К определению твердости конструкционных материалов [1, 2, 6]

Широкое распространение испытаний КМ на твердость объясняется тем, что они не требуют специальных образцов. Испытания твердости могут выполняться непосредственно на готовой детали без её разрушения.

Твердость определяют по результатам вдавливания в испытуемый материал индентора, изготовленного из весьма твердого материала.

При определении твердости по Бринеллю (НВ) индентор в виде стального шарика диаметра D вдавливается при определенной нагрузке Р в испытуемый материал и оставляет отпечаток диаметром d. Далее производится расчет по формуле, МПа:

HB =

где P – величина нагрузки, Н;

D – диаметр шарика, мм;

d – диаметр отпечатка, мм.

Толщина испытуемого образца (h, мм) должна быть не менее 10-кратной глубины отпечатка и определяется по формуле: h  10P / DHB.

Диаметр шарика, величину нагрузки для проведения испытания и продолжительность выдержки под нагрузкой выбирают по таблице, прилагаемой к прибору. Величину НВ также не рассчитывают каждый раз, а пользуются заранее составленными таблицами [HB=(d)].

По Бринеллю определяют твердость относительно мягких материалов: чугунов; отожженной стали; цветных металлов и сплавов; пластических масс (НВ4500 МПа). Для ряда материалов установлена зависимость между твердостью по Бринеллю и временным сопротивлением разрыву (прочностью на разрыв):

Сталь (НВ=1250 – 1750 МПа)…………………………….… _в  0,343 НВ

Сталь (НВ>1750 МПа)…………………………………….. _в  0,362 НВ

Медь, латунь, бронза:

отожженные……………………………….. _в  0,55 НВ

наклепанные……………………………….. _в  0,40 НВ

Дюралюминий:

отожженный……………………………….. _в  0,36 НВ

после закалки и старения  _в  0,35 НВ

При определении твердости по Роквеллу (HRC, HRB, HRA) в испытуемый материал вдавливается либо алмазный конус с углом при вершине 120°, либо стальной шарик диаметром 1,59 мм (1/16 дюйма).

Индентор вдавливается в испытуемый материал при двухступенчатом приложении нагрузки:

• предварительной, равной 100 Н;

• основной, равной 1400 Н для алмазного конуса и 900 Н для стального шарика.

В случае определения твердости очень твердых металлов и сплавов измерения производят при вдавливании алмазного конуса с основной нагрузкой 500 Н, так как при больших нагрузках и большом сопротивлении материала вдавливанию индентора может наступить выкрашивание (разрушение) алмаза.

При определении твердости вдавливанием алмазного конуса при общей нагрузке 1500 Н (100+1400) величину твердости считывают с черной шкалы (С) циферблата прибора и обозначают HRC.

При вдавливании алмазного конуса с общей нагрузкой 600 Н (100+500) значение твердости считывают по той же черной шкале, но обозначают HRA.

При вдавливании стального шарика с общей нагрузкой 1000 Н (100+900) величину твердости читают по красной шкале (В) циферблата и обозначают HRB.

Твердость по Роквеллу выражают в условных единицах. При разработке шкал твердости за базовую принята величина осевого перемещения индентора, равная 0,002 мм.

Для определения твердости деталей малой толщины и тонких поверхностных слоев, имеющих высокую твердость, применяют метод Виккерса. При определении твердости по Виккерсу (HV) в материал вдавливается четырехгранная алмазная пирамида с углом при вершине 136º.

Имеются таблицы соответствия чисел (показателей) твердости, получаемых при испытании твердости материала различными методами [8].