Замер твердости по методу Роквелла/Бринелля/Виккерса

Замер твердости по методу Роквелла/Бринелля/Виккерса

Замер твердости по методу Роквелла

   Твердость — это способность материала сопротивляться внедрению в его поверхностные слои более твердого тела (индентора). Измерение твердости металлов и сплавов проводят в соответствии с ГОСТ 9013-59.

   К образцам для проведения испытания предъявляются следующие требования: толщина образца должна не менее чем в 10 раз превышать глубину внедрения наконечника после снятия основного усилия; шероховатость поверхности образца Ra должна быть не более 2,5 мкм по ГОСТ 2789, если нет других указаний в нормативно-технической документации на металлопродукцию. Свойства образца не должны изменяться в ходе его подготовки в процессе механической обработки и т.д.

   Испытание твердости по методу Роквелла производится вдавливанием в исследуемый образец индентора (конус с углом при вершине 120° или стального закалённого шарика D = 1,59 мм под действием двух последовательно воспроизводимых нагрузок. Сначала прилагается предварительная нагрузка (10 кг), а после общая (60,100 или 150 кг, в зависимости от шкалы твердости) рисунок 1. Предварительная нагрузка обеспечивает исключения влияния упругой деформации и разной степени чистоты поверхности образца на результаты измерений. О твердости материала судят по глубине лунки, величина которой определяется в процессе испытания по разности глубин вдавливания индентора под действием двух последовательно приложенных нагрузок.

Рисунок 1. Схема измерения твердости методом Роквелла.

   Метод Роквелла получил широкое распространение в производственной и лабораторной практике. Он позволяет определять твердость на готовых деталях, так как на поверхности после измерения остается отпечаток очень малой величины, что не влияет на работу детали. Методом Роквелла можно измерять твердость очень мягких и очень твердых  материалов, а также производить замер твердости тонких деталей и поверхностных слоев. Метод имеет высокую производительность.

   Однако у метода есть следующие недостатки: необходимость более тщательной подготовки поверхностей детали для испытания, а также требуется строгое соблюдение параллельности исследуемых плоскостей.
 

Замер твердости по методу Бринелля

   По значениям твердости можно оценить прочность материала, его пластичность и вязкость, а также определить, как деталь будет обрабатываться резанием и давлением. Измерение твердости металлов и сплавов по методу Бринелля проводят в соответствии с ГОСТ 9012-59.

Рисунок 2. Отпечаток, получаемый на образце при замере твердости методом Бринелля.

При определении твердости по методу Бринелля в испытываемый образец под нагрузкой (62,5 до 3000 кг) вдавливается индентор – стальной закаленный шарик. При вдавливании шарика на поверхности образца остается отпечаток, по величине которого судят о твердости материала рисунок 2.

Рисунок 3. Схема измерения твердости по методу Бринелля

   Метод прост, имеет достаточную точность, минимальные требования к чистоте поверхности по сравнению с другими методами. Однако, на прессе Бринелля нельзя испытывать твердость тонкого материала, толщина испытываемого материала должна быть не меньше десятикратной глубины отпечатка. Нельзя проводить испытания материалов, твердость которых больше 450 ед. НВ, т.к. деформируется индентор.
 

Замер твердости по методу Виккерса

   Измерение твердости по методу Викерса проводят в соответствии с ГОСТ 2999-75.
   К испытуемым образцам выдвигаются следующие требования: для стальных изделий минимальная толщина образца должна быть больше диагонали отпечатка в 1,2 раза; для цветных металлов определяется в соответсвии с ГОСТ 2999-75 по номограмме.Схема измерения твердости по методу Викерса показана на рисунке 4. Радиус кривизны криволинейных поверхностей должен быть не менее 5 мм. Поверхность испытуемого образца должна иметь шероховатость не более 0,16 мкм по ГОСТ 2789-73 и быть свободной от окисной пленки и посторонних веществ. 

Рисунок. 4 Схема измерения твердости по методу Викерса

   Основными недостатками метода являются зависимость измеряемой твёрдости от приложенной нагрузки или глубины внедрения индентора, особенно это проявляется при маленьких нагрузках и высокие требования к тщательной подготовке исследуемой поверхности.  Достоинства метода в том, что можно измерять твердость тонких образцов, азотированных и цементированных слоев, твердость зерна и отдельных включений.