Метод бринелля и роквелла и виккерса

Метод бринелля и роквелла и виккерса

Если у Вас возникают проблемы, пожалуйста дайте нам знать, отправив письмо на адрес: [email protected] . Спасибо!

ГРАФИК РАБОТЫ

Часы работы нашего офиса:

Пн-Пт: 9:00 — 18:00
Сб-Вс: ВЫХОДНОЙ

ВОЙДИТЕ В СИСТЕМУ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ ДОСТУП К ДОП. ФУНКЦИЯМ

РЕГИСТРАЦИЯ

ЗАБЫЛИ ПАРОЛЬ?

• Главная
• СТАТЬИ
• Твердость. Измерение твердости по Роквеллу, Бринеллю, Виккерсу

Tuesday Apr 21st, 2020

Твердость. Измерение твердости по Роквеллу, Бринеллю, Виккерсу

Твердость – сопротивление твердого тела изменению формы (деформированию) либо разрушению в поверхностном слое при местных силовых контактных воздействиях. Проецируя это определение на методы неразрушающего контроля, можем получить следующее определение твердости: это свойство материала сопротивляться пластической деформации.

Наибольшее распространение для определения твердости металлов получили методы, основанные на вдавливании индентора в виде стального шарика (методы Бринелля и Роквелла), алмаза в форме пирамиды (метод Виккерса) или алмаза с округлой вершиной (также метод Роквелла) в испытуемый образец.

Давайте рассмотрим отдельной каждый из указанных методов.

Метод Роквелла – метод определения твердости материалов, преимущественно металлов, основанный на вдавливании под заданной нагрузкой в поверхность испытуемого образца специального индентора – алмаза в форме конуса либо стального закаленного шарика. Метод назван по имени разработавшего его в 1919 году американского металлурга Стенли Роквелла. Отличием данного метода является применение небольших испытательных нагрузок (60, 100 и 150 кгс), что позволяет применять его для испытания тонких образцов и окончательно обработанных изделий, а также применение специальных шкал твердости, связанных только с глубиной отпечатка.

Шкалы твердости по Роквеллу.

Существует 11 основных шкал для определения твердости по методу Роквелла. Это шкалы A; B; C; D; E; F; G; H; K; N; T, при этом, как упоминалось ранее, наиболее часто используемые среди них – это шкалы А, В и С с испытательной нагрузкой 60, 100 и 150 кгс соответственно.

Таблица 1. Наиболее широко используемые шкалы твёрдости по Роквеллу.

Шкала

Индентор

Нагрузка, кгс

Алмазный конус с углом 120° при вершине

Шарик диаметром 1/16 дюйма из карбида вольфрама (или закалённой стали)

Алмазный конус с углом 120° при вершине

Важно отметить, что чем твёрже материал, тем меньше будет глубина проникновения наконечника в него. Чтобы при большей твёрдости материала не получалось меньшее число твёрдости по Роквеллу, вводят условную шкалу глубин, принимая за одно её деление глубину, равную 0,002 мм. При испытании алмазным конусом предельная глубина внедрения составляет 0,2 мм, или 0,2/0,002 = 100 делений, при испытании шариком — 0,26 мм, или 0,26/0,002 = 130 делений.

Нормативные документы для метода Роквелла.

• ГОСТ 9013-59. Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу;
• ISO 6508-1: Metallic Materials — Rockwell Hardness Test. Part 1: Test Method (Scales A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T);
• ASTM E-18 Standard Methods for Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness of Metallic Materials;
• ASTM E-140 Standard Hardness Conversion Tables for Metals. Relationship Among Brinell Hardness, Vickers Hardness, Rockwell Hardness, Superficial Hardness, Knoop Hardness, and Scleroscope Hardness.

Метод Виккерса – метод измерения твердости металлов и сплавов, основанный на вдавливании в испытуемый материал правильной четырёхгранной алмазной пирамиды с углом 136° между противоположными гранями. При этом само значение твердости вычисляется путем деления приложенной нагрузки на площадь поверхности полученного пирамидального отпечатка.

Данный метод измерения подходит для определения значений твердости деталей малой толщины из черных и цветных металлов и сплавов; деталей, закаленных на малую глубину, а также деталей, имеющих тонкие слои гальванических покрытий. Основным недостатком метода Виккерса является зависимость измеряемой твёрдости от приложенной нагрузки или глубины внедрения индентора (явление размерного эффекта).

Нормативные документы для метода Виккерса.

• ГОСТ 2999-75 (СТ СЭВ 470-77) – Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу;
• ISO 6507-1:2005 Metallic materials. Vickers hardness test. Part 1: Test method.

