Способы определения твердости металла
Твердость металла – это свойство металла оказывать сопротивление проникновению в него более твердого тела, минимум в десять раз.
В настоящее время для определения твердости металла используется три основных метода:
- Метод Бриннеля.
- Метод Виккерса.
- Метод Роквелла.
Суть метода Бриннеля заключается в следующем. В испытуемый образец металла вдавливается шарик из стали определенного диаметра и под определенной нагрузкой. По величине отпечатка делают выводы о твердости металла. Отпечаток имеет вид шарового сегмента. При определении твердости по Бриннелю используется следующая формула:
$НВ = Р/F$
где: Р - приложенная нагрузка; F - площадь отпечатка.
Главным недостатком данного метода является то, что он неприменим при твердости образца менее 450 мегапаскалей или толщине более 2 миллиметров.
Измерение твердости металла методом Виккерса заключается в следующем: правильная с четырьмя гранями алмазная пирамида вдавливается в испытуемый образец в течении определенного промежутка времени. В настоящее время для определения твердости используется специальный прибор ТП-2, который обеспечивает: получение отпечатка, его оптическое измерение, определение величины твердости. При осуществлении измерения твердости методом Виккерса должны соблюдаться следующие правила: нагрузка до нужного значения должна возрастать плавно, поверхность испытуемого образца должна быть блестящей и без посторонних включений, поверхность должна образца быть чистой и сухой, наконечник должен быть перпендикулярен относительно испытуемого образца.
Методика определения твердости металла по Роквеллу
Метод Роквелла – это метод неразрушающей проверки твердости, который основан на измерении глубины проникновения твердого наконечника – индентора в испытуемый образец при приложении одинаковой для каждой шкалы твердости нагрузки.
В качестве индентора могут использоваться твердые шарики и алмазные конусы с углом при вершине 120 градусов со скругленным острым концом.
Всего нормировано 11 шкал определения твердости по методу Роквелла, которые отличаются друг от друга испытательной нагрузкой, типом индентора и константами в формуле для расчета твердости по результатам измерения. Наиболее часто применяются три типа индентора: конический наконечник из алмаза с углом при скругленной вершине 120 градусов, шарик из карбида вольфрама, шарик из инструментальной закаленной стали диаметром 1/16 дюйма. В зависимости от используемой шкалы есть три фиксированные нагрузки при вдавливании - 60, 100, 150 килограмм на сантиметр. Численная величина твердости рассчитывается по формуле, в которой коэффициенты зависят от шкалы. Чтобы снизить вероятность ошибки измерения от состояния испытуемого образца принимается относительная разница в глубине проникновения индентора при приложении предварительной и основной нагрузки. Чем тверже материал, тем меньше глубина проникновения индентора в образец. По Роквеллу формула для расчета твердости выглядит следующим образом:
$HR = N - ((H-h) / s)$
где: Н-h - разность глубин погружения индентора после снятия основной нагрузки и до ее приложения; N,s - константы, которые зависят от используемой шкалы Роквелла.
Последовательность определения твердости методом Роквелла выглядит следующим образом:
- Подбор шкалы, в зависимости от материала испытуемого образца.
- Установка соответствующих нагрузки и индентора.
- Перед финальным измерением производятся два не учитываемых пробных отпечатков с целью проверки правильности установки индентора и нагрузки.
- Установка эталонного блока.
- Приложение предварительной нагрузки.
- Приложения основной нагрузки, ожидание достижения максимального усилия.
- Снятие результатов.
На точность измерения твердости методом Роквелла оказывают влияние ряд факторов. Первый - толщина испытуемого образца. При методе Роквелла не допускается проверка образцов, толщина которых меньше, чем десятикратная глубина проникновения индентора. Еще один фактор - ограничение минимального расстояния между отпечатками. Третий - вероятность параллакса при считывании результатов.
Основное преимущество метода Роквелла относительно других его универсальность. К другим преимуществам метода относятся: возможность контроля готовых изделий, возможность контроля листового материала толщиной от 0,3 до 1 миллиметра, короткое время измерения, удобство считывания результатов. Главные недостатки заключаются в менее высокой точности по сравнению с другими методами и повторяемость измерений. Но, несмотря на недостатки, метод Роквелла по сравнению с методами Виккерса и Бриннеля, компенсируется его преимуществами.
