Испытания металлов на твердость — один из самых распространенных и доступных методов механических испытаний. Это измерение сопротивления пластической или упругой деформации, а также разрушению при воздействии на поверхностный слой образца другого малодеформирующегося материала (закаленная сталь, алмаз) - индентора в форме шарика (испытание по Бринелю), конуса (испытание по Роквеллу) или пирамиды (испытание по Виккерсу).

Испытания на твердость делятся на 3 вида:

1. Статические (к индентору прикладывают нагрузку плавно и постепенно, время выдержки регламентируется стандартами на данный метод).
2. Динамические (иногда называют твердость материала при ударе, т.к. он определяет кинетическую энергию, действующую на образец и затрачиваемую на упругую отдачу).
3. Кинетические (запись диаграммы непрерывной регистрации процесса вдавливания индентора, т.е. фиксируется весь процесс, а не только конечный результат).

Измерение твердости по Бринеллю
Регламентируется ГОСТ 9012. В качестве инденторов используются шарики из твердого сплава Ø 1; 2,5; 5 и 10 мм. Величину нагрузки и диаметр шарика выбирают в зависимости от материала исследования, которые делят на 5 основных групп:

1. Сталь, никелевые и титановые сплавы;
2. Медь и сплавы меди
3. Чугун
4. Свинец, олово
5. Легкие металлы и их сплавы

В исследуемый образец под нагрузкой вдавливается закалённый шарик. Твердость определяется по величине диаметра отпечатка шарика на образце. Диаметр отпечатка измеряют Бринелль-лупой в двух направлениях перпендикулярных друг другу.

Число твердости по Бринеллю НВ (в Н/м²) равно отношению нагрузки к площади отпечатка.

Необходимые условия для проведения испытаний по Бринеллю:

1. Минимально допустимая толщина образца для корректного измерения твердости НВ должна быть не менее десятикратной глубины отпечатка h.
2. Нельзя испытывать образцы с твердостью более 450 НВ для стали, а для цветных металлов более 200 НВ.
3. Поверхность образца должна быть плоской и очищенной от окалины и других посторонних веществ
4. Продолжительность выдержки под нагрузкой должна быть от 10 до 15 с для чёрных металлов, для цветных металлов и сплавов – от 10 до 180 с, в зависимости от материала и его твёрдости.

Измерение твердости по Виккерсу
Регламентирует ГОСТ 2999. В образец вдавливают алмазный наконечник в форме правильной четырехгранной пирамиды под действием нагрузки в течение определенного времени. Затем измеряют диагонали оставшегося на поверхности материала отпечатка –d1, d2 и вычисляют их среднее арифметическое значение — d, мм.
Значения твердости по Виккерсу при стандартных нагрузках н зависимости от длины диагонали.

Число твердости по Виккерсу обозначают цифрами с символом HV (200 HV). Иногда после символа HV указывают нагрузку и время выдержки (например: 200 HV 10/40 — твердость по Виккерсу, полученная при нагрузке Р= 10 кгс и времени выдержки под нагрузкой т=40 с).


Следует избегать точного перевода чисел твердости по Виккерсу на числа твердости, полученные другими методами, или на механические свойства при растяжении, т.к таких переводов не существует (за исключением частных случаев).

Измерение твердости по Роквеллу
Регламентирует ГОСТ 9013. В образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок (предварительной и общей) вдавливают индентор (алмазный конус или стальной шарик). Общая нагрузка будет равна сумме предварительной и основной.

После выдержки под приложенной общей нагрузкой Р в течение 3 - 5 с основную нагрузку снимают и измеряют глубину проникновения индентора в материал под действием общей нагрузки, затем снимают оставшуюся предварительную нагрузку.

Твёрдость по Роквеллу заключается в определении глубины вдавливания.

В зависимости от формы индентора и прилагаемой нагрузки введены три измерительные шкалы: А, В, С. Наиболее часто используемыми шкалами являются А и С.

Для обозначения твердости по Роквеллу используют символы HR и добавляют букву, указывающую на шкалу, по которой проводились испытания HRA, HRB или HRC.

Метод Роквелла считается более оперативным, а в таких твердомерах автоматизируется как процесс испытания, так и последующая обработка его результатов.

Измерение твердости по Шору
Регламентирует ГОСТ 23273. Этим методом определяют твердость поверхности прокатных валков при их изготовлении, поставке на металлургическое предприятие, а также в процессе эксплуатации валков на прокатных станах.

При измерении твердости по Шору боек определенной массы с алмазным индентором на конце свободно надает по вертикали с определенной высоты h падения =19,0 ± 0,5 мм на исследуемую поверхность. Индентор представляет собой алмазный наконечник в виде тела вращения с радиусом закруглений рабочего конца R =1,0 ± 0,1 мм. Масса бойка вместе с алмазным индентором составляет 36,0 г. За характеристику твердости принимается высота отскока бойка h. За 100 единиц твердости по Шору принимается определенная величина отскока бойка h100 = 13,6 ± 0,5 мм. Такая твердость соответствует максимальной твердости стабилизированной после закалки на мартенсит углеродистой эвтектоидной инструментальной стали по ГОСТ 1435.

Твердость по Шору измеряют в диапазоне от 20 до 140 единиц (HSD). Число твердости по Шору обозначается цифрами, характеризующими величину твердости, со стоящими после них символом HSD.

Ниже вы можете отправить заявку специалисту ООО «ЛНК» для консультации или расчета стоимости испытаний.