Выбирая инструмент для работы, мы сталкиваемся с такой его характеристикой как твердость, которая характеризует его качество.
Чем выше этот показатель, тем выше его способность сопротивляться пластической деформации и износу при воздействии на обрабатываемый материал.
Именно этот показатель определяет, согнется ли зуб пилы при распиловке заготовок, или какую проволоку смогут перекусить кусачки.
Метод Роквелла
Среди всех существующих методов определения твердости сталей и цветных металлов самым распространенным и наиболее точным является метод Роквелла.
Метод Роквелла — определение твердости металла
Проведение измерений и определение числа твердости по Роквеллу регламентируется соответствующими документами ГОСТа 9013-59.
Этот метод реализуется путем вдавливания в тестируемый материал инденторов – алмазного конуса или твердосплавного шарика.
Алмазные инденторы используются для тестирования закаленных сталей и твердых сплавов, а твердосплавные шарики – для менее твердых и относительно мягких металлов. Измерения проводят на механических или электронных твердомерах.
Методом Роквелла предусматривается возможность применения целого ряда шкал твердости A, B, C, D, E, F, G, H (всего – 54), каждая из которых обеспечивает наибольшую точность только в своем, относительно узком диапазоне измерений.
Для измерения высоких значений твердости алмазным конусом чаще всего используются шкалы «А», «С». По ним тестируют образцы из закаленных инструментальных сталей и других твердых стальных сплавов. А сравнительно более мягкие материалы, такие как алюминий, медь, латунь, отожженные стали испытываются шариковыми инденторами по шкале «В».
Пример обозначения твердости по Роквеллу: 58 HRC или 42 HRB.
Впереди стоящие цифры обозначают число или условную единицу измерения. Две буквы после них – символ твердости по Роквеллу, третья буква – шкала, по которой проводились испытания.
(!) Два одинаковых значения от разных шкал – это не одно и то же, например, 58 HRC ≠ 58 HRA. Сопоставлять числовые значения по Роквеллу можно только в том случае, если они относятся к одной шкале.
Диапазоны шкал Роквелла по ГОСТ 8.064-94:
| A | 70-93 HR |
| B | 25-100 HR |
| C | 20-67 HR |
Слесарный инструмент
Инструменты для ручной обработки металлов (рубка, резка, опиливание, клеймение, пробивка, разметка) изготавливают из углеродистых и легированных инструментальных сталей. Их рабочие части подвергают закаливанию до определенной твердости, которая должна находиться в пределах:
| Ножовочные полотна, напильники | 58 – 64 HRC |
| Зубила, крейцмессели, бородки, кернеры, чертилки | 54 – 60 HRC |
| Молотки (боек, носок) | 50 – 57 HRC |
Монтажный инструмент
Сюда относятся различные гаечные ключи, отвертки, шарнирно-губцевый инструмент. Норму твердости для их рабочих частей устанавливают действующие стандарты. Это очень важный показатель, от которого зависит, насколько инструмент износостоек и способен сопротивляться смятию. Достаточные значения для некоторых инструментов приведены ниже:
| Гаечные ключи с размером зева до 36 мм | 45,5 – 51,5 HRC |
| Гаечные ключи с размером зева от 36 мм | 40,5 – 46,5 HRC |
| Отвертки крестовые, шлицевые | 47 – 52 HRC |
| Плоскогубцы, пассатижи, утконосы | 44 – 50 HRC |
| Кусачки, бокорезы, ножницы по металлу | 56 – 61 HRC |
Металлорежущий инструмент
В эту категорию входит расходная оснастка для обработки металла резанием, используемая на станках или с ручными инструментами. Для ее изготовления используются быстрорежущие стали или твердые сплавы, которые сохраняют твердость в холодном и перегретом состоянии.
| Метчики, плашки | 61 – 64 HRC |
| Зенкеры, зенковки, цековки | 61 – 65 HRC |
| Сверла по металлу | 63 – 69 HRC |
| Сверла с покрытием нитрид-титана | до 80 HRC |
| Фрезы из HSS | 62 – 66 HRC |
Примечание: Некоторые производители фрез указывают в маркировке твердость не самой фрезы, а материала, который она может обрабатывать.
