Измерение твердости металлов и сплавов

Измерение твердости металла — одно из наиболее распространенных испытаний при определении механических характеристик материала. Для определения твердости в металлическую поверхность вдавливают другое тело — индентор – которое может иметь вид шарика из карбида вольфрама, алмазного конуса, алмазной пирамиды.

ТМ — это свойство материала оказывать сопротивление при проникновении в него другого физического тела. Измерение ТМ дает возможность определить соответствие фактических механических свойств материала, заявленным в технической документации.

После вдавливания измеряется диаметр вмятины, образованной на поверхности. По размеру деформации на основе определенных формул определяется твердость. Существует несколько технологий измерения твердости. Современные измерительные приборы и программное обеспечение может автоматически конвертировать результаты из одной шкалы в другую.

Способы контроля твердости металлов совершенствовались по мере развития технологий. Основные из них, использующиеся на производствах:

  • Впрессовывание наконечника динамическое. С помощью удара идет нагрузка. Этот способ определения называют: мятник Герберта, пружинное устройство Баумана и Шоппера, твердометр с маятником Кузнецова, способ Польди, Мартеля.
  • Индентор вдавливают с помощью нагрузки статического характера. Это значит, что давление на металлы идет плавно. Этот способ носит имя: Супер-Роквелл, Hertzа, монотрон Шора, Бриннеля, Виккерса, Лудвика, М. С. Дрозда.
  • Микротвердость измеряют при помощи статического вдавливания. Метод носит имя: Петерса, Хрущева, Алехина, Липса, Скворцова, Берковича, Терновского, Цейсса-Ганеманна.
  • Замеряют твердость с помощью царапания. Способ носит названия: склерометр О’Нейля, Мооса, прибор мартенса, Берковича, Хенкинса, микрохарактеризатор Бирбаума.
  • Способ отскока упругого бойка. Используют склероскоп Шора.

Из числа всех способов, преимущественно используются такие методы определения твердости:

  • По Бринеллю — во время измерений твердости в исследуемый образец вдавливается стальной шарик. Учитывается диаметр индентора и оказываемая нагрузка. Измеряется отпечаток, который образовался на поверхности.
  • По Роквеллу — индентором при измерениях твердости служит или шарик из закаленной стали, или алмазный конус. Измеряется не площадь оставленного отпечатка, а глубина его проникновения внутрь исследуемой детали.
  • По Виккерсу — определяют твердость путем вдавливания алмазной пирамиды с четырьмя гранями. Угол граней пирамиды составляет 136о. Замеряется диагональ образованного отпечатка.

С помощью воздействия индентора на материал, узнают определенные свойства металла (твердость и не только). Царапанье определяет устойчивость к разрушению. Отскок измеряет свойства упругости. Возможность противостоять пластической деформации измеряет вдавливание.

Способов определения твердости– более 15. Но не все они используются на практике. Большая их часть не применяется. Специалисты же собрали самые распространенные методы чтобы замерить твердость и условно разделили их на 2 категории: косвенную и прямую.

Цена на измерение твердости металлов и сплавов

Наименование услуги Ед. Изм. Цена
Определение твердости металла ГОСТ 9013-59 1 образец 500 руб

Прямые

В основе данных способов замерить твердость лежит способность металла оказывать сопротивление внедрению индентора. Последний – это более твердое тело, чем испытуемое сырье. Инденторы производят в форме пирамиды либо конуса. Материал изготовления – алмаз. Иногда делают его в виде шара. Но для сырья используют карбид вольфрама либо закаленную сталь.

Методы прямого определения твердости используют преимущественно стационарные твердомеры. Используют следующие шкалы:

  • Супер-Роквелл (HRT, HRN).
  • Бриннеля (НВ).
  • Виккерса (HV).
  • Роквелла (HRB, HRA, HRS).

Суть исследования твердости состоит в том, что после использования индентора с заданной нагрузкой статического характера, происходит деформация материала. На его поверхности остается след.

Последующее вычисление на твердость проходит при сравнении оказанного усилия и конкретных видимых параметров отпечатка индентора на поверхности. Для каждого метода есть определенная зависимость. Например, в способе по Роквеллу замеряется глубина следа. Чем меньше этот показатель, тем выше твердость металла.

Достоинства прямых методов исследования твердости:

  • Стационарные измерители твердости используют для оценки любого сплава и металла.
  • Погрешность в результате мала.
  • Калибровка дополнительная не нужна.

Недостатки:

  • Нет мобильности. Работать с твердомерами можно только в определенном оборудованном месте.
  • Для работы нужна предварительная подготовка. Для нее готовят образцы либо придает исследуемому объекту нужный размер.
  • Скорость исследования низкая.

Для правильного контроля твердости нужен квалифицированный оператор. Только специалист сможет провести процедуру верно.

