Портативна твердометрія: зручність і точність поза лабораторією

Для контролю твердості залежно від різних параметрів дослідного об’єкта, наприклад розмірів, конструкції та властивостей матеріалу, використовують твердоміри двох основних типів – стаціонарні й портативні. Портативні моделі зручні в застосуванні, якщо деталь дослідження має велику вагу чи занадто великі розміри, у зв’язку з чим об’єкт дослідження неможливо транспортувати в лабораторію. 

За принципом роботи портативні твердоміри класифікуються як:

• Динамічні (метод Ліба)  
• Ультразвукові (Ultrasonic Contact Impedance) 
• Статичні (Супер-Роквелла, Portable Rockwell,PR)  
• Універсальні (комбіновані)

Динамічні твердоміри працюють за методом відскоку (базується на вимірюванні відношення швидкості падіння бойка до швидкості відскоку). Постійний магніт, що знаходиться всередині бойка, створює у котушці індуктивності електрорушійну силу, яка конвертується в значення твердості відповідно до обраної шкали. Індентор являє собою кульку з твердого матеріалу (карбіду вольфраму, загартованої сталі тощо) діаметром 1,5–5 мм. Застосовується переважно на товстостінних об’єктах, з достатніми ваго-габаритними характеристиками.

Переваги динамічних твердомірів:  

• Можливість оцінювання твердості виробів із неоднорідною або крупнозернистою структурою (литі або ковані)
• Вимірювання твердості чорних металів 
• Контроль якості кольорових металів 
• Контроль твердості масивних виробів із низько- й середньолегованих сталей

Хочу зауважити, що динамічний твердомір не варто використовувати для вимірювання твердості виробів масою меншою за 5 кг або з товщиною стінки в місці вимірювання меншою за 10 мм. У таких випадках твердість деталей рекомендується вимірювати, тільки притерши їх до масивної плити через шар мастила так, щоб виріб і плита утворили так званий моноліт. 

Принцип роботи ультразвукових твердомірів ґрунтується на фіксації ступеня зміни (згасання) резонансної частоти коливань металевого стрижня з алмазним наконечником під час втискання його в поверхню виробу. Зміна власної резонансної частоти стрижня пропорційна глибині втискання наконечника в матеріал, яка є показником твердості. Вважається, що UCI-метод більш вимогливий до шорсткості поверхні. Однак вимоги до вертикальної орієнтації датчика в момент вимірювання не такі жорсткі, як в ударному методі, хоча датчик у будь-якому разі треба намагатися тримати перпендикулярно до поверхні. Допустимим відхиленням для UCI-методу вважається 15 градусів. З іншого боку, ультразвуковий контактний імпеданс хороший тим, що залишає на досліджуваній поверхні менший відбиток і більше підходить для контролю виробів малої товщини.

Основна перевага ультразвукових твердомірів – можливість вимірювання твердості дрібних виробів, предметів із тонкими стінками, об’єктів складної форми, а також поверхневих зміцнених шарів.

Твердоміри, що працюють за UCI-методом, не рекомендується використовувати для вимірювання твердості кольорових металів, чавуну, крупнозернистих матеріалів, масивних виробів тощо.

Універсальні (комбіновані) твердоміри дають змогу під’єднати до електронного блоку як ультразвукові, так і динамічні датчики й проводити вимірювання обома методами. Це найбільш функціональний варіант серед портативних приладів.  

Портативні твердоміри від PROCEQ – швейцарська точність і надійність    

Для вирішення важливих завдань, що потребують використання портативних твердомірів, я рекомендую працювати з твердомірами від швейцарського виробника обладнання для неруйнівного контролю PROCEQ. Компанія має власну команду для досліджень і розробок. Однією з відомих розробок, що визнана міжнародними органами зі стандартизації (ASTM , ISO, EN), став принцип відскоку Ліба (названий на честь ученого Proceq Дітмара Ліба). І саме цей метод використовується в багатофункціональному твердомірі серії Equotip. У ньому також реалізовано можливість застосування інших методів вимірювань (Portable Rockwell, UCI), що забезпечується підключенням різних типів датчиків до одного пристрою.   

Портативний твердомір Equotip 550 Portable Rockwell визначає твердість за методом Роквела для поверхонь, чутливих до подряпин, тонких та полірованих деталей, профілів і труб. Визначення твердості статичним методом Роквелла проводиться за рахунок вимірювання глибини проникнення алмазного індентора датчика, що вводиться в контрольований об’єкт із постійним контрольованим навантаженням. Прилад можна використовувати для визначення твердості майже на всіх матеріалах без додаткових налаштувань. Він стане особливо актуальний у роботі з тонкими або легкими зразками. 

PROCEQ пропонує широкий вибір портативних твердомір для вирішень різних завдання й вимірювання за різними методами:

• Портативний статичний твердомір Equotip 550 Portable Rockwell
• Універсальний твердомір Equotip 550 Leeb, Equotip Live Leeb D 
• Твердомір Equotip 550 UCI, Equotip Live UCI 

Який твердомір більш доцільно придбати і який метод досконаліший?

Стаціонарні (класичні) чи портативні, метод Ліба чи ультразвуковий метод – відповіді на ці запитання полягає в особливостях досліджуваного об’єкта й в індивідуальній специфіці завдання.

Стаціонарні твердоміри реалізують прямі методи вимірювань безпосередньо за методами й у шкалах Брінелля (HB), Віккерса (HV), Роквелла (HR) і Супер-Роквелла (HRN).

Портативні твердоміри хоч і можуть визначати твердість у тих самих шкалах, що й стаціонарні прилади (HB, HRC, HL, HV), та в інших шкалах, але результати отримують шляхом перерахунку за певним алгоритмом математичного опрацювання.

Портативні прилади, порівняно зі статичними твердомірами Брінелля, Роквелла й Віккерса, мають ряд переваг, що полягають у можливості контролю об’єктів, що перебувають в експлуатації, без виготовлення спеціальних зразків і руйнування виробу. Але існують особливі / специфічні завдання, для вирішення яких підходять тільки класичні твердоміри – наприклад, є необхідність у сертифікації результатів випробувань або повірки еталонних мір твердості.  

Майже всі прийняті стандарти якості регламентують методи вимірювання для статичних твердомірів. Отже, якщо метою тестування (вимірювання) є сертифікація, вам слід використовувати тільки стаціонарні твердоміри. 

Визначення мети (перевірка чи сертифікація) може допомогти не тільки спланувати оптимізацію витрат, а й максимально ефективно використовувати своє обладнання.

Якщо у вас залишилися питання щодо вибору твердомірів – звертайтеся, я та мої колеги готові проконсультувати й надати відповіді на всі ваші запитання.

Корисні посилання:

Портативні твердоміри

Стаціонарні твердоміри INOVATEST 

Юрій Онанко, 

експерт напряму «Промисловість»