Крепежные изделия
Существует взаимосвязь между классом прочности крепежа и его твердостью. Для высокопрочных болтов, винтов, гаек эта взаимосвязь отражена в таблице:
| Болты и винты | Гайки | Шайбы | |||||||||
| Классы прочности | 8.8 | 10.9 | 12.9 | 8 | 10 | 12 | Ст. | Зак.ст. | |||
| d16 мм | d16 мм | ||||||||||
| Твердость по Роквеллу, HRC | min | 23 | 23 | 32 | 39 | 11 | 19 | 26 | 29.2 | 20.3 | 28.5 |
| max | 34 | 34 | 39 | 44 | 30 | 36 | 36 | 36 | 23.1 | 40.8 |
Если для болтов и гаек главной механической характеристикой является класс прочности, то для таких крепежных изделий как стопорные гайки, шайбы, установочные винты, твердость не менее важна.
Стандартами установлены следующие минимальные / максимальные значения по Роквеллу:
| Стопорные кольца до Ø 38 мм | 47 – 52 HRC |
| Стопорные кольца Ø 38 -200 мм | 44 – 49 HRC |
| Стопорные кольца от Ø 200 мм | 41 – 46 HRC |
| Стопорные зубчатые шайбы | 43.5 – 47.5 HRB |
| Шайбы пружинные стальные (гровер) | 41.5 – 51 HRC |
| Шайбы пружинные бронзовые (гровер) | 90 HRB |
| Установочные винты класса прочности 14Н и 22Н | 75 – 105 HRB |
| Установочные винты класса прочности 33Н и 45Н | 33 – 53 HRC |
Относительное измерение твердости при помощи напильников
Стоимость стационарных и портативных твердомеров довольно высока, поэтому их приобретение оправдано только необходимостью частой эксплуатации. Многие мастеровые по мере надобности практикуют измерять твердость металлов и сплавов относительно, при помощи подручных средств.
Измерение твердости при помощи напильников
Опиливание образца напильником – один из самых доступных, однако далеко не самый объективный способ проверки твердости стальных деталей, инструмента, оснастки.
Напильник должен иметь не затупленную двойную насечку средней величины №3 или №4.
Сопротивление опиливанию и сопровождающий его скрежет позволяет даже при небольшом навыке отличить незакаленную сталь от умеренно (40 HRC) или твердо закаленной (55 HRC).
Для тестирования с большей точностью существуют наборы тарированных напильников, именуемые также царапающий твердомер. Они применяются для испытания зубьев пил, фрез, шестерен. Каждый такой напильник является носителем определенного значения по шкале Роквелла.
Твердость измеряется коротким царапанием металлической поверхности поочередно напильниками из набора. Затем выбираются два близко стоящие – более твердый, который оставил царапину и менее твердый, который не смог поцарапать поверхность.
Твердость тестируемого металла будет находиться между значениями твердости этих двух напильников.
Переводная таблица твердости
Для сопоставления чисел твердости Роквелла, Бринелля, Виккерса, а также для перевода показателей одного метода в другой существует справочная таблица:
| Виккерс, HV | Бринелль, HB | Роквелл, HRB |
| 100 | 100 | 52.4 |
| 105 | 105 | 57.5 |
| 110 | 110 | 60.9 |
| 115 | 115 | 64.1 |
| 120 | 120 | 67.0 |
| 125 | 125 | 69.8 |
| 130 | 130 | 72.4 |
| 135 | 135 | 74.7 |
| 140 | 140 | 76.6 |
| 145 | 145 | 78.3 |
| 150 | 150 | 79.9 |
| 155 | 155 | 81.4 |
| 160 | 160 | 82.8 |
| 165 | 165 | 84.2 |
| 170 | 170 | 85.6 |
| 175 | 175 | 87.0 |
| 180 | 180 | 88.3 |
| 185 | 185 | 89.5 |
| 190 | 190 | 90.6 |
| 195 | 195 | 91.7 |
| 200 | 200 | 92.8 |
| 205 | 205 | 93.8 |
| 210 | 210 | 94.8 |
| 215 | 215 | 95.7 |
| 220 | 220 | 96.6 |
| 225 | 225 | 97.5 |
| 230 | 230 | 98.4 |
| 235 | 235 | 99.2 |
| 240 | 240 | 100 |
