Твердость материалов единица измерения

This server could not verify that you are authorized to access the document requested. Either you supplied the wrong credentials (e.g., bad password), or your browser doesn’t understand how to supply the credentials required.

Additionally, a 401 Authorization Required error was encountered while trying to use an ErrorDocument to handle the request.

Понятие твердости

Твердостью называют свойство материала сопротивляться внедрению в его поверхность индентора.

В чем измеряется твердость?

Существуют два основных способа отображения твердости материалов:

  • в килограмм-силы на квадратный миллиметр (кгс/мм 2 );
  • может обозначаться буквами HB (HBW), HRB, HRC, HV, HA, HD, HC, HOO и т.д.

По каким методам можно измерять твердость?

В настоящее время разработано много способов определения твердости металлов, таких как:

  • измерение твердости вдавливанием под действием статической нагрузки (по методу Бринелля, Роквелла, Супер-Роквелла, Виккерса, М.С.Дрозда, Герца, Лудвика, монотрон Шора, пресс Бринелля);
  • измерение твердости динамическим вдавливанием (по методу Мартеля, Польди, вертикальный копер Николаева, пружинный прибор Шоппера и Баумана, маятниковый копер Вальцеля, склероскоп Шора, маятник Герберта, маятниковый склерометр Кузнецова);
  • измерение микротвердости статическим вдавливанием (по методу Липса, Егорова, Хрущева, Скворцова, Алехина, Терновского, Шоршорова, Берковича, Кнупа, Петерса,Эмерсона, микротвердомер Цейсса-Ганеманна и др.);
  • измерение твердости царапанием (напильником Барба, по Моосу, прибор Мартенса, Хенкинса, микрохарактеризатор Бирбаума, склерометр О’Нейля, Григорович, Беркович).

Среди всех этих способов наибольшую популярность получил способ внедрения индентора под действием статической нагрузки. Основными методами для измерения твердости являются: Бринелль, Роквелл, Виккерс, Шора.

Требования к измерению твердости

К самому распространенному способу измерения твердости, предъявляются следующие требования:

  • измерительный прибор должен быть надежным по конструкции, удобным в обращении, универсальным и применимым ко всем без исключения твердым телам, а сама операция по измерению твердости – простой и быстрой;
  • вне зависимости от величины прилагаемого усилия или затрачиваемой энергии, значение твердости для однородного тела при постоянной температуре должно быть материальной константой;
  • поверхность образца и способ его крепления должны обеспечивать надежную фиксацию, не допускают смещение образца относительно оси приложения нагрузки;
  • твердость должна иметь совершенно определенный и ясный физический смысл, и правильную размерность, характеризующую сопротивление материала пластической деформации.

Как рассчитать твердость материала?

Чем выше твердость, тем более высокая нагрузка нужна для определения его твердости. Чем точнее метод, тем выше требования к подготовке испытательной поверхности материала. Соответственно нам необходимо подобрать метод определения твердости, дающий минимальную погрешность при минимальном повреждении поверхности и минимальных затратах на подготовку поверхности к испытанию.

В чем измеряется твердость стали?

Наиболее распространенный способ определения твердости стали — внедрения индентора под действием статической нагрузки по методам Бринелля, Роквелла, Виккерса (см. таблицу 1). И для каждого метода имеется своя шкала измерения твердости.

Твердосплавный сферический индентор

с ⌀2,5 и усилием 187,5 кгс

Твердость вычисляется по диагонали отпечатка как нагрузка, деленная на площадь поверхности отпечатка:

Твердость материалов единица измерения, кгс/мм 2

Алмазный индентор конической формы с углом при вершине 120° с усилием 60 кгс

Мерой твердости служит разность глубин проникновения наконечника при приложении основной и предварительной нагрузки, измеренная в условных делениях

— при измерении по шкале А (HRA) и С (HRC):

Разность представляет разность глубин погружения индентора (в миллиметрах) после снятия основной нагрузки и до её приложения (при предварительном нагружении).

— при измерении по шкале B (HRB):

Твердосплавный сферический индентор с диаметром 1,588 мм (1/2”) и усилием 100 кгс

Алмазный индентор конической формы с углом при вершине 120° с усилием 150 кгс

Прибор Виккерса и Микро-Виккерса

Алмазный индентор пирамидальной формы c 4 гранями

с усилием 1 кгс

с усилием 0,5 кгс

Твердость вычисляется по диагонали отпечатка как нагрузка, деленная на площадь поверхности отпечатка

Нагрузка Р может меняться от 9,8 (1 кгс) до 980 Н (100 кгс). Твердость по Виккерсу HV = 0.189*P/d 2 , МПа, если Р выражена в Н, и HV = 1,854*P/d 2 , кгс/мм 2 , если Р выражена в кгс.

