Машиностроительные детали и механизмы, а также инструменты, предназначенные для их обработки, обладают набором механических характеристик. Немалую роль среди характеристик играет твердость. Твердость металлов наглядно показывает:
- износостойкость металла;
- возможность обработки резанием, шлифованием;
- сопротивляемость местному давлению;
- способность резать другой материал и прочие.
Твердость металлов
На практике доказано, что большинство механических свойств металлов напрямую зависят от их твердости.
Понятие твердости
Твердость материала – это стойкость к разрушению при внедрении во внешний слой более твердого материала. Другими словами, способность к сопротивлению деформирующим усилиям (упругой или пластической деформации).
Определение твердости металлов производится посредством внедрения в образец твердого тела, именуемого индентором. Роль индентора выполняет: металлически шарик высокой твердости; алмазный конус или пирамида.
После воздействия индентора на поверхности испытуемого образца или детали остается отпечаток, по размеру которого определяется твердость. На практике используются кинематические, динамические, статические способы измерения твердости.
В основе кинематического метода лежит составление диаграммы на основе постоянно регистрирующихся показаний, которые изменяются по мере вдавливания инструмента в образец. Здесь прослеживается кинематика всего процесса, а не только конечного результата.
Динамический метод заключается в следующем. Измерительный инструмент воздействует на деталь. Обратная реакция позволяет рассчитать затраченную кинетическую энергию. Данный метод позволяет проводить испытание на твердость не только поверхности, но и некоторого объема металла.
Статические методы – это неразрушающие способы, позволяющие определить свойства металлов. Методы основаны на плавном вдавливании и последующей выдержке в течение некоторого времени. Параметры регламентируются методиками и стандартами.
Прилагаемая нагрузка может прилагаться:
- вдавливанием;
- царапанием;
- резанием;
- отскоком.
Машиностроительные предприятия на данный момент для определения твердости материалов используют методы Бринелля, Роквелла, Виккерса, а также метод микротвердости.
На основе проводимых испытаний составляется таблица, в которой указываются материалы, прилагаемые нагрузки и полученные результаты.
Единицы измерения твердости
Каждый способов измерения сопротивления металла к пластической деформации имеет свою методику его проведения, а также единицы измерения.
Измерение твердости мягких металлов производится методом Бринелля. Данному способу подвергаются цветные металлы (медь, алюминий, магний, свинец, олово) и сплавы на их основе, чугуны (за исключением белого) и отожженные стали.
Твердость по Бринеллю определяется вдавливанием закаленного, отполированного шарика из шарикоподшипниковой стали ШХ15. Окружность шарика зависит от испытуемого материала. Для твердых материалов – все виды сталей и чугунов – 10 мм, для более мягких – 1 – 2 — 2,5 — 5 мм. Необходимая нагрузка, прилагаемая к шарику:
- сплавы железа – 30 кгс/мм2;
- медь и никель – 10 кгс/мм2;
- алюминий и магний – 5 кгс/мм2.
Единица измерения твердости – это числовое значение и следующий за ними числовой индекс HB. Например, 200 НВ.
Твердость по Роквеллу определяется посредством разницы приложенных нагрузок к детали. Вначале прикладывается предварительная нагрузка, а затем общая, при которой происходит внедрение индентора в образец и выдержка.
В испытуемый образец внедряется пирамида (конус) из алмаза или шарик из карбида вольфрама (каленой стали). После снятия нагрузки производится замер глубины отпечатка.
Единица измерения твердости – это условные единицы. Принято считать, что единица — это величина осевого перемещения конуса, равная 2 мкм. Обозначение твердости маркируется тремя буквами HR (А, В, С) и числовым значением. Третья буква в маркировке обозначает шкалу.
Методика отображает тип индентора и прилагаемую к нему нагрузку.
Тип шкалы | Инструмент | Прилагаемая нагрузка, кгс |
А | Конус из алмаза, угол вершины которого 120° | 50-60 |
В | Шарик 1/16 дюйма | 90-100 |
С | Конус из алмаза, угол вершины которого 120° | 140-150 |
В основном, используются шкалы измерения А и С. Например, твердость стали HRC 26…32, HRB 25…29, HRA 70…75.
Измерению твердости по Виккерсу подвергаются изделия небольшой толщины или детали, имеющие тонкий, твердый поверхностный слой. В качестве клинка используется правильная четырехгранная пирамида угол при вершине, которой составляет 136°. Отображение значений твердости выглядит следующим образом: 220 HV.
Измерение твердости по методу Шора производится путем замера высоты отскока упавшего бойка. Обозначается цифрами и буквами, например, 90 HSD.
К определению микротвердости прибегают, когда необходимо получить значения мелких деталей, тонкого покрытия или отдельной структуры сплава. Измерение производят путем измерения отпечатка наконечника определенной формы. Обозначение значения выглядит следующим образом:
- Н□ 0,195 = 2800, где
- □ — форма наконечника;
- 0,196 — нагрузка на наконечник, Н;
- 2800 – численное значение твердости, Н/мм2.
Твердость основных металлов и сплавов
Измерение значения твердости проводится на готовых деталях, отправляющихся на сборку. Контроль производится на соответствие чертежу и технологическому процессу. На все основные материалы уже составлены таблицы значений твердости как в исходном состоянии, так и после термической обработки.
Твердость меди по Бринеллю составляет 35 НВ, значения латуни равны 42-60 НВ единиц в зависимости от ее марки. У алюминия твердость находится в диапазоне 15-20 НВ, а у дюралюминия уже 70НВ.
Черные металлы
Твердость по Роквеллу чугуна СЧ20 HRC 22, что соответствует 220 НВ. Сталь: инструментальная – 640-700 НВ, нержавеющая – 250НВ.
