).

Соответствие международным и национальным стандартам

• ISO 6506, ISO 6507, ISO 6508
• ASTM E92, ASTM E384, ASTM E18, ASTM E10

Источник: http://www.tverdomer.ru/products/hardness-measures/

Испытания на твердость

СОДЕРЖАНИЕ

Твердость — свойство материала оказывать сопротивление упругой и пластической деформации или разрушению при внедре­нии в поверхностный слой материала другого, более твердого и не получающего остаточной деформации тела — индентора.

Способы определения твердости в зависимости от временного характера приложения нагрузки и измерения сопротивления вдавливанию индентора подразделяют на:

• статические
• динамические
• кинетические

Наиболее распространенными являются статические методы, при которых нагрузку к индентору прикладывают плавно и постепенно, а время выдержки под нагрузкой регламентируется стандартами на соответствующие методы.

При динамических методах определения твердости индентор подействует на образец с определенной кинетической энергией, затрачиваемой на упругую отдачу и/или формирование отпечатка, динамическую твердость часто называют также твердостью материала при ударе. Твердость при ударе характеризует сопротивление внедрению не только на поверхности образца, но и в некото­ром объеме материала.

Кинетические методы определения твердости основываются на непрерывной регистрации процесса вдавливания индентора с за­писью диаграммы «нагрузка на индентор — глубина внедрения индентора. Особенность такого подхода заключается в регистрации всей кинетики процесса упругопластического деформирования материала при вдавливании индентора, а не только конечного результата испытаний, как при других методах.

По принципу приложения нагрузки способы определения твердости можно подразделить на способы вдавливания, отскока, царапания и резания.

Способы вдавливания являются наиболее распространенными. Твердость в этом случае определяется как сопротивление, которое оказывает испытуемое тело внедрению более твердого индентора и отражает преимущественно сопротивление поверхностных слоев материала пластической деформации.

Способы отскока основаны на измерении твердости по высоте отскока бойка, падающего на испытуемую поверхность. Твердость при этом отражает преиму­щественно сопротивление упругой деформации. Измерение твердости способом отскока широко применяют для контроля качест­ва прокатных валков, больших изделий и конструкций с использо­ванием переносных приборов.

Способ измерения твердости методом царапания

Способами царапания и резания твердость определяется соответственно как сопротивление материала царапанию или резанию. Способ царапания разработал Моос в начале XIX в.; им были предложена шкала твердости минералов по способности одного наносить царапины на поверхности другого. Эта десятибалльная шкала (от талька № 1 до алмаза № 10) используется в минералогии, а также для оценки твердости технической керамики и монокристаллов.

При определении твердости всеми методами (кроме микротвердости) измеряют интегральное значение твердости материала (усредненное для всех структурных составляющих).

Значения твердости нельзя однозначно переводить в значения других механических свойств материала. Однако определение твердости является эффективным способом сравнения друг с другом однотипных материалов и контроля их качества.

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 

Источник: https://HeatTreatment.ru/ispytaniya-na-tverdost

Методы определения твердости металла

Твердость – ключевая характеристика металлов. От ее величины зависит качество сплавов, возможность использования того или иного материала в конструкции, необходимый тип обработки, а также смежные свойства: прочность, износостойкость и пр. Твердость характеризует и другие материалы: пластик, минералы, композиты. Для таких замеров используют твердомер универсальный.

Под определением твердости обычно понимают фактическую способность исследуемого металла сопротивляться деформации от взаимодействия с более твердым материалом.

Типы методов

В зависимости от способа и продолжительности вдавливания идентора в металл все методы делятся на такие группы:

Реализуются в таких способах: по Бринеллю, по Роквеллу, по Кнупу, во Виккерсу.

Проводятся такими способами: по Бауману, по Шору, по Шварцу, по Граве, по Морину. В последние годы активно используются также косвенные методы. Исследования проводятся с помощью высокоточных электронных приборов, регистрирующих смежные характеристики, а не саму твердость.

Один из таких приборов – твердомер портативный ультразвуковой регистрирует скорость затухания колебаний стержня с индентором. Метод не имеет требований к весу, размеру или геометрии исследуемого объекта.

Единственное ограничение – крупнозернистая структура металлического изделия.

