Опубліковано 19.09.2016 13:08

Твердість - опір твердого тіла зміни форми (деформування) або руйнування в поверхневому шарі при місцевих силових контактних впливах. Проектуючи це визначення на методи неруйнівного контролю, можемо отримати наступне визначення твердості: це властивість матеріалу чинити опір пластичної деформації.

Найбільшого поширення для визначення твердості металів отримали методи, засновані на вдавливании индентора у вигляді сталевої кульки (методи Брінелля і Роквелла), алмазу в формі піраміди (метод Віккерса) або алмазу з округлою вершиною (також метод Роквелла) в випробуваний зразок.

Давайте розглянемо окремої кожен із зазначених методів.

метод Роквелла - метод визначення твердості матеріалів, переважно металів, заснований на вдавливании під заданим навантаженням в поверхню випробуваного зразка спеціального индентора - алмазу в формі конуса або сталевого загартованого кульки. Метод названий по імені розробив його в 1919 році американського металурга Стенлі Роквелла. Відмінністю даного методу є застосування невеликих випробувальних навантажень (60, 100 і 150 кгс), що дозволяє застосовувати його для випробування тонких зразків і остаточно оброблених виробів, а також застосування спеціальних шкал твердості, пов'язаних тільки з глибиною відбитка.

Шкали твердості по Роквеллу.

Існує 11 основних шкал для визначення твердості за методом Роквелла. Це шкали A; B; C; D; E; F; G; H; K; N; T, при цьому, як згадувалося раніше, найбільш часто використовувані серед них - це шкали А, В і С з випробувальної навантаженням 60, 100 і 150 кгс відповідно.

Таблиця 1. Найбільш широко використовувані шкали твердості по Роквеллу.

шкала

индентор

Навантаження, кгс

А

Алмазний конус з кутом 120 ° при вершині

60

В

Кулька діаметром 1/16 дюйма з карбіду вольфраму (або загартованої сталі)

100

З

Алмазний конус з кутом 120 ° при вершині

150

Важливо відзначити, що чим твердіше матеріал, тим менше буде глибина проникнення наконечника в нього. Щоб при більшій твердості матеріалу не виходило менше число твердості по Роквеллу, вводять умовну шкалу глибин, приймаючи за одне її поділ глибину, рівну 0,002 мм. При випробуванні алмазним конусом гранична глибина впровадження становить 0,2 мм, або 0,2 / 0,002 = 100 поділок, при випробуванні кулькою - 0,26 мм, або 0,26 / 0,002 = 130 поділок.

Нормативні документи для методу Роквелла.

• ГОСТ 9013-59. Метали. Метод вимірювання твердості по Роквеллу;
• ISO 6508-1: Metallic Materials - Rockwell Hardness Test. Part 1: Test Method (Scales A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T);
• ASTM E-18 Standard Methods for Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness of Metallic Materials;
• ASTM E-140 Standard Hardness Conversion Tables for Metals. Relationship Among Brinell Hardness, Vickers Hardness, Rockwell Hardness, Superficial Hardness, Knoop Hardness, and Scleroscope Hardness.

метод Віккерса - метод вимірювання твердості металів і сплавів, заснований на вдавливании в випробовуваний матеріал правильної чотиригранної алмазної піраміди з кутом 136 ° між протилежними гранями. При цьому саме значення твердості обчислюється шляхом ділення прикладеного навантаження на площу поверхні отриманого пірамідального відбитка.

Даний метод вимірювання підходить для визначення значень твердості деталей малої товщини з чорних і кольорових металів і сплавів; деталей, загартованих на малу глибину, а також деталей, що мають тонкі шари гальванічних покриттів. Основним недоліком методу Віккерса є залежність вимірюваної твердості від прикладеного навантаження або глибини впровадження індентора (явище розмірного ефекту).

Нормативні документи для методу Віккерса.

• ГОСТ 2999-75 (СТ РЕВ 470-77) - Метали і сплави. Метод вимірювання твердості по Віккерсу;
• ISO 6507-1: 2005 Metallic materials. Vickers hardness test. Part 1: Test method.

метод Брінелля - один з основних методів визначення твердості матеріалів, заснований на вдавливании в поверхню випробуваного матеріалу металевої кульки з твердого сплаву з певним діаметром і надалі вимірі діаметра отриманого відбитка. Як індентора використовуються кульки з твердого сплаву діаметром 1; 2; 2.5; 5 і 10 мм. Величину навантаження і діаметр кульки вибирають в залежності від досліджуваного матеріалу. При цьому самі досліджувані матеріали ділять на 5 основних груп:

• сталь, нікелеві і титанові сплави;
• чавун;
• мідь та сплави міді;
• легкі метали і їх сплави;
• свинець, олово.

Крім цього, вищенаведені групи можуть розділятися на підгрупи в залежності від твердості зразків.

Нормативні документи для методу Брінелля.

• ISO 6506-1 діє до: 2014 «Metallic materials - Brinell hardness test - Part 1: Test method»;
• ДСТУ ISO 6506-1: 2007 «Визначення твердості за Брінеллем. Частина 1. Метод випробування »;
• ASTM E-10 «Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials»;
• ASTM E140-07 «Standard Hardness Conversion Tables for Metals Relationship Among Brinell Hardness, Vickers Hardness, Rockwell Hardness, Superficial Hardness, Knoop Hardness, and Scleroscope Hardness».

Важливо, також, відзначити, що по ISO 6506-1: 2005 (ГОСТ 9012-59) регламентовані наступні основні навантаження для методу Брінелля: 9.807 Н; 24.52 Н; 49.03 Н; 61.29 Н; 98.07 Н; 153.2 Н; 245.2 Н; 294.2 Н; 306.5 Н; 612,9 Н; 980.7 Н; 1226 Н; 2452 Н; 4903 Н; 7355 Н; 9807 Н; 14 710 Н; 29 420 Н.

Серед недоліків методу можна відзначити наступні: застосуємо для матеріалів з твердістю не більше 450 HB; вимірювані значення твердості безпосередньо залежать від прикладеного навантаження (зворотний розмірний ефект); по краях відбитка від індентора утворюються навали і напливи, що ускладнює вимір як діаметра, так і глибини відбитка; через відносно великого діаметра використовуваних кульок даний метод непридатний для тонких зразків.

Для вимірювання твердості матеріалів за вказаними методам використовуються спеціальні прилади: портативні і стаціонарні твердоміри . Детальніше про кожного з видів ми розповімо в наступних статтях.