Переносные твердомеры по Бринеллю и Роквеллу

Переносные твердомеры по методам Бринелля и Роквелла модификации ТПБР выпускаются в соответствии с ГОСТ 8.398-80 и ГОСТ 9030-75, предназначены для создания нормированного значения меры силы, при проведении механических испытаний заготовок и готовых изделий из металлов на пластичное сопротивление при внедрении твердосплавного сферического индентора Ø1, 588 мм, Ø2,5 мм, Ø5,0 мм, или алмазного конуса с углом 120° при вершине.

Твердомеры ТПБР применяются в работе производственных и исследовательских лабораторий различных предприятий, учебных заведений и научно-исследовательских организаций, в производственных цехах, на складах готовой продукции и сырья, в полевых условиях и в лекционных классах и др.

Переносные твердомеры ТПБР предназначены для работы в помещениях лабораторного и производственного типа, при температуре окружающей среды от +15 до +35°C и относительной влажности до 80% без конденсации.

Гарантийный срок: 1 год   EAC Декларация соответствия   Сертификат соответствия   Страна производитель: Россия

Цена: под заказ

Переносные твердомеры по методу Бринелля и Роквелла
Переносные твердомеры по методу Бринелля и Роквелла
Переносные твердомеры по методу Бринелля и Роквелла
Переносные твердомеры по методу Бринелля и Роквелла
Переносные твердомеры по методу Бринелля и Роквелла
Переносные твердомеры по методу Бринелля и Роквелла
ТПБР-187,5-ВСА ТПБР-187,5-ВМА ТПБР-187,5-ВМЦ ТПБР-187,5-ВЦА
Переносной твердомер по методу Бринелля и Роквелла ТПБР-187,5-ВСА Переносной твердомер по методу Бринелля и Роквелла ТПБР-187,5-ВМА Переносной твердомер по методу Бринелля и Роквелла ТПБР-187,5-ВМЦ Переносной твердомер по методу Бринелля и Роквелла ТПБР-187,5-ВЦА
Описание

ПЕРЕНОСНЫЕ ТВЕРДОМЕРЫ «ТПБР»

Переносные твердомеры модификации ТПБР используются для измерения твердости заготовок и готовых деталей металлов, стали, меди, алюминия, никеля, свинца, олова, цементированной стали, твердых сплавов и т.д. по методам Бринелля и Роквелла. Данные твердомеры просты в использовании и для них характерны компактность, легкость, точность.

Твердомеры ТПБР применимы для исследований как в лабораториях металлургических и машиностроительных предприятий, научно-исследовательских институтов и высших учебных профессиональных учреждений, так и в производственных цехах, на складах готовой продукции и сырья, в полевых условиях и в лекционных классах и др.

Измерения на твердомерах производятся в соответствии со стандартами: ГОСТ 9012-59, ГОСТ 9013-59, ГОСТ 24622-91, ГОСТ 22761-77, ГОСТ 18661-73, ASTM E-10, ASTM E-18, ISO 6506.2, ISO 6508.2.

Твердомеры ТПБР выпускаются в 6 типоразмерах: ТПБР-187,5-ВСА (с рабочим пространством 50х50 мм, 100х50 мм, 200-100 мм); ТПБР-187,5-ВМА (диаметр магнитоемких образцов от 50 мм.); ТПБР-187,5-ВМЦ (диаметр магнитоемких образцов от 60 мм.); ТПБР-187,5-ВЦА (диаметром труб от 200 до 450 мм.).

Особенности:
  1. Твердомер позволяет произвести предварительную нагрузку – 10 кг. И испытательные нагрузки 60, 62,5, 100, 125, 150 и 187,5 кгс.
  2. По аналоговому циферблату определяется нагрузка на образец, по шкале на винте перемещения индентора определяется значение твердости по Роквеллу с точностью до 0,5 ед. тв., по микроскопу определяется диаметр отпечатка по Бринеллю с точностью до 2,5 мкм.
  3. Твердомер состоит из измерительного блока и захвата (струбцинный, магнитный или цепной захват).
  4. Среднее время проведения одного замера составляет от 10 с.
  5. Твердомер ТПБР не нуждается в электропитании, благодаря чему твердомер экономичен и практичен в применении.

Структура условного обозначения твердомеров:
ТПБР-YYYY-FQW
  • ТПБР– переносной твердомер Бринелля и Роквелла;
  • YYYY – наибольшая испытательная нагрузка (60 кгс, 62,5 кгс, 100 кгс, 125 кгс, 150 кгс, 187,5 кгс);
  • F – способ нагружения (В -винтовой, П- пружинный с тарированным усилием);
  • Q – тип захвата (С -струбцинный, М -магнитный, МТ -магнитный тисочный, Ц -цепной, Ш –тисочный для шестерен);
  • W – вид индикатора нагрузки (А -аналоговый).

