Методы измерения твердости металлов: Измерение твердости металла по Роквеллу, Бринеллю и Виккерсу.

alexxlab | 19.08.1996 | 0 | Разное

Методы определения твердости – Компания «Метротест»

Что такое твердость?

Твердость – это способность материалов сопротивляться проникновению в его поверхность индентора, который должен быть тверже исследуемого образца.

Основные методы определения твердости?

Основными исторически сложившимися определениями твердости являются методы: Бринелля (HB, HBW), Роквелла (HRA, HRB, HRC), Супер-Роквелла (HRN и HRT), Виккерса (HV), Микро-Виккерса (HV) и Шора (HА, НD, НОО и др.).

Во всех перечисленных методах при внедрении индентора происходит пластическая деформация исследуемого образца. Чем больше сопротивление материала пластической деформации, тем на меньшую глубину проникает индентор и тем выше твердость.

Какие исследуемые образцы подвергаются к испытанию методом Бринелля?

По методу Бринелля измеряют твердость более мягких материалов с максимальной твердостью до 650 HBW, например: стали, чугун (кроме белого), медь, мягкие сплавы, черные и цветные металлы, прессованная древесина и фанера при больших нагрузках.

Какие исследуемые образцы подвергаются к испытанию методом Роквелла?

По методу Роквелла измеряют твердость очень твердых и относительно мягких металлов, например: графит и пластмассы, металлы и сплавы после термической обработки при больших нагрузках.

Какие исследуемые образцы подвергаются к испытанию методом Супер-Роквелла?

Метод Супер-Роквелла в отличие от метода Роквелла подходит также для определения твердости алюминиевых сплавов, тонких металлических плит, подшипниковых сталей, толстых защитных покрытий при небольших нагрузках.

Какие исследуемые образцы подвергаются к испытанию методом Виккерса и Микро-Виккерса?

По методу Виккерса позволяют испытывать с высокой твердостью (благодаря использованию алмазного индентора) образцов из твердых сплавов, черных и цветных металлов, тонколистовых сталей, закаленных и не закаленных сталей, литья, полудрагоценных и драгоценных камней, цинкованных, хромированных и луженых покрытий поверхностей при больших нагрузках.

Метод Микро-Виккерса подходит для определения твердости малых образцов или металлической фольги, сталей, керамики, тонких пленок, покрытий, твердых сплавов, тонких закаленных слоев при малых нагрузках.

Какие исследуемые образцы подвергаются к испытанию методом Шора?

По методу Шору измеряют твердость резины и пластмасс, строительных утеплителей, ПВХ, продуктов из натурального каучука, твердых смол, полиэстера, печатных пластин, неопрена, и полиграфических валов.

Как измеряют твердость по методу Бринелля?

Метод измерения твердости по Бринелля описан в ГОСТ 9012-59 и основан на плавном внедрении твердосплавного стального шарика (определенного диаметра) в образец. После окончания испытания с помощью микроскопа измеряют диаметр отпечатка.

Применяют стальные или твердосплавные шарики с диаметрами 2,5 мм; 5 мм; 10 мм (также для определения твердости пластиков и твердых полимерных материалов применяются сферические шарики диаметрами 7,5 и 12 мм).

Как измеряют твердость по методам Роквелла и Супер-Роквелла?

Метод определения твердости по Роквеллу и Супер-Роквеллу в полном соответствии с ГОСТ 9013-59 проводится путем статического внедрения стального шарового индентора диаметром 1,5875 мм или алмазного индентора с углом при вершине 120 градусов с определенным усилием на поверхность исследуемого образца, и измерением глубины отпечатка во время испытания.

Преимущество метода Роквелла.

Преимуществом по Роквеллу является простота метода измерения твердости не требующего замера диаметра отпечатка и поиска твердости по таблице.

Как измеряют твердость по методам Виккерса и Микро-Виккерса?

Метод измерения твердости по Виккерсу и Микро-Виккерсу основан на плавном внедрении правильной четырехгранной алмазной пирамиды (с противоположным углом 136 градусов) в поверхность испытуемого изделия с определенным усилием (P), с последующим измерением диагонали отпечатка и расчета твердости образца по таблицам (ГОСТ 2999-75).

