Испытания на твердость

Твердость — сопротивление металлов вдавливанию, не является физической постоянной, зависит как от прочности и пластичности, так и от метода измерения, и весьма чувствительна к изменению структуры металла. Величина твердости металлов и сплавов меняется в том же направлении, что и предел текучести; поэтому при контроле изменения механических свойств после различных обработок металл часто характеризуют твердостью, которую измерять проще и быстрее.

Выбор метода определения твердости зависит от исследуемого материала, размеров и формы образца; измерениями микротвердости пользуются при изучении механических свойств отдельных зерен, а также сложных сплавов.

Определение твердости по Брипеллю вдавливанием шарика (Ю. А. Бринелль, шведский инженер, разработавший в 1900 г. статический метод определения твердости металлов). За меру твердости НВ (ГОСТ 9012—59) принято сжимающее напряжение, вычисляемое на единицу поверхности отпечатка диаметром d и глубиной t, который получается при вдавливании силой Р стального шарика диаметром D:

Испытывают материалы невысокой твердости, размер отпечатка замеряют лупой. Числа твердости указываются в единицах, размерность не проставляют.

• Определение твердости при вдавливании пирамиды (по Виккерсу, ГОСТ 2999–75). Испытание твердости производится вдавливанием алмазной четырехгранной пирамиды с углом при вершине, а = 136°:

где Р — нагрузка; d — среднее арифметическое диагоналей отпечатка.

Величина HV не изменяется при изменении нагрузки вследствие подобия отпечатков. Благодаря большому углу в вершине пирамиды диагональ отпечатка достаточно велика даже при малой глубине вдавливания (например, при испытаниях листа металла толщиной до 0, 3 мм). До 350—400 величины HV и НВ равны. При большей твердости НВ ниже, чем HV.

• Определение твердость при вдавливании шарика ши конуса с предварительным нагружением (по Роквеллу, ГОСТ 9013–59).

В зависимости от твердости материала применяют:

• • шарик из закаленной стали диаметром 1,588 мм для испытаний металлов малой и средней твердости;
• • алмазный конус с углом при вершине 120° для испытаний твердых металлов.

За меру твердости HR принимаются условные единицы, соответствующие глубине отпечатка при осевом перемещении индентора на 0,002 мм. При использовании алмазного конуса твердость обозначается как IIRC, а шарика — 1IRB, где буквы Си В обозначают черную или красную шкалу соответственно.

Преимущество метода Роквелла по сравнению с методами Бринелля и Виккерса заключается в том, что нет оптического измерения размеров отпечатка. В табл. 3.1 сопоставлены отдельные значения твердости НВ, HV и HR (стандартные шкалы А, В и С).

Таблица 3.1

Таблица ориентировочного перевода отдельных значений твердости, определяемых различными методами