Под твердостью материала понимают его способность сопротивляться пластической или упругой деформации при внедрении в него более твердого тела (индентора). Этот вид механических испытаний не связан с разрушением металла и, кроме того, в большинстве случаев не требует приготовления специальных образцов. Все методы измерения твердости можно разделить на две группы в зависимости от вида движения индентора: статические методы и динамические. Наибольшее распространение получили статические методы определения твердости. Статическим методом измерения твердости называется такой, при котором индентор медленно и непрерывно вдавливается в испытуемый металл с определенным усилием. К статическим методам относят следующие: измерение твердости по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу.
При динамическом испытании контролируется величина отскока испытательного инструмента от поверхности испытываемого образца. К динамическим методам относят следующие: твердость по Шору, Польди.
Метод измерения твердости по Роквеллу
ГОСТ 9013-59 устанавливает метод измерения твердости по Роквеллу (шкалы (A,B,C,D,E,F,G,H,K) при температуре 20С.
Сущность метода заключается во внедрении в поверхность образца алмазного конуса (шкалы A,C,D) или стального сферического наконечника ( шкалы B.E.F.G.H.K) под действием последовательно прилагаемых усилий.
Требования к образцам
- толщина образца (или изделия) должна не менее чем в 10 раз превышать глубину внедрения наконечника после снятия основного усилия;
- шероховатость поверхности образца должна быть не более 2,5 мкм, если нет других указаний в нормативно-технической документации на металлопродукцию;
- образец должен быть подготовлен таким образом, чтобы не изменялись его свойства в результате механической или другой обработки, например, от нагрева или наклепа.
Приборы для измерения твердости должны обеспечивать приложение усилий, приведенных в таблице 1.
- наконечник алмазный конусный типа НК по ГОСТ 9377, угол при вершине - 120°, радиус сферической части 0,2 мм.
- наконечник шариковый стальной. Номинальные диаметры шариков должны быть 1,588 (шкалы В, F, G) и 3,175 мм (шкалы Е, Н, К) по ГОСТ 3722. Шероховатость поверхности шарика не более 0,04 мкм по ГОСТ 2789.
Предельные отклонения диаметров шарика не должны превышать:
±0,003 мм - для шарика диаметром 1,588 мм;
±0,004 мм - для шарика диаметром 3,175 мм.
- столик или подставка должны иметь твердость на опорных поверхностях не менее 50 HRC.
Измерение твердости.
- измерение твердости проводят при температуре 20C. При разногласиях в результатах измерение твердости проводят при температуре 23±5С.
- опорные поверхности столика и подставки, а также опорные и рабочие поверхности образца (или изделия) должны быть очищены от посторонних веществ (окалины, смазки и др.).
- образец должен быть установлен на столике или подставке устойчиво во избежание его смещения и прогиба во время измерения твердости.
- при измерении твердости прибор должен быть защищен от вибрации и ударов.
При измерении твердости должны соблюдаться условия:
плавное приведение наконечника в контакт с рабочей поверхностью образца (или изделия);
плавное приложение предварительного и основного (в течение 2-8 с) усилий;
плавное снятие основного усилия через 1-3 с после резкого замедления или остановки стрелки индикатора (или изменения показаний цифрового отсчетного устройства).
Для металлов, при измерении твердости которых резкого замедления или остановки стрелки индикатора (или изменения показаний цифрового отсчетного устройства) не наблюдается, время выдержки под общим усилием должно составлять от 10 до 15 с.
При наличии указаний в нормативно-технической документации на металлопродукцию указанное время выдержки может быть увеличено до 60 с.
Расстояние между центрами двух соседних отпечатков должно быть не менее четырех диаметров отпечатка (но не менее 2 мм).
Расстояние от центра отпечатка до края образца должно быть не менее 2,5 диаметра отпечатка (но не менее 1 мм).
На опорной поверхности образца (или изделия) не должно наблюдаться следов деформации от отпечатка.
Число твердости по Роквеллу определяется по шкале индикатора или показателя цифрового отсчетного устройства с округлением до 0,5 единицы твердости.
При измерении твердости на выпуклых цилиндрических и сферических поверхностях по шкалам А, В, С, D, F, G в результаты измерения твердости должны быть введены поправки в сторону увеличения. Поправки прибавляются к полученным значениям твердости.
Поправки при измерении твердости на вогнутых поверхностях устанавливаются в нормативно-технической документации на металлопродукцию.
После смены наконечника, рабочего столика или подставки первые три измерения не учитываются.
Количество отпечатков при измерении твердости, способ обработки и результаты измерений указываются в нормативно-технической документации на металлопродукцию.
Метод измерения твердости по Бриннелю
ГОСТ 9012-59 устанавливает метод измерения твердости по Бринеллю металлов с твердостью не более 650 единиц.
Сущность метода заключается во вдавливании шарика (стального или из твердого сплава) в образец (изделие) под действием усилия, приложенного перпендикулярно к поверхности образца, в течение определенного времени, и измерении диаметра отпечатка после снятия усилия.
Требования к образцам
- толщина образца должна не менее чем в 8 раз превышать глубину отпечатка.
- поверхность образца должна быть плоской и гладкой.
Шероховатость поверхности образца (или площадки на изделии) должна быть не более 2,5 мкм по ГОСТ 2789, если нет других указаний в нормативно-технической документации на металлопродукцию.
- образец должен быть подготовлен таким образом, чтобы не изменялись свойства металла в результате механической или другой обработки, например от нагрева или наклепа.
Требования к прибору измерения твердости
- шарик стальной диаметром 10,0; 5,0; 2,5; 2,0; 1,0 мм должен иметь твердость не менее 850 HV10;
- шарик из твердого сплава диаметром 10,0; 5,0; 2,5; 2,0; 1,0 мм должен иметь твердость не менее 1500 HV10.
Предельные отклонения диаметра шарика от номинального приведены в таблице 2.
Требования к разноразмерности по диаметру, непостоянству единичного диаметра, отклонению от сферичности и шероховатости поверхности должны соответствовать шарикам степени точности 20 по ГОСТ 3722.
Измерение твердости.
- измерение твердости проводят при температуре от 10 до 35С.
- при разногласиях в оценке качества металлопродукции измерение твердости проводят при температуре от 18 до 28С.
- при измерении твердости прибор должен быть защищен от ударов и вибрации.
- опорные поверхности столика и подставки, а также опорные и рабочие поверхности образца должны быть очищены от посторонних веществ (окалины, смазки и др.).
- образец должен быть установлен на столике или подставке устойчиво во избежание его смещения и прогиба во время измерения твердости.
- при твердости металлов менее 450 единиц для измерения твердости применяют стальные шарики или шарики из твердого сплава;
- при твердости металлов более 450 единиц - шарики из твердого сплава.
Значение выбирают в зависимости от металла и его твердости в соответствии с табл. 3