Преимущество метода Виккерса.

Преимущество по методу Виккерсу заключается в том, что возможно измерять твердость очень малых или тонких образцов.

Как измеряют твердость методом Шора?

Метод измерения твердости по Шору заключается во внедрении стального закаленного индентора (с определенной формой) с определенным усилием в поверхность исследуемого образца в соответствии с ГОСТ 263-75, 24622-91, 24621-91, ASTM D2240, ISO 868-85.

Преимущество метода Шора.

Преимуществом твердомеров по методу Шору является простота в использовании для определения твердости, небольшая масса и габариты.

Измерение твердости, методы, применение мер твердости

Опубликовано: 2022.03.16 Время на чтение: 3 минуты   609

Твёрдость — это свойство материала сопротивляться внедрению в него другого, более твёрдого тела.

Измерение твердости объекта — самый распространённый метод выявления его механических характеристик. Полученное значение в зависимости от метода прибора будет иметь свою размерность и свои цели определения твердости.

Твёрдость материала определяется как отношение величины нагрузки к площади поверхности, площади проекции или объёму отпечатка. Различают три вида твердости: проекционную, поверхностную и объемную.

Проекционная — это отношение нагрузки к площади проекции отпечатка.

Поверхностная — это отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка.

Объёмная — это отношение нагрузки к объёму отпечатка.

Большое количество методов определения данного значения и их направленности не предоставляет возможность выбрать один из них в качестве основного.

Наиболее распространенные способы:

1. БРИНЕЛЛЯ. Данный метод разработан инженером из Швеции в далеком 1900 году и называется по его фамилии. Для получения результатов выполняется вдавливание индентора в форме шарика. При выборе условий испытаний следят, чтобы толщина образца как минимум в 8 раз превышала глубину вдавливания индентора. В настоящий момент почти все электронные портативные приборы измерения твердости универсальны (за исключением твердомеров резины по методу Шора А!!!). Стационарные твердомеры зачастую выпускаются для конкретного метода определения твердости, так как есть существенные отличия в наконечниках и изучении отпечатка.
2. РОКВЕЛЛА. Способ был впервые предложен профессором Людвигом в своей книге «Испытания конусом» в 1908 году. Метод Роквелла — это определение относительной глубины проникновения твёрдого наконечника в материал. Потребность в машине Роквелла с применением данного метода была вызвана необходимостью быстрого определения эффектов термообработки на обоймах стальных подшипников. Метод Бринелля был в то время медленным, не подходил для закалённых сталей и оставлял слишком большой отпечаток, чтобы рассматриваться как неразрушающий.
3. ВИККЕРСА. Способ основывается на вдавливании в материал исследования правильной четырёхгранной алмазной пирамиды. Твёрдость вычисляется путём деления нагрузки Р на площадь поверхности полученного пирамидального отпечатка. Метод Виккерса позволяет определять твёрдость азотированных и цементированных поверхностей, а также тонких листовых материалов.
4. ШОРА. Метод зачастую используется для резины, пластмасс и иных полимеров. Существует два типа определения значения по Шору: Метод Шора А (вдавливание) для полимеров и метод Шора D (отскок) для металлов.
5. ЛИБА. Метод разработан инженером швейцарской компании Proceq  Д. Либом в 1975г. Для определения твёрдости используется отскок бойка (измеряется соотношение скоростей бойка до и после удара).

 

Важно: для портативных твердомеров по любому методу при контроле образца от 0,03 г (при толщине изделия не менее 3 мм) до 2 кг необходимо использовать методику притирки. При толщине контролируемого объекта от 3 до 0,5 мм  требуется струбцина (дополнительная комплектация к твердомерам), для маленьких деталей сложной формы рекомендуются специальные штативы. Поверхность исследуемого образца должна быть не более 2,5 Ra !!! Для её зачистки рекомендуем применять миниатюрные шлифмашины и для более грамотной работы — измерители шероховатости.

Образцовые меры твёрдости предназначены для воспроизведения твёрдости металлов по стандартизированным шкалам твердости: Роквелл (ГОСТ 9013-59), Супер-Роквелл (ГОСТ 22975-78), Бринелль (ГОСТ 9012-59), Виккерс (ГОСТ 2999-75), Шор (ГОСТ 23273-78), Либа (ASTM A956, DIN 50156-3).