Метод Бринелля – один из основных методов определения твердости материалов, основанный на вдавливании в поверхность испытуемого материала металлического шарика из твёрдого сплава с определенным диаметром и дальнейшем измерении диаметра полученного отпечатка. В качестве инденторов используются шарики из твёрдого сплава диаметром 1; 2; 2.5; 5 и 10 мм. Величину нагрузки и диаметр шарика выбирают в зависимости от исследуемого материала. При этом сами исследуемые материалы делят на 5 основных групп:

• сталь, никелевые и титановые сплавы;
• чугун;
• медь и сплавы меди;
• лёгкие металлы и их сплавы;
• свинец, олово.

Кроме этого, вышеприведенные группы могут разделяться на подгруппы в зависимости от твёрдости образцов.

Нормативные документы для метода Бринелля.

• ISO 6506-1:2014 «Metallic materials — Brinell hardness test — Part 1: Test method»;
• ДСТУ ISO 6506-1:2007 «Визначення твердості за Брінеллем. Частина 1. Метод випробування»;
• ASTM E-10 «Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials»;
• ASTM E140-07 «Standard Hardness Conversion Tables for Metals Relationship Among Brinell Hardness, Vickers Hardness, Rockwell Hardness, Superficial Hardness, Knoop Hardness, and Scleroscope Hardness».

Важно, также, отметить, что по ISO 6506-1:2005 (ГОСТ 9012-59) регламентированы следующие основные нагрузки для метода Бринелля: 9.807 Н; 24.52 Н; 49.03 Н; 61.29 Н; 98.07 Н; 153.2 Н; 245.2 Н; 294.2 Н; 306.5 Н; 612.9 Н; 980.7 Н; 1226 Н; 2452 Н; 4903 Н; 7355 Н; 9807 Н; 14 710 Н; 29 420 Н.

Среди недостатков метода можно отметить следующие: применим для материалов с твердостью не более 450 HB; измеряемые значения твердости напрямую зависят от приложенной нагрузки (обратный размерный эффект); по краям отпечатка от индентора образуются навалы и наплывы, что затрудняет измерение как диаметра, так и глубины отпечатка; из-за относительно большого диаметра используемых шариков данный метод неприменим для тонких образцов.

Для измерения твердости материалов по указанным методам используются специальные приборы: портативные и стационарные твердомеры. Подробнее о каждом из видов мы расскажем в следующих статьях.

Принцип работы твердомеров по Бринеллю, Виккерсу и Роквеллу

Твердомеры незаменимое устройство в любом производстве. «Пионерами» в области твердометрии были приборы позволяющие проводить измерения благодаря оценке последствий целенаправленного разрушения образцов. В данном статье речь идет о существующих методах подобных измерений: Роквелла, Бринелля, Виккерса.
Вы также можете посмотреть другие статьи. Например, «Принцип определения твердости динамическими и ультразвуковыми методами» или «Методы проведения неразрушающего контроля».

Устройства, предназначенные для определения твёрдости объекта, носят название твердомеры и классифицируются по нескольким признакам (например, они могут быть портативными (мобильными) или стационарными, различаться по принципу действия).

Не так широко, как прежде, но до сих пор используются – «традиционные или классические» – методы измерения твёрдости, подразумевающие нарушение целостности образца (вдавливание индентора) – методы Бринелля, Роквелла и Виккерса. Для большинства производств при контроле твердости сейчас используются неразрушающие методы контроля, но в этой статье речь пойдет не о них.

Общим для всех традиционных методов является наличие индентора. Инденторами называются наконечники твердомеров, изготовленные из материалов, твёрдость которых значительно превышает твёрдость испытываемых образцов (к таким материалам относят алмаз, закалённую сталь и др.). Конструкция и принцип вдавливания индентора свой для каждого из рассматриваемых методов.

Твердомеры по Бринеллю

Реализующие метод Бринелля (метод измерения устанавливается стандартом ГОСТ 9012-59) приборы (например, изображённый на рисунке стационарный твердомер ТН600) используют для определения твёрдости мягких сплавов и цветных металлов, чугуна и незакалённых сталей – материалов, твёрдость которых не превышает 650 единиц.

Фотография и схема твердомера работающего по методу Бринелля.

Суть метода

В образец с определённой силой (так называемая испытательная нагрузка) вдавливается шарик из стали, твёрдого сплава или алмаза. Диаметр индентора определяется ГОСТ и составляет 2,5, 5или 10 мм.

По диаметру и глубине отпечатка (их измеряют, используя микроскоп) с помощью таблиц, приведённых в стандарте, определяется твёрдость вещества.

Твердомеры по Роквеллу

Устройства, реализующие метод Роквелла (один из таких приборов изображен на рисунке), предназначены для определения твёрдости легированных и углеродистых сталей, конструкционных пластмасс, цветных металлов. Исходя из ГОСТ 9013-59, устанавливающего описываемый метод измерения, шероховатость исследуемого объекта не должна превышать 2,5 мкм.

