материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович

Твёрдость – свойство материала сопротивляться внедрению в него другого, более твёрдого тела – индентора.

Для измерения твёрдости существует несколько шкал (методов измерения), наиболее распространёнными среди которых являются [1]:

  • метод Бринелля (HB) – твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение усилия, приложенного к шарику, к площади отпечатка. Размерность единиц твёрдости по Бринеллю – МПа. Метод не применяется для тонких материалов и материалов с большой твёрдостью;
  • метод Роквелла (HRA, HRB, HRC) – твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания металлического шарика или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Твёрдость вычисляется по формуле [2]: HR = HRmax – (H – h) / 0,002, где HRmax – максимальная твёрдость по Роквеллу (по шкалам A и C составляет 100 единиц, а по шкале B – 130 единиц), (H – h) – разность глубин погружения индентора (в миллиметрах) после снятия основной нагрузки и до её приложения (при предварительном нагружении). Твёрдость, определённая по этому методу, является безразмерной величиной. Метода Роквелла проще в реализации, но обладает меньшей точностью по сравнению с методами Бринелля и Виккерса. Не допускается проверка образцов с толщиной менее десятикратной глубины проникновения наконечника;
  • метод Виккерса (HV) – твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение нагрузки, приложенной к пирамидке, к площади отпечатка. Размерность единиц твёрдости по Виккерсу – МПа. Позволяет определять твёрдость азотированных и цементированных поверхностей, а также тонких листовых материалов [3]:, но обладает пониженной точностью в нижнем диапазоне (для мягких материалов).

Результаты измерения твёрдости по методам Роквелла и Виккерса могут быть переведены с помощью таблиц в единицы твёрдости по методу Бринелля (таблица 1) [4]. Зная твёрдость по Бринеллю, можно рассчитать предел прочности и текучести материала, что важно для прикладных инженерных задач [5]:

  • для стали:

    σв = 3,33 × HB;
    σт = 1,67 × HB;

  • для алюминиевых сплавов:

    σв = 3,62 × HB;

  • для медных сплавов:

    σв = 2,60 × HB;

где σв – предел прочности, МПа; σт – предел текучести, МПа.

Таблица 1 – Перевод результатов измерения твёрдости
Шкала Бринелля, HB Шкала Роквелла, HRB (HRC) Шкала Виккерса, HV
100 52,4 100
105 57,5 105
110 60,9 110
115 64,1 115
120 67,0 120
125 69,8 125
130 72,4 130
135 74,7 135
140 76,6 140
145 78,3 145
150 79,9 150
155 81,4 155
160 82,8 160
165 84,2 165
170 85,6 170
175 87,0 175
180 88,3 180
185 89,5 185
190 90,6 190
195 91,7 195
200 92,8 200
205 93,8 205
210 94,8 210
215 95,7 215
220 96,6 220
225 97,5 225
230 98,4 230
235 99,2 235
240 100,0 240
245 (21,2) 245
250 (22,1) 250
255 (23,0) 255
260 (23,9) 260
265 (24,8) 265
270 (25,6) 270
275 (26,4) 275
280 (27,2) 280
285 (28,0) 285
290 (28,8) 290
295 (29,5) 295
300 (30,2) 300
310 (31,6) 310
319 (33,0) 320
328 (34,2) 330
336 (35,3) 340
344 (36,3) 350
352 (37,2) 360
360 (38,1) 370
368 (38,9) 380
376 (39,7) 390
384 (40,5) 400
392 (41,3) 410
400 (42,1) 420
408 (42,9) 430
416 (43,7) 440
425 (44,5) 450
434 (45,3) 460
443 (46,1) 470
(47,5) 490
(48,2) 500
(49,6) 520
(50,8) 540
(52,0) 560
(53,1) 580
(54,2) 600
(55,4) 620
(56,5) 640
(57,5) 660
(58,4) 680
(59,3) 700
(60,2) 720
(61,1) 740
(62,0) 760
(62,8) 780
(63,6) 800
(64,3) 820
(65,1) 840
(65,8) 860
(66,4) 880
(67,0) 900
(69,0) 1114
(72,0) 1220

Перевод значений твёрдости следует использовать лишь в тех случаях, когда невозможно испытать материал при заданных условиях. Полученные переводные числа твёрдости являются лишь приближёнными и могут быть неточными для конкретных случаев. Строго говоря, такое сравнение чисел твёрдости, полученных разными методами и имеющих разную размерность, лишено всякого физического смысла, но, тем не менее, имеет вполне определённую практическую ценность.

Перечень ссылок

  1. Твёрдость // Википедия: свободная энциклопедия. – http://ru.wikipedia.org/wiki/Твёрдость.
  2. Метод Роквелла // Википедия: свободная энциклопедия. – http://ru.wikipedia.org/wiki/Метод_Роквелла.
  3. Метод Виккерса // Википедия: свободная энциклопедия. – http://ru.wikipedia.org/wiki/Метод_Виккерса.
  4. Тех. справочник / Твёрдости металлов // Инженерно-промышленный центр “Металлообработка”. – http://metalltex.ru/tehspravochnik/tverdostimet.
  5. Метод Бринелля // Википедия: свободная энциклопедия. – http://ru.wikipedia.org/wiki/Метод_Бринелля.
< Свойства конструкционных материалов Содержание Цветовая маркировка сталей >