Твердость Н определяют по той же формуле, что и твердость по Виккерсу:

Алмазный индентор пирамидальной формы c 3 гранями

с усилием 0,1 кгс

Название прибораПринцип действия и форма наконечникаПример обозначения шкалФормула вычисления твердости
ИнденторШкалаОбозначение
Прибор БринелляВдавливание стального закаленного шарика диаметром 1,25; 2,5; 5 или 10 мм и др., нагрузками в диапазоне от 1 до 62,5 кгс или от 62,5 до 3000 кгс в плоскую поверхность испытуемого телаHB (w)HB (w) 2,5/187,5
Прибор Роквелла и Супер-РоквеллаВдавливание алмазного конуса с углом заострения 120° или стальных шариков диаметром 1/2», 1/4», 1/8» или 1/16» стандартными нагрузками 150, 100 и 60 кгс (Роквелл) или 45, 30 и 15 кгс (Супер-Роквелл)HRA60 HRAHRB (w)100 HRB (w)
HRC150 HRC
Вдавливание алмазной пирамиды с квадратным основанием и углом при вершине между гранями 136° c нагрузками от 0,01 до 50 кгсНКНК 1,0
Читать также:  Поверки нивелира с цилиндрическим уровнем

Методы статического определения твердости вдавливанием

Название прибора, автор (год)Принцип действия и форма наконечникаИзмеряемый параметр, метод вычисления твердости и ее условная размерность
По методу Герца (1881)Сдавливание полусферы и плоскости из испытуемого материала до появления следов пластической деформации или трещиныHГ = 6Р/πd 2 кр, кгс/мм 2
Монотрон Шора (1900)Вдавливание алмазного шарика диаметром 0,75 мм или стальных шариков диаметром 1/16" и 2,5 мм на стандартную глубину 0,045 ммМерой твердости служит нагрузка (кгс), необходимая для вдавливания на стандартную глубину
По методу Лудвика (1907)Вдавливание стального конуса с углом заострения 90° в плоскость испытуемого телаТвердость вычисляется как нагрузка, деленная на площадь проекции
По методу М. С. Дрозда (1958)Вдавливание шарика нагрузкой Р, измерение глубины восстановленного отпечатка h и критической нагрузки Рs, отвечающей переходу от упругого к остаточному опечаткуН = (Р-Рs)/πDhвосст, кгс/мм 2

Методы динамического определения твердости

Название прибора, автор (год)Принцип действия и форма наконечникаИзмеряемый параметр, метод вычисления твердости и ее условная размерность
По методу Мартеля (1895)Удар стальной пирамидой, укрепленной на падающем бойкеПо энергии удара и диагонали отпечатка определяется твердость H = Е1/V, кгс/мм 2
Вертикальный копер НиколаеваУдар бойка весом 3 кгс, падающего с высоты 530 мм, по стальному шарику 10 мм, прижатому к изделиюПо диаметру отпечатка и тарировонным кривым определяется НВ, кгс/мм 2
Пружинный прибор ШоппераУдар стальным шариком диаметром 10 мм с помощью сжатой пружиныПо глубине отпечатка определяется НВ, кгс/мм 2
Пружинный прибор БауманаУдар бойком со стальным шариком диаметром 5 или 10 мм с помощью сжатой пружины с запасом энергии 0,15 и 0,53 кгс·смПо диаметру динамического отпечатка и тарировочным кривым находится НВ, кгс/мм 2
Прибор ПольдиУдар молотком по бойку, под которым находится эталон и испытуемое тело с зажатым между ними закаленным стальным шариком диаметром 10 ммПо диаметрам отпечатков на образце и эталоне определяется твердость: обр = 2 НВэт*d 2 эт/d 2 обр, кгс/мм 2
Маятниковый копер Вальцеля (1934)Удар стальным шариком диаметром 5 или 10 мм, укрепленным на маятниковом копреУгол отскока в условных единицах
Склероскоп ШораПадение бойка весом 2,3 гс с коническим алмазным наконечником с высоты 254 ммЧисло условных единиц высоты отскока бойка
Маятник ГербертаКачание маятника весом 2 или 3 кгс, опирающегося на поверхность испытуемого тела стальным или рубиновым шариком диаметром 1 ммБремя 10 односторонних качаний маятника в секунду или амплитуда одного качания в условных единицах
Маятниковый склерометр Кузнецова (1931)Качание маятника весом 1 кгс, опирающегося двумя стальными наконечниками или шариками на испытуемое телоВремя затухания колебаний до заданной амплитуды
Читать также:  Сколько заряжать аккумуляторные батарейки 1000 mah

Методы статического определения твердости вдавливанием

Твердость определяется как отношение нагрузки (в гс) к площади поверхности отпечатка (по диагонали, в мкм)

Твердость определяется как отношение нагрузки (в кгс) к площади поверхности невосстановленного «отпечатка», исчисляемой по длинной диагонали d (в мм):

Н = 2092 Р/а 2 = 1570 Р/l 2 , кгс/мм 2 ;

Н = ЗR*sin а *Р/l 3 = 4167960Р/l 3 , кгс/мм 2

Методы определения твердости царапанием

материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович

Твёрдость – свойство материала сопротивляться внедрению в него другого, более твёрдого тела – индентора.