Фотография и схема твердомера работающего по методу Роквелла.

Суть метода

Твердосплавный (стальной) шарик или скруглённый алмазный конус внедряется в образец двумя последовательными усилиями. В ГОСТ параметры испытаний (размеры индентора и схемы приложения нагрузки оговариваются детальнее). После снятия испытательной нагрузки определяется глубина внедрения индентора, по ней – твёрдость образца.

Твердомеры по Виккерсу

Для определения твёрдости цветных и чёрных металлов, сплавов и образцов, покрытых цементированным, азотированным или другим слоем поверхностного упрочнения, используют твердомеры, реализующие метод измерения по Виккерсу. Один из таких приборов изображен на рисунке.

Фотография и схема твердомера работающего по методу Роквелла.

Суть метода

Порядок испытаний для определения твёрдости по Виккерсу определяется ГОСТ 2999-75.

Индентор, в роли которого выступает усеченная четырёхгранная алмазная пирамида, вдавливается в образец (нагрузка плавно возрастает и поддерживается в течение некоторого времени). После снятия нагрузки на образце остаётся отпечаток, имеющий форму квадрата, по длине диагоналей которого можно судить о твёрдости образца.

Если вам понравилась статья нажмите на одну из кнопок ниже

Твердость Бринелла и Роквелла 2020

Испытание на твердость является одним из наиболее широко используемых методов испытаний материалов. Измерения статической твердости удобны для точного определения твердости.

Что такое твердость Бринелла?

Твердость по Бринеллю (HBW) представляет собой отношение между приложенной силой и поверхностью отпечатка. Индентор представляет собой шарик из твердого металла с диаметром D, который запечатлен силой F в поверхностные слои материала. Диаметр мяча стандартизирован и составляет: 10; 5; 2,5; 1мм.

При импринтинг материала для испытаний генерируется отпечаток формы кубического диаметра базового диаметра дБ и глубины hB. Измеритель твердости Бринелла использует импульсную силу от 9,807 н. До 29420 Н в зависимости от материала испытания и диаметра шарика рабочего колеса.

Нагрузка обычно применяется в течение 10-15 секунд в случае испытания стальных или стальных материалов, а для других более мягких материалов нагрузка должна наноситься не менее 30 секунд. Испытуемый должен быть очищен и обезжирен, а поверхность гладкая, чтобы измерение было максимально точным, чтобы определить диаметр чаши калота.

Во время измерения вибрации не должно быть, поскольку они могут чрезмерно влиять на значения измеренной твердости. Твердость Бринелла — безразмерный размер. По сравнению с другими методами испытаний на твердость, мяч Бринелла оставляет самую глубокую и самую большую печать и, следовательно, функционально и / или эстетически обезображает поверхность (если твердость измеряется на продукте, а не на образце).

Что такое твердость по Роквеллу?

В отличие от методов Бринелла и Виккерса метод Роквелла не измерял размер отпечатка, а глубину проникновения индентора. Поэтому в случае Rockwell твердость считывается по шкале твердости после ее выпуска.

Индукторы изготовлены из алмазного стержня или шара из акации. У бриллиантов стержня есть пиковый угол 1200 и радиус 0,2 мм вокруг, а диаметр шарика — 1/16 «и 1/8». Тест HRB (ball) используется для мягких и средних твердых металлов, тогда как HRC (конус) используется для лиственных пород и обычно термически обработанных материалов.

Общая возможная глубина проникновения индентеров составляет 0,2 мм (HRC) или 0,26 мм (HRB) и делится на 100 частей методом HRC или 130 для метода HRB, поэтому твердость по методу Роквелла составляет: 1e = 0,002 м. В методе HRC индентор имеет форму алмазного ствола, который загружается с предварительной нагрузкой F0 = 98,07 N в течение 3 секунд, таким образом получая начальную точку, из которой измеряется глубина проникновения.

Суммарная нагрузка F следует, добавив основную нагрузку F1 = 1373N, в течение 4 ± 2 секунд, и количество твердости определяет глубину проникновения индентора hR после снятия основной нагрузки F1, когда засыпка происходит из-за эластичность материала. Для метода HRB принцип измерения один и тот же, за исключением того, что стальной шар запечатлен с предварительным напряжением F0 = 98,07N или основной нагрузкой F1 = 882,6N, так что общая нагрузка равна F = 980,7N.

Разница между твердостью Бринелла и Роквелла

Индентеры Бринелла и твердости Роквелла

В случае метода Бриньеля пенетратор представляет собой известковый шарик (для твердости до 450HB) или твердый металл (для твердости до 650HB) диаметра D, который испускается силой F в поверхностных слоях материала. Стандартный диаметр шариков составляет 10, 5, 2,5, 2 и 1 мм.

