Введение: что такое твердость

Твердость - это свойство любого материала сопротивляться деформации своей формы при воздействии на него внешней силы. Испытания на твердость важны для технических и инженерных приложений, поскольку они помогают определить твердость и предел прочности материалов.

Это помогает получить четкое представление о том, подходит ли испытуемый образец для конкретных приложений. Это помогает отраслям производить безопасные и высококачественные конечные продукты, которые соответствуют нормам безопасности и руководствам, установленным соответствующими органами.

Ниже рассматриваются различные типы твердости и различные методы испытания твердости и определения значений твердости:

Устойчивость к царапинам

Твердость к царапинам - это способность материала сопротивляться деформации, обычно возникающей в результате царапин и истирания. Твердость к царапинам - это один из видов твердости, который измеряется, когда поверхность образца царапается стилусом, который проводят по его поверхности под фиксированной испытательной нагрузкой.

Метод устойчивости к царапинам определяет стойкость материала к вспашке твердым щупом. Он измеряет твердость материала и его способность противостоять царапинам и истиранию. Как правило, прибор для определения твердости царапин состоит из щупа, переносного столика для удержания образцов, устройства приложения нагрузки и блока обработки и отображения данных.

[ux_featured_products products = ”” columns = ”4 ″]

Самые ранние испытания на твердость от царапин были проведены Фридрихом Моосом в 1820 году, который также разработал шкалу Мооса. Испытание на стойкость к царапинам измеряет сопротивление образца разрушению или остаточной деформации из-за трения иглы о ее поверхность.

В этом тесте для царапания поверхности образца используется более твердый материал, который сделан из относительно более мягкого материала. Когда вам нужно испытать покрытия, твердость царапины означает силу, которая необходима для прорезания пленки на основе. Шкала Мооса используется для измерения сопротивления материала царапинам вместе с измерительным устройством, известным как склерометр.

Твердость вдавливания

Твердость вдавливания относится к твердости материала, которая определяется путем вдавливания на его поверхности с использованием соответствующего индентора под испытательной нагрузкой.

Существует множество различных методов испытания на вдавливание, которые измеряют глубину вдавливания на поверхности образца для измерения его твердости. Испытания на твердость при вдавливании можно подразделить на две категории: испытания на макровдавливание и испытания на микровдавливание. Макро-тесты на вдавливание используют большие тестовые нагрузки, превышающие 1 кгс, а в некоторых случаях могут доходить до 3000 кгс.Автоматический прибор для измерения твердости по Виккерсу с цифровым дисплеем и низкой нагрузкой

Известным типом методов испытания на макровдавливание являются метод определения твердости по Роквеллу, метод Бринелля, тест Виккерса, метод испытания на твердость по Кнупу и т. Д. Испытание на микровыступ, с другой стороны, используется для измерения твердости мягких металлов, тонких и мелких образец и др.

Испытательные нагрузки, применяемые для испытаний на твердость при микровдавливании, намного ниже и могут находиться в диапазоне от 1 до 1000 гс. Испытания на микровдавливание можно использовать для измерения изменений твердости в микроскопическом масштабе. Методы определения твердости по Виккерсу и по Кнупу - два популярных метода определения твердости с помощью микровыступов.

Тесты на твердость вдавливания могут быть подвержены ошибкам. Основными источниками ошибок при измерении твердости являются плохая методика, неправильная калибровка испытательного оборудования, неправильная обработка поверхности образца и т. Д. Испытательная поверхность должна быть очищена от грязи, окисления или смазки, чтобы получить надежные оценки твердости. Индентор также должен располагаться перпендикулярно поверхности образца, так как любой наклон приведет к ошибочным измерениям твердости.

Твердость отскока

Твердость отскока, также известная как динамическая твердость, измеряет твердость материала, определяя высоту, на которую отскакивает молоток с алмазным наконечником, когда он падает с высоты на образец. Этот тип твердости связан с эластичностью.

Твердость отскока обычно измеряется с помощью теста на твердость отскока по Leeb. Этот метод был разработан в 1975 году Леебом и Брандестини с использованием портативного твердомера. Этот тестер предоставил новую альтернативу обычно сложному и сложному традиционному оборудованию для измерения твердости.Твердомер по Виккерсу с автоматическим программным управлением с турелью

Метод измерения твердости отскока Leeb соответствует стандартным процедурам. Скорость тела колеблется от 1,4 м / с до 3 м / с. В соответствии с этим методом скорость тела до и после удара измеряется для определения твердости образца.