Для перевода из одной системы измерения в другую пользуются таблицами. Значения в них не являются истинными, потому что выведены империческим путем. Не полный объем представлен в таблице.
HB | HV | HRC | HRA | HSD |
228 | 240 | 20 | 60.7 | 36 |
260 | 275 | 24 | 62.5 | 40 |
280 | 295 | 29 | 65 | 44 |
320 | 340 | 34.5 | 67.5 | 49 |
360 | 380 | 39 | 70 | 54 |
415 | 440 | 44.5 | 73 | 61 |
450 | 480 | 47 | 74.5 | 64 |
480 | 520 | 50 | 76 | 68 |
500 | 540 | 52 | 77 | 73 |
535 | 580 | 54 | 78 | 78 |
Значения твердости, даже если они производятся одним и тем же методом, зависят от прилагаемой нагрузки. Чем меньше нагрузка, тем выше показания.
Методы измерения твердости
Все методы определения твердости металлов используют механическое воздействие на испытуемый образец – вдавливание индентора. Но при этом не происходит разрушение образца.
Метод определения твердости по Бринеллю был первым, стандартизованным в материаловедении. Принцип испытания образцов описан выше. На него действует ГОСТ 9012. Но можно вычислить значение по формуле, если точно измерить отпечаток на образце:
HB=2P/(πD*√(D2-d2),
- гдеР – прикладываемая нагрузка, кгс;
- D – окружность шарика, мм;
- d – окружность отпечатка, мм.Шарик подбирается относительно толщины образца. Нагрузку высчитывают предварительно из принятых норм для соответствующих материалов:сплавы из железа — 30D2;медь и ее сплавы — 10D2;баббиты, свинцовые бронзы — 2,5D2.
Условное изображение принципа испытания
Скачать ГОСТ 9012-59
Схематически метод исследования по Роквеллу изображается следующим образом согласно ГОСТ 9013.
Метод измерения твердости по Роквеллу
Итоговая приложенная нагрузка равна сумме первоначальной и необходимой для испытания. Индикатор прибора показывает разницу глубины проникновения между первоначальной нагрузкой и испытуемой h –h0.
Скачать ГОСТ 9013-59
Метод Виккерса регламентирован ГОСТом 2999. Схематически он изображается следующим образом.
Метод Виккерса
Математическая формула для расчета:HV=0.189*P/d2 МПаHV=1,854*P/d2 кгс/мм2Прикладываемая нагрузка варьируется от 9,8 Н (1 кгс) до 980 Н (100 кгс). Значения определяются по таблицам относительно измеренного отпечатка d.
Метод Шора
Метод считается эмпирическим и имеет большой разброс показаний. Но прибор имеет простую конструкцию и его можно использовать при измерении крупногабаритных и криволинейных деталей.
Измерить твердость по Моосу металлов и сплавов можно царапанием. Моос в свое время предложил делать царапины более твердым минералом по поверхности предмета. Он разложил известные минералы по твердости на 10 позиций. Первую занимает тальк, а последнюю алмаз.
После измерения по одной методике перевод в другую систему весьма условен. Четкие значения существуют только в соотношении твердости по Бринеллю и Роквеллу, так как машиностроительные предприятия их широко применяют. Зависимость можно проследить при изменении диаметра шарика.
d, мм | HB | HRA | HRC | HRB |
2,3 | 712 | 85,1 | 66,4 | — |
2,5 | 601 | 81,1 | 59,3 | — |
3,0 | 415 | 72,6 | 43,8 | — |
3,5 | 302 | 66,7 | 32,5 | — |
4,0 | 229 | 61,8 | 22 | 98,2 |
5,0 | 143 | — | — | 77,4 |
5,2 | 131 | — | — | 72,4 |
Как видно из таблицы, увеличение диаметра шарика значительно снижает показания прибора. Поэтому на машиностроительных предприятиях предпочитают пользоваться измерительными приборами с однотипным размером индентора.
Сравнение шкал измерения твёрдости — Ассоциация EAM
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 стали:
σв = 3,33 × HB;
σт = 1,67 × HB; - для алюминиевых сплавов:
σв = 3,62 × HB; - для медных сплавов:
σв = 2,60 × HB;
где σв — предел прочности, МПа; σт — предел текучести, МПа.
Таблица 1 — Перевод результатов измерения твёрдости
100 | 52,4 | 100 |
105 | 57,5 | 105 |
110 | 60,9 | 110 |
115 | 64,1 | 115 |
120 | 67,0 | 120 |
125 | 69,8 | 125 |
130 | 72,4 | 130 |
135 | 74,7 | 135 |
140 | 76,6 | 140 |
145 | 78,3 | 145 |
150 | 79,9 | 150 |
155 | 81,4 | 155 |
160 | 82,8 | 160 |
165 | 84,2 | 165 |
170 | 85,6 | 170 |
175 | 87,0 | 175 |
180 | 88,3 | 180 |
185 | 89,5 | 185 |
190 | 90,6 | 190 |
195 | 91,7 | 195 |
200 | 92,8 | 200 |
205 | 93,8 | 205 |
210 | 94,8 | 210 |
215 | 95,7 | 215 |
220 | 96,6 | 220 |
225 | 97,5 | 225 |
230 | 98,4 | 230 |
235 | 99,2 | 235 |
240 | 100,0 | 240 |
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 |
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.