В методе Роквелла используются несколько типов пенетраторов: для мягких материалов используется небольшой стальной шарик (метод HRB), для твердых материалов — конус алмаза (метод HRC). Алмазный конус имеет пиковый угол 1200 и радиус 0,2 мм вокруг, а диаметр стальных шариков — 1/16 «, 1/8», 1/4 «и 1/2».

Продолжительность твердости Бринелла и Роквелла

Тест Бринелла очень медленный (30-60 сек).

Тест Роквелла короче (10 — 15 секунд).

Расчет твердости Бринелла и Роквелла

Твердость Бринелла (HB) представляет собой отношение приложенной силы F (N) и поверхности отпечатка S (мм 2 ): HBW = (F * 0,102 / S); S = π * D * h.

В методе Рокуэлла HRB = 130 — (e / 0,002); HRC = 100 — (e / 0,002)

Применение твердости Бринелла и Роквелла

Метод Бринелла используется для мягких и средних твердых материалов.

Тест Роквелла используется для мягких и средних твердых материалов (алюминия, мягкой стали, Cu-сплавов и т. Д.),

Преимущества твердости Бринелла и Роквелла

Преимуществами метода Бринелла является простая подготовка поверхности и простое измерение диаметра печати.

Метод Роквелла работает быстрее, на приборе происходит более быстрое считывание твердости, а тест оставляет мелкий отпечаток.

Недостатки твердости Бринелла и Роквелла

Недостатком метода Бринелла является то, что твердость ≥ 650 HB не может быть измерена; твердость зависит от нагрузки и в соответствии с Х (степень нагрузки), поэтому необходимо выбрать подходящую силу F; после измерения впечатление велико и оставляет видимый след.

Для теста Роквелла существует вероятность разрыва конуса и неточности ± 2 HRB / HRC.

Испытания на твердость

Твердость — это свойство материала оказывать сопротивление контактной деформации или хрупкому разрушению при внедрении индентора в его поверхность. Под индентором понимается твердосплавный наконечник, внедряемый в поверхность материала. Испытания на твердость — самый доступный и распространенный вид механических испытаний материалов. Наибольшее применение в технике получили статические методы испытаний на твердость при вдавливании индентора.

Методы Бринелля, Виккерса и Роквелла

Метод Бринелля.

При испытании на твердость по методу Бринелля (ГОСТ 9012—59) в поверхность материала вдавливается твердосплавный шарик диаметром D под действием нагрузки Р и после снятия нагрузки измеряется диаметр отпечатка d (рис. 3.9, а). Твердость по Бринеллю НВ подсчитывается как отношение нагрузки Р к площади поверхности сферического отпечатка М, т.е.

Для получения сопоставимых результатов при определении твердости НВ шариками различного диаметра необходимо соблюдать условие подобия. Подобие отпечатков при различных D и Р обеспечивается, если угол у остается постоянным (см. рис. 3.9, а). Подставив в формулу (3.8) соотношение d = Dsin(y/2), получим следующее выражение:

Из формулы (3.9) следует, что значение НВ будет оставаться постоянным, если P/D 2 = const и у = const. Выбор отношения Р/D 2 ,

Рис. 3.9. Схема испытаний на твердость различными методами:

а — Бринелля; б — Виккерса; в — Роквелла а следова тельно, и нагрузки вдавливания Рзависит от твердости материала. Чем более тверд материал, тем большее отношение P/D 2 рекомендуется. Исходя из этого в ГОСТ 9012—59 приведены следующие значения отношений P/D 2 , iMlIa (кгс/мм 2 ):

• • 294 (30) — сталь, чугун, высокопрочные сплавы;
• • 98 (10) — алюминий, медь, никель и их сплавы;
• • 49 (5) — магний и его сплавы;
• • 24,5 (2,5) — подшипниковые сплавы;
• • 9,8 (1) — олово, свинец.

При диаметре шарика D = 10 мм, нагрузке Р = 29 400 Н (P/D 2 = = 294 МПа) и времени выдержки под нагрузкой 10 с твердость по Бринеллю обозначается символом НВ с указанием значения твердости. При этом единица измерения, кгс/мм 2 , не указывается, например 200 ПВ. При использовании шариков других диаметров (1,2, 2,5 и 5 мм) изменяется нагрузка вдавливания, символ твердости НВ дополняется тремя индексами. Например, запись 180 11 Вг,/ 7 гм/:и) обозначает, что при Г) = 5 мм, Р = 7351 II (750 кге) и времени выдержки под нагрузкой 30 с значение твердости по Бринеллю равно 180. Метод Бринслля не рекомендуется применять для материалов с твердостью более 450 НВ, так как шарик может заметно деформироваться, что внесет погрешность в результаты испытаний.