что это такое, в чем измеряется жесткость стали, шкала обозначения материала, как определить единицы измерения на rocta

06Дек

Содержание статьи

1. Понятие
2. В каких единицах измеряется твердость металла
3. Насколько твердыми бывают основные металлы
4. Методы измерения
5. Как определить твердость металла по методике Бринелля: особенности
6. Как измерить твердость металла по методике Роквелла: особенности
7. Характеристики методики Виккерса
8. Способы перехода между шкалами
9. Требования к образцу

Все материалы, используемые во время машиностроения и изготовления прочих деталей, имеют определенные характеристики. Перед тем как взять в работу конкретный металлический сплав, специалист проверяет все параметры, так как от них зависит и металлообработка, и эксплуатация дальнейшего изделия. В статье расскажем про значение твердости поверхности различных металлов и что их характеризует: что это такое, что называется твердой сталью, а также в каких единицах измеряется показатель жесткости, и как происходит замер материалов.

Понятие

Данным термином в материаловедении называют механическое свойство, которое определяет устойчивость к разрушению под воздействием других, более плотных веществ. Иначе можно сказать так: это сопротивляемость деформациям от давления. При этом учитываются и пластичные, и упругие изменения. От характеристики зависит множество процессов и условий:

• Износостойкость – это есть то, насколько долго может быть использован элемент. В том числе срок износа, поскольку для каждой детали, например, автомобильной, наступает время, когда по естественным причинам ее нужно менять. Но чем тверже элемент, тем дольше он будет служить в определенных условиях.
• Возможность различных видов металлообработки – одни технологии применяются только к мягким сплавам, а другие могут быть использованы и для прочных.
• Сопротивление давлению и прочим усилиям характерно для вала или подшипника, на которые действуют силы центробежная и трения.
• Способность использовать материал в качестве инструмента для более податливой поверхности. Инструментальная сталь является настолько крепкой, что применяется для изготовления фрез для фрезерных станков, сверл и прочих изделий.

Это далеко не полный перечень того, на что влияет твердость металла после того, как мы дали ему определение. Не каждое используемое вещество берется с одинаковыми характеристиками. Что делается прежде всего для увеличения данного параметра? Сперва берем сырье, очищаем от примесей, а затем подвергаем химической и температурной обработке. А именно: в состав добавляем различные легирующие компоненты, повышающие это качество, например:

• Хром. Увеличивается прочность и устойчивость к коррозии, незначительно уменьшается пластичность и подверженность магнитным силам. Если более 13% хрома, то сплав называют нержавеющим.
• Вольфрам. Очень сильно повышается содержание твердых соединений – карбидов. Дополнительное свойство – снижение хрупкости после отпуска.
• Ванадий. Тоже возрастает сопротивление деформациям.
• Марганец. Чтобы увидеть эффект, вещества должно быть не менее 1%. Резко взлетает стойкость к ударным нагрузкам.

От чего зависит твердость металлов по этому классу:

• От наличия легирующих добавок, перечисленных выше.
• От естественных свойств сырья.
• От термообработки. С этой целью помогает закалка – материал нагревают сверх определенной критической точки, кристаллическая решетка меняется, и после охлаждения закаленная сталь становится очень надежной.
• От цементации – способом диффузии образец насыщается углеродом. Такому методу подвергаются только низкоуглеродистые или легированные части.
• От старения – оно может быть естественным или искусственным. В первом случае со временем протекают процессы, которые не затрагивают микроструктуру, но важны на общем уровне. Во втором применяется термообработка с целью химического и термального увеличения срока эксплуатации – состаривание.
• От наклепывания на поверхность. Это пластическое изменение структуры вещества, приводящее к повышению прочности.
• От обработки лазером. Лазерная установка наплавляет прочный слой.

Кроме того, некоторые этапы металлообработки (прокатка, ковка и закалка) с изменением формы заготовки также приводят к улучшению качества.

В каких единицах измеряется коэффициент твердости металла

Особенность данной характеристики в том, что в зависимости от метода, которым проводили замер, меняется и классическое обозначение. Так как параметр нельзя причислить к основным физическим шкалам, таким как расстояние, скорость, масса, сила, то и единого стандарта нет в так называемой системе СИ.

