Насколько твердыми бывают основные металлы
Большинство материалов уже обладают определенными характеристиками, их давно измерили и записали в таблицы, при этом в сводках обозначены как исходные значения необработанного железа, так и после различных типов термо- и холодной металлообработки. Но при добавлении нестандартных и новых добавок, проведенных процедур необходимо заново измерять данный показатель. Но если вы сталкиваетесь со стандартными сплавами, то следует посмотреть в подготовленные списки.
Цветмет
Они более мягкие, чем черные, потому что в них нет твердых включений, а также их не подвергают закалке и прочим методам термообработки.
Титан составляет исключение. Приведем технологию, используемую Бриннелем:
| Материал | Особенности | В нв |
| Медь | Имеет высокую пластичность и низкую прочность. если добавляются специальные примеси, получаются новые марки, тогда показатель может увеличиваться. | 35 |
| Латунь | Это двойной или многокомпонентный состав, который включает медь. но она более надежная, дополнительно включены цинк или олово. | 42 – 60 |
| Алюминий | Может быть мягким или твердым, с увеличенной или уменьшенной пластичностью. | 15 – 20 |
| Дюралюминий | Современный, легкий, активно применяется в авиастроении. есть добавки – медь, магний, марганец. | 70 |
| Титан | Очень крепкий цветмет. | 160 |
Черные металлы
Это железо и стали, ферросплавы и чугуны. Иногда к этой категории относят ванадий, марганец. Общая характеристика:
- Способ получения – обработка железной руды.
- Увеличенная прочность.
- Невосприимчивость к механическим воздействиям.
- Высокая износостойкость.
- Хорошая свариваемость.
- Невысокая стоимость.
Поэтому железо активно применяют. Нецелесообразно приводить полный список всех марок, поэтому только основные:
- Чугун – 220 НВ.
- Инструментальные стальные сплавы – до 700 НВ, из нее делаются режущие инструменты.
- Нержавейка – до 250 НВ.
Способы перехода между шкалами
Тот факт, что в лабораториях используются разные методы, а также то, что нет одного стандарта, то приходится конвертировать один показатель в другую систему счисления. Следует отметить, что во всех странах преимущественно выбирают одну технологию. Но из-за активного товарооборота изготовители встречаются с непривычными маркировками. Итак, дадим таблицу с аналогичными результатами по отличающимся данным:
| Диаметр от вдавливания – в мм | По Бринеллю | По Роквеллу, категория А | В | С | По Виккерсу |
| 3,9 | 241 | 62,8 | 99,8 | 24 | 242 |
| 4,08 | 217 | 60,7 | 96,6 | 20,2 | 217 |
| 4,2 | 206 | 59,6 | 94,6 | 17,9 | 206 |
| 5 | 144 | 49,9 | 77,7 | – | 144 |
Можно отметить, что списки не обладают особо высокой точностью, поскольку в зависимости от измерений могли быть использованы разнообразные сплавы. Сводки будут верны только в том случае, если при всех пяти способах был апробирован одинаковый материал.
Как проверить качество вашего ножа без всяких экстремальных тестов?
Сегодня мы расскажем вам о том, как проверить качество ножа буквально за несколько минут. Некоторые из этих тестов можно проводить прямо в магазине, некоторые только дома. Сразу скажу, что в эффективности некоторых их этих тестов можно усомниться, но если очень хочется, то попробовать можно и их.
Как вообще выбирать нож
Перед покупкой ножа следует определиться, для каких целей он у вас будет использоваться. Если это будет острый резак, то не стоит тестить его слишком жёстко, минимальный угол заточки не выдержит подобных издевательств, какая бы сталь не была на этом ноже. Нужно понять, какую сумму вы можете потратить на нож. Два совершенно одинаковых с виду клинка из разных сталей будут и резать по-разному. Чем качественней сталь, тем большей стойкостью будет отличаться режущая кромка.