Перечень ссылок
0 0 голоса
Рейтинг статьи
Перевод единиц твердости по Роквеллу, Бринеллю и Виккерсу (таблица)
Горизонтальное прокручивание таблицы на смартфонах
89 | 72 | 782 | 2.20 | 1220 | ||
86.5 | 70 | 1076 | 101 | |||
86 | 69 | 744 | 2.25 | 1004 | 99 | |
85.5 | 68 | 942 | 97 | |||
85 | 67 | 713 | 2.30 | 894 | 95 | |
84.5 | 66 | 854 | 92 | |||
84 | 65 | 683 | 2.35 | 820 | 91 | |
83.5 | 64 | 789 | 88 | |||
83 | 63 | 652 | 2.40 | 763 | 87 | |
82.5 | 62 | 739 | 85 | |||
81.5 | 61 | 627 | 2.45 | 715 | 83 | |
81 | 60 | 695 | 81 | 2206 | ||
80.5 | 59 | 600 | 2.50 | 675 | 80 | 2137 |
80 | 58 | 2.55 | 655 | 78 | 2069 | |
79.5 | 57 | 578 | 636 | 76 | 2000 | |
79 | 56 | 2.60 | 617 | 75 | 1944 | |
78.5 | 55 | 555 | 598 | 74 | 1889 | |
78 | 54 | 2.65 | 580 | 72 | 1834 | |
77.5 | 53 | 532 | 562 | 71 | 1772 | |
77 | 52 | 512 | 2.70 | 545 | 69 | 1689 |
76.5 | 51 | 495 | 2.75 | 528 | 68 | 1648 |
76 | 50 | 513 | 67 | 1607 | ||
75.5 | 49 | 477 | 2.80 | 498 | 66 | 1565 |
74.5 | 48 | 460 | 2.85 | 485 | 64 | 1524 |
74 | 47 | 448 | 2.89 | 471 | 63 | 1496 |
73.5 | 46 | 437 | 2.92 | 458 | 62 | 1462 |
73 | 45 | 426 | 2.96 | 446 | 60 | 1420 |
72.5 | 44 | 415 | 3.00 | 435 | 58 | 1379 |
71.5 | 42 | 393 | 3.08 | 413 | 56 | 1317 |
70.5 | 40 | 372 | 3.16 | 393 | 54 | 1255 |
38 | 352 | 3.25 | 373 | 51 | 1193 | |
36 | 332 | 3.34 | 353 | 49 | 1138 | |
34 | 313 | 3.44 | 334 | 47 | 1076 | |
32 | 297 | 3.53 | 317 | 44 | 1014 | |
30 | 283 | 3.61 | 301 | 42 | 965 | |
28 | 270 | 3.69 | 285 | 41 | 917 | |
26 | 260 | 3.76 | 271 | 39 | 869 | |
24 | 250 | 3.83 | 257 | 37 | 834 | |
22 | 240 | 3.91 | 246 | 35 | 793 | |
20 | 230 | 3.99 | 236 | 34 | 752 |
Твердость по Роквеллу
- Вдавливание алмазного конуса с углом 120° при вершине и замер относительной глубины погружения в исследуемый материал.
- Шкала А — нагрузка 60 кгс, для карбида вольфрама (ВК)
- Шкала С — нагрузка 150 кгс, для твердых сталей HRB>100
Преимущество — простота. Недостаток — низкая точность.
Твердость по Бринеллю
Диаметр отпечатка металлического шарика в материале.
Недостаток — твердость до 450HB.
Твердость по Виккерсу
Площадь отпечатка от алмазной пирамидки.
Твердость по Шору
Отскок шарика от поверхности в склероскопе (метод отскока). Очень простой и удобный метод.
Определение твердости материала является важной частью технологического процесса изготовления деталей любой сложности.
Различные методы поиска твердости металла связанны в первую очередь с отличием их структуры и формы. Поработать с обычной заготовкой в форме болванки не составит труда, вот для листового материала нужен особый подход, учитывая его небольшую толщину.
- Лишь с помощью метода Виккерса удобнее всего искать твёрдость азотированных и цементированных поверхностей.
- Расчет ресурса работы металлорежущего инструмента, его долговечность, всегда производится в первую очередь с учетом табличных показателей.
- Именно благодаря повышенной твердости (около 71 HRC) твердосплавные сверла и фрезы из сплава ВК8 позволяют обрабатывать сверхтвердые материалы.
Таблица соответствия HB
Твердость материалов является интегрирующим показателем их механических свойств. Существует эмпирическое соответствие между значением твердости и рядом механических характеристик (например, предел прочности на сжатие, растяжение или изгиб).
С развитием машиностроения возникла необходимость иметь общие методики измерения твердости. В начале XX века профессором Людвигом была разработана теоретическая часть методики определения твердости алмазным конусом. В 1919 году Хью и Стэнли Роквеллы запатентовали гидромеханическую установку, которая получила имя — твердомер Роквелла.
Актуальность этого устройства вызвана необходимостью применения неразрушающих методов контроля твердости в подшипниковой промышленности. Существующий метод Бринелля (HB) основан на измерении площади отпечатка шарика диаметром 10 мм.
Отпечаток формируется с помощью шарика из закаленной стали или карбида вольфрама, который вдавливается в образец с определенным усилием. Метод Бринелля применяется для определения твердости цветных металлов или низколегированных сталей и неприменим для образцов из закаленной стали.
Это связано с тем, что рабочая нагрузка составляет 3000 кгс. Шарик деформируется, поэтому метод Бринелля не может считаться неразрушающим методом контроля.
Метод измерения твердости по Роквеллу
Твердость — характеристика материала, противоположная пластичности, способности материала «вытекать» из-под нагрузки. Методика измерения твердости по Роквеллу предназначена для неразрушающего контроля твердости наименее пластичных материалов — сталей и их сплавов.
Универсальность метода заключается в наличии трех шкал твердости, которые проградуированы для измерения под одной из трех нагрузок (60, 100 и 150 кгс) для работы с одной из измерительных головок.
В качестве рабочего органа измерительной головки применяют алмазный конус с углом 120° и радиусом при вершине 0,2 мм или закаленный шарик диаметром 1/16“ (1,588 мм).