Если исследователь применяет один из наиболее стандартных способов, предложенный Бриннелем, о котором мы подробнее расскажем ниже, то результат будет записан в кгс/мм2, то есть в килограмм-силах, деленных на квадратный миллиметр. По шкале измерения твердости металлов можно сказать о классических примерах и их показателях в соотношении друг с другом:

• железные сплавы – в среднем 30 кгс/мм2;
• медные и никелевые составы – 10 кгс/мм2;
• алюминий, магний и их производные – 5 кгс/мм2.

Так делаем вывод, что железо в 6 раз тверже, чем мягкое алюминиевое соединение. Второй популярный метод изобрел Роквелл. Согласно ему, одно условное значение (у.е.) равно перемещению конуса на 2 мкм. Если маркируется по данному варианту, то сперва проставляется индексация, затем одна из трех букв – А, В, С и цифровое значение. Если вы видите на заготовке твердость материала НВ, то это единицы измерения по Роквеллу. Также индексом могут быть отмечены детали под маркировкой HR, а после 1 из трех букв:

• A – свидетельствует о том, что испытания проводились с помощью конуса из алмаза с углом вершины в 120 градусов под прилагаемой нагрузкой в 50 – 60 кг.
• В – говорит о шарике в одну шестнадцатую дюйма, который направляют к поверхности под весом в 90 – 100 кг.
• С – используется аналогичный конус, как при маркировке А, но увеличенное воздействие в 140 – 150 кг.

Дальше идет цифра, которая уже указывает на то, какая вмятина образовалась. И еще один вариант того, в чем измеряется твердость стали, – цифры плюс буквы HV. Такое измерение предлагает Виккерс. В то время как по методике Шора можно увидеть такие записи – 90 HSD.

Насколько твердыми бывают основные металлы

Большинство материалов уже обладают определенными характеристиками, их давно измерили и записали в таблицы, при этом в сводках обозначены как исходные значения необработанного железа, так и после различных типов термо- и холодной металлообработки. Но при добавлении нестандартных и новых добавок, проведенных процедур необходимо заново измерять данный показатель. Но если вы сталкиваетесь со стандартными сплавами, то следует посмотреть в подготовленные списки.

Цветмет

Они более мягкие, чем черные, потому что в них нет твердых включений, а также их не подвергают закалке и прочим методам термообработки.

Титан составляет исключение. Приведем технологию, используемую Бриннелем:

Материал	Особенности	В нв
Медь	Имеет высокую пластичность и низкую прочность. Если добавляются специальные примеси, получаются новые марки, тогда показатель может увеличиваться	35
Латунь	Это двойной или многокомпонентный состав, который включает медь. Но она более надежная, дополнительно включены цинк или олово	42 – 60
Алюминий	Может быть мягким или твердым, с увеличенной или уменьшенной пластичностью	15 – 20
Дюралюминий	Современный, легкий, активно применяется в авиастроении. Есть добавки – медь, магний, марганец	70
Титан	Очень крепкий цветмет	160

Черные металлы

Это железо и стали, ферросплавы и чугуны. Иногда к этой категории относят ванадий, марганец. Общая характеристика:

• Способ получения – обработка железной руды.
• Увеличенная прочность.
• Невосприимчивость к механическим воздействиям.
• Высокая износостойкость.
• Хорошая свариваемость.
• Невысокая стоимость.

Поэтому железо активно применяют. Нецелесообразно приводить полный список всех марок, рассмотрим только основные:

• Чугун – 220 НВ.
• Инструментальные стальные сплавы – до 700 НВ, из нее делаются режущие инструменты.
• Нержавейка – до 250 НВ.

Методы измерения

Как мы упомянули, есть несколько эффективных технологий, по которым определяют данный показатель. Одни являются более точными, другие – наиболее просты в реализации. Объединяет их то, что в поверхность вдавливается предмет по структуре наиболее стойкий. Итогом становится то, как плоскость противостоит воздействию.