Статические методы

Наиболее распространенные. Суть их в том, что индентор получает нагрузку постепенно, а замер проводится в регулируемый промежуток времени (от 10 до 15 с для черных металлов, от 10 до 180 с для сплавов и цветных металлов).

Твердость по Бринеллю

Характеристика металла зависит от размеров отпечатка, оставляемого металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Исследование проводится на стационарном приборе – прессе Бринелля и регламентировано ГОСТ 9012-59.

Твердость по Бринеллю измеряется делением величины приданной нагрузки на площадь отметины и выражается в НВ. Расчеты по формуле в реальных условиях не проводятся, для этого разработаны готовые таблицы.

Измерения по Бриннелю подходят для стали не тверже 450 НВ и цветных металлов не более 200 НВ с шероховатостью 1,25 — 2,5 Ra.

Твердость по Роквеллу

Метод подходит для твердых закаленных металлов. В качестве идентора используется алмазная пирамидка или стальной шарик. Специальный пресс вдавливает идентор в металл с начальной нагрузкой в 10 кг, а затем с полной – в 60 или 150 кг. Единица измерения – НRC. Метод регламентирован ГОСТ 9013-59.

Твердость по Виккерсу

Нормативы для проведения исследования содержит ГОСТ 2999-75. Измерения по Виккерсу используют для тонких металлов или верхних слоев твердых металлов с минимальной шероховатостью 0,02 — 0,04 Ra. В качестве идентора применяют алмазный наконечник правильной четырехгранной пирамиды.

Наконечник вдавливают в исследуемый металл в ограниченный промежуток времени, а затем вычисляют среднее арифметическое диагонали отпечатка. По сводным таблицам и полученной диагонали выясняют число Виккерса. Единица измерения – HV.

Основные недостатки статических методов: ограничения по твердости, минимальной толщине, шероховатости металла; низкая мобильность оборудования.

Динамические методы

Реализуются на замерах отскока и падения бойка. Особую популярность имеет динамический твердомер. Он измеряет соотношение скорости падения индентора при падении и отскоке. Результат от сигналов анализируется преобразователем и выводится на дисплей. Компактный переносной твердомер имеет большую производительность и мобильность в отличие от оборудования для классических методов измерения.

Твердость по Шору

Метод регламентируется ГОСТом 23273-78. Регистрируется скорость падения бойка с алмазным наконечником и высота его отскока. Чем тверже металл, тем выше отскакивает боек. На основе полученных данных выводится число твердости по Шору. Единица измерения – HSD. Основная область применения этого метода – изготовление и эксплуатация прокатных валков.

Источник: https://speranza-ua.com/news/metody-opredeleniya-tverdosti-metalla/

Измерение твердости металлов

Способность материала сопротивляться вдавливанию в его поверхностные слои другого недеформирующегося при испытании тела, характеризует твердость материала.

Вдавливаемое тело называется индентором и, в зависимости от метода измерения твердости и самого материала, может иметь форму шара, конуса или пирамиды. В качестве материала для сферических инденторов применяется сталь или твердый сплав, а также алмаз для конических или пирамидальных инденторов.

Особенности измерения твердости

После вдавливания индентора, которое происходит с определенной нагрузкой в течение 5-15 секунд, на материале остается отпечаток, по площади которого рассчитывается значение твердости.

В связи с этим к поверхности испытываемого образца предъявляются особые требования: минимальная шероховатость и отсутствие окислов, плоскопараллельность измеряемого сечения и основания образца, отсутствие термических воздействий и наклепа после пробоподготовки.

В процессе вдавливания индентора металл деформируется, создавая вокруг точки приложения нагрузки зону повышенных напряжений, поэтому важно соблюдать минимально допустимую дистанцию между отпечатками во избежание ошибочных завышенных результатов. То же касается и измерений твердости у края образца, но результаты в этом случае могут быть ниже реальных.

Методы твердометрии

В основе множественных методов измерения твердости лежат одни и те же принципы, но, в зависимости от поставленной задачи и исследуемого материала, различаются по видам используемых инденторов.

• Бриннеля. Индентором выступает стальной шарик диаметром от одного до десяти миллиметров. Метод обладает существенными недостатками – слишком большая площадь оттиска, невозможность применения на очень твердых металлах.
• Роквелла. В качестве индентора используется шарик из стального твердого сплава либо алмаз конической формы с углом вершины 120 градусов. Метод Роквелла хорошо работает на образцах из закаленной стали, которые нельзя проверить по методу Бриннеля.
• Виккерса. Индентором является алмазная пирамида, угол у вершины которой составляет 136 градусов. Отпечаток имеет квадратную форму. Способ оптимально подходит для анализа твердости закаленной стали, покрытий высокой прочности, а также швов сварки. Метод Виккерса применяют для определения микротвердости отдельных структурных составляющих на микроскопическом уровне при нагрузках от 10г.
• Кнупа. Метод подобен методу Виккерса и отличается тем, что угол при вершине пирамиды составляет 172,5 градусов, а отпечаток имеет форму ромба. Применяется для измерения твердости узких деталей или поверхностных слоев.
• Шора. В качестве индентора стальной шарик, но он не вдавливается, а падает на поверхность детали. По высоте отскока рассчитывается значение твердости. Метод применяют в основном для пластмассовых и резиновых изделий.
• Мооса. Индентор в виде иглы, которой царапают поверхность материала. Исходя из глубины царапины, определяют твердость.

Нанесение отпечатка индентора на полированную поверхность образца

Измерение твердости как метод металлографического исследования

Определение твердости материала является не только одним из стандартных механических испытаний входного или сдаточного контроля металла, но и инструментом металлографического анализа.

Так по изменению микротвердости можно установить глубину упрочненного или обезуглероженного слоя, оценить структурную неоднородность по толщине листового проката. В случае сложных дисперсных структур после закалки значение твердости позволит установить была ли проведена процедура отпуска материала.

Оценка глубины слоя после цементации

Перепады микротвердости в зоне ликвационной полосы листового проката

Еще одной важной особенностью измерения твердости является прямая связь ее значений с прочностью металла. Поэтому этот метод испытаний широко применяется при оценке прочностных характеристик деталей и механизмов, находящихся в эксплуатации (например, участки действующих трубопроводов). Для этого созданы специальные портативные твердомеры ультразвукового или динамического принципа действия, требующие минимальной подготовки поверхности.

Статья по темеСтатья по теме

Источник: https://thixomet.ru/izmerenie-tverdosti-metallov/

Методы измерения твердости металлов

Все методы измерения твердости металлов можно условно разделить на две группы: прямые и косвенные.

 1. Прямые методы

 Это классические методы измерения твердости по Бринеллю, по Роквеллу, по Виккерсу, по Шору, по Супер-Роквеллу. Твердость металлов измеряется или оценивается в единицах твердости.

Принцип измерения твердости всеми прямыми методами вытекает из определения твердости – способности материала сопротивляться внедрению другого, более твердого тела.

В качестве более твердого тела используются инденторы, изготавливаемые, например, из алмаза или карбида вольфрама и имеющие определенную форму –шарик, конус, пирамида.

Приборы для измерения твердости прямыми методами являются стационарными установками, где к индентору, внедряющемуся в изделие или образец, прикладывается определенная нагрузка. Например, стационарный твердомер Роквелла NOVOTEST ТС-Р комплектуется двумя инденторами – шарик с диаметром 1.5875 мм и алмазная конусная пирамидка с углом 120°, прилагаемые испытательные нагрузки 60,100 и 150 кг.

После приложения нагрузки на поверхности образца остается отпечаток. Для каждого прямого метода определения твердости сформулирована зависимость для вычисления значения твердости по известным значениям приложенного усилия и определенным геометрическим параметрам отпечатка. Для метода Роквелла, к примеру, регистрируется глубина отпечатка.

Из достоинств прямых методов измерения твердости стоит отметить универсальность в отношении материала испытываемого образца. Стационарные твердомеры изначально готовы к измерению твердости любых металлов и сплавов без дополнительной калибровки. Недостатки – отсутствие мобильности, ограничение по размерам измеряемых изделии, наличие достаточно большого отпечатка, невысокий темп проведения замеров.

 2. Косвенные методы

 Косвенных методов всего два – ультразвуковой и динамический. Эти методы не напрямую измеряют твердость, а лишь оценивают значение твердости металла в зависимости от других физических свойств.

2.1. Измерение твердости ультразвуком заключается в фиксации степени изменения (затухания) частоты колебаний стержня с закрепленным на конце индентором при внедрении в поверхность образца.

Чем мягче металл, тем больше глубина проникновения индентора и, соответственно, площадь его контакта с металлом, тем выше степень затухания частоты колебаний (в ультразвуковом диапазоне).

Метод практически не имеет ограничений по массе и размерам испытуемых изделий, оставляет едва заметный отпечаток, применим для измерения твердости поверхностно упрочненных слоев и изделий со сложной конструкцией (шестерни, подшипники, метизы и т.д.). Ограниченно применяется на изделиях с крупнозернистой структурой.

2.2. Динамический метод реализует зависимость скорости отскока твердого тела от твердости на поверхности соударения.

Чем мягче металл, тем больше энергии удара уходит на формирование отпечатка (пластическая деформация) и тем меньше скорость отскока бойка с твердосплавным шариком.

Динамический метод применим для крупных, массивных изделий с весом не менее 5 кг и толщиной стенки не менее 10 мм. Подходит для измерения твердости, в том числе и на литых изделиях. Менее чувствителен к качеству поверхности, чем ультразвуковой метод.

2.3. Оба косвенных метода получили распространение в виде портативных, электронных приборов. Измерение твердости переносным твердомером основано на правильном выборе метода контроля (ультразвук или динамика) и использовании корректной калибровки прибора. Обычно портативные твердомеры изначально откалиброваны по стали на стальных мерах твердости и имеют возможность пользовательской калибровки на других металлах и сплавах при наличии образцов с известной твердостью.

Преимущества переносных твердомеров NOVOTEST очевидны: мобильность, портативность, автономность, высокая скорость проведения измерений. Также стоит отметить наличие в электронных приборах возможности измерения твердости по нескольким шкалам, архивации и статистической обработки данных, связи с компьютером.

 3. Меры твердости

 Используются для настройки и проверки как портативных, так и стационарных твердомеров. Выпускаются по каждой шкале твердости отдельно и имеют уникальные размеры и номиналы в единицах твердости в соответствии с нормативно-технической документацией. При работе с динамическими твердомерами следует учитывать тот факт, что масса любой меры твердости меньше 5 кг. В этом случае меры притираются на массивную плиту через слой смазки.

Источник: https://novotest.ua/stati/metody-izmereniya-tverdosti-metallov.html

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:

1. Статические. Подобные методы характеризуются тем, что нагрузка постепенно возрастает. Время выдержки может быть разным — все зависит от особенностей применяемого метода.
2. 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.
3. 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:

1. Вдавливание является на сегодняшний день наиболее распространенным способом определения рассматриваемого показателя.
2. 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.
3. 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 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:

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

Метод Виккерса

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:

1. Сначала оказывается предварительная нагрузка, после чего добавляется вторая.
2. После выдержки под общей нагрузкой в течении 3-5 секунд вторая снимается, проводится замер глубины отпечатка, затем снимается предварительная нагрузка.
3. Измерение полученных данных проводится в условных единицах, которые равны осевому смещению индикатора на 0,002.
4. Определяется число твердости по Роквеллу по специальной шкале прибора.
5. Форма применяемого индикатора может существенно отличаться. Именно поэтому было введено несколько типов измерительных шкал, которые соответствуют определенной форме индикатора.
6. 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.

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:

1. 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.
2. Масса применяемого бойка с алмазным наконечником составляет 36 грамм. Этот показатель важен, так как учитывается при проводимых расчетах.
3. 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.
4. 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.

Источник: https://stankiexpert.ru/tehnologii/izmerenie-tverdosti.html

Самый старый метод измерения твердости

Твердость материалов с давних пор оценивали по сопротивлению царапанию или резанию. Например, материал В царапает материал С, но не царапает материал А. И, наоборот, материал А царапает материал В только слегка, а материал В – очень сильно. Таким образом до сих пор оценивают относительную твердость минералов по минералогической шкале Мо́оса, которая была введена, немцем Моосом еще в 1811 году. По шкале Мооса максимальную твердость, 10 имеет алмаз, а минимальную твердость, 1 – тальк.