Меры твёрдости необходимы для двух основных задач:

-первая — контроль исправности и точности показаний твердомеров. Все без исключения международные стандарты рекомендуют и требуют перед началом работы по серии измерений определить точность показаний вашего прибора на мерах твердости (той шкалы, по которой будут проводиться измерения). Если показания твердомера соответствуют номинальному значению меры твёрдости в пределах паспортной погрешности, можно приступать к измерению изделий. Это касается всех типов приборов определения твердости: стационарных, портативных, статических и т. д.    

 – вторая — калибровка твердомеров. Если при контроле исправности и точности показаний твердомера на мере твёрдости выявлено завышение или занижение показаний твёрдости за пределами паспортной погрешности твердомера, такой прибор необходимо откалибровать.

  Возможность самостоятельной калибровки твердомера пользователем заложена практически в каждой модели.

Не экономьте на мерах твёрдости: если рабочая поверхность меры использована более чем на 70 % (следы от уколов индентора), возьмите новую. Эта рекомендация предписана многими стандартами, в том числе российскими, из-за высокой вероятности попадания нового измерения в след от старого и, как следствие, получения некорректного результата измерения твёрдости.  Меры твёрдости металлов имеют только одну рабочую поверхность — ту, на которую нанесена градуировка (значение меры твёрдости либо поверочное клеймо).

• Хиты продаж
• Новинки

4 Различные методы определения твердости

Твердость определяется как мера того, насколько хорошо материалы сопротивляются локальной деформации, такой как удары, вмятины или царапины. Хотя это хорошо изученное физическое свойство, оно намного сложнее, чем другие характеристики, поскольку связано с различными типами сил нагрузки.

По сути, твердость — это всего лишь мера того, насколько хорошо материал ведет себя в заданном испытании на твердость. В результате сегодня исследователям доступны различные методы и методики определения твердости. В этой статье мы хотим рассмотреть четыре различных метода определения твердости при вдавливании.

Измерение твердости по Роквеллу

Измерение твердости по Роквеллу, впервые разработанное более ста лет назад, представляет собой экспресс-метод определения твердости, который в основном используется для обеспечения качества и контроля производства. Он использует алмазный конус или стальной шар, чтобы сначала приложить небольшую нагрузку около 3 кгс, прежде чем приложить дополнительную большую нагрузку; как правило, более 10 кг. Измерение постоянного изменения глубины относительно незначительной базовой линии позволяет инженерам рассчитать число твердости по Роквеллу.

Испытание на твердость по Бринеллю

Как и шкала Роквелла, испытание на твердость по Бринеллю обычно касается больших нагрузок, приближающихся к номинальному максимальному усилию в 3000 кгс, что требует более крупного и твердого наконечника индентора. Инденторы Бринелля имеют сферические наконечники из карбида вольфрама, которые оставляют относительно широкий и глубокий отпечаток на поверхности. В результате определение твердости по Бринеллю обычно используется для более крупных образцов.

Определение твердости по Кнупу

Определение твердости по Кнупу было разработано специально для определения характеристик хрупких или тонких образцов, таких как керамика или поверхностные покрытия. Большие нагрузки и прочные сферические инденторы предыдущих двух методов определения твердости не подходили для таких хрупких материалов. Вместо этого при измерении микротвердости по Кнупу используются нагрузки не более 1 кгс, которые прикладывают с помощью характерного удлиненного пирамидального наконечника зонда.

Если вы хотите узнать больше, прочитайте нашу предыдущую статью: Что такое определение микротвердости по Кнупу?

Измерение твердости по Виккерсу

Наконец, измерение твердости по Виккерсу больше всего похоже на определение микротвердости по Кнупу в том смысле, что оно включает нагрузку не более 1 кгс и не использует шарикообразные инденторы промышленных твердомеров. Зонд Виккерса представляет собой однородную пирамиду, которая вдавливается в поверхность и выдерживается в течение заранее определенного периода времени, прежде чем зонд удаляется. Затем измеряется длина диагонали полученного отпечатка и используется для расчета твердости.