Отношение скорости удара к скорости отскока дает динамическую твердость по Либу испытуемого образца. Предметом, используемым для удара по образцу, может быть карбид вольфрама, кобальт, керамика или алмаз, либо индентор в форме шара с различным радиусом.

Твердость образца, определенная этим методом, представлена как (пример) 750 HL D, где 750 обозначает значение твердости, HL обозначает «твердость по Leeb», а D представляет метод Leeb со сферическим ударным телом из карбида вольфрама-кобальта с радиусом 1,5 мм и вес 4,5 грамма.

Выбор наилучшего метода измерения твердости

Твердость материала зависит от ряда факторов, таких как однородность материала, тип материала, его размер и состояние.

Существуют различные типы методов измерения твердости, которые необходимо тщательно выбирать для получения наиболее точных и надежных измерений твердости.

Компьютерный прибор для определения микротвердости (полуавтоматический) для таблицы программных носителей

Компьютерный прибор для определения микротвердости (полуавтоматический) для таблицы программных носителей

Факторы, которые необходимо учитывать перед выбором идеальных методов испытания на твердость, включают: тип исследуемого материала, твердость испытуемого материала, однородность материала, размер образца, если установка необходима для испытания на твердость, толщина образца и др.

Испытание на твердость по Роквеллу

Определение твердости по Роквеллу - наиболее распространенный и быстрый метод определения твердости. Как правило, он идеально подходит для испытания на твердость образцов большого размера.

Его можно использовать как на сборочной линии, так и в лабораториях для проверки твердости. Он использует стальной шарик или конический индентор с алмазным наконечником для измерения твердости в зависимости от твердости исследуемого материала.

Чтобы начать испытание Роквелла, к индентору прикладывают небольшую нагрузку, как правило, 10 кгс. Затем индентор перемещается под испытательной нагрузкой на поверхность образца. Пока индентор все еще находится под воздействием незначительной испытательной нагрузки, к нему также прикладывается дополнительная большая испытательная нагрузка. Это обеспечивает лучшее вдавливание на поверхности образца, которое является четким и измеримым.

Метод определения твердости по Роквеллу популярен, поскольку на него не влияют ни предвзятость оператора, ни шероховатость поверхности, твердость которой проверяется.

В нем не используется сложное или дорогостоящее оптическое оборудование для измерения твердости образца, что делает его экономически эффективным методом измерения твердости. Это неразрушающий метод определения твердости, который означает, что испытуемый образец не разрушается, и его можно использовать для других целей после завершения процедуры испытания.Твердомер по Роквеллу (классический тип)

У этого метода есть свои недостатки, так как он не очень точен по сравнению с другими методами определения твердости. Небольшое отклонение при измерении глубины вдавливания может значительно исказить показания твердости.

Если индентор в этом методе изношен, это может привести к ошибочным измерениям твердости, которые не являются надежными.

Значение твердости по Роквеллу рассчитывается с использованием таблиц преобразования. Существует около 30 шкал Роквелла, но большинство материалов покрывается шкалами Роквелла C и B. Значения твердости при испытании по Роквеллу представлены как (пример) 70 HRB, где 60 - показание твердости по шкале B.

 

Испытание на твердость по Бринеллю

Тест на твердость по Бринеллю - один из старейших и наиболее широко используемых методов определения твердости материалов. Этот метод был разработан Дж. А. Бринеллем в 1900 году. Он идеально подходит для измерения твердости образцов, которые являются слишком шероховатыми или неровными, чтобы их можно было измерить другими методами.

Метод Бринелля предполагает использование более высоких испытательных нагрузок, которые могут достигать 3000 кгс, и шарикового индентора, как правило, диаметром 10 мм.Электрический твердомер по Роквеллу

Для измерения твердости более мягких металлов и сплавов также используются меньшие испытательные нагрузки до 500 кгс. Заданная испытательная нагрузка прикладывается к сферическому индентору, который удерживается на поверхности образца обычно в течение 10-15 секунд, а затем перемещается.

Глубина вдавливания индентора на поверхности образца затем измеряется и изучается с помощью современного оптического оборудования, которое обеспечивает лучшую точность и надежность.

