Что такое твердость металла?
12 августа 2023 г.
Твёрдость МЕТАЛЛА — свойство материала сопротивляться внедрению более твёрдого тела
Что такое твёрдость металла и её свойства?
- Сопротивление деформации: Металлы с высокой твёрдостью обладают меньшей деформацией при нагрузке или приложении силы.
- Сопротивление истиранию: Материалы с высокой твёрдостью могут лучше сопротивляться истиранию и износу, сохраняя свою форму интегритет (integer целый) с течением времени.
- Сопротивление царапинам: Более твёрдые металлы имеют меньшую склонность к царапинам или повреждениям, что делает их более устойчивыми к поверхностным повреждениям.
Какие факторы влияют на твёрдость металла?
- Структура и состав: Кристаллическая структура металла и его химический состав могут определить его твёрдость.
Например, присутствие сплавов или образование твердых растворов может повысить твёрдость металла.
- Микроструктура: Размер и форма зерен, присутствие дислокаций и интерфейсов между фазами могут влиять на твёрдость металла. Мелкая и однородная микроструктура может повысить твёрдость.
- Тепловая обработка: Процессы нагрева и охлаждения, такие как закалка и отпуск, могут изменять структуру и свойства металла, включая его твёрдость.
- Дефекты и примеси: Наличие дефектов, таких как включения, микротрещины или примеси, может ослабить структуру металла и снизить его твёрдость.
- Изотопный состав: Некоторые металлы имеют несколько изотопов, которые могут влиять на их твёрдость. Например, металлы с плотной упаковкой изотопов обычно обладают большей твёрдостью.
Важно отметить, что твёрдость металла может быть измерена с помощью различных методов, таких как метод Бринелля или метод Роквелла, и результаты измерений будут зависеть от выбранного метода и параметров испытания.
Как измерить твёрдость металла метод Бринелля?
Метод Бринелля основан на измерении следа, оставленного специальным инструментом (шаром или алмазным конусом), применяемым под определенной нагрузкой на поверхность металла.
Принцип работы:
- Инструмент под нагрузкой (обычно величина нагрузки варьируется от 1 до 3 000 кг) прикладывается к поверхности образца металла в течение определенного времени (обычно несколько секунд).
- После удаления нагрузки инструмент оставляет след на поверхности металла.
- Диаметр следа измеряется с помощью микроскопа или автоматизированной системы измерения.
- Затем твёрдость металла рассчитывается как отношение нагрузки, прикладываемой к инструменту, к площади следа.
Преимущества метода Бринелля включают простоту применения и возможность измерения твёрдости широкого диапазона материалов. Один из основных методов определения твёрдости материала.
Метод измерения твердости по Бринеллю ГОСТ 9012-59Как измерить твёрдость металла метод Роквелла?
Метод Роквелла также основан на измерении следа, но использует нагрузку искусственно создаваемого инструмента с конической опорой.
Принцип работы:
- Инструмент с конической опорой (как правило, алмазная пирамида или шар) воздействует на поверхность образца металла с заранее выбранной нагрузкой (обычно от 15 до 150 кг).
- Окончательное значение твёрдости измеряется с помощью специального стержня (индикатора), которым измеряют глубину впадины, сформированной инструментом при удалении нагрузки.
- Значение твёрдости металла определяется через шкалу Роквелла, где более твёрдые материалы имеют более высокие значения.
Метод Роквелла широко используется, поскольку обеспечивает быстрое измерение и высокую точность в широком диапазоне твёрдости.
Важно отметить, что существуют и другие методы измерения твёрдости металла, такие как метод Виккерса он похож на метод Роквелла, которые также базируются на измерении следа, но с разными нагрузками и опорами.
Метод измерения твердости по Роквеллу ГОСТ 9013-59
Как измеренить твёрдость металла методом Виккерса?
Метод Виккерса основан на измерении следа, оставленного инструментом с пирамидальной опорой, изготовленным с алмаза.
Принцип работы метода Виккерса:
- Инструмент с пирамидальной опорой, имеющий форму ромба, производит нагрузку на поверхность образца металла.
- Нагрузка, приложенная к инструменту, обычно составляет от 1 до 120 кг.
- После удаления нагрузки на поверхности металла остается пирамидальная впадина.
- Длина диагоналей впадины измеряется с помощью микроскопа или автоматизированной системы измерения.
Метод Виккерса предпочтителен при измерении твердых материалов и обеспечивает более точную и непрерывную шкалу измерения твёрдости в сравнении с методами Бринелля и Роквелла. Этот метод также позволяет проводить измерения на малых областях или тонких покрытиях металла.
Преимущества метода Виккерса:
- Более точное измерение твёрдости материала.
- Позволяет измерять твёрдость малых областей или тонких покрытий металла.
- Более широкий диапазон измерения твердости.
Метод измерения твердости по Виккерсу ГОСТ 2999-75
Метод Роквелла также основан на измерении следа, но использует нагрузку искусственно создаваемого инструмента с конической опорой.
Принцип работы:
- Инструмент с конической опорой (как правило, алмазная пирамида или шар) воздействует на поверхность образца металла с заранее выбранной нагрузкой (обычно от 15 до 150 кг).