Пример условного обозначения:

«Твердомер ТПБР-150-ВСА» - переносной твердомер по методу Роквелла с наибольшей испытательной нагрузкой 150 кгс, со струбцинным захватом.

Технические характеристики:
Модификация
ТПБР-187,5-ВСА
ТПБР-187,5-ВМА
ТПБР-187,5-ВМЦ
ТПБР-187,5-ВЦА
Шкалы твердости
HB2,5/187,5, HB2,5/62,5, HB5/125, HB5/62,5
HRA,HRB,HRC,HRD,HRE,HRF,HRG,HRH, HRK
Предварительная нагрузка
10 кгс (98Н)
Нагрузка
62,5кгс (612,5Н), 125кгс (1225Н), 187,5кгс (1837,5Н)
60кгс (588Н), 100 кгс (980Н), 150кгс (1471Н)
Диапазон измерений твердости
16~650HBW
HRA:20~88; HRB:20~100; HRC:20~70
Пределы допускаемой погрешности по Роквеллу в ед. твердости, не более значения твердости эталонной меры 2-го разряда:
83±3 алм. конус
90±10 шарик 1,588
65±5 алм. конус



±1,5
±2,0
±1,5
Пределы допускаемой погрешности по Бринеллю в %, не более значения твердости эталонной меры 2-го разряда:
200±50
400±50
600±50



±3
±3
±3
Общее увеличение
40х измерительное
Точность измерения отпечатка
2,5 мкм
Размеры зоны испытания
Толщина образца, глубина зева струбцины:
50х50 мм
100х50 мм
0~200х100 мм
Мин. толщина стенки/диаметр закругления (размеры площадки для установки твердомера):
5/50 (180х60) мм
Мин. толщина стенки/диаметр закругления (размеры площадки для установки твердомера):
5/60 (200х60) мм
Мин. толщина стенки/внешний диаметр трубы:
5/200~450 мм
Габаритные размеры, (ДхШхВ)
510х200х710 мм
390х210х480 мм
470х240х680 мм
Вес прибора
4,0 кг
4,9 кг
16 кг
4,8 кг
Комплектация

Стандартный комплект поставки:

Твердомер ТПБР-187,5-ВЦА:
  • твердомер ТПБР-187,5-ВЦА – 1 шт.;
  • микроскоп измерительный 40х – 1 шт.;
  • алмазный индентор, конус с углом 120° при вершине – 1 шт.;
  • сферический индентор, Ø1,588 мм – 1 шт.;
  • сферический индентор, Ø2,5 мм – 1 шт.;
  • сферический индентор, Ø5,0 мм – 1 шт.;
  • цепной захват – 1 шт.;
  • стандартный образец твердости по Бринеллю – 1 шт.;
  • стандартный образец твердости по Роквеллу – 1 шт.;
  • футляр – 1 шт.;
  • руководство по эксплуатации и паспорт – 1 шт.

Твердомер ТПБР-187,5-ВМА и ТПБР-187,5-ВМЦ:
  • твердомер ТПБР-187,5 – 1 шт.;
  • микроскоп измерительный 40х – 1 шт.;
  • алмазный индентор, конус с углом 120° при вершине – 1 шт.;
  • сферический индентор, Ø1,588 мм – 1 шт.;
  • сферический индентор, Ø2,5 мм – 1 шт.;
  • сферический индентор, Ø5,0 мм – 1 шт.;
  • плоские магнитные опоры – 4 шт.;
  • стандартный образец твердости по Бринеллю – 1 шт.;
  • стандартный образец твердости по Роквеллу – 1 шт.;
  • футляр – 1 шт.;
  • руководство по эксплуатации и паспорт – 1 шт.

Твердомер ТПБР-187,5-ВСА:
  • твердомер ТПБР-187,5-ВСА – 1 шт.;
  • микроскоп измерительный 40х – 1 шт.;
  • алмазный индентор, конус с углом 120° при вершине – 1 шт.;
  • сферический индентор, Ø1,588 мм – 1 шт.;
  • сферический индентор, Ø2,5 мм – 1 шт.;
  • сферический индентор, Ø5,0 мм – 1 шт.;
  • стол плоский – 1 шт.;
  • стол V – образный – 1 шт.;
  • стандартный образец твердости по Бринеллю – 1 шт.;
  • стандартный образец твердости по Роквеллу – 1 шт.;
  • футляр – 1 шт.;
  • руководство по эксплуатации и паспорт – 1 шт.

