Методы измерения твёрдости

Рис.9 Определение твердости металла методами Бринелля (а), Роквелла (б) и Виккерса (в)

Для измерения твёрдости существует несколько шкал (методов измерения):

• Метод Бринелля — твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому шариком из закаленной стали, вдавливаемым в поверхность. Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HB, где H = hardness (твёрдость, англ.), B — Бринелль [кгс/мм²];

• Метод Роквелла — твёрдость определяется по глубине вдавливания металлического шарика (шкала В) или алмазного конуса (шкалы А и С) в поверхность тестируемого материала. Твёрдость, определённая по этому методу, является безразмерной и обозначается HR, HRB, HRC и HRA;

• Метод Виккерса — твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. кгс/мм². Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HV[кгс/мм²].; 1 кгс/мм² ≈ 10 МПа

Метод Шора  (относительный)— по глубине введения закаленной стальной иглы под действием пружины. Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HSD;

Шкала твердости разделена на 130 единиц (твердость закаленной стали = 100 ед.)

Величина твердости по Шору не имеет точного метода перевода ее на другие величины твердости или прочности при растяжении.

Шкала́ Мо́оса (минералогическая шкала твёрдости) (относительный) — набор эталонных минералов для определения относительной твёрдости методом царапания. В качестве эталонов приняты 10 минералов, расположенных в порядке возрастающей твёрдости. Предложена в 1811 году немецким минералогом Фридрихом Моосом.

Значения шкалы от 1 до 10 соответствуют 10 достаточно распространённым минералам от талька до алмаза. Твёрдость минерала измеряется путём поиска самого твёрдого эталонного минерала, который он может поцарапать; и/или самого мягкого эталонного минерала, который царапает данный минерал. Например, если минерал царапается апатитом, но не флюоритом, то его твёрдость находится в диапазоне от 4 до 5.

Предназначена для грубой сравнительной оценки твёрдости материалов по системе мягче-твёрже. Испытываемый материал либо царапает эталон и его твёрдость по шкале Мооса выше, либо царапается эталоном и его твёрдость ниже эталона. Таким образом, шкала Мооса информирует только об относительной твёрдости минералов. Например, корунд (9) в 2 раза твёрже топаза (8), но при этом почти в 4 раза менее твёрдый, чем алмаз (10).

В приведённой ниже таблице приведено соответствие твёрдости по шкале Мооса с абсолютной твёрдостью, измеренной склерометром.

Склерометр (от греч. σκλερος — твёрдый и греч. μέτρον — измерение) — прибор для определения твёрдости материалов.Склерометр был создан в 1896 году Тёрнером. Для измерения использовался утяжелённый алмаз, перемещающийся вперёд-назад по ровной поверхности измеряемого материала. Твёрдость определялась по весу груза (в граммах) на алмазе, требуемого для создания царапины на материале. Царапиной в данном случае считалась видимая невооружённым глазом тёмная линия на яркой поверхности. Такой метод измерения широко использовался в минералогии для определения твёрдости минералов. Для металлов и других веществ используются другие методы: метод Роквелла, метод Виккерса и пр.

Твёрдость по Моосу	Минерал	Абсолютная твёрдость	Изображение	Обрабатываемость
1	Тальк (Mg3Si4O10(OH)2)	1		Царапается ногтем
2	Гипс (CaSO4·2H2O)	3		Царапается ногтем
3	Кальцит (CaCO3) Известковый шпат медь	9		Царапается медной монетой
4	Флюорит (CaF2)	21		Царапается ножом, оконным стеклом
5	Апатит (Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)) Никель	48		Царапается ножом, оконным стеклом
6	Ортоклаз (KAlSi3O8) Полевой шпат	72		Царапается напильником
7	Кварц (SiO2) Кремний фарфор	100		Поддаётся обработке алмазом, царапает стекло
8	Топаз (Al2SiO4(OH-,F-)2) Наждак	200		Поддаётся обработке алмазом, царапает стекло
9	Корунд (Al2O3) Хром	400		Поддаётся обработке алмазом, царапает стекло
10	Алмаз (C)	1600

Помимо шкалы Мооса есть и другие методы определения твёрдости, но различные шкалы твёрдости нельзя однозначно соотнести друг с другом. Практикой приняты несколько более точных систем измерения твёрдости материалов, ни одна из которых не покрывает весь спектр шкалы Мооса.

Для инструментального определения твёрдости методом вдавливания используются твердомеры. Методы определения твердости, в зависимости от степени воздействия на объект, могут относиться как к неразрушающим, так и к разрушающим методам.