Как получают и из чего делают железо (сталь)?
Метод основан на фиксации прямого измерения глубины проникновения твердого тела измерительной головки (индентора) в материал образца. Глубина отпечатка характеризует способность материала сопротивляться внешнему воздействию без образования валика из вытесненного металла вокруг индентора.
Единица твердость по Роквеллу — безразмерная величина, которая выражается в условных единицах до 100. За единицу твердости приняли перемещение индентора на 0,002.
Таблица соответствия HB — HRC
Таблица соответствия HB – HRC (Перевод значений твёрдости)
(соотношение твёрдости по Бриннелю твёрдости по Роквеллу, определяемых методами в соответствии с ГОСТ 8.064-79) Твердость по Роквеллу (эталонная)
Твердость по Роквеллу | Твердость по Бринеллю | ||
HRCэ | HRC | D=10мм HB | Р=3000кг диаметр отпечатка в мм |
— | — | HB 95,0 | 6,00 |
— | — | HB 100 | 5,87-5,89 |
— | — | HB 111 | 5,60-5,62 |
— | — | HB 115 | 5,51-5,53 |
— | — | HB 116 | 5,49-5,50 |
— | — | HB 120 | 5,41-5,42 |
— | — | HB 125 | 5,31-5,42 |
— | — | HB 130 | 5,22 |
— | — | HB 135 | 5,13 |
— | — | HB 137 | 5,09-5,10 |
— | — | HB 138 | 5,07-5,08 |
— | — | HB 140 | 5,04-5,05 |
— | — | HB 141 | 5,02-5,03 |
— | — | HB 142 | 5,01 |
— | — | HB 143 | 5,00 |
— | — | HB 143 | 4,99 |
— | — | HB 144 | 4,98 |
— | — | HB 144 | 4,97 |
— | — | HB 145 | 4,96 |
— | — | HB 146 | 4,95 |
— | — | HB 152 | 4,86 |
— | — | HB 161 | 4,72-4,73 |
— | — | HB 164 | 4,68-4,69 |
— | — | HB 167 | 4,64-4,65 |
— | — | HB 170 | 4,60-4,61 |
— | — | HB 174 | 4,55-4,56 |
— | — | HB 179 | 4,49-4,50 |
— | — | HB 185 | 4,42-4,43 |
— | — | HB 197 | 4,29-4,30 |
— | — | HB 198 | 4,28 |
— | — | HB 199 | 4,27 |
— | — | HB 200 | 4,26 |
— | — | HB 201 | 4,25 |
— | — | HB 202 | 4,24 |
— | — | HB 203 | 4,23 |
— | — | HB 204 | 4,22 |
— | — | HB 205 | 4,21 |
HRCэ 20,0 | HRC 17,9 | HB 206 | 4,2 |
HRCэ 20,5 | HRC 18,3 | HB 209 | 4,18 |
HRCэ 21,0 | HRC 19,0 | HB 212 | 4,15 |
HRCэ 21,5 | HRC 19,7 | HB 215 | 4,12 |
HRCэ 22,0 | HRC 20,1 | HB 217 | 4,10 |
HRCэ 22,5 | HRC 20,5 | HB 219 | 4,08 |
HRCэ 23,0 | HRC 20,9 | HB 222 | 4,06 |
HRCэ 23,5 | HRC 21,3 | HB 224 | 4,04 |
HRCэ 24,0 | HRC 22,0 | HB 229 | 4,00 |
HRCэ 24,5 | HRC 22,4 | HB 231 | 3,98 |
HRCэ 25,0 | HRC 22,8 | HB 234 | 3,96 |
HRCэ 25,5 | HRC 23,6 | HB 239 | 3,92 |
HRCэ 26,0 | HRC 24,0 | HB 241 | 3,90 |
HRCэ 26,5 | HRC 24,4 | HB 244 | 3,88 |
HRCэ 27,0 | HRC 24,8 | HB 246 | 3,86 |
HRCэ 27,5 | HRC 25,6 | HB 252 | 3,82 |
HRCэ 28,0 | HRC 26,0 | HB 255 | 3,80 |
HRCэ 28,5 | HRC 26,4 | HB 257 | 3,78 |
HRCэ 29,0 | HRC 27,3 | HB 263 | 3,74 |
HRCэ 30,0 | HRC 28,1 | HB 269 | 3,70 |
HRCэ 30,5 | HRC 28,6 | HB 272 | 3,68 |
HRCэ 31,0 | HRC 29,0 | HB 275 | 3,66 |
HRCэ 31,5 | HRC 29,4 | HB 278 | 3,64 |
HRCэ 32,0 | HRC 29,9 | HB 282 | 3,62 |
HRCэ 32,5 | HRC 30,3 | HB 285 | 3,60 |
HRCэ 33,0 | HRC 30,8 | HB 288 | 3,58 |
HRCэ 33,5 | HRC 31,6 | HB 295 | 3,54 |
HRCэ 34,0 | HRC 32,1 | HB 298 | 3,52 |
HRCэ 34,5 | HRC 32,5 | HB 302 | 3,50 |
HRCэ 35,0 | HRC 33,0 | HB 306 | 3,48 |
HRCэ 35,5 | HRC 33,8 | HB 313 | 3,44 |
HRCэ 36,0 | HRC 34,3 | HB 317 | 3,42 |
HRCэ 36,5 | HRC 34,7 | HB 321 | 3,40 |
HRCэ 37,0 | HRC 35,2 | HB 325 | 3,38 |
HRCэ 37,5 | HRC 35,6 | HB 329 | 3,36 |
HRCэ 38,0 | HRC 36,0 | HB 333 | 3,34 |
HRCэ 38,5 | HRC 36,5 | HB 337 | 3,32 |
HRCэ 39,0 | HRC 36,9 | HB 341 | 3,30 |