Что выбрать, глаза разбегаются
Многое зависит от того, какие у клинка спуски. Если нож планируется использовать в основном по продуктам, то скандинавские спуски – это не лучший вариант, хотя для универсального ножа они подойдут идеально. Сразу скажу по скандинавам – это не только моё мнение, что они являются лучшими универсальными ножами в мире, так получается, исходя из международной статистики.
Перед тем как купить нож, поинтересуйтесь у продавца, разрешить ли он протестировать нож на резучесть, хотя бы в «лайтовом» режиме. Никто не даст вам резать проволоку и «батонить» поленья, но газетку пошинковать должны разрешить.
Тесты, которые можно делать прямо в магазине
Самый простой тест
, который можно сделать без предварительной подготовки, это проверка на бритьё волос на предплечье. Можно даже не спрашивать у продавца разрешения, просто проведите клинком по предплечью. Хорошо заточенный нож легко сбреет волосы. Не стоит бояться этого теста, хотя в первый раз проверять качество заточки на руке страшновато. Главное не нажимать лезвием на кожу и держать его под определённым углом. Словами это объяснить сложно, просто попробуйте, и всё у вас получится (только аккуратно!).
Методы измерения твердости
Все методы определения твердости металлов используют механическое воздействие на испытуемый образец – вдавливание индентора. Но при этом не происходит разрушение образца.
Метод определения твердости по Бринеллю был первым, стандартизованным в материаловедении. Принцип испытания образцов описан выше. На него действует ГОСТ 9012. Но можно вычислить значение по формуле, если точно измерить отпечаток на образце:
HB=2P/(πD*√(D 2 -d 2 ),
- гдеР – прикладываемая нагрузка, кгс;
- D – окружность шарика, мм;
- d – окружность отпечатка, мм.Шарик подбирается относительно толщины образца. Нагрузку высчитывают предварительно из принятых норм для соответствующих материалов:сплавы из железа — 30D 2 ;медь и ее сплавы — 10D 2 ;баббиты, свинцовые бронзы — 2,5D 2 .
Условное изображение принципа испытания
Схематически метод исследования по Роквеллу изображается следующим образом согласно ГОСТ 9013.
Метод измерения твердости по Роквеллу
Итоговая приложенная нагрузка равна сумме первоначальной и необходимой для испытания. Индикатор прибора показывает разницу глубины проникновения между первоначальной нагрузкой и испытуемой h –h
Метод Виккерса регламентирован ГОСТом 2999. Схематически он изображается следующим образом.
Математическая формула для расчета:HV=0.189*P/d 2 МПаHV=1,854*P/d 2 кгс/мм 2 Прикладываемая нагрузка варьируется от 9,8 Н (1 кгс) до 980 Н (100 кгс). Значения определяются по таблицам относительно измеренного отпечатка d.
Метод считается эмпирическим и имеет большой разброс показаний. Но прибор имеет простую конструкцию и его можно использовать при измерении крупногабаритных и криволинейных деталей.
Измерить твердость по Моосу металлов и сплавов можно царапанием. Моос в свое время предложил делать царапины более твердым минералом по поверхности предмета. Он разложил известные минералы по твердости на 10 позиций. Первую занимает тальк, а последнюю алмаз.
После измерения по одной методике перевод в другую систему весьма условен. Четкие значения существуют только в соотношении твердости по Бринеллю и Роквеллу, так как машиностроительные предприятия их широко применяют. Зависимость можно проследить при изменении диаметра шарика.
| d, мм | HB | HRA | HRC | HRB |
| 2,3 | 712 | 85,1 | 66,4 | — |
| 2,5 | 601 | 81,1 | 59,3 | — |
| 3,0 | 415 | 72,6 | 43,8 | — |
| 3,5 | 302 | 66,7 | 32,5 | — |
| 4,0 | 229 | 61,8 | 22 | 98,2 |
| 5,0 | 143 | — | — | 77,4 |
| 5,2 | 131 | — | — | 72,4 |
Как видно из таблицы, увеличение диаметра шарика значительно снижает показания прибора. Поэтому на машиностроительных предприятиях предпочитают пользоваться измерительными приборами с однотипным размером индентора.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Твердостью металла называют его свойство оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии стандартного тела-наконечника на поверхностные слои материала.