Как определить твердость металла по методике Бринелля: особенности

В качестве индентора, то есть самого элемента, который вдавливается в заготовку, используется идеальная сфера диаметром от 1 до 10 миллиметров. Он изготавливается из легированных соединений или из сплава карбида и вольфрама. Регламентируется производство таких шаров ГОСТом 3722 81. Время, в которое происходит статическое, то есть неподвижное вдавливание, – от 10 до 180 секунд. 2

Алгоритм применения метода Бринелля

• Проверяется сам аппарат и тело для внедрения – шар.
• Определяется максимальное усилие.
• Твердомер запускается.
• Измеряется глубина вдавливания.
• Производятся математические вычисления.

Применяемая формула НВ=P/F, где:

• P – нагрузка;
• F – площадь отпечатка.

Следует отметить, что это самый распространенный способ.

Как измерить твердость металла по методике Роквелла: особенности

Если предыдущая технология называется классической, то данную можно именовать современной, поскольку она более автоматизированная. Точность намного выше и сфер применения тоже, поскольку можно работать даже с очень прочными материалами.

Характеристики метода:

• Изначальное давление в 10 кгс.
• Напряжение выдерживают от 10 секунд до 1 минуты.
• Результат не рассчитывается математически, он высвечивается на цифровом табло.
• Используются разные наконечники, в зависимости от этого ставится маркировка, которая начинается с букв А, В, С. Мы уже подробнее указывали расшифровку индексов, просто напомним, что в качестве индентора может выступать стальной шарик или алмазный конус.

Есть также менее известные и используемые шкалы Е, Н, К с шаром меньшего диаметра. На процедуру накладываются ограничения:

• Делать пробы на одной заготовке можно только на расстоянии по 3-4 у.е., равных размеру проверяющего объекта, друг от друга.
• Толщина не может быть меньше, чем умноженная на 10 глубина проникновения наконечника в сталь.

План исследования по методу Роквелла

Алгоритм проведения аналогичный и даже более упрощенный:

• Необходимо оценить деталь и проверить работоспособность станка.
• Вычислить максимальную нагрузку.
• Установить образец и применить первичное напряжение.
• Выдержать определенный промежуток времени.
• Зафиксировать результат, указанный на табло.

Посмотрим, как выглядит твердомер, а также как им пользоваться:

Характеристики методики Виккерса

Еще один очень простой способ, который отличается скоростью и точностью, но дороговизной оборудования. Перечислим особенности:

• Используется алмазная пирамидка с более тупым углом – 136 градусов в вершине.
• Не допускается деформация превышающая 100 кгс.
• Выдерживают время очень короткое – от 10 до 15 секунд.
• Измерять можно параметры любого материала, в том числе особенно прочного, а также сталей, которые прошли термическую обработку.

Последовательность исследования

Упрощенный алгоритм:

• Проверьте поверхностный слой детали, а также все оборудование.
• Рассчитайте допустимое усилие.
• Установите образец, закрепите его.
• Запустите аппарат и спустя 10-15 секунд проанализируйте итог.

Способы перехода между шкалами

Тот факт, что в лабораториях используются разные методы, а также то, что нет одного стандарта, то приходится конвертировать один показатель в другую систему счисления. Следует отметить, что во всех странах преимущественно выбирают единственную технологию. Но из-за активного товарооборота изготовители встречаются с непривычными маркировками. Итак, дадим таблицу с аналогичными результатами по отличающимся данным:

Диаметр от вдавливания – в мм	По Бринеллю	По Роквеллу, категория А	В	С	По Виккерсу
3,9	241	62,8	99,8	24	242
4,08	217	60,7	96,6	20,2	217
4,2	206	59,6	94,6	17,9	206
5	144	49,9	77,7	–	144

Можно отметить, что списки не обладают особо высокой точностью, поскольку в зависимости от измерений могли быть использованы разнообразные сплавы. Сводки будут верны только в том случае, если при всех пяти способах был апробирован одинаковый материал.

