Твердость металлов
Трудно назвать сферу жизнедеятельности, в которой не используют металлы и/или их сплавы. Пластичный материал, устойчивый к перепадам температур, агрессивным веществам, применяется для производства деталей, корпусов, узлов, подвергающихся высоким динамическим, статическим нагрузкам.
Твердость — свойство металла, которое характеризует способность сопротивляться изменению формы изделия при соприкосновении с другим, более твердым предметом.
Именно поэтому твердость специалисты называют одним из физических основных показателей металла. Для измерения устойчивости к деформации используют несколько методик — от глубины каверны, образованной при вдавливании в материал алмазного или твердосплавного конуса до высоты, на которую отскакивает стальной шарик при сбрасывании на испытуемое тело.
В зависимости от способа воздействия на испытуемый предмет метод называют статическим или динамическим. К первым относят таблицы Бринелля, Викерса, Роквелла. Виды нагрузок к материалам, сила и другие характеристики их приложения при испытаниях подробно описаны в ГОСТ:
- 1497-84 — госстандарт содержит методику определения сопротивляемости металлических предметов на растяжение. Документ рекомендует изготавливать контрольные образцы на металлорежущих станках с минимальными геометрическими параметрами;
- 25.503-97 — введен взамен ГОСТ 25.503-80 для проверки на разрушаемость при сжатии;
- 14019-80 — стандарт, который соблюдают при исследовании металлических заготовок на изгиб.
Динамические испытания изобретены учеными Альбертом Шором, Николаем Бауманом, другими испытателями. Научно-исследовательские лаборатории, предприятия применяют один или несколько методов определения твердости металла перед запуском изделия в массовое производство или изготовления штучного образца.
Среди динамических методов исследования наиболее часто используют способ, который изобрел Альберт Шор. Более подробно о методиках испытаний на твердость — в этой статье.
Определение твердости металла по Бринеллю
Метод изобретен Ю́ханом А́вгустовичем Брине́ллем — шведским металлургом, который предложил испытывать твердость металлов и сплавов статической нагрузкой. Для этого применяется стенд, способный оказывать давление на заготовку не менее, чем 30 кН. Индентор (предмет, который применяют для проверки прочности материала) — шарик из твердого сплава.

Процесс определения характеристики выглядит так:
- на рабочей поверхности стенда укрепляют заготовку;
- на шарик постепенно опускается головка пресса;
- давление оказывается в течение 10-15 минут для сталей;
- физические характеристики глубины углубления определяют свойства испытуемого материала.

Твердость по восстановленному отпечатку определяется как отношение приложенной нагрузке к площади отпечатка по формуле:
где
- F — нагрузка;
- D — диаметр индентора;
- d — размер углубления
Для исследований используют шарики диаметром 10 мм, но в некоторых случаях допускается применение инденторов меньших размеров (1; 2; 2.5; 5 мм).
Определение по невосстановленному отпечатку немного отличается: для этого учитывают отношение нагрузки к объему оттиска (части индентора, вдавленной в заготовку) по формуле:
где под значением h понимают глубину отметки, оставленной индентора
Твердость металла по Бринеллю, например, такое, как 550 HWB 10/3100/12,обозначает:
550 — числовой показатель в кгс/мм²;
- 10 — диаметр шарика;
- 3100 — сила давления при испытании образца в кгс;
- 12 — число секунд, потраченных на испытание.
Определение твердости металла по Роквеллу
Метод впервые получил подробное описание в книге венского профессора Людвига «Die Kegelprobe», с нем «испытание конусом». Твердомер с индентором из стали или алмаза изобретен Хью и Стэнли Роквеллами как прибор, с помощью которого можно было в очень сжатые сроки оценивать состояние термообработки материала. Роквеллам потребовался способ быстрого анализа стали при производстве подшипников.

Твердость стали и других сплавов по описываемому методу разделена на одиннадцать шкал, которые обозначаются буквами латинского алфавита от A до T. Для исследований используются сферические инденторы (материал — инструментальная сталь или карбид вольфрама) и конический наконечник из алмаза со скругленной головкой под углом 120 градусов. Формула расчета:
Для шкал Роквелла используют стандартные нагрузки — 60, 100 или 150 кгс (чем мягче сплав, тем меньше давление на образец). Обозначение для твердости по Роквеллу — HS, третья латинская буква добавляется в зависимости от шкалы. Например, HSA — материал шкалы A, который испытывали под давлением 60 кгс с алмазным сфероконическим наконечником, HRC и HRG — шкалы для образцов, исследуемых при помощи максимальных нагрузок — 150 кгс.
Определение твердости металла по Виккерсу
Нормативы, содержащиеся в ГОСТ 2999-75 (СТ СЭВ 470-77) и ISO 6507, регламентирует способ испытания материалов, при котором используют алмазную пирамиду с углом 136 градусов в качестве индентора. Обозначение характеристики такого метода исследования — HV, она получается после деления нагрузки на площадь пирамидального отпечатка.