| Виккерс, HV | Бринелль, HB | Роквелл, HRC |
| 245 | 245 | 21.2 |
| 250 | 250 | 22.1 |
| 255 | 255 | 23.0 |
| 260 | 260 | 23.9 |
| 265 | 265 | 24.8 |
| 270 | 270 | 25.6 |
| 275 | 275 | 26.4 |
| 280 | 280 | 27.2 |
| 285 | 285 | 28.0 |
| 290 | 290 | 28.8 |
| 295 | 295 | 29.5 |
| 300 | 300 | 30.2 |
| 310 | 310 | 31.6 |
| 320 | 319 | 33.0 |
| 330 | 328 | 34.2 |
| 340 | 336 | 35.3 |
| 350 | 344 | 36.3 |
| 360 | 352 | 37.2 |
| 370 | 360 | 38.1 |
| 380 | 368 | 38.9 |
| 390 | 376 | 39.7 |
| 400 | 384 | 40.5 |
| 410 | 392 | 41.3 |
| 420 | 400 | 42.1 |
| 430 | 408 | 42.9 |
| 440 | 416 | 43.7 |
| 450 | 425 | 44.5 |
| 460 | 434 | 45.3 |
| 470 | 443 | 46.1 |
| 490 | — | 47.5 |
| 500 | — | 48.2 |
| 520 | — | 49.6 |
| 540 | — | 50.8 |
| 560 | — | 52.0 |
| 580 | — | 53.1 |
| 600 | — | 54.2 |
| 620 | — | 55.4 |
| 640 | — | 56.5 |
| 660 | — | 57.5 |
| 680 | — | 58.4 |
| 700 | — | 59.3 |
| 720 | — | 60.2 |
| 740 | — | 61.1 |
| 760 | — | 62.0 |
| 780 | — | 62.8 |
| 800 | — | 63.6 |
| 820 | — | 64.3 |
| 840 | — | 65.1 |
| 860 | — | 65.8 |
| 880 | — | 66.4 |
| 900 | — | 67.0 |
| 1114 | — | 69.0 |
| 1120 | — | 72.0 |
Примечание: В таблице приведены приближенные соотношения чисел, полученные разными методами. Погрешность перевода значений HV в HB составляет ±20 единиц, а перевода HV в HR (шкала C и B) до ±3 единиц.
При выборе инструмента желательно предпочесть модели известных производителей. Это дает уверенность в том, что приобретаемый продукт изготовлен с соблюдением технологий, а его твердость отвечает заявленным значениям.
Соотношение твердости по Роквеллу и Бринеллю различных изделий.
Твердость по Роквеллу
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).
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.
Твердость металла по Роквеллу: таблица
Таблица создана для наглядного сравнения методов Роквелла и Бриннеля.
| По Роквеллу | По Бринеллю | |||
|
|
|
Диаметр отпечатка мм |
|
| 84,5 | 65 | — | 2,34 | 688 |
| 83,5 | 64 | — | 2,37 | 670 |
| 83 | 63 | — | 2,39 | 659 |
| 82,5 | 62 | — | 2,42 | 643 |
| 82 | 61 | — | 2,45 | 627 |
| 81,5 | 60 | — | 2,47 | 616 |
| 81 | 59 | — | 2,5 | 601 |
| 80,5 | 58 | — | 2,54 | 582 |
| 80 | 57 | — | 2,56 | 573 |
| 79 | 56 | — | 2,6 | 555 |
| 79 | 55 | — | 2,61 | 551 |
| 78,5 | 54 | — | 2,65 | 534 |
| 78 | 53 | — | 2,68 | 522 |
| 77,5 | 52 | — | 2,71 | 510 |
| 76 | 51 | — | 2,75 | 495 |
| 76 | 50 | — | 2,76 | 492 |
| 76 | 49 | — | 2,81 | 474 |
| 75 | 48 | — | 2,85 | 461 |
| 74 | 47 | — | 2,9 | 444 |
| 73,5 | 46 | — | 2,93 | 435 |
| 73 | 45 | — | 2,95 | 429 |
| 73 | 44 | — | 3 | 415 |
| 72 | 42 | — | 3,06 | 398 |
| 71 | 40 | — | 3,14 | 378 |
| 69 | 38 | — | 3,24 | 354 |
| 68 | 36 | — | 3,34 | 333 |
| 67 | 34 | — | 3,44 | 313 |
| 67 | 32 | — | 3,52 | 298 |
| 66 | 30 | — | 3,6 | 285 |
| 65 | 28 | — | 3,7 | 269 |
| 64 | 26 | — | 3,8 | 255 |
| 63 | 24 | 100 | 3,9 | 241 |
| 62 | 22 | 98 | 4 | 229 |
| 61 | 20 | 97 | 4,1 | 217 |
| 60 | 18 | 95 | 4,2 | 207 |
| 59 | — | 93 | 4,26 | 200 |
| 58 | — | — | 4,34 | 193 |
| 57 | — | 91 | 4,4 | 187 |
| 56 | — | 89 | 4,48 | 180 |
(*) — Представленная таблица соответствия твердости по шкалам Роквелла HRA, HRC и HRB твердости по шкале Бринелля носит справочный характер и не может применяться для прикладных решений. В целях технического использования следует опираться на данные по ГОСТ 8.064-79 для шкал Роквелла HRA, HRC и Супер-Роквелла HRN, HRT, значения в котором приведены к эталонному значению HRCэ.
