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.

определение твердости металла

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:

  • Статические

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

  • Динамические

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.

методы определения твердости металла

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.