Требования к образцу

В начале каждого объяснения, как проходит алгоритм исследования, мы давали рекомендацию – проверить аппаратуру и заготовку. Если с первым все понятно, то есть работоспособность станка определить возможно, то со вторым необходимо объяснить. Особенности экспериментальных частей:

• Ровная поверхность определенной шероховатости без дефектов, микротрещин и любых повреждений. Следует предварительно прогнать верхний слой с помощью фрезерного станка или посредством шлифовальной обработки.
• Максимальная шлифовка и даже полировка. Чем выше шероховатость, тем больше будет неточностей результата, что очень негативно скажется на измерениях в целом.
• Также стоит предупредить наклеп. Это утолщение, упрочнение, которое образуется при заданной температуре (она ниже, чем точка рекристаллизации) и посредством пластических деформаций.
• Все параметры должны соответствовать нормам и прописанным ГОСТам.

Все перечисленные требования обязательны при проведении. Однако на настоящий момент часто это оказывается излишним, поскольку существуют сводные таблицы. Сделаем вывод. В статье мы рассказали про обозначение единиц измерения твердости металла, а также дали описание термину и перечислили все основные применяемые технологии. Это важная характеристика для стали, поэтому данная процедура имеет ценность для науки материаловедения и для заводов-производителей. При выборе металлообработки необходимо заранее определять все химические и механические свойства. Посмотрим подробный видеоролик:

После того как прочтете статью, можете ознакомиться с нашим ассортиментом ленточнопильных изделий. Компания «Рокта» уже 15 лет на российском рынке. За это время мы охватили практически все города страны.

