Измерение твёрдости при динамическом нагружении

Суть метода: индентор воздействует на поверхность металла, падая с определенной высоты или под действием ударной нагрузки. Твёрдость определяется по высоте отскока или по размеру полученного отпечатка.

Приборы для определения твёрдости методом удара характеризуются малыми размерами, легкостью транспортировки, что позволяет их использовать не только в лабораторных, но и в производственных условиях. Кроме того, этот метод позволяет испытывать крупногабаритные полуфабрикаты или детали больших размеров. Однако меньшая по сравнению со статическими методами испытания точность этого метода во многих случаях позволяет получать лишь предварительные оценки величины твёрдости.

Измерение твёрдости посредством упругого отскока бойка по Шору

Суть метода: боек определенной массы с алмазным наконечником падает вертикально с заданной высоты на испытуемую поверхность. Высота отскока бойка h принимается за величину твёрдости и измеряется в условных единицах.

Испытания проводятся при комнатной температуре. Масса детали при измерении твёрдости прибором, установленным непосредственно на деталь, должна быть не менее 5 кг. Образцы, устанавливаемые на столик твердомера, должны иметь массу не менее 0,1 кг и толщину не менее 10 мм.

Величиной твёрдости служит высота отскока и по шкале с произвольно нанесенными делениями 100 единиц можно непосредственно считывать значения твёрдости. По шкале Шора за 100 единиц твердости принята максимальная твердость стабилизированного после закалки на мартенсит образца из эвтектоидной инструментальной стали по ГОСТ 143599.

Прибор для измерения твёрдости должен обеспечивать высоту отскока бойка h₁  13,60,3 мм для 100 единиц твердости по Шору, высоту падения бойка – 19,05 мм. Остальные требования к твердомерам для измерения твердости по методу Шора, выпускаемым по ГОСТ 2474681, должны соответствовать также ГОСТ 8.42681.

Поверхность испытуемой детали должна иметь шероховатость не более R_а  2,5 мкм по ГОСТ 278973.

Детали больших размеров испытывают посредством съёмной части прибора. Прибор устанавливают вертикально по уровню, вмонтированному в корпус прибора в соответствии с требованиями ГОСТа 305975. Расстояние между двумя соседними отпечатками и от края детали до отпечатка должно быть не менее 2 мм.

Твёрдость по Шору обозначается индексом НSD, например, 85 НSD.

Величина твёрдости по Шору не имеет точного метода перевода ее на другие величины твердости или прочности при растяжении.

Измерение твердости посредством ударного отпечатка (в соответствии с ГОСТ 1866173 для сталей и ГОСТ 2886890 для цветных металлов)

Суть метода: индентор (шарик или конус) внедряют с помощью ударно действующей нагрузки одновременно в поверхность испытуемого металла и в поверхность испытуемого бруска.

Испытания проводятся при температуре от 10 до 50 С. Используются переносные твердомеры с энергией удара от 0,03 до 2,5 кгсм (для конического индентора) и от 0,03 до 0,7 кгсм (для шарового индентора) при начальной скорости удара от 1 до 5 м/с.

Диаметры ударных отпечатков измеряют посредством отсчетного оптического микроскопа с погрешностью 0,01 мм на одно деление шкалы для конического индентора и 0,05 мм для шарового индентора. Глубину отпечатка шарика измеряют индикаторным глубиномером с ценой деления 0,01 мм.

Стальные шарики из термически обработанной стали с твёрдостью не менее НV 850 диаметром 5 или 10 мм должны иметь предельные отклонения диаметра в соответствии с ГОСТ 372260. Шероховатость шарика должна быть R_а  040 мкм по ГОСТ 278973.

Двусторонний конус из твёрдого сплава должен иметь углы при вершинах 136 и радиус закругления не более 0,2 мм. Поверхность испытуемой детали и контрольного бруска должна иметь шероховатость не более R_а  1,25 мкм в соответствии с ГОСТ 278973. Минимальная толщина испытуемой детали должна быть не менее 10-кратной глубины отпечатка.

При испытаниях коническими инденторами применяют стальные контрольные бруски сечением 4,54,5 мм любой твердости в интервале НV 100360, а при испытании шаровыми инденторами применяют стальные контрольные бруски сечением 1010 мм любой твердости в интервале НВ 120200.

При измерении сравнительной твёрдости контрольного бруска и детали (образца) конический индентор внедряют путем кратковременной динамической нагрузки, создаваемой ударным механизмом. После испытания индентор снимают с испытуемой поверхности и с помощью оптического микроскопа измеряют диаметры отпечатков конуса на поверхности контрольного бруска и испытуемой детали.

Твёрдость по конусу обозначается символом НК₁₃₆ с углом при вершине 136 и равна твердости по Виккерсу, измеренной посредством четырехгранной алмазной пирамиды с углами между противоположными гранями, равными 136.

Сравнительную твёрдость детали, испытываемой коническим индентором (аналогично твёрдости по Виккерсу НV_c), определяют расчетным путем или по таблицам в зависимости от НV  среднего значения твердости, измеренной на контрольных брусках.

Аналогично определяют НВ_С  твёрдость детали, испытываемой шариковым индентором (аналогично испытанию твердости по Бринеллю).

Твёрдость, измеряемая с помощью стального шарика, обозначается символом НВ_С, а с помощью конического индентора  НV_С.

Сравнительная твёрдость испытуемого стального образца НV_С в зависимости от отношения диаметров отпечатков на контрольном бруске и на образце и твердости стального контрольного бруска определяется по таблицам, приведенным в ГОСТ 1866173 и ГОСТ 2886890.

Сравнительная твёрдость испытуемого стального образца НВ_С в зависимости от отношения диаметров отпечатков на контрольном бруске и на образце и твёрдости стального контрольного бруска определяется также по таблицам, приведённым в ГОСТ 1866173.

Измерение микротвёрдости царапанием алмазными наконечниками (в соответствии с ГОСТ 2131875)

Этот стандарт устанавливает метод измерения микротвёрдости царапанием поверхностного слоя (нанесением канавки) четырехгранной или трехгранной алмазной пирамидой.

Метод имеет ограниченное применение при проведении металлографических исследований.