Испытание на твердость – основной метод оценки качества термообработки изделия.
Определение твердости по методу Бринелля. Метод основан на том, что в плоскую поверхность под нагрузкой внедряют стальной шарик. Число твердости НВ определяется отношением нагрузки к сферической поверхности отпечатка.
Метод Роквелла (HR) основан на статическом вдавливании в испытываемую поверхность наконечника под определенной нагрузкой. В качестве наконечников для материалов с твердостью до 450 HR используют стальной шарик. В этом случае твердость обозначают как HRB. При использовании алмазного конуса твердость обозначают как HRA или HRC (в зависимости от нагрузки).
Твердость по методу Виккерса (HV) определяют путем статического вдавливания в испытуемую поверхность алмазной четырехгранной пирамиды. При испытании измеряют отпечаток с точностью до 0,001 мм при помощи микроскопа, который является составной частью прибора Виккерса.
Метод Шора. Сущность данного метода состоит в определении твердости материала образца по высоте отскакивания бойка, падающего на поверхность испытуемого тела с определенной высоты. Твердость оценивается в условных единицах, пропорциональных высоте отскакивания бойка.
Определение твердости по Бринеллю.
Сущность метода (ГОСТ 9012—59 (СТ СЭВ 468—77) заключается во вдавливании стального шарика диаметром D, мм, в образец (изделие) под действием нагрузки F (Р), Н (кгс) и измерении диаметра отпечатка d, мм, после снятия испытательной нагрузки (рис. 68, а). Если
Рис. 68. Схемы определения твердости по Бринвллю (а), Роквеллу (б) и Виккерсу (в)
поверхность отпечатка выразить через диаметр шарика и диаметр отпечатка, то твердость по Бринеллю определяется по формуле
когда нагрузка F выражена в Н , и
когда F (Р) выражена в кгс.
При испытании стали и чугуна обычно принимают D = 10 мм и F = 2943 (3000) Н (кгс), при испытании алюминия, меди, никеля и их сплавов D = 10 мм и F = 9800 (1000) Н (кгс), а при испытании мягких металлов (Pb, Sn и их сплавов) D = 10 мм и F = 2450 (250) Н (кгс) а .
Твердость по Бринеллю обозначается цифрами, характеризующими величину твердости и буквами НВ, например 185 НВ (при D = 10 мм и F — 3000 кгс). Твердость определяют или по приведенным формулам, или по специальным таблицам, исходя из диаметра отпечатка d.
Чем меньше диаметр отпечатка, тем выше твердость.
Между временным сопротивлением и числом твердости НВ существует следующая зависимость: для стали ав = 0,34 НВ, для медных сплавов ав = 0,45 НВ и для алюминиевых сплавов ав = 0,35 НВ.
Метод Бринелля не рекомендуется применять для стали с твердостью более 450 НВ, а для цветных металлов — более 200 НВ.
Определение твердости по Роквеллу. Сущность метода (ГОСТ 9013—59 (СТ СЭВ 469—77)) заключается во вдавливании наконечника с алмазным конусом с углом у вершины 120 °С (шкалы А и С) или со стальным шариком диаметром 1,5875 мм (шкала В) в испытуемый образец (изделие) под действием последовательно прилагаемых предварительной F (Р) 1 Н (кгс) и основной Ft (Рг) Н (кгс) нагрузок и измерений остаточного увеличения е глубины внедрения наконечника после снятия основной нагрузки и сохранения предварительной нагрузки в единицах измерения 0,002 мм.
