Твёрдость — самый быстрый способ проверить, правильно ли выполнена термообработка и соответствует ли материал заявленной марке. По ней судят о состоянии поверхностного слоя, качестве закалки и отпуска, о свойствах зон сварного соединения.
Подготавливаем площадку измерения: зачистка и, при необходимости, шлифование до требуемой шероховатости.
Метод выбираем по вашей документации: Роквелл — для закалённых сталей, Бринелль — для литья и неоднородных материалов, Виккерс — для тонких слоёв и зон сварного шва.
Выполняем серию измерений и рассчитываем среднее значение с указанием разброса.
Измерение твёрдости по ГОСТ 9012-59, ГОСТ 9013-59 и ГОСТ 2999-75
Твёрдость металла измеряют по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу, и каждый метод описывает свой стандарт: ГОСТ 9012-59, ГОСТ 9013-59 и ГОСТ 2999-75. Приборы по всем трём должны соответствовать ГОСТ 23677, а число отпечатков задаёт нормативная документация на металлопродукцию.
Метод Бринелля — ГОСТ 9012-59
Стандарт распространяется на металлы с твёрдостью не более 650 единиц: шарик вдавливают в образец усилием, приложенным перпендикулярно поверхности, в течение определённого времени и измеряют диаметр отпечатка после снятия усилия (измерение твёрдости по Бринеллю).
Шарики берут диаметром 10,0; 5,0; 2,5; 2,0 или 1,0 мм: стальной должен иметь твёрдость не менее 850 HV10, из твёрдого сплава — не менее 1500 HV10 (п. 3.2). При твёрдости металла менее 450 единиц применяют стальные шарики или шарики из твёрдого сплава, при твёрдости более 450 — шарики из твёрдого сплава (п. 4.5).
Если нормативная документация не указывает иного, выдержка под усилием зависит от твёрдости: до 10 — 180 с, свыше 10 до 35 — 120 с, свыше 35 до 100 — 30 с, свыше 100 — 10–15 с; время нарастания усилия до заданной величины — 2–8 с (п. 4.8).
Результат пишут числом из трёх значащих цифр и символом HB (стальной шарик) или HBW (шарик из твёрдого сплава), затем диаметр шарика, усилие в кгс и выдержку, если она отличается от 10–15 с: 250 HB 5/750 — шарик 5 мм, 750 кгс (7355 Н); 575 HBW 2,5/187,5/30 — шарик 2,5 мм, 187,5 кгс (1839 Н), выдержка 30 с (приложение 1).
Стандарт оговаривает, что точного метода перевода твёрдости по Бринеллю в другие величины твёрдости или в прочность при растяжении нет (примечание к приложению 3). В протоколе указывают марку металла, обозначение образца, диаметр шарика, усилие, выдержку и число твёрдости (разд. 5).
Метод Роквелла — ГОСТ 9013-59
Метод охватывает шкалы A, B, C, D, E, F, G, H, K: алмазный конус (шкалы A, C, D) или стальной шарик (шкалы B, E, F, G, H, K) вдавливают под последовательно прилагаемыми предварительным и основным усилиями и определяют глубину внедрения после снятия основного усилия (измерение твёрдости по Роквеллу).
Предварительное усилие — 98,07 Н (10 кгс). Общее усилие по шкале A — 588,4 Н (60 кгс), диапазон 20–88 HRA; по шкале B — 980,7 Н (100 кгс), 20–100 HRB; по шкале C — 1471 Н (150 кгс), 20–70 HRC (п. 3.1, табл. 1).
Алмазный конус имеет угол при вершине 120° и радиус сферической части 0,2 мм (п. 3.2); диаметр стального шарика — 1,588 мм (шкалы B, F, G) или 3,175 мм (шкалы E, H, K) (п. 3.3).
Усилия прикладывают плавно, в течение 2–8 с; основное усилие снимают через 1–3 с после резкого замедления или остановки стрелки индикатора. Если замедления не наблюдается, выдержка под общим усилием — 10–15 с, а по указанию нормативной документации её увеличивают до 60 с (п. 4.5).
Число твёрдости читают с округлением до 0,5 единицы (п. 4.8); после смены наконечника, столика или подставки первые три измерения не учитывают (п. 4.10).
На выпуклых цилиндрических и сферических поверхностях по шкалам A, B, C, D, F, G вводят поправки, которые прибавляют к полученным значениям (п. 4.9); приложение 3 не допускает поправок более 3 единиц по шкалам A, C, D и более 5 единиц по шкалам B, F, G.
