Измерение твердости металла в лаборатории

Твердость – это один из важнейших эксплуатационных показателей деталей механизмов и машин, который во многом определяет их стойкость к долговечности.

Под твердостью понимают способность материалов сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела. Измерение твердости металла является одним из широко распространенных видов механических испытаний металлов.

Широкое применение этого вида испытаний обусловлено следующими его преимуществами:

  • по полученному значению твердости можно сделать предварительные выводы о других механических свойствах металла (сплава), так как большинство металлов и сплавов определяются одним и тем же показателем – его структурой;
  • измерение твердости позволяет судить о наличии (или отсутствии) в деталях упрочненных поверхностей в результате различных видов термической обработки сплавов, связанной с изменение структуры по сечению детали;
  • оборудование для измерения твердости проще, чем при других методах испытания;
  • методика измерения твердости сравнительно простая.

В промышленности используется очень большое количество металлов и их сплавов с самыми разнообразными механическими свойствами. Это привело к тому, что в настоящее время существует около трех десятков методов испытания твердости, при чем каждый имеет определенную область применения.

В технической литературе твердость всегда обозначается букой Н (от англ. hardness – твердость). Следом за буквой Н всегда пишется одна или две буквы, обозначающие метод испытания твердости, например:

  • HB – твердость по Бринеллю;
  • HRA, HRB, HRC – твердость по Роквеллу по разным шкалам;
  • HV – твердость по Виккерсу;
  • HSD – твердость по Шору;
  • НР – твердость по Польди и так далее.

Раскроем сущность некоторых методов испытания твердости металлов, используемых в испытательной лаборатории компании НПО Феррум.

Методы измерения твердости металлов

Применяемые методы измерения твердости металлов и сплавов в нашей лаборатории:

  • метод Бринелля;
  • метод Роквелла;
  • метод Виккерса.

При измерении твердости металла по методу Бринелля в поверхность изделия в течение определенного времени с усилием Р вдавливается стальной закаленный или твердосплавный шарик диаметром 10,5 или 2,5 мм. На поверхности образца получается отпечаток диаметром. Для получения значения твердости измеряют диаметр отпечатка и рассчитывают площадь шарового сегмента по стандартизированной формуле.

Твердость определяется делением приложенной к шарику нагрузки на площадь отпечатка. Диаметр отпечатка измеряют специальной измерительной лупой. Для получения более точного результата диаметр отпечатка следует измерять в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Следует отметить, что методом Бринелля можно испытывать материалы, твердость которых не превышает 450 единиц по Бринеллю. При большей твердости индентор (элемент, которым давят в образец) будет деформироваться, и измерение будет не точным.

При методе измерения твердости металла по Роквеллу в качестве индентора служит алмазный конус или стальной закаленный шарик. К особенностям проведения данного метода можно отнести:

  • Сначала оказывается предварительная нагрузка, после чего добавляется вторая.
  • После выдержки под общей нагрузкой вторая снимается, проводится замер глубины отпечатка, затем снимается предварительная нагрузка.
  • Так как форма индентора существенно отличается, введено несколько типо измерительных шкал.

Если в качестве внедрителя служит алмазный конус твердость материала оценивается по двум шкалам – А и С, если же внедрителем служит шарик, то отсчет твердости производится по шкале В.

При выборе режимов испытания твердости необходимо ориентировочно знать примерную твердость плава (твердый, мягкий) и толщину образца. Данный метод позволяет определять твердость термически обработанных изделий.

Измерение твердости металла по Виккерсу заключается во внедрении в испытуемый металл алмазной пирамиды. Усилие вдавливания выбирается в зависимости от толщины и твердости образца и составляет от 1 до 100 кгс.

Метод достаточно универсален, так как позволяет измерять, практически, твердость любого металла и сплава, но метод требует очень тщательной подготовки поверхности – тонкого шлифования или полировки. Метод Виккерса нежелательно применять при измерении твердости крупнозернистых и разнородных структур, так как при малом размере отпечатка можно получить большой разброс данных.

Оборудование для измерения твердости металлов

В лаборатории компании НПО Феррум оборудование, на котором проводятся испытания является стационарным. В нашем распоряжении находятся специальные твердомеры на каждый метод, которые позволяют устанавливать нужные инденторы и прилагать соответствующую нагрузку.