Історія

Вимірювання твердості по відносній глибині проникнення індентора був запропонований в 1908р. віденським професором П. Людвігом (Paul Ludwik) в книзі «Die Kegelprobe» (дослівно «випробування конусом»). Метод визначення відносної глибини виключав помилки, пов'язані з механічною недосконалістю системи, такими як люфти і поверхневі дефекти.

Твердомір Роквелла, машина, для визначення відносної глибини проникнення був винайдений уродженцями штату Коннектикут Х'ю М. Роквеллом (1890-1957) і Стенлі П. Роквеллом (1886-1940). Потреба в цій машині була викликана необхідністю швидкого визначення ефектів термообробки на обоймах сталевих підшипників. Метод Брінелля, винайдений в 1900 р. у Швеції, був недостатньо швидким та не придатним для загартованих сталей, а також, залишав занадто великий відбиток, щоб розглядатися як неруйнівний метод.

Шкали твердості за Роквеллом

Існує декілька альтернативних шкал, з яких найчастіше використовуються шкали B і C. Для позначення твердості, визначеної за методом Роквелла, використовується символ HR, до якого додається буква, що вказує на шкалу по якій проводилися випробування (HRA, HRB і т.д.).

Принцип оцінки твердості за методом Роквелла (вимірювання за шкалою B) Шкали за методом Роквелла
Назва	Шкали	Сила	Індентор	Використання
A	HRA	60 кгс	120° алмазний конус	Інструментальні сталі
B	HRB	100 кгс	1,58 мм стальна кулька	Алюмінієві сплави, бронза, м'які сталі
C	HRC	150 кгс	120° алмазний конус	Загартовані сталі
D	HRD	100 кгс	120° алмазний конус	Загартовані сталі
E	HRE	100 кгс	3,16 мм стальна кулька	Антифрикційні металеві сплави
F	HRF	60 кгс	1,58 мм стальна кулька	Сплави кольорових металів
G	HRG	150 кгс	1,58 мм стальна кулька	Фосфористі бронзи
H	HRN	60 кгс	1,58 мм стальна кулька	М'які метали низької однорідності, ливарні сплави
K	HRT	150 кгс	1,58 мм стальна кулька	М'які метали низької однорідності, ливарні сплави

Для визначення твердості у тонких шарах (плівках) використовуються шкали N (алмазний конус), T (стальна кулька 1,58 мм) і W (стальна кулька 3,16 мм) при навантаженнях 15, 30 і 45 кгс кожна.

Формули для визначення твердості

Чим твердіший матеріал, тим меншою буде глибина проникнення наконечника в нього. Щоб при більшій твердості матеріалу виходило більше число твердості по Роквеллу, вводять умовну шкалу глибин, приймаючи за одиницю відліку глибину, рівну 0.002 мм (в окремому випадку, 0,001 мм для тонких шарів). При випробуванні алмазним конусом гранична глибина втілення становить 0.2 мм, або 0.2 / 0.002 = 100 поділок, при випробуванні кулькою - 0.26 мм, або 0.26 / 0.002 = 130 поділок. Таким чином формули для обчислення значення твердості виглядатимуть таким чином:

а) при вимірі за шкалою А (HRA), С (HRC) і D (HRD) :

Різниця H - h представляє різниця глибин занурення індентора (у міліметрах) після зняття основного навантаження і до його прикладання (при попередньому вантаженні).

б) при вимірі за шкалою B (HRB), H (HRH)- K (HRK):

в) при вимірі за шкалами N, T і W (напр. HR30W, HR45N і т.д.)

Твердість за Шором — твердість матеріалу, що визначається під час падіння на нього із заданої висоти стандартного бійка і вимірюється в умовних одиницях за висотою його відскоку.

Твердість за цим методом Шора оцінюється в умовних одиницях, що пропорційні до висоти відскоку бійка.

Метод і шкала запропоновані американським промисловцем і винахідником Альбертом Ф. Шором (англ. Albert F. Shore) у 1906 році.

Позначається HSx, де H — англ. Hardness, S — англ. Shore і x — латинська буква, що означає тип шкали, яка використовується при вимірюванні.

Наприклад: 85HSD.

Метод не дає точних показів, оскільки висота відскоку бійка залежить не тільки від твердості випробуваного металу, але і від низки інших причин: від товщини зразка матеріалу, від величини шорсткості його поверхні, внутрішньої структури та ін. Однак цей метод, внаслідок його простоти та оперативності, часто застосовується в заводській практиці — переважно для швидкого контролю результатів термічної обробки сталевих виробів (гартування та відпуску). Він також дозволяє проводити вимірювання безпосередньо на готових виробах, великогабаритних деталях та криволінійних поверхнях.

Величина твердості за Шором не має точного методу переведення її у інші величини твердості чи міцності при розтягуванні.

Шкали

Основні шкали методу Шора C і D.

Шкала приладу має 140 однакових поділок. Нормована висота відскоку бійка відповідає 100 поділкам. Ціна поділки повинна бути не більшою за одну одиницю твердості за Шором. Прилад для вимірювання твердості за Шором методом відскоку має назву — склероскоп.

У склероскопі моделі C висота падіння бійка h1 = 254 мм; висота відскоку h2 = 181,4 мм (відповідає 100 одиницям твердості за Шором).

У склероскопі моделі D висота падіння бійка h1 = 19,0 мм; висота відскоку h2 = 13,6 мм (відповідає 100 одиницям твердості за Шором).

Твердість за Шором для вуглецевої сталі наближено пов'язана з твердістю за Брінеллем і границею міцності при розтягуванні σb наступною залежністю:

;

Шкала Мооса — набір еталонних мінералів для визначення відносної твердості методом надряпування. Як еталони прийнято 10 мінералів, розташованих в порядку зростання твердості.

Відносна твердість мінералів за Ш.М. визначається шляхом дряпання мінералу, який досліджується, гострими краями еталонних мінералів (пасивна твердість) або дряпання еталонних мінералів досліджуваним зразком (активна твердість). Еталонами є: 1 – тальк, 2 – ґіпс, 3 – кальцит, 4 – флюорит, 5 – апатит, 6 – ортоклаз, 7 – кварц, 8 – топаз, 9 – корунд, 10 – алмаз.

Запропонована у 1811 році німецьким мінералогом Фрідріхом Моосом.

Твердість	Мінерал	Абсолютна твердість
1	Тальк (Mg3Si4O10(OH)2)	1
2	Гіпс (CaSO4·2H2O)	3
3	Кальцит (CaCO3)	9
4	Флюорит (CaF2)	21
5	Апатит (Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-))	48
6	Польовий шпат (KAlSi3O8)	72
7	Кварц (SiO2)	100
8	Топаз (Al2SiO4(OH-,F-)2)	200
9	Корунд (Al2O3)	400
10	Алмаз (C)	1500

Була запропонована також альтернативна таблиця визначення твердості мінералів, значення твердості згідно з якою можуть коливатись між двома рівнями. Дана таблиця наведена на наступній сторінці:

Твердість	речовина чи мінерал
1	Рідина
2	Гіпс
від 2.5 до 3	Золото, Срібло
3	Кальцит, Мідь монета
4	Флюорит
від 4 до 4.5	Платина
від 4 до 5	Залізо
5	Апатит
6	Ортоклаз
6.5	пірит
від 6 до 7	Скло
7	Кварц
7 та вище	Гартована сталь
8	Топаз
9	Корунд
10	Гранат
11	Сплавлений цирконій
12	Сплавлений глинозем
13	Карбід кремнію
14	Карбід бору
15	Алмаз