Твердомеры Виккерса используют для исследования тонкостенных заготовок, азотированных и/или цементированных материалов. Время нагрузки, которой подвергают деталь — не меньше 5 секунд.
Определение твердости металла по Шору
Способ проверки материала, который изобрел Альберт Ф. Шор, называют динамическим из-за механики исследования: над поверхностью заготовки отпускают стальной шарик или стержень. Твердость исследуемого предмета оценивают по высоте отскока специальным прибором — дюрометром.
Регламентирующий документ для испытаний — международный стандарт ISO 868. Степень твердости сплавов оценивают по двум шкалам в соответствии с этим документов — A и D. Дюрометры других типов могут классифицировать сплавы по шкалам A, B, C, D, O и OO. Прибор состоит из нескольких частей:
- опоры (основания) площадью минимум 100 кв.см.;
- индентора;
- шкалы-индикатора;
- пружины для нагрузки на шарик или стержень.
Таблица сравнения твердости по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу, Шору
По Роквеллу | По Бринеллю | По Виккерсу (HV) |
По Шору | |||
---|---|---|---|---|---|---|
HRC | HRA | HRB | Диаметр отпечатка | HB | ||
65 | 84,5 | — | 2,34 | 688 | 940 | 96 |
64 | 83,5 | — | 2,37 | 670 | 912 | 94 |
63 | 83 | — | 2,39 | 659 | 867 | 93 |
62 | 82,5 | — | 2,42 | 643 | 846 | 92 |
61 | 82 | — | 2,45 | 627 | 818 | 91 |
60 | 81,5 | — | 2,47 | 616 | — | — |
59 | 81 | — | 2,5 | 601 | 756 | 86 |
58 | 80,5 | — | 2,54 | 582 | 704 | 83 |
57 | 80 | — | 2,56 | 573 | 693 | — |
56 | 79 | — | 2,6 | 555 | 653 | 79,5 |
55 | 79 | — | 2,61 | 551 | 644 | — |
54 | 78,5 | — | 2,65 | 534 | 618 | 76,5 |
53 | 78 | — | 2,68 | 522 | 594 | — |
52 | 77,5 | — | 2,71 | 510 | 578 | — |
51 | 76 | — | 2,75 | 495 | 56 | 71 |
50 | 76 | — | 2,76 | 492 | 549 | — |
49 | 76 | — | 2,81 | 474 | 528 | — |
48 | 75 | — | 2,85 | 461 | 509 | 65,5 |
47 | 74 | — | 2,9 | 444 | 484 | 63,5 |
46 | 73,5 | — | 2,93 | 435 | 469 | — |
45 | 73 | — | 2,95 | 429 | 461 | 61,5 |
44 | 73 | — | 3 | 415 | 442 | 59,5 |
42 | 72 | — | 3,06 | 398 | 419 | — |
40 | 71 | — | 3,14 | 378 | 395 | 54 |
38 | 69 | — | 3,24 | 354 | 366 | 50 |
36 | 68 | — | 3,34 | 333 | 342 | — |
34 | 67 | — | 3,44 | 313 | 319 | 44 |
32 | 67 | — | 3,52 | 298 | 302 | — |
30 | 66 | — | 3,6 | 285 | 288 | 40,5 |
28 | 65 | — | 3,7 | 269 | 271 | 38,5 |
26 | 64 | — | 3,8 | 255 | 256 | 36,5 |
24 | 63 | 100 | 3,9 | 241 | 242 | 34,5 |
22 | 62 | 98 | 4 | 229 | 229 | 32,5 |
20 | 61 | 97 | 4,1 | 217 | 217 | 31 |
18 | 60 | 95 | 4,2 | 207 | 206 | 29,5 |
— | 59 | 93 | 4,26 | 200 | 199 | — |
— | 58 | — | 4,34 | 193 | 192 | 27,5 |
— | 57 | 91 | 4,4 | 187 | 186 | 27 |
— | 56 | 89 | 4,48 | 180 | 179 | 25 |
Материалы по теме





Мы стараемся писать на самые важные и актуальные темы для вас. Если вы не нашли в нашем блоге статьи на интересующие вас темы, скажите нам об этом.
Предложить тему
Комментарии