Стандартные прямые методы исследования твердости с помощью внедрения индентора под влиянием статической нагрузки
Способ Индентор Шкала твердости Где применим (для каких металлов)
Бринелля Шарик из твердого сплава. Его диаметр: 2, 10, 1, 5 или 2,5 мм. НВ Стали закаленные и незакаленные, свинец, медь, олово, чугун, титан, алюминий.
Подшипниковые сплавы.
Сплавы на основе кобальта, никеля, т. е. все высокопрочные, с твердостью.
Роквелла Шарик из твердого сплава диаметром 1,588 мм или 1/16 дюйма. HRB Низкоуглеродистые стали.
Сплавы: медные, алюминиевые.
Бронза и чугун ковкий.
Конус алмазный с углом при вершине 120 градусов. HRA Стали: жаропрочные и устойчивые к коррозии.
HRC Стали высокоуглеродистые после химико-термической или термической обработки.
Супер-Роквелла Два варианта. Шарик из твердого сплава диаметром 1,588 мм или 1/16 дюймов. Конус алмазный, 120 градусов при вершине. HRN
HRT
Малоразмерные тонкие образцов металлов, сплавы из алюминия, предметы с поверхностными упрочненными слоями.
Виккерса Форма – пирамида с 4 гранями правильной формы. Материал изготовления – алмазный. Угол между противоположными гранями 136 градусов. HV Чугун, незакаленные и закаленные типы стали, а также высокопрочные металлы. Литье, материалы листовые тонкие. Пригодны поверхности с гальваническим покрытием (хромирование или цинкование).
Металлы с луженым слоем разной толщины или азотированном покрытием.
Микро-Виккерса Металлы с закаленными тонкими слоями.
Детали азотированные, анодированные, цементирование. Объекты с покрытием гальваническим.
Материалы из высокопрочных сплавов и металлов.
Тонкие листы стали.

Косвенные и ультразвуковые

В эту группу входят динамический и ультразвуковой методы измерения твердости. Их отличие – оценка твердости металла происходит в сравнении с рядом физических свойств, а не напрямую.

Исследования в косвенных методах проводят с помощью портативных твердомеров:

  • Динамических.
  • Ультразвуковых.

Результаты анализа выдают в наиболее популярных единицах твердости:

  • Бриннель (НВ).
  • Роквелл С (HRC).
  • Виккрес (HV).

Часть приборов выдает показания в следующих единицах:

  • Шора D
  • Роквелла В и А.

При желании можно найти твердомеры и с иными способами измерения.

Ультразвуковой способ замера на твердость включает использование контактного УЗ импеданса. В основе метода лежит фиксация уровня угасания резонансной частоты, отслеживающей колебания стержня из металла с наконечником из алмаза (индентор). Его внедряют в поверхность исследуемого объекта.

Когда индентор внедряют глубоко в металл мягкой текстуры, площадь контакта алмаза с объектом будет немалая. Значит, степень угасания частоты колебаний будет выше. Этот метод пригоден для работы с предметами любого размера, формы или веса. После исследования на твердость следов на поверхности не остается.

Пригоден для изучения упрочненных поверхностных слоев. Достоинство в том, что способ замера на твердость применим к анализу деталей сложной конструкции. К ним относят:

  • Метизы.
  • Подшипники.
  • Шестерни.

Также используется способ для работы с чугуном или бронзой. Металл с крупнозернистой структурой не помеха для исследования.

Метод Либа, динамический

В структуре замеров твердости металлов лежит подсчет отношения скорости бойка в момент отскока от изучаемого объекта. Сопоставляют показатель со скоростью бойка в период соударения. Роль бойка выполняет шарик из твердого сплава. Обычно используют карбид вольфрам WC-Co.

Твердость металла действует на формирование отпечатка. Чем она ниже, тем больше уходит энергии на удар и меньше скорость отскока бойка.

Сильные стороны метода, чтобы измерить металлы:

  • Измеряют предметы с шероховатой поверхностью.
  • Можно изучать детали из закаленного слоя либо с существенной толщиной.
  • Можно исследовать крупный металл.

К недостаткам относят высокую погрешность показателей твердости. Ее показатель больше, чем у приборов стационарного использования. Поэтому часто необходимо делать дополнительную калибровку шкал.

Соотношение показаний твердости

При сравнении показателей твердости (полученных любыми методами) между собой со свойствами механического характера материалов, стоит помнить, что таблицы или зависимости эмпирические.

Ведь при вдавливании разных инденторов с любой нагрузкой на металлы, твердость вычисляют при абсолютно разных напряженных состояний объектов. Даже если использовать один способ, значение будет зависеть от нагрузки. При малом воздействии показатели твердости выходят более высокими.

Общие условия для проведения исследования

Правила анализа на твердость:

  • Исходя из методики исследования, поверхность предмета подготавливают.
  • Материальной константой в исследовании выступает показатель твердости для однородного предмета при стабильной температуре.
  • Исключают смещение предмета в период испытания. Материал плотно фиксируют.

Чтобы избежать сильной погрешности показателя твердости, исследуемые металлы тщательно подготавливают.

Компания «Прометей» оказывает услуги по измерению ТМ в готовых изделиях и предоставленных образцах. В нашей тестовой лаборатории есть современное оборудование для выполнения замеров по разным методам. Мы гарантируем достоверность и быстроту исследования.

Калькулятор расчета

1 Шаг:
2 Шаг:
3 Шаг:
Готово!

Спасибо за Вашу заявку. В ближайшее время с вами свяжется наш менеджер.

1
2
3

Мы уже сотрудничаем с компаниями в Ленинградской, Тульской, Московской, Мурманской областях, а также следующих городов России:

Москва
Нижний Новгород
Чехов
Лахденпохья
Дзержинск

Санкт-Петербург
Новороссийск
Тольятти
Сортавала
Владивосток

Тверь
Советск
Севастополь
Самара

Ростов-на-Дону
Рязань
Питкяранта
Владикавказ

Задать вопрос или оставить заявку

Просто заполните форму и мы обязательно свяжемся с Вами.