Как устроена шкала твердости по Роквеллу?
Разработано 11 шкал для определения твердости (A…H, K, N, T), которые предназначены для работы в различных комбинациях «интендор – нагрузка». Например, шкалы В, F и G используют для измерения шарик Ø 1,588 с нагрузкой по шкалам В, F — 60 кгс и по шкале G — 150 кгс. Для шкал Е, Н и К применяется шарик Ø 3,175 мм с разными нагрузками.
Распространены такие шкалы:
- А — с конусом и полным усилием на измерительной головке 60 кгс (10 кгс — предварительная нагрузка плюс 50 кгс — основная).
- В — с шариком Ø 1,588 и полным усилием на измерительной головке 100 кгс.
- С — с конусом и полным усилием на измерительной головке 150 кгс.
Предварительная нагрузка, которая позволяет выбрать зазоры твердомера и разрушить окисную пленку на образце, одинакова для измерений с использованием любых шкал.
В качестве индикатора используют устройство часового типа, которое позволяет регистрировать перемещение индентора на 0,002 мм с учетом перемещения рычагов. Максимальное перемещение измерительной головки при рабочей нагрузке — 0,2 мм. На индикаторе расположены шкала, содержащая 100 делений для каждого способа измерения (например, ТК 2 или NOVOTEST ТС-Р).
Диапазоны измерений для шкал (материалы):
- HRA — 20…88 ед. (коррозионностойкие и жаропрочные стали)
- HRB — 20…100 ед. (сплавы меди, ковкий чугун, низкоуглеродистые стали)
- HRC — 20…70 ед. (высокоуглеродистые стали после термической обработки)
Шкалы А и С объединены, шкала В выделена цветом или вынесена отдельно.
Твердомер по Роквеллу: что это такое и как работает?
Стационарный твердомер представляет собой цельнолитую жесткую П-образную конструкцию (положенную на бок) и состоящую из 2 блоков:
- Измерительный блок (верх) состоит из индикатора часового типа, который контактирует с рычагом подвеса нагрузки. Для исключения возникновения ударной нагрузки при включении режима вдавливания рычаг подвеса имеет гидравлический демпфер.
- Блок установочного перемещения (низ) состоит из винтовой пары с большим шагом для ручного перемещения стола. Винтовая пара служит для создания предварительной нагрузки и больших перемещений стола. Это позволяет измерять твердость на деталях с габаритами, намного превышающими размеры образца толщиной 20 мм. Твердость поверхности стола не ниже HRC 50.
Твердомеры могут иметь двигатель перемещения, электронную систему измерения с дисплеем и другие усовершенствования, не влияющие на методику измерения.
Измерения проводятся при нормальных условиях (температура — 18…23° С, влажность 70…80%).
Требования к образцу:
- образец (деталь) должен лежать устойчиво, не пружинить, не качаться;
- шероховатость поверхности образца не ниже Ra 2,5 по ГОСТ 2789-73.
На партию деталей изготавливают образец, который проходит термическую обработку вместе с деталями.
Порядок работы:
- образец устанавливают на стол;
- с помощью ходового винта образец подводят к интендору и нагружают предварительно (индикатор выставляется в 0);
- рычагом (кнопкой) включается режим вдавливания интендора в образец;
- при остановке стрелки индикатора (через 2…8 секунд после нагружения) снимают основную нагрузку, считывают значение твердости.
Современные твердомеры Роквелла, оборудованные цифровыми измерительными системами, имеют устройства автоматического подвода, предварительного нагружения, контроля величины усилия и времени рабочей нагрузки. Все усовершенствования должны обеспечивать соответствие требованиям ГОСТ 23677-79.
Плюсы и минусы метода
Главным достоинством метода измерения твердости по Роквеллу является его универсальность. Измерения проводят с тремя изменяемыми параметрами, что позволяет расширить сферу его применения.