Прочность и твердость металла — Слесарно-инструментальные работы

Прочность и твердость металла Категория: Слесарно-инструментальные работы Прочность и твердость металла Металлы, применяемые в машиностроении и инструментальном производстве, обладают разнообразными ценными свойствами, но самые главные из них — прочность и твердость. Расскажем коротко об этих свойствах. Прочность, как известно, есть способность материала сопротивляться разрушению. Если металл не рвется при растяжении и не разрушается при ударе, говорят, что металл прочен. Но в технике нельзя полагаться только на общее впечатление о том, прочен или недостаточно прочен металл, с которым имеют дело. Прочность материала должна быть точно измерена, причем должны быть отдельно определены его способность сопротивляться разрыву и его способность, противостоять ударным нагрузкам. Чтобы определить прочность металла, изготовленные из него образцы подвергают растяжению на специальных машинах до тех пор, пока они не разорвутся. Проследив при действии какой силы разорвался образец и изучив изменение его размеров в месте разрыва, можно получить полную и точную характеристику прочности металла, из которого образец изготовлен. Затем, разделив величину силы, разорвавшей образец, выраженную в килограммах, на площадь поперечного сечения образца, выраженную в квадратных миллиметрах, узнают то напряжение, которое выдержал образец, т. е. прочность материала на разрыв. Величина этой силы, отнесенная к единице площади сечения и измеренная поэтому уже не в кг, а в кг/мм2, называется пределом прочности при растяжении и обозначается во всей технической литературе, чертежах и технологических документах буквой зв (сигма бэ). Знание величины предела прочности при растяжении з8 того или иного металла позволяет не только рассчитать изделие на прочность, но и подобрать необходимые режимы резания при его обработке. Это имеет большое значение потому, что прочность сталей весьма различна. Так, например, Ст. 1 имеет = 32 40 кг/мм2, а некоторых высоколегированных сталей доходит до 200 кг/мм2. Изучая дальше разорванный образец, можно обнаружить, что его сечение в месте разрыва несколько сузилось, а общая длина увеличилась. Это явление говорит о том, насколько данный материал способен противостоять разрушению и изменять свою форму, не нарушая молекулярной связи между его частицами, т. е. быть пластичным. Если же теперь подсчитать насколько уменьшилась площадь поперечного сечения образца, а затем эту величину разделить на его первоначальную площадь, то получится результат, выраженный в. процентах и называемый относительным сжатием поперечного сечения. Относительное сжатие поперечного сечения обозначается буквой ф (пси) и характеризует вязкость материала. Величина у самых мягких низкоуглеродистых сталей доходит до 60%, у наименее вязких — до 30%. Измерение увеличенной длины образца характеризует относительное удлинение и обозначается буквой 8 (дельта). Чем больше относительное удлинение, тем больше пластичность металла. По величине относительного удлинения 5 и относительного сжатия <|>, косвенно, можно судить и о вязкости металла. Под вязкостью металла понимают свойство материала противоположное хрупкости. Второе главное свойство металлов — это твердость. Чем выше твердость, тем деталь долговечнее, тем медленнее она изнашивается. Режущий инструмент только потому снимает стружку с детали, что твердость его намного выше твердости обрабатываемого материала. Уже небольшое изменение твердости существенно сказывается на эксплуатационных свойствах детали и инструмента. Все это заставляет производственников тщательно следить за состоянием твердости детали. Твердость металла определяется вдавливанием какого-нибудь, предмета в испытываемый материал. По глубине вдавливания судят насколько велика эта твердость. На этом принципе работают существующие приборы для измерения твердости: пресс Бринелля и приборы Роквелла. При помощи пресса Бринелля твердость незакаленных сталей, а также чугуна измеряется вдавливанием в них стального шарика диаметром 10 мм с силой 3000 кг. Для других материалов сила вдавливания шарика меняется: для меди, латуни и им подобных она составляет 1000 кг, а для мягких сплавов 250 кг. Прибор Рок-велла определяет твердость закаленных материалов вдавливанием) специального алмазного конуса. Результатом измерения, характеризующим величину твердости материала, служат соответствующие числа твердости: число твердости по Бринеллю (Нв ) и число твердости по Роквеллу (HR ). Число твердости по Бриннелю Я в представляет результат от деления нагрузки (в кг) на площадь отпечатка шарика, выраженную в мм2. Чтобы избежать вычислений при определении числа Нв, пользуются специальными таблицами, в которых можно найти это число по диаметру полученного отпечатка. Наивысшая твердость, которая может быть испытана на этом прессе, равна: Ив = 450. Пресс Бринелля (рис. 15) действует следующим образом. Зачищенная до получения плоской и ровной поверхности деталь устанавливается на шаровую опору и маховиком, вращающим винт, поднимается до соприкосновения с шариком наконечника. Затем закрывают винтелем выход для масла из цилиндра в резервуар и создают давление на поршень и шариковый наконечник, действуя насосом. Приведенный в действие насос нагнетает масло в цилиндр из резервуара, создает давление на поршень и одновременно передает его манометру и рычагу с грузами. Величина давления соответствует весу грузов. Через некоторое время открывается винтель, часть масла из цилиндра уходит в резервуар и давление падает до нуля. После этого опускают маховиком винт, освобождают деталь и при помощи специальной лупы замеряют диаметр отпечатка. Рис. 1. Схематическое изображение гидравлического пресса Бринелля. Рис. 2. Схема действия прибора Роквелла. Процесс испытания начинается с подвода предмета к алмазному наконечнику и приложения предварительного усилия (10 кг). Это усидчив создается пружиной, находящейся во втулке шпинделя прибора. Рабочий рычаг 6 действует на шпиндель прибора, причем точка его опоры находится на оси 7, а место передачи силы наконечнику —-на призме. На этот рычаг действует груз. В нерабочем положении рычаг опирается на серьгу и давление на шпиндель не передается. Во время испытания рукоятку освобождают и тогда рычаг вместе с серьгой и рычагом опускается. Плавному опусканию всей этой системы способствует масляный успокоитель 8, позволяющий регулировать скорость приложения силы на испытываемый предмет. Получив возможность перемещения, алмазный конус, опускаясь, проникает в металл. Величина этого перемещения передается рычажком индикатору. Однако, следует сказать, что далеко не у всех деталей можно проверять твердость описанными приборами. Нельзя, например, с. их помощью определять твердость на режущей кромке инструмента или на внутренней поверхности какой-нибудь матрицы. В подобных случаях прибегают к проверке твердости с помощью тарированных напильников. На этом можно закончить описание двух, наиболее важных свойств стали — ее прочности и твердости. Однако эти свойства непостоянны. Они могут изменяться с изменением структуры стали, т. е. ее строения. Что же заставляет изменяться структуру стали? Реклама: Читать далее: Термическая и химико-термическая обработка стали Статьи по теме: Ремонт пресс-форм Технология изготовления пресс-форм Детали пресс-форм Классификация и конструкция пресс-форм Способы получения изделий пресс-формах Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум

Твердость металла | Zahner — Инновации и сотрудничество для достижения невероятного

РЕСУРСЫ

Твердость металла — это характеристика, определяющая износостойкость поверхности и стойкость к истиранию. Способность материала сопротивляться вмятинам от удара связана с твердостью, а также с пластичностью материала. Различные степени твердости могут быть достигнуты во многих металлах путем отпуска, процесса термической обработки, используемого в холоднокатаных и холоднодеформированных металлах.