HRCэ 39,5 | HRC 37,8 | HB 350 | 3,26 |
HRCэ 40,0 | HRC 38,2 | HB 354 | 3,24 |
HRCэ 40,5 | HRC 38,7 | HB 359 | 3,22 |
HRCэ 41,0 | HRC 39,1 | HB 363 | 3,20 |
HRCэ 41,5 | HRC 40,0 | HB 373 | 3,16 |
HRCэ 42,0 | HRC 40,5 | HB 378 | 3,14 |
HRCэ 42,5 | HRC 40,9 | HB 383 | 3,12 |
HRCэ 43,0 | HRC 41,4 | HB 388 | 3,10 |
HRCэ 43,5 | HRC 41,9 | HB 393 | 3,08 |
HRCэ 44,0 | HRC 42,4 | HB 398 | 3,06 |
HRCэ 44,5 | HRC 42,9 | HB 403 | 3,04 |
HRCэ 45,0 | HRC 43,3 | HB 409 | 3,02 |
HRCэ 45,5 | HRC 43,8 | HB 415 | 3,00 |
HRCэ 46,0 | HRC 44,4 | HB 420 | 2,98 |
HRCэ 46,5 | HRC 44,9 | HB 426 | 2,96 |
HRCэ 47,0 | HRC 45,4 | HB 432 | 2,94 |
HRCэ 47,5 | HRC 45,9 | HB 438 | 2,92 |
HRCэ 48,0 | HRC 46,5 | HB 444 | 2,90 |
HRCэ 48,5 | HRC 47,0 | HB 451 | 2,88 |
HRCэ 49,0 | HRC 47,6 | HB 457 | 2,86 |
HRCэ 49,5 | HRC 48,2 | HB 464 | 2,84 |
HRCэ 50,0 | HRC 48,8 | HB 470 | 2,82 |
HRCэ 50,5 | HRC 49,4 | HB 477 | 2,80 |
HRCэ 51,0 | HRC 50,0 | HB 484 | 2,78 |
HRCэ 51,5 | HRC 50,6 | HB 492 | 2,76 |
HRCэ 52,0 | HRC 50,7 | HB 502 | 2,74 |
HRCэ 52,5 | HRC 51,5 | HB 503 | 2,73 |
HRCэ 52,0 | HRC 51,8 | HB 506 | 2,72 |
HRCэ 53,5 | HRC 52,5 | HB 514 | 2,70 |
HRCэ 54,0 | HRC 53,1 | HB 522 | 2,68 |
HRCэ 54,5 | HRC 53,5 | HB 526 | 2,67 |
HRCэ 55,0 | HRC 53,8 | HB 530 | 2,66 |
HRCэ 55,5 | HRC 54,1 | HB 534 | 2,65 |
HRCэ 56,0 | HRC 54,5 | HB 538 | 2,64 |
HRCэ 56,5 | HRC 55,1 | HB 547 | 2,62 |
HRCэ 57,0 | HRC 55,8 | HB 555 | 2,60 |
HRCэ 57,5 | HRC 56,5 | HB 564 | 2,58 |
HRCэ 58,0 | HRC 57,2 | HB 573 | 2,56 |
HRCэ 58,5 | HRC 57,6 | HB 578 | 2,55 |
HRCэ 59,0 | HRC 57,9 | HB 582 | 2,54 |
HRCэ 59,5 | HRC 58,6 | HB 592 | 2,52 |
HRCэ 60,0 | HRC 59,3 | HB 601 | 2,50 |
HRCэ 60,5 | HRC 59,7 | HB 606 | 2,49 |
HRCэ 61,0 | HRC 60,0 | HB 611 | 2,48 |
HRCэ 61,5 | HRC 60,4 | HB 616 | 2,47 |
HRCэ 62,0 | HRC 60,7 | HB 621 | 2,46 |
HRCэ 62,5 | HRC 61,1 | HB 627 | 2,45 |
HRCэ 63,0 | HRC 61,4 | HB 632 | 2,44 |
HRCэ 63,5 | HRC 62,1 | HB 643 | 2,42 |
HRCэ 64,0 | HRC 63,2 | HB 659 | 2,39 |
HRCэ 64,5 | HRC 63,6 | HB 665 | 2,38 |
HRCэ 65,0 | HRC 63,9 | HB 670 | 2,37 |
HRCэ 65,5 | HRC 64,3 | HB 676 | 2,36 |
Твёрдость — это сопротивление тела внедрению индентора — другого твёрдого тела. Способы испытания твёрдости подразделяются на статические и динамические.
- К статическим относятся способы измерения твёрдости по Бринеллю, Викерсу, Роквеллу, Кнупу; к динамическим — способы измерения твёрдости по Шору, Шварцу, Бауману, Польди, Морину, Граве.
- Измерения твёрдости осуществляют при 20±10°С.
- Измерение твёрдости по Бринеллю
- Бринелля метод
Бринелля метод [по имени шведского инженера Ю.А.Бринелля (J.A.Brinell)] — способ определения твёрдости материалов вдавливанием в испытываемую поверхность стального закалённого шарика диаметром 2,5; 5 и 10 мм пр нагрузке P от 625 H до 30 кН.
Число твёрдости по Бринеллю HB — отношение нагрузки (кгс) к площади (мм2) поверхности отпечатка.
Для получения сопоставимых результатов относительной твёрдости материалы (HB свыше 130) испытывают при отношении P:D2=30, материалы средней твёрдости (HB 30-130) — при P:D2=10, мягкие (HB
Сравнительная таблица твердости. Перевод твердости по БРИНЕЛЛЮ, РОКВЕЛЛУ, ВИККЕРСУ и ШОРУ.. Статьи компании «Группа компаний "Теплый дом"»
Твердостью металла называют его свойство оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии стандартного тела-наконечника на поверхностные слои материала.