Практичный метод измерения твердости

На практике часто применяют аналогичный метод измерения твердости с помощью специального набора напильников, каждый из которых термически упрочнен на определенную твердость – от малой до большой. Такой набор из шести  напильников показан на рисунке ниже.

Рисунок – Набор напильников для измерения твердости металлов

Если напильник скользит по материалу без образования какого-либо следа, то этот материал считается более твердым, чем напильник, если след остается – менее твердым. Такой относительный метод измерения твердости ограничен практическим применением и не дает точных численных данных или шкал, особенно для современных металлов и материалов.

Что такое твердость?

Измерение твердости применяют к большинству материалов, особенно к металлам. Само понятие «твердость» имеет много определений – от физиков, металлургов и инженеров-механиков. В минералогии твердость – это сопротивление царапанию другим веществом, а у металлургов – способность материала сопротивляться пластической деформации.

Наиболее частое применяемое определение твердости металлов такое: «Сопротивление металла местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого тела, например, наконечника (индентора) испытательного прибора».

Однако, твердость может иметь и другие проявления такие как, например, жесткость, сопротивление царапанию, истиранию или резанию. Твердость металла дает ему способность сопротивляться необратимому деформированию – гибке, излому или изменению формы.

Чем больше твердость металла, тем больше его сопротивление он оказывает необратимой, например, пластической деформации. Это разнообразие проявлений твердости дает и разнообразие методов ее измерения.

Измерение твердости методами статического вдавливания

Для измерения твердости наиболее часто применяют методы статического вдавливания в материал шарика, алмазного конуса или алмазной пирамидки. К этим методам относятся:

• метод Бринелля по ГОСТ 9012-59) – стальной шарик;
• метод Роквелла по ГОСТ 9013-59) – алмазный конус;
• метод Супер-Роквелла по ГОСТ 22975-78 – стальной шарик или алмазный конус;
• метод Виккерса по ГОСТ 2999-75 – алмазная пирамида;
• метод испытания микротвердости по ГОСТ 9450-75 – алмазная пирамидка.

Измерение твердости царапаньем

Это самый старый метод измерения твердости. На этом принципе основано испытание материалов царапаньем по методу Мооса, которое применяются для минералов. Кроме этого, ГОСТ 21318-75 определяет метод измерения микротвердости материала путем его царапания – нанесения канавки – специальными алмазными пирамидками.

Метод ударного отпечатка по ГОСТ 18661-73

Применяется для массивных деталей и конструкций, когда другие способы нельзя применить. Измерение твердости производится с помощью специального прибора. В прибор закладывают эталонный брусок с известной твердостью. Прибор устанавливают на поверхности исследуемой детали. При ударе молотком по верхней части бойка шарик диаметром 10 мм вдавливается одновременно в деталь и в эталон. Путем сравнивания лунок на детали и образце судят о твердости материала детали.

Метод упругого отскока бойка (метод Шора) по ГОСТ 23273-78

Применяют специальный прибор – склероскоп, внутри которого свободно падает боек с алмазным наконечником. Измерение твердости проводят по высоте отскока бойка.

Электромагнитный метод измерения твердости стали

Этот метод основан на зависимости магнитных характеристик стали от ее структуры. Так как каждой структуре стали соответствует определенная твердость, то между магнитными характеристиками и твердостью можно установить некоторую  зависимость. Эти менее точны, чем механические методы и требуют большого опыта для их применения. Их применяют при массовом контроле твердости  однотипных деталей.

Ультразвуковой метод измерения твердости стали

Этот метод измерения твердости называют методом ультразвукового контактного импеданса. Алмазную пирамидку прижимают к исследуемому образцу при постоянном усилии и возбуждают упругие колебания. Чем меньше твердость образца, тем больше индентор продавливает его поверхность. Применяется для измерения твердости в труднодоступных местах.

Источник: https://steel-guide.ru/mexanicheskie-svojstva-stali/izmerenie-tverdosti.html

Самый старый метод измерения твердости

Твердость материалов с давних пор оценивали по сопротивлению царапанию или резанию. Например, материал В царапает материал С, но не царапает материал А. И, наоборот, материал А царапает материал В только слегка, а материал В – очень сильно. Таким образом до сих пор оценивают относительную твердость минералов по минералогической шкале Мо́оса, которая была введена, немцем Моосом еще в 1811 году. По шкале Мооса максимальную твердость, 10 имеет алмаз, а минимальную твердость, 1 – тальк.