Измерение твердости с помощью Clemex

Clemex — один из ведущих поставщиков интеллектуальных решений для микроскопии, предлагающий готовые системы для динамического определения твердости. Наши системы рассчитаны на испытательные нагрузки от 0,3 кгс до 30 кгс и обладают высокой гибкостью для различных методов определения твердости. Почему бы не связаться с членом команды Clemex сегодня, если у вас есть какие-либо вопросы?

Измерение твердости плакированного металла и композитных металлов

Методы наплавки металлов часто используются для создания конечного продукта, который имеет необходимые характеристики, требуемые для конкретного применения, например, твердость для обеспечения износостойкости.

Два или более слоев из разных металлов прочно связаны друг с другом. Комбинация контактного материала и носителя предназначена для обеспечения требуемых результирующих характеристик в композите, недоступных для одного металла.

Твердость металла — это характеристика , придающая ему прочность и определяющая, насколько он пластичен. Твердость может также относиться к его жесткости или закалке, а также к сопротивлению порезам или истиранию.

Существует несколько методов и шкал, используемых для измерения твердости металлов, включая шкалы Роквелла, Бринелля и Виккерса. Все основаны на сопротивлении испытуемого образца деформации при использовании индентора.

К образцу материала прикладывают фиксированную силу или нагрузку и измеряют образовавшуюся вмятину. Более твердые материалы будут давать меньшие углубления; следовательно, измерение твердости рассчитывается на основе глубины, измеренной относительно известной приложенной нагрузки.

Вот краткий обзор каждого метода, его использования, преимуществ и недостатков:

Испытание на твердость по Роквеллу

Метод Роквелла представляет собой относительное измерение чистого увеличения глубины отпечатка при приложении двух известных нагрузок. В нем используется стальной шарик (испытание Rockwell B) или круглый конус с алмазным наконечником (испытание Rockwell C).

Определение твердости по Роквеллу используется:

• для измерения относительной твердости
• для большинства материалов, особенно для более твердых пластиков

Тест на твердость по Роквеллу:

• дает прямое считывание результата теста
• предоставляет информацию для сравнения
•  – наиболее часто используемый номер
.
• — самый универсальный тест

Однако испытание:

• нельзя использовать для оценки прочности материала
• не предсказывает устойчивость к истиранию или износу
• не следует использовать отдельно для разработки продукта.

Испытание на твердость по Бринеллю

Метод Бринелля использует закон Мейера для определения индекса твердости. Вдавливание производится шариком из карбида стали под заданной нагрузкой в ​​течение фиксированного промежутка времени. Это углубление затем исследуют оптически и измеряют. Затем измерение преобразуется в значение Бринелля с использованием определенных формул.

Диаметр шариков от 1 мм до 10 мм, нагрузка от 1 кгс до 3000 кгс. Время показа варьируется от 10 до 15 секунд.

Используется определение твердости по Бринеллю:

• чаще всего для металлов и сплавов
• на более крупных деталях, особенно для поковок и литья
• для определения предела прочности при растяжении

Испытание на твердость по Бринеллю:

• — старейшее испытание на твердость, используемое до сих пор
• можно использовать на конструкциях из грубого материала
• эффективен на шероховатых поверхностях
• использует одну шкалу для охвата всего диапазона твердости

Однако тест:

• выполняется медленно
• может давать неясные результаты из-за оптического метода измерения
• результаты могут сильно различаться при небольших вариациях теста и могут быть открыты для различной интерпретации
• затрудняет сравнительное тестирование
• требует подготовки поверхности образца.

Испытание на твердость по Виккерсу

При испытании по Виккерсу используется пирамидальный алмазный индентор с квадратным основанием, нагрузка которого может варьироваться от граммов до килограммов в зависимости от тестируемого материала. Крошечные углубления измеряются оптическим методом и преобразуются в измерение твердости.

Используется определение твердости по Виккерсу:

• для очень тонких материалов и микроструктур
• для измерения глубины поверхности
• для предоставления сравнительных показаний изменений твердости

Тест на твердость по Виккерсу:

• подходит для образцов небольшого размера
• дает чрезвычайно точные показания
• можно использовать на мягких и твердых материалах
• использует одно и то же оборудование для каждого теста

Тем не менее, тест:

• связано с дорогим оборудованием
• требует подготовки образцов.