Статические методы определения твёрдости к статическим методам определения твёрдости относятся методы вдавливания:
измерение твёрдости по методу Бринеля;
измерение твёрдости по методу Роквелла;
измерение твёрдости по методу Виккерса;
измерение микротвёрдости;
измерение твёрдости методом царапания; при царапании происходит не только упругая и пластическая деформация испытуемого материала, но и местное разрушение его. Нанесение царапины на поверхность образца производится алмазным конусом с углом при вершине 90о при перемещении предметного столика.
Методы вдавливанияполучили наибольшее распространение в промышленности. В результате вдавливания наконечника поверхностные слои металла под ним и в близи него пластически деформируются, а после снятия нагрузки остаётся отпечаток.
Преимущества измерения твёрдости (вдавливанием):
1. Твёрдость определяется не только у пластичных материалов, но также у материалов, которые при обычных механических испытаниях (например, на растяжение) разрушаются хрупко (чугуны).
2. Между твёрдостью пластичных металлов определяемой методом вдавливания, существует количественная зависимостьс другими механическими свойствами – прежде всего с пределом прочности на растяжение (σв).
3. Измерение твёрдости выполняется значительно проще, чем определение прочности, пластичности и вязкости. В данном случае не требуется изготовления специальных образцов, которые, как правило, разрушаются при испытании. На рисунке 1 представлены образцы для определения прочности на растяжение.
4. Определение твёрдости – неразрушающий метод контроля. Испытаниям могут подвергаться как специально изготовленные образцы, так и готовые детали, которые после измерения можно использовать по назначению.
5. Твёрдость можно измерять на деталях небольшой толщины, а также в очень тонких поверхностных слоях. При измерении микротвёрдости можно определять твёрдость отдельных фаз и структурных элементов.
Значительное влияние на результаты измерения твёрдости оказывает состояние поверхности детали (образца). Неровность (криволинейность, шероховатость) поверхности может привести к ошибкам измерения. Чем меньше нагрузка для вдавливания, тем более тщательно должна быть обработана поверхность: для определения твёрдости по Бринеллю и по Роквеллу – требуется шлифовка, по Виккерсу и для определения микротвёрдости –полировкаповерхности.
Выбор метода измерения твёрдости зависит от степени неоднородности материала – если сплав имеет гетерогенную структуру с крупными выделениями отдельных структурных составляющих (например – серые чугуны), то выбирают метод с использованием стального шарика большого диаметра – метод Бринелля. Если материал имеет мелкую и однородную структуру, то применяют алмазный конус или алмазную пирамиду (метод Роквелла или Виккерса) при значительно меньших нагрузках.
а
б
а – плоский образец для определения предела прочности на растяжение (σв);
б – цилиндрический образец для определения предела прочности на растяжение
Рисунок 1 – Образцы для определения предела прочности на растяжение
Измеряемая поверхность должна быть установлена горизонтально, т. е. перпендикулярно вдавливаемому телу. Противоположная сторона образца должна быть так же зачищена, и не иметь окалины.