Испытание на твердость — основной метод оценки качества термообработки изделия.
Определение твердости по методу Бринелля. Метод основан на том, что в плоскую поверхность под нагрузкой внедряют стальной шарик. Число твердости НВ
определяется отношением нагрузки к сферической поверхности отпечатка.
Метод Роквелла (HR) основан на статическом вдавливании в испытываемую поверхность наконечника под определенной нагрузкой. В качестве наконечников для материалов с твердостью до 450 HR используют стальной шарик. В этом случае твердость обозначают как HRB
. При использовании алмазного конуса твердость обозначают какHRA или
HRC
(в зависимости от нагрузки).
Твердость по методу Виккерса (HV) определяют путем статического вдавливания в испытуемую поверхность алмазной четырехгранной пирамиды. При испытании измеряют отпечаток с точностью до 0,001 мм при помощи микроскопа, который является составной частью прибора Виккерса.
Метод Шора. Сущность данного метода состоит в определении твердости материала образца по высоте отскакивания бойка, падающего на поверхность испытуемого тела с определенной высоты. Твердость оценивается в условных единицах, пропорциональных высоте отскакивания бойка.
Понятие твердости
Твердость – свойство материалов, характеризующее способность проникновения одного, более твердого, тела в другое. Также эта характеристика определяет устойчивость к пластической деформации или разрушению поверхностных слоев при оказании сильного давления.
Измеряется показатель в самых различных единицах в зависимости от применяемого метода.
Все методы определения твердости материалов можно разделить на несколько основных групп:
- Статические. Подобные методы характеризуются тем, что нагрузка постепенно возрастает. Время выдержки может быть разным — все зависит от особенностей применяемого метода.
- Динамические характеризуются тем, что нагрузка на образец подается с определенной кинетической энергией. При этом показатель твердости является менее точным, так как при динамической нагрузке возникает определенная отдача из-за упругости материала. Результаты подобных испытаний зачастую называют твердостью материалов при ударе.
- Кинетические основаны на непрерывной регистрации показателей во время проведения испытаний, что позволяет получить не только конечный, но и промежуточный результат. Для этого применяется специальное оборудование.
Измерение твердости инструмента
Кроме этого, классификация методов определения твердости проводится по принципу приложенной нагрузки. Выделяют следующие способы испытания образца:
- Вдавливание является на сегодняшний день наиболее распространенным способом определения рассматриваемого показателя.
- При отскоке проводится замер того, как высоко боек отлетит от поверхности испытуемого образца. В данном случае просчет твердости проводится по показателю сопротивления упругой деформации. Методы подобного типа довольно часто применяются для контроля качества прокатных валиков и изделий с большими размерами.
- Методы, основанные на царапании и резании, сегодня применяются крайне редко. Были они разработаны два столетия назад.
Как правило, в твердомерах есть деталь, которая оказывает воздействие на испытываемую заготовку. Примером можно назвать стальные шарики различного диаметра и алмазные наконечники с формой пирамиды. Некоторые из применяемых на сегодняшний день методов рассмотрим подробнее.
Методы динамического определения твердости
Название прибора, автор (год) | Принцип действия и форма наконечника | Измеряемый параметр, метод вычисления твердости и ее условная размерность |
По методу Мартеля (1895) | Удар стальной пирамидой, укрепленной на падающем бойке | По энергии удара и диагонали отпечатка определяется твердость H = Е1/V, кгс/мм2 |
Вертикальный копер Николаева | Удар бойка весом 3 кгс, падающего с высоты 530 мм, по стальному шарику 10 мм, прижатому к изделию | По диаметру отпечатка и тарировонным кривым определяется НВ, кгс/мм2 |
Пружинный прибор Шоппера | Удар стальным шариком диаметром 10 мм с помощью сжатой пружины | По глубине отпечатка определяется НВ, кгс/мм2 |
Пружинный прибор Баумана | Удар бойком со стальным шариком диаметром 5 или 10 мм с помощью сжатой пружины с запасом энергии 0,15 и 0,53 кгс·см | По диаметру динамического отпечатка и тарировочным кривым находится НВ, кгс/мм2 |
Прибор Польди | Удар молотком по бойку, под которым находится эталон и испытуемое тело с зажатым между ними закаленным стальным шариком диаметром 10 мм | По диаметрам отпечатков на образце и эталоне определяется твердость: HВобр = 2 НВэт*d2эт/d2обр, кгс/мм2 |
Маятниковый копер Вальцеля (1934) | Удар стальным шариком диаметром 5 или 10 мм, укрепленным на маятниковом копре | Угол отскока в условных единицах |
Склероскоп Шора | Падение бойка весом 2,3 гс с коническим алмазным наконечником с высоты 254 мм | Число условных единиц высоты отскока бойка |
Маятник Герберта | Качание маятника весом 2 или 3 кгс, опирающегося на поверхность испытуемого тела стальным или рубиновым шариком диаметром 1 мм | Бремя 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 тело | Время затухания колебаний до заданной амплитуды |
Измерение твердости по Бринеллю
Чаще всего проводится измерение твердости по Бринеллю. Этот метод регламентирован ГОСТ 9012. К особенностям испытания металлов и сплавов подобным методом можно отнести следующие моменты:
- В качестве тела, которое будет оказывать воздействие на испытуемый образец, используется стальной шарик.
- Для тестирования применяется шарик с определенным диаметром, который изготавливается из закаленной стали. К нему прилагается постоянно нарастающая нагрузка.
- Главным условие применения этого метода тестирования металлов и сплавов является то, что шарик должен изготавливается из более твердого материала, чем испытуемый образец.
