Портативная твердометрия: удобство и точность вне лаборатории
Приветствую!
В продолжение темы твердометрии сегодня поговорим о портативных твердомерах – оборудовании, которое позволяет испытывать материалы без изготовления специальных образцов. Портативная твердометрия – метод, который выходит далеко за пределы лаборатории, помогая контролировать объекты, которые уже эксплуатируются. Далее я расскажу об особенностях этого метода, а также об оборудовании, его возможностях и ограничениях.
Для контроля твердости в зависимости от разных параметров опытного объекта, например размеров, конструкции и свойств материала, используют твердомеры двух основных типов – стационарные и портативные. Портативные модели удобны в применении, если деталь исследования имеет большой вес или слишком большие размеры, в связи с чем объект исследования невозможно транспортировать в лабораторию.
По принципу работы портативные твердомеры классифицируются как:
- Динамические (метод Либа)
- Ультразвуковые (Ultrasonic Contact Impedance)
- Статические (Супер-Роквелла, Portable Rockwell, PR)
- Универсальные (комбинированные)
Динамические твердомеры работают по способу отскока (основан на измерении отношения скорости падения бойка к скорости отскока). Находящийся внутри бойка постоянный магнит наводит в катушке индуктивности электродвижущую силу, которая конвертируется в значение твердости в соответствии с выбранной шкалой. Индентор представляет собой шарик из твердого материала (карбида вольфрама, закаленной стали и т. п.) диаметром 1,5–5 мм. Применяется преимущественно на толстостенных объектах, с достаточными весо-габаритными характеристиками.
Преимущества динамических твердомеров:
- Возможность оценки твердости изделий с неоднородной или крупнозернистой структурой (литые или кованые)
- Измерение твердости черных металлов
- Контроль качества цветных металлов
- Контроль твердости массивных изделий из низко- и среднелегированных сталей
Хочу заметить, что динамический твердомер не стоит использовать для измерения твердости изделий массой менее 5 кг или с толщиной стенки в месте измерения менее 10 мм. В таких случаях твердость деталей рекомендуется измерять, только притерев их к массивной плите через слой смазки таким образом, чтобы изделие и плита образовали так называемый монолит.
Принцип работы ультразвуковых твердомеров основывается на фиксации степени изменения (угасания) резонансной частоты колебаний металлического стержня с алмазным наконечником при вдавливании его в поверхность изделия. Изменение собственной резонансной частоты стержня пропорционально глубине вдавливания наконечника в материал, являющийся показателем твердости. Считается, что UCI-метод более требовательный к шероховатости поверхности. Однако требования к вертикальной ориентации датчика в момент измерения не так жестки, как в ударном методе, хотя датчик в любом случае нужно стараться держать перпендикулярно поверхности. Допустимым отклонением для UCI-метода считается 15 градусов. С другой стороны, ультразвуковой контактный импеданс хорош тем, что оставляет на исследуемой поверхности меньший отпечаток и больше подходит для контроля изделий малой толщины.
Основное преимущество ультразвуковых твердомеров – возможность измерения твердости мелких изделий, предметов с тонкими стенками, объектов сложной формы, а также поверхностных упрочненных слоев.
Твердомеры, работающие по UCI-методу, не рекомендуется использовать для измерения твердости цветных металлов, чугуна, крупнозернистых материалов, массивных изделий и т. п.
Универсальные (комбинированные) твердомеры позволяют подключить к электронному блоку как ультразвуковые, так и динамические датчики и проводить измерения обоими методами. Это наиболее функциональный вариант среди портативных устройств.
Портативные твердомеры от PROCEQ – швейцарская точность и надежность
Для решения важных задач, где нужно использование портативных твердомеров, я рекомендую работать с твердомерами от швейцарского производителя оборудования для неразрушающего контроля PROCEQ. Компания имеет собственную команду для исследований и разработок. Одной из известных разработок, признанных международными органами по стандартизации (ASTM, ISO, EN), стал принцип отскока Либа (назван в честь ученого Proceq Дитмара Либа). И именно этот метод используется в многофункциональном твердомере серии Equotip. В нем также реализована возможность применения других методов измерений (Portable Rockwell, UCI), что обеспечивается подключением разных типов датчиков к одному устройству.
Портативный твердомер Equotip 550 Portable Rockwell определяет твердость по методу Роквела для поверхностей, чувствительных к царапинам, тонких и полированных деталей, профилей и труб. Определение твердости статическим методом Роквелла проводится за счет измерения глубины проникновения алмазного индентора датчика, который внедряется в контролируемый объект с постоянной контролируемой нагрузкой. Прибор можно использовать для определения твердости почти на всех материалах без дополнительных настроек. Он станет особенно актуален в работе с тонкими или легкими образцами.
PROCEQ предлагает широкий выбор портативных твердомеров для решения различных задач и измерений по разным методам:
- Портативный статический твердомер Equotip 550 Portable Rockwell
- Универсальный твердомер Equotip 550 Leeb, Equotip Live Leeb D
- Твердомер Equotip 550 UCI, Equotip Live UCI
Какой твердомер более целесообразно приобрести и какой метод более совершенен?
Стационарные (классические) или портативные, метод Либа или ультразвуковой метод – ответы на эти вопросы заключается в особенностях исследуемого объекта и в индивидуальной специфике задачи.
Стационарные твердомеры реализуют прямые методы измерений непосредственно по методам и в шкалах Бринелля (HB), Виккерса (HV), Роквелла (HR) и Супер-Роквелла (HRN).
Портативные твердомеры хотя и могут определять твердость в тех же шкалах, что и стационарные приборы (HB, HRC, HL, HV), и в других шкалах, но результаты получают путем пересчета по определенному алгоритму математической обработки.
Портативные приборы, по сравнению со статическими твердомерами Бринелля, Роквелла и Виккерса, имеют ряд преимуществ, которые состоят в возможности контроля находящихся в эксплуатации объектов без изготовления специальных образцов и разрушения изделия. Но существуют особые / специфические задачи, для решения которых подходят только классические твердомеры – например, есть необходимость в сертификации результатов испытаний или поверки эталонных мер твердости.
Практически все принятые стандарты качества регламентируют методы измерения для статических твердомеров. Таким образом, если цель тестирования – сертификация, вам следует использовать только стационарные твердомеры.
Определение целей (проверка или сертификация) может помочь не только спланировать оптимизацию затрат, но и максимально эффективно использовать свое оборудование.
Если у вас остались вопросы выбора твердомеров – обращайтесь, я и мои коллеги готовы проконсультировать и ответить на все ваши вопросы.
Полезные ссылки:
Стационарные твердомеры INOVATEST
Юрий Онанко,
эксперт направления «Промышленность»