Схема определения твердости по Роквеллу приведена на рис. 68, б. Под нагрузкой F (Р) индикатор прибора вдавливается в образец на глубину h. Затемна испытуемый образец подается полная нагрузка и глубина погружения наконечника возрастает, после снятия основной нагрузки F± (Pi) прибор показывает число твердости по Роквеллу HR. Чем меньше глубина вдавливания А, тем выше твердость испытуемого материала.
При использовании алмазного конуса — по шкале А принимается F (Р) = 98 (10) Н (кгс), Fi (Л) = 490 (50) Н (кгс) и F (Р) = 600 (60) Н (кгс). По шкале С— Р (Р) = 100 (10) Н (кгс), Ft (Pi) = 1373 (140) и F (Р) = 1471 (150). Число твердости выражается формулой HRC (HRA) = 100 — е, где е = = (А — А)/0,002 мм (0,002 мм — цена деления шкалы индикатора прибора для испытания твердости по Роквеллу). По шкале В предварительная нагрузка F (Р) составляет 98 (10) Н (кгс), основная 883 (90) Н (кгс) и общая 981 (100) Н (кгс). Твердость по шкале В HRB = 130 — е.
Единица твердости по Роквеллу — безразмерная величина, соответствующая осевому перемещению индикатора на 0,002 мм; Пределы измерения твердости по шкалам А, В и С устанавливаются следующие: шкала А —. 70—85 единиц, шкала С — 22— 68 единиц, шкала В — 25—100 единиц. Твердость по Роквеллу обозначается цифрами, характеризующими величину твердости, и буквами HR с указанием шкалы твердости. Например, 61HRC (твердость 61 по шкале С). По шкале С определяют твердость материалов с высокой твердостью (>450 НВ), когда стальной шарик может деформироваться. Для измерений твердости по шкале С Роквелла применяют шкалу, воспроизводимую государственным специальным эталоном. Твердость, измеренную по шкале С Роквелла, воспроизводимой государственным специальным эталоном, обозначают HRQ, в отличие от обозначения ранее применявшегося в промышленности СССР (HRC). Перевод чисел твердости HRQ шкалы С Роквелла, воспроизводимой государственным специальным эталоном, в числа твердости HRC шкалы С Роквелла, ранее применявшейся в промышленности СССР, дан в ГОСТ 8.064—79.
Шкала А используется для определения твердости тонких (0,5—1,0 мм) поверхностных слоев и очень твердых материалов. По шкале В определяют твердость сравнительно мягких материалов (
Существует довольно большое количество различных механических характеристик металла, которые учитываются при производстве различных деталей. Многие из них зависят от химического состава материала, другие от особенностей эксплуатации. Измерение твердости металла проводится чаще других испытаний, так как это качество во многом определяет особенности эксплуатации материала. Рассмотрим особенности определения твердости подробнее.
Понятие
Твердость заготовки – особенность материала, благодаря которой железо создает сопротивление при контакте или проникновении в его слои инородного объекта или тела. Оно не должно подвергаться деформации или разрушению при определенных нагрузках.
Данный параметр служит для следующих целей:
Контроль состояния металла по времени.
Добыча информации, касательно минимальных и максимальных допустимых значениях заготовки.
Анализ результатов обработки с применением высоких температур.
Данный критерий показывает, как деталь проявит себя в дальнейшем использовании, а также какой у нее срок годности. Для проведения исследований используется как необработанные элементы, так и готовые запчасти.
Оборудование для проведения измерения
На момент разработки рассматриваемой методики измерения твердости специального оборудования не было
После того, как в машиностроительной и других областях промышленности установили важность этой физико-механической характеристики, было разработано специальное оборудование, которое основано также на вдавливании шарика или конуса в тестируемый объект. Современное оборудование позволяет с высокой точностью контролировать величину прилагаемой силы и времени выдержки
Твердомером измеряется твердость, как правило, небольших объектов, являющимися образцами получаемой заготовки. Это связано с весьма компактными размерами большинства моделей рассматриваемых устройств.