Твёрдость обозначают символом HR со шкалой после числа из трёх значащих цифр: 61,5 HRC — 61,5 единиц по шкале C (приложение 1). В протоколе указывают значение и шкалу твёрдости, выдержку под общей нагрузкой, если она отличается от стандартной, и обозначение образца (п. 5.1).
Метод Виккерса — ГОСТ 2999-75
Стандарт охватывает чёрные и цветные металлы и сплавы при нагрузках от 9,807 Н (1 кгс) до 980,7 Н (100 кгс): алмазную четырёхгранную пирамиду вдавливают в образец и после снятия нагрузки измеряют диагонали отпечатка (измерение твёрдости по Виккерсу).
Для чёрных металлов и сплавов применяют нагрузки от 49,03 Н (5 кгс) до 980,7 Н (100 кгс), для меди и её сплавов — от 24,52 Н (2,5 кгс) до 490,3 Н (50 кгс), для алюминиевых сплавов — от 9,807 Н (1 кгс) до 980,7 Н (100 кгс) (п. 3.5).
Выдержка под нагрузкой — 10–15 с (п. 4.2); если стандарты или технические условия на металлопродукцию дают особые указания, допускается более долгая выдержка с допуском ±2 с (п. 4.3).
При неизвестной толщине испытуемого слоя делают несколько измерений при разных нагрузках и уменьшают нагрузку, пока при двух смежных нагрузках твёрдость не станет близкой по значениям или совпадающей (п. 4.5).
Берут среднее арифметическое длин обеих диагоналей; их разность у одного отпечатка не должна превышать 2 % меньшей (п. 5.2).
При нагрузке 294,2 Н (30 кгс) и выдержке 10–15 с твёрдость обозначают только числом и буквами обозначения; при других условиях после букв указывают нагрузку и время выдержки, например 10/40 — нагрузка 98,07 Н (10 кгс), выдержка 40 с (п. 5.4). В протоколе указывают нагрузку, значения твёрдости, выдержку, диагонали отпечатка (при испытании по п. 5.2) и обозначение образца (разд. 6).
Метод, нагрузку и число отпечатков задаёт ваша документация — укажите их в заявке.
Сроки, цена и документы
Стоимость — от 2 500 ₽, расчёт бесплатный. Срок — 1–3 рабочих дня. Результат — протокол испытаний установленной формы с указанием метода, нагрузки и полученных значений.
Лаборатория в Москве, детали и образцы из регионов принимаем транспортной компанией: +7 (499) 490-66-00, контакты.
Нет. Остаётся только небольшой отпечаток индентора; целостность изделия сохраняется.
Какой метод выбрать?
Он обычно задан вашей документацией. Если требований нет, подберём метод по материалу, толщине и состоянию поверхности.
Можно ли измерить твёрдость по зонам сварного шва?
Да, это стандартная задача: измерения выполняются по шву, зоне термического влияния и основному металлу с построением распределения.
Требования к образцам
Стандарт
Размеры, мм
Требования к поверхности
ГОСТ 9012-59
Толщина образца не менее чем в 8 раз больше глубины отпечатка; от центра отпечатка до края образца — не менее 2,5 диаметров отпечатка, между центрами соседних отпечатков — не менее четырёх диаметров
Шероховатость Ra не более 2,5 мкм
ГОСТ 9013-59
Толщина образца не менее чем в 10 раз больше глубины внедрения наконечника; между центрами соседних отпечатков — не менее четырёх диаметров отпечатка, но не менее 2 мм; от центра отпечатка до края образца — не менее 2,5 диаметра, но не менее 1 мм
Шероховатость Ra не более 2,5 мкм
ГОСТ 2999-75
Минимальная толщина образца: для стальных изделий больше диагонали отпечатка в 1,2 раза, для изделий из цветных металлов — в 1,5 раза; от центра отпечатка до края образца или соседнего отпечатка — не менее 2,5 длины диагонали
Шероховатость не более 0,16 мкм по ГОСТ 2789-73, поверхность свободна от окисной плёнки и посторонних веществ
Требования приведены по текстам стандартов: ГОСТ 2999-75, ГОСТ 9012-59, ГОСТ 9013-59. Если у вас заготовка, из которой образец ещё надо вырезать, — напишите нам, подскажем по подготовке.
Заявка на испытание: Измерение твердости
Нужно испытание из этого раздела? Оставьте телефон, а в комментарии опишите задачу — материал, число образцов, стандарт — и мы рассчитаем срок и стоимость.