ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ

Твердость – сопротивление материала пластическому деформированию при вдавливании наконечника.

По величине твердости можно судить о прочностных свойствах материалов, не производя испытаний на растяжение.

Твердость материалов тесно связана с их обрабатываемостью и износоустойчивостью.

При определении твердости внешние нагрузки передаются на образец вдавливанием в его поверхность твердого наконечника в виде шарика, конуса, пирамиды.

Методы измерения твердости получили широкое применение благодаря быстроте и простоте, портативности оборудования, а также возможности проводить испытания на готовых деталях без их разрушения.

Метод Бринелля (Рис. 6)

Основан на вдавливании в поверхность испытуемого материала стального закаленного шарика диаметром D под действием нагрузки Р. После снятия нагрузки на поверхности образца, заготовки или детали остается отпечаток, имеющий форму шарового сегмента. Чем тверже металл, тем меньше величина отпечатка.

где Р – с ила вдавливания, Н (кгс);

F – поверхность шарового отпечатка, мм² .

Диаметр шарика D=10; 5; 2,5 мм выбирают в зависимости от толщины изделия. Определение НВ по данным измерения D надежнее и проще. Диаметр отпечатка измеряется измерительной лупой. Для ускорения и упрощения испытания составлены таблицы зависимости НВ от d.

На приборе Бринелля не рекомендуется испытывать металлы с твердостью выше НВ 450 во избежание погрешности из-за деформации шарика.

Твердость по Бринеллю измеряется приборами типа ТШ – твердомер с шариковым наконечником.

Между пределом прочности и числом твердости НВ для различных металлов установлена следующая примерная зависимость:

для стали

для алюминиевых сплавов

для медных сплавов

для чугуна

Метод Роквелла

Определение твердости при вдавливании шарика или конуса с предварительным нагружением (рис 6). В зависимости от твердости материала применяют наконечники 2-х типов: стальные шарики 1,6 мм для испытания металлов малой и средней твердости при суммарной нагрузке 100 кгс (шкала В) и алмазный конус с углом при вершине 120° для испытания твердых материалов при суммарной нагрузке 150 кгс (шкала С) и при суммарной нагрузке 60 кгс (шкала А). Значение твердости по Роквеллу определяется по глубине проникновения в испытуемый образец под действием суммарной нагрузки. Эта глубина, выражаемая в условных единицах, характеризует твердость по Роквеллу HR. Число твердости отсчитывается по круговой шкале индикатора (циферблату). Он имеет 100 делений и 2 шкалы – черную и красную. Каждое деление шкалы соответствует единице твердости. При испытании алмазным конусом отсчеты ведутся по черной шкале, а стальным шариком – по красной.

Прибор ТК - твердомер конусный. Число твердости по Роквеллу можно приблизительно перевести в число твердости по Бринеллю при помощи специальных таблиц перевода твердости.

HRC = HB/10

Метод Викерса

Испытания твердости в этом случае производится путем вдавливания алмазной четырехгранной пирамиды с углом 136 градусов между противоположными гранями. В результате вдавливания алмазная пирамида оставляет на испытуемом образце отпечаток, имеющий форму квадрата. Измеряются обе диагонали отпечатка с помощью микроскопа, который является составной частью прибора Виккерса. Твердость по отпечатку пирамиды определяют делением нагрузки Р(кгс) на площадь поверхности отпечатка F(мм²)

Нагрузки от 5 до 120 кгс.

Благодаря большому углу в вершине пирамиды диагональ отпечатка достаточно велика даже при малой глубине вдавливания, что определяет высокую точность и чувствительность этого метода.

Преимущество метода Виккерса – возможность измерения твердости мягких, особотвердых, очень тонких изделий, поверхностных слоев, например, цементации, обезуглероживание и т.д.

Прибор ТП – твердомер пирамидальный.

До НВ 350-400 величины HV и НВ равны, при большой твердости НВ ниже, чем HV.