Твердомер Роквелла
К особенностям применяемого оборудования можно отнести нижеприведенные моменты:
- Испытуемый образец, как правило, располагается на столике.
- Алмазный наконечник опускается с помощью грузового рычага.
- Важным моментом является то, что наконечник опускается плавно. Это достигается при применении рукоятки с масленым амортизатором.
- Время выдержки применимой нагрузки зависит от размеров испытуемого образца. Как правило, показатель составляет 3-6 секунд. Сила воздействия определяется также величиной заготовки.
- Важные параметры вводятся при помощи специального пульта программирования. За счет того, что контроль прилагаемой силы и время выдержки проводит оборудование, точность получаемых результатов довольно высока.
Рассматриваемое оборудование производится достаточно большим количеством различных компаний. При этом стоимость предложения может колебаться в достаточно большом диапазоне.
Другие характеристики
Если алмаз самый твердый минерал, означает ли это, что если его невозможно сломать? К сожалению, это не так. Дело в том, что в разных направлениях кристалла его твердость неодинакова. На этом свойстве как раз и основана его огранка, шлифовка и распиловка.
Поэтому прочность алмаза невелика, от сильного удара он может расколоться на части. Это несколько ограничивает его применение. Высокая твердость обуславливает его высокую износостойкость и сопротивление стиранию, но не гарантирует, что алмаз не сломается.
Кажется, что если алмаз имеет такую высокую твердость то как минимум должен быть очень плотным. На самом деле его плотность составляет всего около 3,5 грамма на сантиметр кубический. Это в три раза больше, чем воды, но, например, в шесть раз меньше, чем у золота.
Тем не менее для камня такая плотность является достаточной, можно даже сказать большой, что также влияет на его прочность. Бриллианты имеют характерный блеск и игру цвета, которые объясняются таким параметром, как показатель преломления. Показатель преломления бриллиантов составляет примерно 2,4, что является наибольшим значением для драгоценного камня. Еще одним важным параметром является дисперсия. Дисперсия представляет собой различие показателей преломления в зависимости от длины волны применяемого освещения.
Шкала Мооса
Чем больше показатель дисперсии, тем сильнее выражена игра цветов. У алмазов этот показатель высокий, что и дает ему уникальное сияние. Сочетание преломления и дисперсии, а также твердости минерала, которая позволяет отполировать его без малейшего изъяна или трещины, составляют вместе тот необходимый набор, который делает этот камень самым дорогим в мире.
Алмаз имеет еще одно интересное свойство — он характеризуется самой высокой теплопроводностью, которая является наибольшей среди всех твердых тел. Это позволяет рассматривать его в качестве перспективного полупроводника для применения в электронике. Однако это возможно только при условии, что научатся синтезировать дешевые алмазы. Кремниевые полупроводники могут работать при температуре до 100 градусов по Цельсия в то время, как микросхема на алмазах будет выдерживать намного большие температуры.
Алмаз не растворяется в кислотах и щелочах. Обладает низким коэффициентом трения в воздухе, что происходит за счёт образования пленок абсорбера на поверхности камня. Температура плавления составляет 3500-4000 градусов Цельсия при определенных условиях давления. Если он находится на воздухе при температуре около 860 градусов, начинается процесс горения. Если его нагревать до высокой температуры без доступа кислорода, он переходит в углерод за несколько минут.
Показатель твердости стали
Самый высокий показатель HRC не обязательно является лучшим.
Более твердая сталь, как правило, лучше держит кромку, чем более мягкая сталь, но она также с большей вероятностью трескается или выходит из строя. На самом деле, если она действительно твердая, она может разбиться, как стекло на бетоне!
Сталь, используемая при изготовлении ножа, также имеет большое отношение к тому, насколько хорошо нож будет удерживать кромку. Каждый отдельный стальной сплав имеет свой оптимальный диапазон, который уравновешивает твердость с производительностью и предназначением.
Так почему же показатель ножа по Роквеллу имеет значение? Что такое хорошая твердость по Роквеллу для ножа?
