Твердость – свойство тела оказывать сопротивление проникновению в него другого более твердого тела определенной формы и размеров, не получающего остаточной деформации. Испытания на твердость являются самыми распространенными из всех видов механических испытаний. По результатам испытаний на твердость путем расчетов можно установить связь с данными других испытаний, связанных с разрушением материала. По значениям твердости можно, например, оценить временное сопротивление (предел прочности при растяжении, ус-
ловный предел текучести, модуль упругости и др.).Наибольшее распространение получили следующие способы измерения твердости:
- вдавливание стального шарика (метод Бринелля);
- вдавливание стального шарика или алмазного конуса (ме-
тод Роквелла);
- вдавливание четырехгранной алмазной пирамиды (метод
Виккерса).
По методу Бринеллястальной закаленный шарик диаметром D (10,5 или 2,5 мм) вдавливается в испытуемый образец силой Р (ГОСТ 9013–59). В результате на поверхности образца образуется отпечаток в форме шарового сегмента диаметром d. Твердость по Бринеллю НВ вычисляется по формуле
Hb=P/S.
где P – нагрузка на шарик, Н; S – площадь отпечатка, м2. Каждая нагрузка пригодна лишь для определенного диапазона твердости. Поэтому при определении твердости стали и чугуна
нагрузка на шарик равна Р = 30D, для меди, ее сплавов, никеля, алюминия, магния и их сплавов – Р = 10D, для баббитов – Р = 2,5D. По методу Бринелля можно испытывать материалы с твердостью HB до 4410 Па, иначе шарик будет деформироватьсяПо методу Роквелла испытание на твердость производится путем вдавливания в образец стального шарика диаметром d = 1,58 см (1/16 дюйма) или алмазного конуса с углом при вершине 120°. Стальной шарик применяется для испытания мягких материалов при нагрузке 981 Н (100 кг), алмазный конус – для испытания твердых металлов при нагрузке 1471 Н (150 кг). Твердость по Роквеллу является величиной условной характеризующей разность глубин отпечатков. Одно деление шкалы соответствует 2 мкм глубины проникновения алмазного конуса (или шарика) в образец. Твердость по Роквеллу обозначается НR с добавлением индекса шкалы, по которой проводилось испытание, например, НRА (шариком) или НRС (конусом). Метод Виккерса позволяет измерять твердость НV как мягких, так и очень твердых металлов и сплавов. Он пригоден для определения твердости тонких поверхностных слоев. По этому методу в образец вдавливается четырехгранная алмазная пирамида с углом при вершине 136°. Нагрузка может применяться от 49 до 1170 Н (от 5 до 120 кг). Замер отпечатка по
диагонали производится с помощью микроскопа, находящегося на приборе. Испытание на микротвердость производят вдавливанием алмазной пирамиды с углом при вершине 136° под нагрузкой от 0,049 до 4905 Н (гири массой от 5 до 500 г), число твердости НМ выражается в ньютонах на миллиметр квадратный (килограмм сила на миллиметр квадратный). Этим методом можно определить твердость отдельных структурных составляющих сплавов, мелких деталей, металлических нитей, окисных пленок, стекол и прочего на приборе ПМТ-3. По величине диагонали определяют площадь отпечатка и твердость по формуле Все методы, названные выше, относятся к разрушающим. Данными методами производят не сплошной контроль твердо-
сти, а лишь только выборочный. Сплошной контроль твердости материалов и изделий можно
производить неразрушающими методами. К наиболее распространенным неразрушающим методам контроля твердости относятся методы: Шора, пондеромоторный, электромагнитный и др. Метод Шора основан на измерении высоты и скорости от- скока стального шарика от поверхности контролируемого материала (после его падения на поверхность контролируемого
материала). Пондеромоторный метод основан на измерении усилия отрыва постоянного магнита от поверхности контролируемого материала. Метод пригоден для контроля твердости ферромагнитных материалов. Электромагнитный метод основан на измерении остаточной
магнитной индукции ферромагнитного изделия после предварительного намагничивания.