По мере того как зернистая структура металла подвергается холодной штамповке, зерна растягиваются и изменяются. Поверхность становится более твердой, сопротивляясь деформации от контакта. Закалка нагревает обрабатываемый металл до температур, при которых зерна начинают растворяться.

Доступны серии стандартных сплавов. Эти состояния и их доступность в конкретном сплаве варьируются в зависимости от природы зерен при их рекристаллизации. Обозначение отпуска фактически определяется размером зерна, а не пределом текучести металла.

Таблица твердости металлов

Приведенная ниже таблица полезна для определения того, какие металлы будут невосприимчивы к царапинам и вмятинам, поскольку она относится к шкале Роквелла и пластичности. Шкала Роквелла — это шкала твердости, основанная на твердости материала при вдавливании. Испытание Роквелла определяет твердость путем измерения глубины проникновения индентора под большой нагрузкой по сравнению с проникновением, сделанным при предварительном нагружении.

Таблица твердости металла на основе шкалы Роквелла и пластичности.

ИЗОБРАЖЕНИЕ © КОМПАНИЯ A. ZAHNER.

Процессы повышения твердости металла

Существует несколько способов упрочнения архитектурного металла: на заводе или в процессе изготовления. Каждый из механизмов упрочнения вносит неровности кристаллической решетки в кристаллическую структуру металла, что затрудняет дислокацию структуры металла. В результате получается более твердая и менее пластичная металлическая поверхность.

Деформационное упрочнение  относится к деформации или холодному упрочнению металлической поверхности. По мере многократного изгиба или деформации металла пластичность металла снижается, он становится нагартованным и менее пластичным. Обычно относится к деформационному упрочнению металла при его обработке при комнатной температуре. Сплавы некоторых металлов, такие как никель-титан , не подвергаются деформационному упрочнению, но на самом деле имеют свойство снимать деформацию, когда возвращаются к исходной форме.

Упрочнение твердого раствора  относится к металлу в процессе легирования, при котором легирующий компонент вводится в твердый материал. Один или несколько элементарных компонентов могут входить в нагретый, но твердый раствор. Затем металл быстро охлаждают, чтобы захватить элемент в твердом растворе.

Старение  это процесс, который происходит быстро в первые несколько дней после отливки, а затем гораздо медленнее в течение следующих нескольких недель. Этот процесс часто называют «естественным старением». Другой искусственный вариант этого процесса может быть использован путем нагревания металла в течение короткого периода времени при высокой температуре. В результате он стабилизирует свойства, дополнительно укрепляя сплав. Этот процесс известен как «искусственное старение» или дисперсионное твердение.

Анодирование , процесс, специфичный для алюминия, имеет эффект упрочнения. Последним этапом создания анодированного алюминия является затвердевание и герметизация поверхности с помощью деионизированной кипящей воды или герметиков на основе солей металлов. Герметизация необходима для закрытия пор оксидной пленки и обеспечения однородности за исключением легирующих составляющих.

Цементация  относится к процессу термической обработки поверхности, используемому для получения твердой, износостойкой поверхности металла. Методы цементации включают науглероживание, цианирование, азотирование, закалку пламенем и электроиндукционную закалку.

Отпуск  – это процесс термической обработки, используемый для холоднокатаных и холоднодеформированных металлов. Когда зернистая структура металла подвергается холодной штамповке, зерна растягиваются и изменяются. Поверхность становится более твердой, сопротивляясь деформации от контакта. Закалка нагревает холоднодеформированный металл до температуры, при которой зерна начинают растворяться друг в друге. Доступны серии стандартных темпераций. Эти состояния и их доступность в конкретном сплаве варьируются в зависимости от природы зерен при их рекристаллизации. Обозначение отпуска фактически определяется размером зерна, а не пределом текучести металла.