Для измерения твёрдости существует несколько шкал (методов измерения), наиболее распространёнными среди которых являются [1]:

  • метод Бринелля (HB) – твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение усилия, приложенного к шарику, к площади отпечатка. Размерность единиц твёрдости по Бринеллю – МПа. Метод не применяется для тонких материалов и материалов с большой твёрдостью;
  • метод Роквелла (HRA, HRB, HRC) – твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания металлического шарика или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Твёрдость вычисляется по формуле [2]: HR = HRmax – (H – h) / 0,002, где HRmax – максимальная твёрдость по Роквеллу (по шкалам A и C составляет 100 единиц, а по шкале B – 130 единиц), (H – h) – разность глубин погружения индентора (в миллиметрах) после снятия основной нагрузки и до её приложения (при предварительном нагружении). Твёрдость, определённая по этому методу, является безразмерной величиной. Метода Роквелла проще в реализации, но обладает меньшей точностью по сравнению с методами Бринелля и Виккерса. Не допускается проверка образцов с толщиной менее десятикратной глубины проникновения наконечника;
  • метод Виккерса (HV) – твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение нагрузки, приложенной к пирамидке, к площади отпечатка. Размерность единиц твёрдости по Виккерсу – МПа. Позволяет определять твёрдость азотированных и цементированных поверхностей, а также тонких листовых материалов [3]:, но обладает пониженной точностью в нижнем диапазоне (для мягких материалов).

Результаты измерения твёрдости по методам Роквелла и Виккерса могут быть переведены с помощью таблиц в единицы твёрдости по методу Бринелля (таблица 1) [4]. Зная твёрдость по Бринеллю, можно рассчитать предел прочности и текучести материала, что важно для прикладных инженерных задач [5]:

для алюминиевых сплавов:

для медных сплавов:

где σв – предел прочности, МПа; σт – предел текучести, МПа.

Таблица 1 – Перевод результатов измерения твёрдости
Название прибора и автор (год)Принцип действия и форма наконечникаВычисление твердости и ее условная размерность
По методу Лидса (1936)Вдавливание пирамиды Виккерса 136° собственным весом индентора (35 г) и давлением воздуха на поршень
Микротвердомер Цейсса— Ганеманна (1940)Вдавливание пирамиды Виккерса нагрузкой 2—100 гс, создаваемой плоскими пружинамиТо же
ПМТ-2, ПМТ-3 (Хрущов, Беркович)Вдавливание пирамиды Виккерса сменными нагрузками 2—500 гсТо же
По методу Кнупа, Петерса, Эмерсона (1939)Вдавливание алмазного наконечника Кнупа (пирамида с основанием в виде сильно вытянутого ромба и углами между ребрами 130° и 172°30′) с нагрузкой 50—4909 гс
По методу БерковичаВдавливание алмазной трехгранной пирамиды с углом между гранью и осью 65°
По методу Егорова и др. (1970)Вдавливание алмазного лезвия, образованного двумя цилиндрами радиусом 2 мм, оси которых! пересекаются под углом 136°
По методу Калей, Хрущова, Скворцова, Алехина, Терновского, Шоршорова (1968-1973)Вдавливание алмазной 136-градусной пирамиды с регистрацией нагрузки и глубины погружения индентора в процессе испытания
Шкала Бринелля, HBШкала Роквелла, HRB (HRC)Шкала Виккерса, HV
10052,4100
10557,5105
11060,9110
11564,1115
12067,0120
12569,8125
13072,4130
13574,7135
14076,6140
14578,3145
15079,9150
15581,4155
16082,8160
16584,2165
17085,6170
17587,0175
18088,3180
18589,5185
19090,6190
19591,7195
20092,8200
20593,8205
21094,8210
21595,7215
22096,6220
22597,5225
23098,4230
23599,2235
240100,0240
245(21,2)245
250(22,1)250
255(23,0)255
260(23,9)260
265(24,8)265
270(25,6)270
275(26,4)275
280(27,2)280
285(28,0)285
290(28,8)290
295(29,5)295
300(30,2)300
310(31,6)310
319(33,0)320
328(34,2)330
336(35,3)340
344(36,3)350
352(37,2)360
360(38,1)370
368(38,9)380
376(39,7)390
384(40,5)400
392(41,3)410
400(42,1)420
408(42,9)430
416(43,7)440
425(44,5)450
434(45,3)460
443(46,1)470
(47,5)490
(48,2)500
(49,6)520
(50,8)540
(52,0)560
(53,1)580
(54,2)600
(55,4)620
(56,5)640
(57,5)660
(58,4)680
(59,3)700
(60,2)720
(61,1)740
(62,0)760
(62,8)780
(63,6)800
(64,3)820
(65,1)840
(65,8)860
(66,4)880
(67,0)900
(69,0)1114
(72,0)1220
Читать также:  Что лучше ноуфрост или капельная система

Перевод значений твёрдости следует использовать лишь в тех случаях, когда невозможно испытать материал при заданных условиях. Полученные переводные числа твёрдости являются лишь приближёнными и могут быть неточными для конкретных случаев. Строго говоря, такое сравнение чисел твёрдости, полученных разными методами и имеющих разную размерность, лишено всякого физического смысла, но, тем не менее, имеет вполне определённую практическую ценность.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *