3.3. Методы измерения твердости

Под твердостью понимается способность испытываемого материала сопротивляться пластическому деформированию в процессе вдавливания в него индентора – стандартного наконечника, не деформирующегося при испытаниях.

От других механических испытаний метод испытания твердости вдавливанием отличается тем, что пластическая деформация протекает здесь в небольшом объеме, окруженном недеформированным металлом. При этом между твердостью и другими свойствами (например, пределом прочности) существует количественная зависимость.

Применяется несколько методов измерения твердости вдавливанием (рис.4.5).

а б в

Рис.4.5. Схемы определения твердости:

а- по Бринелю; б- по Роквеллу; в- по Викерсу

Метод Бринеля. В испытываемый материал вдавливается стальной шарик. Характеристикой твердости по Бринелю является число в Мпа или кГс/мм², определяемое соотношением

где - нагрузка на шарик, или кГс, - площадь поверхности отпечатка, мм², - диаметр вдавливаемого шарика, мм, - диаметр отпечатка, мм.

ГОСТом установлены нормы для испытаний по Бринелю (табл.4.1).

Таблица 4.1

Зависимость диаметра шарика и нагрузки при изменении твердости по Бринеллю от материала и толщины образцов

Мате-риал	Твер-дость по Бри-неллю НВ, кГс/мм2	Тол-щина образ-ца, мм	Диа-метр шари-ка, D, мм	Нагрузка, Р		Соотно-шение Р и D	Вы-держка под на-грузкой, с
				кГс	Н
Черные металлы	140-450	6-3 4-2 <2	10,0 5,0 2,5	3000 750 187,5	29420 7354 1834	Р=30D2	10 10 10
Черные металлы: Железо, Сталь, Чугун	<140	>6 6-3 <3	10,0 5,0 2,5	1000 250 62,5	9810 2451 614	P=10D2	10 10
Цветные металлы	>130	6-3 4-2 <2	10,0 5,0 2,5	3000 750 187,5	29429 7354 1834	P=30D2	30 30 30
	35-130	9-3 6-3 <3	10,0 5,0 2,5	1000 250 62,5	9810 2451 614	P=10D2	30 30 30
	8-35	>6 6-3 <3	10,0 5,0 2,5	250 62,5 15,6	2451 614 153	P=2,5D2	60 60 60

Метод Роквелла. В исследуемый материал вдавливается алмазный конус или стальной шарик.

Твердость по Роквеллу (HRB, HRC, HRA) характеризуется числом, определяемым по глубине получаемого отпечатка. ГОСТом установлены нормы для испытаний по Роквеллу (табл.4.2).

Таблица 4.2.

Зависимость нагрузки и типа индентора (вида наконечника) при измерении твердости по Роквеллу от твердости металла

Твердость по Ви-керсу	Обоз-наче-ние шка-лы	Вид наконеч-ника	Нагрузка, Р		Обоз-наче-ние шкалы	Допускае-мые пределы шкалы	Обозначе-ние твер-дости
			кГс	Н
60-240	В	Стальной шарик диам. 1,588 мм	100	981	В	25-100	HRB
60	В	Стальной шарик диам. 1,588 мм	60	588	В	47-105	HRF
240-900	С	Алмазный конус	150	1470	С	20-67	HRC
390-900	А	Алмазный конус	60	588	С	70-85	HRA

Метод Виккерса. В испытываемый материал вдавливается четырехгранная алмазная пирамида. Число твердости по Виккерсу Мпа или кГс/мм² определяется как удельное давление, приходящее на единицу поверхности отпечатка

где Р – нагрузка на пирамиду, Н или кГс, - среднеарифметическая длина обеих диагоналей отпечатка, мм; - угол между противоположными гранями пирамиды, равный 136⁰.

Таблица 3.3

Зависимость нагрузки при изменении твердости по Виккерсу от толщины образца и предполагаемого значения твердости

Толщина изделия (поверх-ностного слоя), мм	Рекомендуемая нагрузка при твердости
	20-50 МПа		50-100МПа		100-300 МПа		300-900 МПа
	Н	кГс	Н	кГс	Н	кГс	Н	кГс
0,3 – 0,5	-	-	-	-	-	-	49 и 98	5 и 10
0,5 – 1,0	-	-	-	-	49 и 98	5 и 10	98 и 196	10 и 20
1 - 2	49 и 98	5 и 10	49 и 98	5 и 10	98 и 196	10 и 20	98 и 196	10 и 20
2 - 4	98 и 196	10 и 20	196 и 490	20 и 50	196 и 490	20 и 50	196 и 490	20 и 50
4	196 и 490	20 и 50	294 и 490	30 и 50	490	50	490, 980, 1176	50, 100, 120

Методы HB и HRB применяют преимущественно для мягких материалов, HRC – для твердых, а методы HRA и HV – для тонких листов.