Эксплуатационные, практические и технологические характеристики конструкционных материалов в значительной степени зависят от показателей твердости. Сопротивление внедрению более твердых тел определяет сферу применения деталей и возможность их работы в заданных условиях. Параметры твердости взаимосвязаны с другими физико-механическими свойствами, потому тесты с целью ее измерения зачастую входят в кейс исследований прочностных параметров.
Для изучения характеристики и получения численных показателей разработаны статические и динамические методики, у каждой из которых есть собственные пределы измерений.
Виды и специфика измерения параметров твердости
Испытания конструкционных материалов для получения численных показателей твердости проводят преимущественно для пластичных вариантов. Между пределами прочности и показателями твердости металлических образцов прослеживается прямая зависимость. Пределы выносливости стальных сплавов в отожженном состоянии, дюралюминия, меди повышаются с ростом значений твердости.
В отличие от пластичных материалов хрупкие образцы с высокой твердостью быстро разрушаются при изгибе или сжатии, не проявляя пластической деформации. Однако при сжатии некоторых хрупких материалов, к примеру, серых чугунов, наблюдается зависимость между твердостью и сопротивляемостью давящим нагрузкам. Чем тверже чугун, тем выше предел прочности.
Методы испытаний конструкционных материалов на твердость имеют ряд преимуществ. Испытания характеризуются минимальной трудоемкостью, затраты на их проведение значительно меньше, чем расходы на другие виды. При исследовании изделия и детали не разрушаются.
Технологии измерения твердости по способу приложения испытательной нагрузки подразделяются на статические и динамические виды. Принцип действия первых базируется на сопротивляемости материалов вдавливанию в поверхность твердых наконечников с последующим определением формы и размеров отпечатка. Динамические методики исследуют деформирование материала после ударной нагрузки, измеряют высоту отскока свободно падающего бойка от поверхности. Косвенно о величине твердости позволяет судить устойчивость к абразивному изнашиванию, шлифовке, резке.
Основные методики получения значений твердости с приложением статического усилия:
- Метод Бринелля – вдавливание стального шарика, твердость по Бринеллю (HB).
- Метод Роквелла – вдавливание алмазного конуса или стального шарика, твердость по Роквеллу (HRA, HRB, HRC).
- Метод Виккерса – вдавливание алмазной пирамиды, твердость по Виккерсу (HV).
Правила испытаний по динамической методике ударного отпечатка изложены в ГОСТ 18661-73. Технология предполагает кратковременное воздействие стального сферического или алмазного конического наконечника при передаче усилия ударным механизмом. Способ позволяет получить информацию для сравнительного анализа твердости материалов с показателями свыше HV 850 и НВ 350.
Измерение микротвердости сплавов, керамики, стекла, природных минералов, пластмасс и прочих материалов проводят по правилам, которые устанавливает ГОСТ 9450-76. Исследования проводят с приложением давящей статической нагрузки, усилие передают алмазные наконечники. Для определения значения стандарт представляет две методики: по восстановленному и невосстановленному отпечатку.
Востребованные устройства для измерения показателей твердости
Для получения численных показателей, характеризующих твердость материалов, наиболее востребованными устройствами являются:
- Твердомер Бринелля. Прибор измеряет твердость незакаленных стальных сплавов, чугуна, цветных металлов. В исследуемый образец плавно внедряется стальной шарообразный наконечник Ø 1–10 мм. Твердость вдавливаемой части индентора составляет 850 HV10 или 1500 HV10.
- Твердомер Роквелла. Устройство измеряет показатели твердости образцов из сплавов и металлов. Конструкция включает держатель для сменных наконечников. В комплектацию входит стальной шарик Ø 1,588 мм и конусовидные наконечники из технического алмаза с размерами основания 7,5 и 10 мм.
- Твердомер Виккерса. Лабораторный аппарат определяет значения твердости металлических и неметаллических материалов. Рабочая часть пирамидального алмазного наконечника имеет конфигурацию сферы Ø 0,025–0,3 мм.
В зависимости от уровня автоматизации лабораторные твердомеры комплектуются с аналоговым циферблатом или цифровым экраном. Устройства соответствуют требованиям, которые изложены в ГОСТ 23677-79. Требования к рабочим элементам приборов регламентированы в ГОСТ 9377-81.
Компетентные менеджеры из штата компании «ГОСТ» детально проконсультируют, подробно ответят на вопросы и помогут выбрать оборудование.