Твердость ножа очень важна с точки зрения его производительности и долговечности. Например, более твердая сталь с RC 58-62 будет держать кромку лучше, чем более мягкая сталь. Однако, эта же самая твердая сталь менее прочна и более склонна к растрескиванию или даже поломке
Некоторые кухонные ножи с высокой твердостью требуют особой осторожности, чтобы не повредить тонкую режущую кромку
Более мягкая сталь более долговечна за счет свой высокой упругости. В большинстве топоров и зубил используется более мягкая сталь, которая выдерживает удары, с которыми они сталкиваются в повседневной работе.
Поскольку карманные ножи и охотничьи ножи обычно не используются для строгания и рубки древесины, они выигрывают от использования более прочной стали, которая сохраняет отличную остроту для нарезки мягких материалов.
Однако, нож для выживания, к которому вы собираетесь приложить экстремальные усилия, только выиграет от твердости по Роквелу 55-58. Нож, который мог бы резать кости и твердую древесину, в первую очередь, должен быть прочным. Нож с более низкой твердостью может затупиться быстрее, но с большей вероятностью переживет большое количество ударов и механических повреждений.
Испытание по Роквеллу помогает производителям ножей уравновешивать три наиболее важных фактора, которые могут повлиять на качество их готовой продукции: твердость, гибкость и вязкость. Наличие этих трех факторов в правильном балансе позволяет им производить ножи для различных сфер использования.
Существует несколько различных аббревиатур, которые могут использоваться изготовителем ножей при указании твердости: HR, HRc, HR C, RC, Rc, C по шкале Роквелла, шкала твердости Роквелла C. Независимо от того, как написано о ножевой стали, все они ссылаются на одну и ту же шкалу С. Это может немного запутать, но просто знайте, что рейтинги сами по себе одинаковы — какое бы обозначение не использовал производитель.
Стэнли П. Роквелл был металлургом на заводе по производству шарикоподшипников в Новой Англии в 1919 году. Он разработал шкалу твердости для того, чтобы измерять твердость шариков для подшипников быстро, точно и с высокой повторяемостью.
Производители всего, начиная от пружин для часов и заканчивая колесами для поездов, давно нуждались в таком испытании и быстро применяли шкалу Роквелла для всех видов стали, а также других металлов, деталей. В конце концов, тест был адаптирован даже для испытаний неметаллических материалов — даже пластмасс.
Твердомер по Роквеллу: что это такое и как работает?
Стационарный твердомер представляет собой цельнолитую жесткую П-образную конструкцию (положенную на бок) и состоящую из 2 блоков:
- Измерительный блок (верх) состоит из индикатора часового типа, который контактирует с рычагом подвеса нагрузки. Для исключения возникновения ударной нагрузки при включении режима вдавливания рычаг подвеса имеет гидравлический демпфер.
- Блок установочного перемещения (низ) состоит из винтовой пары с большим шагом для ручного перемещения стола. Винтовая пара служит для создания предварительной нагрузки и больших перемещений стола. Это позволяет измерять твердость на деталях с габаритами, намного превышающими размеры образца толщиной 20 мм. Твердость поверхности стола не ниже HRC 50.
Твердомеры могут иметь двигатель перемещения, электронную систему измерения с дисплеем и другие усовершенствования, не влияющие на методику измерения.
Требования к образцу:
- образец (деталь) должен лежать устойчиво, не пружинить, не качаться;
- шероховатость поверхности образца не ниже Ra 2,5 по ГОСТ 2789-73.
На партию деталей изготавливают образец, который проходит термическую обработку вместе с деталями.
Порядок работы:
- образец устанавливают на стол;
- с помощью ходового винта образец подводят к интендору и нагружают предварительно (индикатор выставляется в 0);
- рычагом (кнопкой) включается режим вдавливания интендора в образец;
- при остановке стрелки индикатора (через 2…8 секунд после нагружения) снимают основную нагрузку, считывают значение твердости.
