Методы измерения твердости металла – изучение основ

Контроль качества используемых материалов – безусловная основа производственной деятельности. Практически все зависит от качества сырья – времени и качества обработки, его пластических возможностей или качества конечного продукта. Например, использование дефектного сплава при производстве транспортных средств создает опасность для пользователя и других участников дорожного движения. Поэтому, прежде чем мы начнем какую-либо работу с материалом, следует должным образом оценить его свойства, например путем испытания на твердость. Сегодня для измерения твердости мателла используются специальные твердомеры.

Проверка твердости металла

В самом начале следует уточнить, что такое твердость? Это то, что называется сопротивлением данного материала остаточной деформации, вызванной индентором на небольшой площади поверхности материала. В зависимости от свойств (в данном случае) металла и величины деформации различают испытания на нанотвердость, микротвердость и твердость. Отдельные методы измерения требуют работы на очищенной, отшлифованной – а иногда даже полированной – и ровной поверхности. Чаще всего используются три метода: Бринелля, Роквелла и Виккерса. Шкала твердости металлов зависит от используемого метода.

Измерение твердости по Бринеллю

Метод был разработан и внедрен в 1900 году Йоханом Августом Бринеллем. Шкала твердости по Бринеллю обозначается HB в диапазоне от 0 до 650. Она обычно используется для металлургических пластмасс. Измерение заключается в вдавливании в материал стального шара (HBS) или шара из твердого сплава (HBW). В зависимости от образца для испытаний используются шарики разного диаметра; а также продолжительность испытания и контактное усилие.

Самым большим преимуществом этого метода является возможность испытания неоднородной структуры. К сожалению, этот метод не лишен недостатков. Во-первых, это деструктивный метод, так как после измерения оставляет большой след. Он также не подходит для испытания твердых металлов, а также мелких деталей и тонких листов. Дополнительной трудностью является необходимость оптического измерения диаметра отпечатка индентора, для чего требуется микроскоп.

Измерение твердости по Роквеллу

Этот метод был запатентован в 1914 году Хью М. Роквеллом и Стэнли П. Роквеллом. Испытание на твердость заключается в измерении глубины отпечатка, сделанного алмазным конусом с углом при вершине 120 градусов и радиусом закругления 0,2 мм или твердосплавным шариком диаметром шестнадцатого дюйма (1/16 дюйма = 1,5875 мм), меньше часто диаметром 1/8 дюйма, 1⁄4 дюйма или 1⁄2 дюйма. Что немаловажно, тестируемый образец будет иметь очень небольшой изъян, поэтому часто разрешается проводить проверки даже на готовой продукции. Каждая шкала твердости по Роквеллу помечена HR с дополнительной буквой или буквами, указывающими используемый индентор, а также начальную и общую нагрузку. Всего существует тридцать шкал Роквелла, таких как HRA, HRBW, HRC.

Этот тест на твердость получил признание благодаря его применимости к твердым материалам, а также его скорости и простоте измерения, поскольку твердомер прост в эксплуатации. Речь также идет о небольшом воздействии на тестируемый материал и прямом считывании результатов с прибора (без использования сложных таблиц). Однако у всего есть свои недостатки. В данном случае речь идет о необходимости точного позиционирования тестового объекта, поскольку легко получить неверный результат. Измерения также могут быть неподходящими при неблагоприятных условиях окружающей среды. Метод требует знания многих шкал, и сравнивать их между собой сложно.

Измерение твердости по методу Виккерса

Это самый последний из перечисленных здесь методов. Используется с 1924 года. Шкала твердости по Виккерсу обозначается символом HV, за которым следует значение приложенной нагрузки, выраженное в килограммах силы. Измерение производится с помощью правильной ромбовидной четырехугольной пирамиды с углом при вершине 136 градусов. Результат получается делением статической нагрузки, выраженной в настоящее время в N, на квадрат средней длины диагоналей отпечатка. Коэффициент 0,1891 учитывает единицы измерения и геометрию индентора. Наиболее распространенные нагрузки находятся в диапазоне 1,961 – 980,7 Н, что соответствует маркировке HV 0,2 – HV 100, но также популярен микрометод Виккерса (HV 0,01 – HV 0,2).

Большим преимуществом этого метода является возможность использования его как с мягкими, так и с твердыми материалами. Также важна небольшая интерференция с исследуемым материалом, то есть небольшой след после измерения, очень высокая точность и возможность легко сравнивать результаты, полученные при различных нагрузках. Любопытно, что результат, выраженный методом Бринелля HB30, и значение, полученное по шкале Виккерса, можно рассматривать как близкие к линейности. Краткая формула HB = 0,95 HV, безусловно, упростит для сотрудников, имеющих опыт работы с твердомерами по Бринеллю, начало испытаний с алмазным индентором. Однако такое преобразование не следует рассматривать.

Adblock
detector