Измерение твердости металлов

✅ Измерение твердости металлов: способы исследований (статистические, динамические, кинетические). Методы вдавливания, отскока и резки. Для чего требуется измерение твердости металлов и как его провести.

О надежности и долговечности металлических предметов говорят механические характеристики и химический состав материала. Эти показатели учитывают при производстве изделий. Но к самым распространенным лабораторным испытаниям относится измерение твердости металла. Исследование помогает оценить устойчивость металлоконструкции к деформации.

Принципы исследования устойчивости металлических деталей

Твердостью материала называют свойство, которое характеризуют способность предмета не поддаваться воздействию со стороны других тел, то есть не деформироваться и не разрушаться под сильным давлением.

Существует несколько вариантов, чтобы сделать замеры. По продолжительности воздействия нагрузки на металлическую конструкцию способы делят на:

1. Статистические. Нагрузка на предмет увеличивается постепенно в течение заданного времени.
2. Динамические. Давление на изделие из металла оказывается с определенной кинетической энергией.
3. Кинетические. При помощи специальных приборов показатели снимают непрерывно, позволяя фиксировать промежуточные результаты воздействия на материал.

Различают также способы по принципу влияния на металлическое изделие.  К ним относятся:

1. Вдавливание. Его чаще всего используют, чтобы сделать замеры. После вдавливания на поверхности образца появляется вмятина, по размерам которой и определяется показатель.
2. Отскок. Результаты зависят от высоты полета предмета, который отскакивает от изучаемого образца. Метод актуален для исследований продукции металлопроката и больших по размеру изделий.
3. Резка и царапание. Сейчас таким способом замеры делают редко.

Для воздействия на металлическое изделие применяются твердомеры со стальными шариками или алмазными пирамидами в качестве инденторов – элементов, которые вдавливаются в образец.

Изучение устойчивости к деформации путем вдавливания

Исследуя образцы, специалисты могут использовать разные методы измерения твердости металлов. Каждый из них подходит для определенной группы металлических сплавов, отличается инденторами и способом замера отпечатка.

Замеры по Бринеллю

Изучение металла по Бринеллю предусмотрено ГОСТ 9012-59. Метод имеет ряд особенностей:

• в качестве индентора применяется стальной шарик определенного диаметра;
• нагрузка на образец постоянно нарастает;
• после окончания воздействия измеряют площадь отпечатка на поверхности;
• для фиксации данных используют символ НВ, который служит для обозначения показателя в большинстве справочников;
• результат оценивают по специальным таблицам, где учтены диаметр шарика, размеры отпечатка и твердость материала.

Подобный вид тестирования не используют для испытаний стали и сплавов с устойчивостью к деформации выше 450НВ, а также цветных металлов, показатель которых больше 200НВ.

Методика исследования по Роквеллу

Измерения по Роквеллу проводятся на основании ГОСТ 9013-59. Для тестирования используют прибор, с помощью которого на поверхность испытываемого изделия последовательно подаются две нагрузки. Специфика исследований заключается в следующем:

• индентором выступают шарики из закаленной стали или алмазные конусы разного размера;
• в результате тестирования измеряют глубину вмятины;
• сначала на образец воздействует предварительная нагрузка, потом добавляют вторую и выдерживают 3-5 секунд;
• предварительная нагрузка равна 10 кгс, вторая – 50 кгс;
• результат определяют по шкале индикатора в приборе;
• для обозначения результатов используют символы HIRA, HRC, HRB.

Благодаря последовательной подаче нагрузки на металлическую деталь, метод по Роквеллу подходит для испытания материалов, прошедших термообработку.

Измерение по Виккерсу

Способ Виккерса, который регламентирует ГОСТ 2999-75, применяют для испытаний деталей небольшой толщины или заготовок с твердым поверхностным слоем. Особенности метода:

• использование алмазной четырехгранной пирамиды, создающей нагрузку на поверхность образца;
• выбор продолжительности и величины вдавливания в зависимости от исследуемого металла;
• измерение отпечатков по диагонали и определение среднего арифметического значения.

Результаты испытаний обозначают символом HV. Иногда рядом со значением указывают время и величину нагрузки.

Исследования путем отскока по Шору

Методика Шора регламентируется ГОСТ 23273-78 и используется для изучения свойств валиков прокатных станков на этапе их производства и во время эксплуатации. При тестировании по Шору:

• алмазный индентор весом 36 граммов падает на поверхность испытываемой детали;
• показатель измеряется специальным прибором по высоте отскока;
• оценка проводится в условных единицах, где 100 единиц – это отскок высотой 13,6 мм;
• для записи используют символ HSD.

Из-за высокой погрешности метод отскока применяют реже, чем замеры путем вдавливания.

Необходимость в измерении твердости металлоконструкций

Измерение твердости металла – один из пунктов лабораторных испытаний при сертификации продукции из этого материала. Особенно важно знать показатель для деталей, которые используются:

• в строительстве и проведении коммуникаций;
• на предприятиях по производству оборудования;
• в автомобильной промышленности;
• при создании железнодорожных путей и транспорта.

Результаты испытаний помогают определить износостойкость металлических изделий, возможность их резать, гнуть, шлифовать, подвергать термической обработке.

Эксперты портала помогут организовать исследования готовых металлоконструкций или образцов материала на твердость. Испытания проводятся в лабораторных условиях или с выездом экспертов на производство. Для получения бесплатной консультации специалиста, внесите контактные данные в форму обратной связи.