3. Определение твердости

Твердостью называют свойство материала оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии в поверхностном слое.

Испытание на твердость является одним из самых распространенных благодаря простоте, оперативности и возможности, практически, без разрушения испытуемого объекта получить сведения о качестве его термической и др. обработки, износостойкости, обрабатываемости резанием и т. п. Испытание на твердость обычно производят путем внедрения в поверхность испытуемого материала другого, более твердого тела определенной формы, называемого индентером.

Наибольшее распространение в промышленности нашли три способа испытания на твердость, названные по фамилиям их авторов – методы Бринелля, Роквелла и Виккерса¹. При выборе метода измерения твердости следует руководствоваться требованиями, установленными в технической документации (технологической карте, чертеже).

2.1. Определение твердости по Бринеллю

Метод Бринелля заключается во вдавливании стального закаленного шарика диаметром D (10,0; 5,0 или 2,5 мм) в испытуемый материал под фиксированной нагрузкой Р (3000, 1000, 750 и менее кГ) в течение заранее выбранного времени (10–60 с) – см. рис. 1.5.

Рис. 1.5. Схема определения твердости по Бринеллю

Мерой твердости по Бринеллю является диаметр отпечатка d, который измеряется с помощью оптического устройства, входящего в комплект прибора.

Твердость по Бринеллю обозначается НВ и может быть рассчитана по формуле:

гдеF – площадь поверхности отпечатка – шарового сегмента.

Метод Бринелля пригоден для измерения твердости мягких и средне твердых материалов (включая незакаленную сталь) с твердостью от 8 до 450 единиц (кГ/мм²). Черные металлы имеют твердость выше 140 НВ; цветные металлы и сплавы – 32...130 НВ, в том числе алюминий, свинец и мягкие сплавы – 8...35 НВ.

2.2. Определение твердости по Роквеллу

Мерой твердости по Роквеллу является глубина вдавливания индентера, которая определяется с помощью индикатора, встроенного в прибор. Схема испытания показана на рис. 1.6.

Измеренное значение твердости считывается непосредственно со шкалы индикатора. На приборе имеется три шкалы: А, B и С.

Рис. 1.6. Схема определения твердости по Роквеллу:

а) по шкалам А и С; б) по шкале В

Шкала А используется для испытаний сверхтвердых сплавов и деталей, подвергнутых химико-термической обработке (цементации, азотированию, борированию и т. п.). Здесь в качестве индентера используется алмазный конус с углом при вершине 120⁰, вдавливаемый под нагрузкой 60 кГ. Твердость, измеренная по этой шкале, обозначается HRA.

Шкала В используется для испытаний мягких и средне твердых материалов, включая цветные сплавы и незакаленную сталь. Здесь в качестве индентера используется стальной закаленный шарик диаметром 1,588 мм (1/16 дюйма), вдавливаемый под нагрузкой 100 кГ. Твердость, измеренная по этой шкале, обозначается HRВ.

Шкала С используется для испытаний средне твердых и твердых материалов, включая незакаленную и закаленную сталь. Здесь в качестве индентера используется алмазный конус (тот же, что по шкале А), вдавливаемый под нагрузкой 150 кГ. Твердость, измеренная по этой шкале, обозначается HRС. Например, твердость закаленной стали обычно составляет 60…65 HRС.

Метод Роквелла отличается особой простотой и оперативностью, при его использовании меньше повреждается поверхность испытуемого материала и поэтому он широко применяется для контроля качества термической обработки на машиностроительных заводах.