Другие достоинства метода:
- относится к неразрушающим способам (можно использовать для контроля готовых изделий);
- позволяет контролировать цилиндрические изделия в призме диаметром от 6 мм или с кривизной поверхности R3 с учетом поправок (Прил. 3 по ГОСТ 9013-59 «ИСО 6508-86»);
- позволяет контролировать листовой материал толщиной 0,3…1,0 мм по шкале HRA (супер-роквелл);
- короткое время измерения (не более 2 минут с тестированием на контрольном образце);
- удобство считывания результатов.
К недостаткам относят менее высокую точность и повторяемость измерений по сравнению с методами Бринелля и Виккерса. Однако недостатки сполна компенсируются преимуществами.
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
Твердомеры для металлов. Методы Бринелля и Роквелла
01.11.2017
Твердость — способность металла пластически деформироваться под воздействием объекта с более высокой твердостью (индентора).
Испытания на твёрдость являются очень распространёнными, поскольку определяют не только меру прочности изделия, но и его сопротивление переменным нагрузкам.
Преимущество метода — испытания на твёрдость относятся к числу неразрушающих, а твердомеры для металлов могут быть как стационарными, так и портативными.
Измерения могут проводиться на эталонных образцах (изготовленных из того же материала или сплава и подвергнутых такому же режиму термической обработки) или на готовых деталях. Единственное условие — в случае испытания готовых деталей необходимо принять меры к тому, чтобы объект контроля (ОК) не имел внешних повреждений.
Выбор метода контроля твёрдости зависит от:
- исходных механических показателей прочности, упругости и пластичности изделия
- размеров ОК (или места соединения смежных элементов конструкции, если устанавливается твёрдость в зоне, например, сварного шва)
- конечного результата: установить твёрдость самого изделия, либо твёрдость только его поверхности (выполняется для деталей, прошедших термическую обработку или иной вид поверхностного упрочнения).
- Требований к условиям проведения испытания. В полевых условиях используют не стационарные, а портативные твердомеры.
- Стабильности результатов измерений и их воспроизводимости при повторных испытаниях.
Твёрдость может быть измерена тремя группами методов — механическими (статическими и динамическими), а также ультразвуковыми. Кроме того, различают твёрдость при комнатных и повышенных температурах (так называемую «горячую твёрдость»). Техническая сущность всех методов одна — в ОК внедряется деформирующий элемент, глубина перемещения которого считывается по специальной шкале.
Твёрдость рассматривается как сопротивление металла необратимым пластическим деформациям, а потому отличается от других измерений наличием специальных унифицированных приборов — твердомеров для металлов.
Твердомеры Бринелля: методика и оборудование
Используются для определения твёрдости мягких сплавов и цветных металлов, чугуна и незакалённых сталей в соответствии с ГОСТ 9012-59.
Измерение твердости по Бринеллю производится либо стальным шариком, либо шариком из карбида вольфрама. Последний позволяет узнать твердость материалов, превышающих показатель обычной стали.Карбидный индентор, как правило, нужен для инструментальных сплавов. Шарик из обычной стали используют, измеряя твердость древесины, меди, алюминия, дюраля, нержавейки, стекла. То есть, твердомер применяют не только к металлам.
Способ определения твёрдости по методу Бринелля заключается во вдавливании в поверхность ОК шарика-индентора (из закалённой стали или из твёрдого сплава). В результате на металле остаётся отпечаток в виде полусферы определённого диаметра и глубины, что позволяет определить меру твёрдости по Бринеллю (НВ).
- Современная конструкция твердомера Бринелля позволяет плавно внедрять индентор в образец, обеспечивает высокую точность приложения нагрузки (погрешность не более 1,0 %), что позволяет получать отпечатки с высокой повторяемостью, необходимой для обеспечения точности измерений твердости.
- В качестве инденторов используются шарики из твердого сплава диаметром 1; 2,5; 5 и 10 мм. Величину нагрузки и диаметр шарика выбирают в зависимости от исследуемого материала, который разделен на 5 основных групп:
- При измерении твердости по методу Бринелля необходимо выполнять следующие условия:
1 — сталь, никелевые и титановые сплавы; 2 — чугун; 3 — медь и сплавы меди; 4 — легкие металлы и их сплавы; 5 — свинец, олово.