Современные твердомеры Роквелла, оборудованные цифровыми измерительными системами, имеют устройства автоматического подвода, предварительного нагружения, контроля величины усилия и времени рабочей нагрузки. Все усовершенствования должны обеспечивать соответствие требованиям ГОСТ 23677-79.
Как определить твёрдость минералов, используя шкалу Мооса?
Часто требуется определить тип минерала в полевых условиях, то есть при отсутствии специальных лабораторных условий и соответствующих инструментов. Для этих целей геологу достаточно воспользоваться шкалой Мооса и несколько простых подручных средств, способных царапать.
К примеру, при помощи карманного ножа можно определить, относится ли образец к числу менее или более твердых минеральных пород, значение которых по Моосу переваливает за 5-6. Вот таблица некоторых подручных предметов и степени их твёрдости, которые могут помочь в определении относительной твёрдости, а, соответственно, и типа минерала:
Примеры использования металлов и сплавов
Одним из самых распространенных материалов является алюминий и его сплавы. Этот металл применяют при изготовлении массы предметов домашнего обихода, зеркал, деталей для стрелкового оружия и даже при производстве топлива для запуска ракет. Небольшая удельная масса Al позволяет широко использовать алюминиевые сплавы для корпусов самолётов и различных машин. Медь часто добавляется для повышении качества метизов, при изготовлении различных проволок, проводов и труб. Болты, винты, шурупы, анкера и др. в основном делаются из латуни и бронзы, а струбцины, барашковые гайки и другие удерживающие элементы чаще всего можно встретить из легированной и конструкционной стали. Нержавеющая сталь находит применение в условиях повышенного образования коррозии, а чугун до сих пор успешно служит в производстве запорной арматуры и в металлопроизводстве.
Изделия из металлов и сплавов окружают нас повсюду. Ежедневно мы эксплуатируем металлические конструкции — здания, дороги, мосты, автомобили, общественный транспорт — даже не замечая этого
Поэтому так важно быть уверенными в качестве материалов и контролировать их твердость
Сравнение шкал измерения твёрдости
Твёрдость
– свойство материала сопротивляться внедрению в него другого, более твёрдого тела – индентора.
Для измерения твёрдости существует несколько шкал (методов измерения), наиболее распространёнными среди которых являются :
- метод Бринелля (HB) – твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение усилия, приложенного к шарику, к площади отпечатка. Размерность единиц твёрдости по Бринеллю – МПа. Метод не применяется для тонких материалов и материалов с большой твёрдостью;
- метод Роквелла (HRA, HRB, HRC) – твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания металлического шарика или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Твёрдость вычисляется по формуле :HR = HRmax – (H – h) / 0,002 , гдеHRmax – максимальная твёрдость по Роквеллу (по шкалам A и C составляет 100 единиц, а по шкале B – 130 единиц),(H – h) – разность глубин погружения индентора (в миллиметрах) после снятия основной нагрузки и до её приложения (при предварительном нагружении). Твёрдость, определённая по этому методу, является безразмерной величиной. Метода Роквелла проще в реализации, но обладает меньшей точностью по сравнению с методами Бринелля и Виккерса. Не допускается проверка образцов с толщиной менее десятикратной глубины проникновения наконечника;
- метод Виккерса (HV) – твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение нагрузки, приложенной к пирамидке, к площади отпечатка. Размерность единиц твёрдости по Виккерсу – МПа. Позволяет определять твёрдость азотированных и цементированных поверхностей, а также тонких листовых материалов :, но обладает пониженной точностью в нижнем диапазоне (для мягких материалов).
Результаты измерения твёрдости по методам Роквелла и Виккерса могут быть переведены с помощью таблиц в единицы твёрдости по методу Бринелля (таблица 1)
Зная твёрдость по Бринеллю, можно рассчитать предел прочности и текучести материала, что важно для прикладных инженерных задач :
- для стали:σв = 3,33 × HB ;σт = 1,67 × HB ;
- для алюминиевых сплавов:σв = 3,62 × HB ;
- для медных сплавов:σв = 2,60 × HB ;
где σв
– предел прочности, МПа;σт – предел текучести, МПа.
