Стаціонарна твердометрія: ключові методи і стандарти визначення твердості матеріалів

Визначення твердості матеріалу – це важливий неруйнівний метод оцінювання характеристик міцності.  Твердість безпосередньо впливає на довговічність і зручність використання матеріалів у різних сферах застосування. Це важливий аспект, який показує, наскільки добре матеріал працюватиме в умовах механічного зношування й навантажень. 

Методи випробування твердості 

В основі різних методів стаціонарної твердометрії лежать схожі принципи, але залежно від поставленого завдання й досліджуваного матеріалу вони різняться за видами інденторів, які використовуються. Спільним для всіх методів є те, що за допомогою індентора створюється відбиток на поверхні зразка. У стаціонарній твердометрії найбільшого застосування набуло вимірювання твердості вдавлюванням у випробовуваний матеріал індентора у формі кульки, конуса й піраміди – за методами Брінелля, Роквелла, Вікерса і Кнупа відповідно. 

Твердість за методом Брінелля вимірюють вдавлюванням у випробовуваний зразок сталевої кульки під дією заданого навантаження протягом певного часу. Після зняття навантаження вимірюється діаметр утвореного відбитка. Число твердості за Брінеллем визначають діленням навантаження (Р) на площу поверхні сферичного відбитка (F).  Цей метод застосовується для більш м’яких матеріалів, таких як алюміній, мідь, латунь, і регламентується ДСТУ EN ISO 6506-1:2019 «Матеріали металеві. Випробування на твердість по Брінеллю. Частина 1. Метод випробування».

Позначення числа твердості за Брінеллем: 

• HB – застосування сталевої кульки для металів із твердістю не більше ніж 450 одиниць
• HBW – застосування кульки з твердого сплаву для металів із твердістю не більше ніж 650 одиниць

Твердість за Роквеллом визначається різницею між умовною максимальною глибиною проникнення індентора та залишковою глибиною його впровадження під дією основного навантаження, але за умови збереження попереднього навантаження. Використовується алмазний конус із кутом при вершині 120° (вимірювання гартованої сталі та карбіту вольфраму)  або сталева загартована кулька (вимірювання м’яких конструктивних сталей, алюмінієвих сплавів, бронзи тощо). На відміну від вимірювань за методом Брінелля, твердість визначають за глибиною відбитка, а не за його площею. Випробування за Роквеллом регламентується ДСТУ ISO 6508-1:2013 «Металеві матеріали. Визначення твердості за Роквеллом. Частина 1. Метод випробування (шкали А, В, С, D, Е, F, G, Н, К, N, Т)».

Позначення числа твердості за Роквеллом:         

• HRA, HRC, HRD – алмазний конус           
• HRB, HRE, HRF, HRG, HRH, HRK – загартована кулька

Визначення твердості за методом Вікерса виконується відповідно до ДСТУ ISO 6507-1:2007 «Матеріали металеві. Визначення твердості за Вікерсом. Частина 1. Метод випробування (ІSO 6507-1:2005, ІDT)». Під час випробування в поверхню матеріалу вдавлюється алмазна чотиригранна піраміда з кутом при вершині, що дорівнює 136°. Після зняття навантаження число твердості HV визначають за спеціальними таблицями, вимірюючи діагоналі відбитка, що залишився на поверхні матеріалу. Метод допомагає визначати твердість азотованих і цементованих поверхонь, а також тонких листових матеріалів.  

Метод визначення твердості за Кнупом використовується для дуже крихких або тонких матеріалів, зокрема, скла й кераміки, коли можна зробити лише невелике заглиблення. Для цього застосовується ромбоедричний індентер при вершині в 172,5°. 

Комплексний підхід до твердометрії з INNOVATEST

Ведучи розмову про стаціонарну твердометрію, я не міг оминути увагою виробника сучасного обладнання для випробування твердості з Нідерландів INNOVATEST. Компанія пропонує широкий асортимент твердомірів для всіх шкал, серед яких Вікерса, МікроВікерса, Кнупа, Роквелла, Супер-Роквелла і Брінелля. 

Обладнання INNOVATEST також підтримує вимірювання глибини вдавлювання HBT і HVT і підходить для тестування твердості пластику й вуглецю. Наявність замкненого контуру навантажень дає змогу зменшити похибку вимірювань, що робить твердоміри Innovatest ідеальним інструментом для різних галузей – металургії, машинобудування й приладобудування, а також для лабораторій контролю якості. 

Серед найефективніших та найпопулярніших моделей твердомірів Innovatest варто виділити:  

• NEXUS 3100 / 3200 (за шкалою Брінелля)
• FENIX 200AR (за шкалою Роквелла)  
• FALCON450 (за шкалою Вікерса)
• Універсальні системи вимірювання NEMESIS 5100 (за шкалами Роквелла, Брінелля, Вікерса та Кнупа)
• Системи для роботи з великогабаритними деталями NEMESIS 9800 (за шкалами Роквелла, Супер-Роквелла, Брінелля, Вікерса, Кнупа, HBT, HVT) 

Для вибору оптимального обладнання звертайтеся до фахівців компанії ХЛР. Ми пропонуємо широкий асортимент рішень для твердометрії, що відповідають найвищим стандартам якості.

Корисні посилання:

Обладнання для стаціонарної твердометрії 

Твердомір NEXUS 3100/3200 (за шкалою Брінелля)

Твердомір FENIX 200AR (за шкалою Роквелла)  

Твердомір FALCON450 (за шкалою Вікерса)

Універсальні системи вимірювання NEMESIS 5100

Система для роботи з великогабаритними деталями NEMESIS 9800

Про виробника Innovatest

Юрій Онанко, 

експерт напряму «Промисловість»