Обратная пескоструйная обработка  металлическая поверхность — это способ выравнивания металла, который также значительно повышает твердость поверхности. Рекомендуется подвергнуть материал обратной струйной очистке после операций формования, потому что после пескоструйной обработки поверхности материал станет труднее обрабатывать и формировать.

Ссылки

• Zahner, L. Архитектурные металлические поверхности. Нью-Йорк: Джон Уайли, 2004.
.
• Zahner, L. Архитектурные металлы: руководство по выбору, спецификации и характеристикам. Нью-Йорк: Джон Уайли, 19 лет.95.

Понимание твердости металлов

Основы инженерного дела

Представлено вам

Михал Ярмолюк с Pixabay

Твердость — шаткое понятие, и существует так много различных широко используемых методов определения твердости, что легко запутаться. Здесь мы устраняем путаницу.

Дэйв Палмер | 12 октября 2021 г.

При проектировании металлических деталей важно указывать их твердость. Однако многие инженеры имеют лишь шаткое представление о том, что такое твердость на самом деле или как ее измеряют. Для этого есть веские причины. Как мы увидим, твердость — довольно шаткое понятие, и существует так много различных широко используемых методов определения твердости, что легко запутаться. Цель этой статьи — помочь прояснить эту путаницу.

Сначала поговорим о том, чем твердость не является. Жесткость не имеет ничего общего с жесткостью. Стальная деталь может иметь высокую или низкую твердость, но она всегда будет иметь одинаковую жесткость. Титановая деталь может иметь ту же твердость, что и стальная, но ее жесткость всегда будет вдвое меньше, чем у стали. Твердость сама по себе также не имеет ничего общего с тем, является ли материал хрупким или пластичным. Из двух материалов с одинаковой твердостью один может быть хрупким, а другой пластичным.

Что такое твердость? Чтобы дать несколько круговое и не очень полезное определение, это мера того, как материал ведет себя в тесте на твердость. Это подводит нас к теме испытаний на твердость.

Один из тестов на твердость, наиболее часто используемый в США, был разработан Хью Роквеллом и Стэнли Роквеллом в 1914 году. Хотя они не были ни братьями, ни даже родственниками, наличие одной фамилии значительно облегчало придумывание имени. для теста. В тесте Роквелла индентор вдавливается в металлическую поверхность с заданной силой. Твердость обратно пропорциональна глубине проникновения.

Существует множество шкал твердости по Роквеллу, в зависимости от типа используемого индентора и нагрузки. Например, в шкале Роквелла С используется конусообразный индентор с алмазным наконечником, рассчитанный на нагрузку 150 кг. В шкале Rockwell B используется шариковый индентор диаметром 1/16 дюйма с нагрузкой 100 кг. Шкала Роквелла C обычно обозначается аббревиатурой HRC (твердость по Роквеллу C), а шкала Роквелла B обозначается аббревиатурой HRB (твердость по Роквеллу B). Чем выше число, тем тверже материал, но только относительно других чисел в данной шкале. Например, очень твердая сталь может иметь твердость 64 HRC, а достаточно мягкая сталь может иметь твердость 70 HRB.

Какие весы лучше использовать? Это зависит от того, что вы измеряете. Шкала Rockwell C хороша для измерения закаленной стали. Rockwell B лучше подходит для более мягкой стали или относительно твердого алюминия. Для более мягкого алюминия вам может понадобиться шкала Rockwell E (шар диаметром 1/8 дюйма с нагрузкой 100 кг) или шкала Rockwell F (шар диаметром 1/16 дюйма с нагрузкой 60 кг). Как правило, чем больше индентор или чем меньше нагрузка, тем лучше будет шкала для мягких материалов.

Толщина материала также имеет значение. Если вы пытаетесь измерить твердость тонкой полоски материала, вам не следует использовать нагрузку, которая будет проталкивать индентор через материал на другую сторону.