- После завершения теста проводится измерение полученного отпечатка на поверхности.
- Данный способ позволяет получить данные, которые указываются в HB. Именно это обозначение сегодня встречается чаще других в различной справочной документации.
- Для удобства применения данного способа были созданы специальные таблицы, которые основаны на зависимости диаметрального размера шарика, твердости и полученного отпечатка.
Измерение по методу Бринеллю
Стоит учитывать, что по Бринеллю не рекомендуется тестировать стали и сплавы, твердость которых превышает значение 450HB. Цветные металлы должны обладать показателем ниже 200 HB.
Таблица соответствия HB — HRC
Таблица соответствия HB – HRC (Перевод значений твёрдости)
(соотношение твёрдости по Бриннелю твёрдости по Роквеллу, определяемых методами в соответствии с ГОСТ 8.064-79) Твердость по Роквеллу (эталонная)
Твердость по Роквеллу | Твердость по Бринеллю | ||
HRCэ | HRC | D=10мм HB | Р=3000кг диаметр отпечатка в мм |
— | — | HB 95,0 | 6,00 |
— | — | HB 100 | 5,87-5,89 |
— | — | HB 111 | 5,60-5,62 |
— | — | HB 115 | 5,51-5,53 |
— | — | HB 116 | 5,49-5,50 |
— | — | HB 120 | 5,41-5,42 |
— | — | HB 125 | 5,31-5,42 |
— | — | HB 130 | 5,22 |
— | — | HB 135 | 5,13 |
— | — | HB 137 | 5,09-5,10 |
— | — | HB 138 | 5,07-5,08 |
— | — | HB 140 | 5,04-5,05 |
— | — | HB 141 | 5,02-5,03 |
— | — | HB 142 | 5,01 |
— | — | HB 143 | 5,00 |
— | — | HB 143 | 4,99 |
— | — | HB 144 | 4,98 |
— | — | HB 144 | 4,97 |
— | — | HB 145 | 4,96 |
— | — | HB 146 | 4,95 |
— | — | HB 152 | 4,86 |
— | — | HB 161 | 4,72-4,73 |
— | — | HB 164 | 4,68-4,69 |
— | — | HB 167 | 4,64-4,65 |
— | — | HB 170 | 4,60-4,61 |
— | — | HB 174 | 4,55-4,56 |
— | — | HB 179 | 4,49-4,50 |
— | — | HB 185 | 4,42-4,43 |
— | — | HB 197 | 4,29-4,30 |
— | — | HB 198 | 4,28 |
— | — | HB 199 | 4,27 |
— | — | HB 200 | 4,26 |
— | — | HB 201 | 4,25 |
— | — | HB 202 | 4,24 |
— | — | HB 203 | 4,23 |
— | — | HB 204 | 4,22 |
— | — | HB 205 | 4,21 |
HRCэ 20,0 | HRC 17,9 | HB 206 | 4,2 |
HRCэ 20,5 | HRC 18,3 | HB 209 | 4,18 |
HRCэ 21,0 | HRC 19,0 | HB 212 | 4,15 |
HRCэ 21,5 | HRC 19,7 | HB 215 | 4,12 |
HRCэ 22,0 | HRC 20,1 | HB 217 | 4,10 |
HRCэ 22,5 | HRC 20,5 | HB 219 | 4,08 |
HRCэ 23,0 | HRC 20,9 | HB 222 | 4,06 |
HRCэ 23,5 | HRC 21,3 | HB 224 | 4,04 |
HRCэ 24,0 | HRC 22,0 | HB 229 | 4,00 |
HRCэ 24,5 | HRC 22,4 | HB 231 | 3,98 |
HRCэ 25,0 | HRC 22,8 | HB 234 | 3,96 |
HRCэ 25,5 | HRC 23,6 | HB 239 | 3,92 |
HRCэ 26,0 | HRC 24,0 | HB 241 | 3,90 |
HRCэ 26,5 | HRC 24,4 | HB 244 | 3,88 |
HRCэ 27,0 | HRC 24,8 | HB 246 | 3,86 |
HRCэ 27,5 | HRC 25,6 | HB 252 | 3,82 |
HRCэ 28,0 | HRC 26,0 | HB 255 | 3,80 |
HRCэ 28,5 | HRC 26,4 | HB 257 | 3,78 |
HRCэ 29,0 | HRC 27,3 | HB 263 | 3,74 |
HRCэ 30,0 | HRC 28,1 | HB 269 | 3,70 |
HRCэ 30,5 | HRC 28,6 | HB 272 | 3,68 |
HRCэ 31,0 | HRC 29,0 | HB 275 | 3,66 |
HRCэ 31,5 | HRC 29,4 | HB 278 | 3,64 |
HRCэ 32,0 | HRC 29,9 | HB 282 | 3,62 |
HRCэ 32,5 | HRC 30,3 | HB 285 | 3,60 |
HRCэ 33,0 | HRC 30,8 | HB 288 | 3,58 |
HRCэ 33,5 | HRC 31,6 | HB 295 | 3,54 |
HRCэ 34,0 | HRC 32,1 | HB 298 | 3,52 |
HRCэ 34,5 | HRC 32,5 | HB 302 | 3,50 |
HRCэ 35,0 | HRC 33,0 | HB 306 | 3,48 |
HRCэ 35,5 | HRC 33,8 | HB 313 | 3,44 |
HRCэ 36,0 | HRC 34,3 | HB 317 | 3,42 |
HRCэ 36,5 | HRC 34,7 | HB 321 | 3,40 |
