Испытания на твердость

Под твердостью понимается способность материала сопротивляться внедрению в его поверхность твердого тела — индентора. В качестве индентора используют закаленный стальной шарик или алмазный нако­нечник в виде конуса или пирамиды. При вдавливании поверхностные слои материала испытывают значительную пластическую деформацию. После снятия нагрузки на поверхности остается отпечаток. Особенность происходящей пластической деформации состоит в том, что она протека­ет в небольшом объеме и вызвана действием значительных касательных напряжений, так как вблизи наконечника возникает сложное напряженное состояние, близкое к всестороннему сжатию. По этой причине пластиче­скую деформацию испытывают не только пластичные, но хрупкие матери­алы! Таким образом, твердость характеризует сопротивление материала пластической деформации. Такое же сопротивление оценивает и предел прочности, при определении которого возникает сосредоточенная дефор­мация в области шейки. Поэтому для целого ряда материалов численные значения твердости и временного сопротивления пропорциональны. От­меченная особенность, а также простота измерения позволяют считать испытания на твердость одним из наиболее распространенных видов ме­ханических испытаний. На практике широко применяют четыре метода измерения твердости.

Твердость по Бринеллю. При этом стандартном методе измерения твердости в поверхность образца вдавливают закален­ный стальной шарик диаметром 10; 5 или 2,5 мм при действии нагрузки от 5000 Н до 30000 Н. После снятия нагрузки на поверхности образуется отпечаток в виде сферической лунки диаметром d. Диаметр лунки измеряют лупой, на окуляре которой нанесена шкала с делениями.

На практике при измерении твердости расчет по указанной выше фор­муле не производят, а используют заранее составленные таблицы, указы­вающие значение НВ в зависимости от диаметра отпечатки и выбранной нагрузки. Чем меньше диаметр отпечатка, тем выше твердость.

Способ измерения по Бринеллю не является универсальным. Его ис­пользуют для материалов малой и средней твердости: сталей с твердо­стью < 450 НВ, цветных металлов с твердостью < 200 НВ и т.п.

Твердость по Виккерсу. При стандартном методе измерения твердости по Виккерсу в поверхность образца вдавливают четырехгранную ал­мазную пирамиду с углом при вершине 136 градусов. Отпечаток получа­ется в виде квадрата, диагональ которого измеряют по­сле снятия нагрузки.

Метод Виккерса применяют главным образом для материалов, име­ющих высокую твердость, а также для испытания на твердость деталей малых сечений или тонких поверхностных слоев. Как правило, использу­ют небольшие нагрузки: 10, 30, 50, 100, 200, 500 Н. Чем тоньше сечение детали или исследуемый слой, тем меньше выбирают нагрузку.

Твердость по Роквеллу. Этот метод измерения твердости наиболее универсален и наименее трудоемок. Здесь не нужно измерять размеры отпечатка, так как число твердости отсчитывают не­посредственно по шкале твердомера. Число твердости зависит от глубины вдавливания наконечника, в качестве которого используют алмазный ко­нус с углом при вершине 120 градусов или стальной шарик диаметром 1,588 мм. Нагрузку выбирают в зависимости от материала наконечника.

Микротвердость. Ми­кротвердость определяют вдавливанием в поверхность образца алмазной пирамиды при небольших нагрузках (0,05 - 5 Н) и измерением диагона­ли отпечатка. Методом определения микротвердости оце­нивают твердость отдельных зерен, структурных составляющих, тонких слоев или тонких деталей.