Практичный метод измерения твердости

На практике часто применяют аналогичный метод измерения твердости с помощью специального набора напильников, каждый из которых термически упрочнен на определенную твердость – от малой до большой. Такой набор из шести  напильников показан на рисунке ниже.

Рисунок — Набор напильников для измерения твердости металлов

Если напильник скользит по материалу без образования какого-либо следа, то этот материал считается более твердым, чем напильник, если след остается – менее твердым. Такой относительный метод измерения твердости ограничен практическим применением и не дает точных численных данных или шкал, особенно для современных металлов и материалов.

Что такое твердость?

Измерение твердости применяют к большинству материалов, особенно к металлам. Само понятие «твердость» имеет много определений – от физиков, металлургов и инженеров-механиков. В минералогии твердость — это сопротивление царапанию другим веществом, а у металлургов – способность материала сопротивляться пластической деформации.

Наиболее частое применяемое определение твердости металлов такое: «Сопротивление металла местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого тела, например, наконечника (индентора) испытательного прибора».

Однако, твердость может иметь и другие проявления такие как, например, жесткость, сопротивление царапанию, истиранию или резанию. Твердость металла дает ему способность сопротивляться необратимому деформированию — гибке, излому или изменению формы.

Чем больше твердость металла, тем больше его сопротивление он оказывает необратимой, например, пластической деформации. Это разнообразие проявлений твердости дает и разнообразие методов ее измерения.

Измерение твердости методами статического вдавливания

Для измерения твердости наиболее часто применяют методы статического вдавливания в материал шарика, алмазного конуса или алмазной пирамидки. К этим методам относятся:— метод Бринелля по ГОСТ 9012-59) – стальной шарик;— метод Роквелла по ГОСТ 9013-59) – алмазный конус;— метод Супер-Роквелла по ГОСТ 22975-78 – стальной шарик или алмазный конус;— метод Виккерса по ГОСТ 2999-75 – алмазная пирамида;

— метод испытания микротвердости по ГОСТ 9450-75 – алмазная пирамидка.

Измерение твердости царапаньем

Это самый старый метод измерения твердости. На этом принципе основано испытание материалов царапаньем по методу Мооса, которое применяются для минералов. Кроме этого, ГОСТ 21318-75 определяет метод измерения микротвердости материала путем его царапания – нанесения канавки — специальными алмазными пирамидками.

Метод ударного отпечатка по ГОСТ 18661-73

Применяется для массивных деталей и конструкций, когда другие способы нельзя применить. Измерение твердости производится с помощью специального прибора. В прибор закладывают эталонный брусок с известной твердостью. Прибор устанавливают на поверхности исследуемой детали. При ударе молотком по верхней части бойка шарик диаметром 10 мм вдавливается одновременно в деталь и в эталон. Путем сравнивания лунок на детали и образце судят о твердости материала детали.

Метод упругого отскока бойка (метод Шора) по ГОСТ 23273-78

Применяют специальный прибор — склероскоп, внутри которого свободно падает боек с алмазным наконечником. Измерение твердости проводят по высоте отскока бойка.

Электромагнитный метод измерения твердости стали

Этот метод основан на зависимости магнитных характеристик стали от ее структуры. Так как каждой структуре стали соответствует определенная твердость, то между магнитными характеристиками и твердостью можно установить некоторую  зависимость. Эти менее точны, чем механические методы и требуют большого опыта для их применения. Их применяют при массовом контроле твердости  однотипных деталей.

Ультразвуковой метод измерения твердости стали

Этот метод измерения твердости называют методом ультразвукового контактного импеданса. Алмазную пирамидку прижимают к исследуемому образцу при постоянном усилии и возбуждают упругие колебания. Чем меньше твердость образца, тем больше индентор продавливает его поверхность. Применяется для измерения твердости в труднодоступных местах.

Источник: http://otlivka.info/articles/%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5-%D1%82%D0%B2%D0%B5%D1%80%D0%B4%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8-%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%BE%D0%B2/