Таблица 1 – Перевод результатов измерения твёрдости
Шкала Бринелля, HBШкала Роквелла, HRB (HRC)Шкала Виккерса, HV
| 100 | 52,4 | 100 |
| 105 | 57,5 | 105 |
| 110 | 60,9 | 110 |
| 115 | 64,1 | 115 |
| 120 | 67,0 | 120 |
| 125 | 69,8 | 125 |
| 130 | 72,4 | 130 |
| 135 | 74,7 | 135 |
| 140 | 76,6 | 140 |
| 145 | 78,3 | 145 |
| 150 | 79,9 | 150 |
| 155 | 81,4 | 155 |
| 160 | 82,8 | 160 |
| 165 | 84,2 | 165 |
| 170 | 85,6 | 170 |
| 175 | 87,0 | 175 |
| 180 | 88,3 | 180 |
| 185 | 89,5 | 185 |
| 190 | 90,6 | 190 |
| 195 | 91,7 | 195 |
| 200 | 92,8 | 200 |
| 205 | 93,8 | 205 |
| 210 | 94,8 | 210 |
| 215 | 95,7 | 215 |
| 220 | 96,6 | 220 |
| 225 | 97,5 | 225 |
| 230 | 98,4 | 230 |
| 235 | 99,2 | 235 |
| 240 | 100,0 | 240 |
| 245 | (21,2) | 245 |
| 250 | (22,1) | 250 |
| 255 | (23,0) | 255 |
| 260 | (23,9) | 260 |
| 265 | (24,8) | 265 |
| 270 | (25,6) | 270 |
| 275 | (26,4) | 275 |
| 280 | (27,2) | 280 |
| 285 | (28,0) | 285 |
| 290 | (28,8) | 290 |
| 295 | (29,5) | 295 |
| 300 | (30,2) | 300 |
| 310 | (31,6) | 310 |
| 319 | (33,0) | 320 |
| 328 | (34,2) | 330 |
| 336 | (35,3) | 340 |
| 344 | (36,3) | 350 |
| 352 | (37,2) | 360 |
| 360 | (38,1) | 370 |
| 368 | (38,9) | 380 |
| 376 | (39,7) | 390 |
| 384 | (40,5) | 400 |
| 392 | (41,3) | 410 |
| 400 | (42,1) | 420 |
| 408 | (42,9) | 430 |
| 416 | (43,7) | 440 |
| 425 | (44,5) | 450 |
| 434 | (45,3) | 460 |
| 443 | (46,1) | 470 |
| (47,5) | 490 | |
| (48,2) | 500 | |
| (49,6) | 520 | |
| (50,8) | 540 | |
| (52,0) | 560 | |
| (53,1) | 580 | |
| (54,2) | 600 | |
| (55,4) | 620 | |
| (56,5) | 640 | |
| (57,5) | 660 | |
| (58,4) | 680 | |
| (59,3) | 700 | |
| (60,2) | 720 | |
| (61,1) | 740 | |
| (62,0) | 760 | |
| (62,8) | 780 | |
| (63,6) | 800 | |
| (64,3) | 820 | |
| (65,1) | 840 | |
| (65,8) | 860 | |
| (66,4) | 880 | |
| (67,0) | 900 | |
| (69,0) | 1114 | |
| (72,0) | 1220 |
Перевод значений твёрдости следует использовать лишь в тех случаях, когда невозможно испытать материал при заданных условиях. Полученные переводные числа твёрдости являются лишь приближёнными и могут быть неточными для конкретных случаев. Строго говоря, такое сравнение чисел твёрдости, полученных разными методами и имеющих разную размерность, лишено всякого физического смысла, но, тем не менее, имеет вполне определённую практическую ценность.