- Окончательное значение твёрдости измеряется с помощью специального стержня (индикатора), которым измеряют глубину впадины, сформированной инструментом при удалении нагрузки.
- Значение твёрдости металла определяется через шкалу Роквелла, где более твёрдые материалы имеют более высокие значения.
Метод Роквелла широко используется, поскольку обеспечивает быстрое измерение и высокую точность в широком диапазоне твёрдости.
Важно отметить, что существуют и другие методы измерения твёрдости металла, такие как метод Виккерса он похож на метод Роквелла, которые также базируются на измерении следа, но с разными нагрузками и опорами.
Метод измерения твердости по Роквеллу ГОСТ 9013-59Как измеренить твёрдость металла методом Виккерса?
Метод Виккерса основан на измерении следа, оставленного инструментом с пирамидальной опорой, изготовленным с алмаза.
Принцип работы метода Виккерса:
- Инструмент с пирамидальной опорой, имеющий форму ромба, производит нагрузку на поверхность образца металла.
- Нагрузка, приложенная к инструменту, обычно составляет от 1 до 120 кг.
- После удаления нагрузки на поверхности металла остается пирамидальная впадина.
- Длина диагоналей впадины измеряется с помощью микроскопа или автоматизированной системы измерения.
Метод Виккерса предпочтителен при измерении твердых материалов и обеспечивает более точную и непрерывную шкалу измерения твёрдости в сравнении с методами Бринелля и Роквелла. Этот метод также позволяет проводить измерения на малых областях или тонких покрытиях металла.
Преимущества метода Виккерса:
- Более точное измерение твёрдости материала.
- Позволяет измерять твёрдость малых областей или тонких покрытий металла.
- Более широкий диапазон измерения твердости.
Метод измерения твердости по Виккерсу ГОСТ 2999-75
Выбор метода измерения зависит от конкретной ситуации и требуемой точности измерений.
Таблица твердости металлов
|
HRC
|
HRA
|
Диаметр отпечатка, мм
|
HB
|
HV
|
|
72
|
89
|
2,2
|
782
|
1220
|
|
70
|
86,5
|
-
|
-
|
1076
|
|
69
|
86
|
2,25
|
744
|
1004
|
|
68
|
85,5
|
-
|
-
|
942
|
|
67
|
85
|
2,3
|
713
|
894
|
|
66
|
84,5
|
-
|
-
|
789
|
|
65
|
84
|
2,35
|
683
|
820
|
|
64
|
83,5
|
-
|
-
|
789
|
|
63
|
83
|
2,4
|
652
|
763
|
|
62
|
82,5
|
-
|
-
|
739
|
|
61
|
81,5
|
2,45
|
627
|
715
|
|
60
|
81
|
-
|
-
|
695
|
|
59
|
80,5
|
2,5
|
600
|
675
|
|
58
|
80
|
2.55
|
-
|
655
|
|
57
|
79.5
|
-
|
578
|
636
|
|
56
|
79
|
2.6
|
-
|
617
|
|
55
|
78.5
|
-
|
555
|
598
|
|
54
|
78
|
2.65
|
-
|
580
|
|
53
|
77.5
|
-
|
532
|
562
|
|
52
|
77
|
2.7
|
512
|
545
|
|
51
|
76.5
|
2.75
|
495
|
528
|
|
50
|
76
|
-
|
-
|
513
|
|
49
|
75.5
|
2.8
|
477
|
498
|
|
48
|
74.5
|
2.85
|
460
|
485
|
|
47
|
74
|
2.89
|
448
|
471
|
|
46
|
73.5
|
2.92
|
437
|
458
|
|
45
|
73
|
2.96
|
426
|
446
|
|
44
|
72.5
|
3
|
415
|
436
|
|
42
|
71.5
|
30.8
|
393
|
413
|
|
40
|
70.5
|
3.16
|
372
|
393
|
|
38
|
-
|
3.25
|
352
|
373
|
|
36
|
-
|
3.34
|
332
|
353
|
Твердость по методу Виккерса:
Метод Виккерса позволяет измерить твёрдость материалов в широком диапазоне. Он может быть использован для определения твёрдости азотированных, цементированных и карбонитрированных поверхностей, а также для измерения твёрдости тонких листовых материалов.
Пределы измерения твердости:
- Шкала A (HRA): 70-85 единиц. Обычно применяется для измерения твёрдости твердых сплавов и изделий с высокой поверхностной твёрдостью.
- Шкала C (HRC): 20-67 единиц. Применяется для окончательно термообработанной стали.
- Метод Бринелля: метод Бринелля позволяет измерить твёрдость материалов, не превышающую 450 HB. Этот метод основан на измерении диаметра следа, оставленного шаровидным инструментом при определенной нагрузке.
- Метод Виккерса: метод Виккерса обеспечивает более широкий диапазон измерения твёрдости и может быть использован для самых твердых материалов. Нагрузка, приложенная к инструменту с пирамидальной опорой, обычно составляет от 1 до 120 кг.
Таким образом, метод Виккерса является предпочтительным для измерения твёрдости тонких листовых материалов и обработанных поверхностей с различными методами обработки. Он обеспечивает более точное измерение твёрдости в сравнении с другими методами, такими, как Роквелла и Бринелля.