Затем используется таблица преобразования Бринелля для преобразования среднего диаметра сделанного отпечатка в соответствующее значение твердости по Бринеллю. Используя таблицы преобразования, значение твердости по Бринеллю также можно преобразовать в соответствующую прочность на разрыв.

Метод определения твердости по Бринеллю также имеет несколько недостатков. Оператор может ошибиться при измерении глубины вдавливания на поверхности образца, что может существенно повлиять на измерения твердости.

Поскольку в этом методе используется современное и сложное оптическое оборудование для измерения твердости образцов, он более дорогостоящий по сравнению с методом Роквелла. Кроме того, на определение твердости уходит больше времени, поскольку перед испытанием необходимо подготовить поверхность образца.

Метод Бринелля также не будет работать точно, если поверхность образца слишком тонкая, то есть менее 9,6 мм.

Показания твердости по методу Бринелля представлены как 600 HBW, где 600 обозначает значение твердости, а HBW обозначает «твердость по Бринеллю» с вольфрамовым шариковым индентором. Если используется индентор со стальным шариком, то показания будут представлены как 600 HBS, где HBS означает «твердость по Бринеллю» со стальным шариком индентора.

Испытание на твердость по Виккерсу

В тесте Виккерса используется тот же принцип, что и в методе Бринелля, за исключением типа используемого индентора.

Тип индентора необходимо менять по методу Бринелля в зависимости от типа исследуемого материала. Однако тот же алмазный индентор используется в методе Виккерса для измерения твердости всех типов образцов.Автоматический прибор для измерения твердости по Виккерсу с цифровым дисплеем и низкой нагрузкой

Индентор, используемый в этом методе, имеет форму правой пирамиды. На индентор прикладывают испытательную нагрузку, которая прижимается к поверхности образца, оставляя вмятину.

Длины диагоналей этих отпечатков измеряются с помощью оптических систем, что дает очень точные показания твердости. Время выдержки - время, в течение которого испытательная сила прикладывается через индентор к поверхности образца - в этом методе обычно составляет 10-15 секунд.

Тест Виккерса с использованием микротестовых нагрузок, которые намного меньше по сравнению с методом Бринелля. Это метод испытания на микротвердость, который лучше всего подходит для измерения твердости материалов, которые слишком тонкие или малы для испытаний на макротвердость.

Этот метод лучше всего подходит для измерения твердости тонких металлических листов, небольших образцов и т. Д. Тест Виккерса - это неразрушающий метод, который гарантирует, что образец можно использовать после завершения тестирования. У метода Виккерса есть несколько ограничений.

Это требует, чтобы поверхность образца была свободна от каких-либо дефектов, и, следовательно, необходимо время для подготовки поверхности образца перед проведением испытания. Для проведения этого испытания требуется не менее 30-60 секунд, и это время не включает время, необходимое для подготовки поверхности образца.

Тестирование Виккерса не рекомендуется для массового производства на сборочных линиях и больше подходит для лабораторных испытаний. Измерения твердости в тесте по Виккерсу представлены как 700 HV / 10, где 700 - это значение твердости по Виккерсу, которое было получено с использованием испытательной силы 10 кгс.

Тест твердости по Кнупу

Метод определения твердости по Кнупу является альтернативой методу Виккерса. Это метод измерения микротвердости, который подходит для измерения твердости хрупких и хрупких материалов, таких как керамика. Он также полезен для определения твердости небольших удлиненных участков, например покрытий.

[ux_latest_products columns = ”4 ″]

В методе Кнупа в качестве индентора также используется пирамидальный алмаз, но индентор имеет удлиненную форму, а не является правильной пирамидой, как в методе Виккерса. Поскольку этот метод используется для определения твердости хрупких материалов, в нем используются микронагрузки до 1 кгс.

Индентор, используемый в этом методе, проникает в поверхность образца только на половину глубже, чем в методе Виккерса, что делает его идеальным для испытания твердости хрупких образцов.

Из-за формы индентора метод Кнупа лучше подходит для измерения более длинных удлиненных образцов, таких как покрытия. Важно отметить, что поверхность образца должна быть должным образом подготовлена перед проведением теста Кнупа для обеспечения точных и надежных измерений твердости.

 

ru_RUРусский