- образцы с твердостью выше HB 450/650 кгс/мм2 испытывать запрещается;
- поверхность образца должна быть плоской и очищенной от окалины и других посторонних веществ;
- диаметры отпечатков должны находиться в пределах 0,2D
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.
Соотношения между числами твердости
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 как HRA 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.
Числа твердости HRC для некоторых деталей и инструментов
| Головки откидных болтов, гайки шестигранные, рукоятки зажимные | 33…38 |
| Головки шарнирных винтов, концы и головки установочных винтов, оси шарниров, планки прижимные и съемные, головки винтов с внутренними шестигранными отверстиями, палец поводкового патрона | 35…40 |
| Шлицы круглых гаек | 36…42 |
| Зубчатые колеса, шпонки, прихваты, сухари к станочным пазам | 40…45 |
| Пружинные и стопорные кольца, клинья натяжные | 45…50 |
| Винты самонарезающие, центры токарные, эксцентрики, опоры грибковые и опорные платики, пальцы установочные, цанги | 50…60 |
| Гайки установочные, контргайки, сухари к станочным пазам, эксцентрики круговые, кулачки эксцентриковые, фиксаторы делительных устройств, губки сменные к тискам и патронам, зубчатые колеса | 56…60 |
| Рабочие поверхности калибров — пробок и скоб | 56…64 |
| Копиры, ролики копирные | 58…63 |
| Втулки кондукторные, втулки вращающиеся для расточных борштанг | 60…64 |
Таблица соотношений между числами твердости по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу, Шору
| 65 | 84,5 | — | 2,34 | 688 | 940 | 96 |
| 64 | 83,5 | — | 2,37 | 670 | 912 | 94 |
| 63 | 83 | — | 2,39 | 659 | 867 | 93 |
| 62 | 82,5 | — | 2,42 | 643 | 846 | 92 |
| 61 | 82 | — | 2,45 | 627 | 818 | 91 |
| 60 | 81,5 | — | 2,47 | 616 | — | — |
| 59 | 81 | — | 2,5 | 601 | 756 | 86 |
| 58 | 80,5 | — | 2,54 | 582 | 704 | 83 |
| 57 | 80 | — | 2,56 | 573 | 693 | — |
| 56 | 79 | — | 2,6 | 555 | 653 | 79,5 |
| 55 | 79 | — | 2,61 | 551 | 644 | — |
| 54 | 78,5 | — | 2,65 | 534 | 618 | 76,5 |
| 53 | 78 | — | 2,68 | 522 | 594 | — |
| 52 | 77,5 | — | 2,71 | 510 | 578 | — |
| 51 | 76 | — | 2,75 | 495 | 56 | 71 |
| 50 | 76 | — | 2,76 | 492 | 549 | — |
| 49 | 76 | — | 2,81 | 474 | 528 | — |
| 48 | 75 | — | 2,85 | 461 | 509 | 65,5 |
| 47 | 74 | — | 2,9 | 444 | 484 | 63,5 |
| 46 | 73,5 | — | 2,93 | 435 | 469 | — |
| 45 | 73 | — | 2,95 | 429 | 461 | 61,5 |
| 44 | 73 | — | 3 | 415 | 442 | 59,5 |
| 42 | 72 | — | 3,06 | 398 | 419 | — |
| 40 | 71 | — | 3,14 | 378 | 395 | 54 |
| 38 | 69 | — | 3,24 | 354 | 366 | 50 |
| 36 | 68 | — | 3,34 | 333 | 342 | — |
| 34 | 67 | — | 3,44 | 313 | 319 | 44 |
| 32 | 67 | — | 3,52 | 298 | 302 | — |
| 30 | 66 | — | 3,6 | 285 | 288 | 40,5 |
| 28 | 65 | — | 3,7 | 269 | 271 | 38,5 |
| 26 | 64 | — | 3,8 | 255 | 256 | 36,5 |
| 24 | 63 | 100 | 3,9 | 241 | 242 | 34,5 |
| 22 | 62 | 98 | 4 | 229 | 229 | 32,5 |
| 20 | 61 | 97 | 4,1 | 217 | 217 | 31 |
| 18 | 60 | 95 | 4,2 | 207 | 206 | 29,5 |
| — | 59 | 93 | 4,26 | 200 | 199 | — |
| — | 58 | — | 4,34 | 193 | 192 | 27,5 |
| — | 57 | 91 | 4,4 | 187 | 186 | 27 |
| — | 56 | 89 | 4,48 | 180 | 179 | 25 |
Загрузка...