HRCэ 37,0 | HRC 35,2 | HB 325 | 3,38 |
HRCэ 37,5 | HRC 35,6 | HB 329 | 3,36 |
HRCэ 38,0 | HRC 36,0 | HB 333 | 3,34 |
HRCэ 38,5 | HRC 36,5 | HB 337 | 3,32 |
HRCэ 39,0 | HRC 36,9 | HB 341 | 3,30 |
HRCэ 39,5 | HRC 37,8 | HB 350 | 3,26 |
HRCэ 40,0 | HRC 38,2 | HB 354 | 3,24 |
HRCэ 40,5 | HRC 38,7 | HB 359 | 3,22 |
HRCэ 41,0 | HRC 39,1 | HB 363 | 3,20 |
HRCэ 41,5 | HRC 40,0 | HB 373 | 3,16 |
HRCэ 42,0 | HRC 40,5 | HB 378 | 3,14 |
HRCэ 42,5 | HRC 40,9 | HB 383 | 3,12 |
HRCэ 43,0 | HRC 41,4 | HB 388 | 3,10 |
HRCэ 43,5 | HRC 41,9 | HB 393 | 3,08 |
HRCэ 44,0 | HRC 42,4 | HB 398 | 3,06 |
HRCэ 44,5 | HRC 42,9 | HB 403 | 3,04 |
HRCэ 45,0 | HRC 43,3 | HB 409 | 3,02 |
HRCэ 45,5 | HRC 43,8 | HB 415 | 3,00 |
HRCэ 46,0 | HRC 44,4 | HB 420 | 2,98 |
HRCэ 46,5 | HRC 44,9 | HB 426 | 2,96 |
HRCэ 47,0 | HRC 45,4 | HB 432 | 2,94 |
HRCэ 47,5 | HRC 45,9 | HB 438 | 2,92 |
HRCэ 48,0 | HRC 46,5 | HB 444 | 2,90 |
HRCэ 48,5 | HRC 47,0 | HB 451 | 2,88 |
HRCэ 49,0 | HRC 47,6 | HB 457 | 2,86 |
HRCэ 49,5 | HRC 48,2 | HB 464 | 2,84 |
HRCэ 50,0 | HRC 48,8 | HB 470 | 2,82 |
HRCэ 50,5 | HRC 49,4 | HB 477 | 2,80 |
HRCэ 51,0 | HRC 50,0 | HB 484 | 2,78 |
HRCэ 51,5 | HRC 50,6 | HB 492 | 2,76 |
HRCэ 52,0 | HRC 50,7 | HB 502 | 2,74 |
HRCэ 52,5 | HRC 51,5 | HB 503 | 2,73 |
HRCэ 52,0 | HRC 51,8 | HB 506 | 2,72 |
HRCэ 53,5 | HRC 52,5 | HB 514 | 2,70 |
HRCэ 54,0 | HRC 53,1 | HB 522 | 2,68 |
HRCэ 54,5 | HRC 53,5 | HB 526 | 2,67 |
HRCэ 55,0 | HRC 53,8 | HB 530 | 2,66 |
HRCэ 55,5 | HRC 54,1 | HB 534 | 2,65 |
HRCэ 56,0 | HRC 54,5 | HB 538 | 2,64 |
HRCэ 56,5 | HRC 55,1 | HB 547 | 2,62 |
HRCэ 57,0 | HRC 55,8 | HB 555 | 2,60 |
HRCэ 57,5 | HRC 56,5 | HB 564 | 2,58 |
HRCэ 58,0 | HRC 57,2 | HB 573 | 2,56 |
HRCэ 58,5 | HRC 57,6 | HB 578 | 2,55 |
HRCэ 59,0 | HRC 57,9 | HB 582 | 2,54 |
HRCэ 59,5 | HRC 58,6 | HB 592 | 2,52 |
HRCэ 60,0 | HRC 59,3 | HB 601 | 2,50 |
HRCэ 60,5 | HRC 59,7 | HB 606 | 2,49 |
HRCэ 61,0 | HRC 60,0 | HB 611 | 2,48 |
HRCэ 61,5 | HRC 60,4 | HB 616 | 2,47 |
HRCэ 62,0 | HRC 60,7 | HB 621 | 2,46 |
HRCэ 62,5 | HRC 61,1 | HB 627 | 2,45 |
HRCэ 63,0 | HRC 61,4 | HB 632 | 2,44 |
HRCэ 63,5 | HRC 62,1 | HB 643 | 2,42 |
HRCэ 64,0 | HRC 63,2 | HB 659 | 2,39 |
HRCэ 64,5 | HRC 63,6 | HB 665 | 2,38 |
HRCэ 65,0 | HRC 63,9 | HB 670 | 2,37 |
HRCэ 65,5 | HRC 64,3 | HB 676 | 2,36 |
Твёрдость — это сопротивление тела внедрению индентора — другого твёрдого тела. Способы испытания твёрдости подразделяются на статические и динамические.
- К статическим относятся способы измерения твёрдости по Бринеллю, Викерсу, Роквеллу, Кнупу; к динамическим — способы измерения твёрдости по Шору, Шварцу, Бауману, Польди, Морину, Граве.
- Измерения твёрдости осуществляют при 20±10°С.
- Измерение твёрдости по Бринеллю
- Бринелля метод
Бринелля метод [по имени шведского инженера Ю.А.Бринелля (J.A.Brinell)] — способ определения твёрдости материалов вдавливанием в испытываемую поверхность стального закалённого шарика диаметром 2,5; 5 и 10 мм пр нагрузке P от 625 H до 30 кН.
Число твёрдости по Бринеллю HB — отношение нагрузки (кгс) к площади (мм2) поверхности отпечатка.
Для получения сопоставимых результатов относительной твёрдости материалы (HB свыше 130) испытывают при отношении P:D2=30, материалы средней твёрдости (HB 30-130) — при P:D2=10, мягкие (HB