Сопутствующие товары:
  • микроскоп измерительный 40х – 1 шт.;
  • алмазный индентор, конус с углом 120° при вершине – 1 шт.;
  • сферический индентор, Ø1,588 мм – 1 шт.;
  • сферический индентор, Ø2,5 мм – 1 шт.;
  • сферический индентор, Ø3,175 мм – 1 шт.;
  • сферический индентор, Ø5,0 мм – 1 шт.;
  • сферический индентор, Ø6,35 мм – 1 шт.;
  • сферический индентор, Ø12,7 мм – 1 шт.;
  • плоские магнитные опоры – 1 комп. (4 шт в комплекте);
  • стандартный образец твердости по Бринеллю – 1 шт.;
  • стандартный образец твердости по Роквеллу – 1 шт.;
  • малая лупа с риской – 1 шт.;
  • стол плоский – 1 шт.;
  • стол V – образный – 1 шт.;
  • специальные стол (особой формы по эскизу заказчика) – 1 шт.
Методика поверки

Поверяют твердомеры по Бринеллю в соответствии с ГОСТ 8.398-80.

1. Порядок проведения поверки

Поверку нагрузок производить в режиме «НАГРУЗКА» и выдержке времени 10 с. При поверке по нагрузкам 29,42; 14,71; 9,807; 7,355; 4,903; 2,452; 1,839 кН пользуйтесь динамометром ДОСМ-3-30У по ГОСТ 9500-84 с максимальной деформацией по индикатору до 6 мм. (или аналогичным).

При поверке по нагрузкам 0,153 и 0,098 кН – пользуйтесь динамо­метром ДОСМ-3-1У (или аналогичным). Поджать динамометр и шпиндель, вращая маховик до усилия 5 кН – при нагрузках 29,42; 14,71 кН, до усилия 0,0098 кН при нагрузках 0,153 и 0,098кН. Поверку производить по каждому усилию нагружения не менее, чем в трех точках.

2. Поверка инденторов

Шарики, применяемые для определения твердости по методу Бринелля, должны отвечать следующим требованиям:

материал – термически обработанная сталь, твердость которой не менее НV 850;

диаметры 2,5; 5,0 и 10,0 мм.;

допускаемые отклонения по диаметру:


Диаметр шарика, мм.
Допуск, мм.
2,5
+ 0,0025
5,0
+ 0,005
10,0
+ 0,01

Шарик, остаточная деформация которого после испытания превышает указанный допуск по размеру, должен быть заменен другим, а проведенное испытание считается недействительным.

Диаметры шариков проверяют посредством микрометра, погрешность которого не превышает + 0,004 мм.

Шарики должны иметь поверхность чистотой не ниже 12-го по ГОСТ 2789-73; на поверхности на должно быть дефектов, видимых через лупу с увеличением 5х.

3. Проверка измерительного микроскопа

Измерительный микроскоп поверяется по образцовой шкале, при этом сравнивают ее деления и деления микроскопа. Погрешность, вычисленная как средняя из результатов трех измерений, не должна превышать на + 0,01мм. одно наименьшее деление шкалы микроскопа и на + 0,02 мм. всю длину шкалы.

4. Проверка грузов

Грузы поверяют образцовым переносным динамометром 3-го разряда. Для этого динамометр устанавливают на опорный столик подъемного винта, поджимают его к шпинделю, и выдерживают 5 мин. Затем троекратно (при прямом ходе) поверяют все рабочие нагрузки, при этом каждый раз рекомендуется поворачивать динамометр на 600 вокруг его вертикальной оси, чтобы избежать возникновения трудно учитываемых перекосов.

Из результатов трех измерений вычисляют среднее арифметическое, при этом вариация показаний не должна превышать 1% средней нагрузки. Допускаемая относительная погрешность каждой нагрузки + 1% действительной величины.

5. Правильность показаний твердомера

Правильность показаний определяют при помощи не менее двух образцовых мер твердости.

На каждой мере наносят поверяемым прибором не менее трех отпечатков на различных участках их рабочей поверхности. Диаметр отпечатка измеряют микроскопом или оптическим микрометром в двух взаимно перпендикулярных направлениях и определяют как среднее арифметическое результатов этих измерений.

Из найденных по таблицам чисел твердости вычисляют среднее арифметическое. Оно не должно отличаться от средней твердости образцовой меры твердости 2-го разряда не более чем на + 3% в случае нанесения отпечатков при нагрузке 62,5 кгс (612,9 кН), не более чем на + 4% в случае нанесения отпечатков при нагрузке 3000 кгс (29,4 кН) и не более чем на + 5% при нагрузке 1000 кгс (9,8 кН).

Расстояние между центрами отпечатков должно быть не менее четырех диаметров отпечатка, а расстояние от центра каждого отпечатка до края образцовой меры – не менее одного диаметра.

Приборы, находящиеся в эксплуатации, поверяют путем измерения диаметра шарика и определения величины нагрузки. Новые приборы, а также отремонтированные, поверяют по элементам и образцовыми мерами твердости.

6. Основные положения

При ведомственном контроле, а также если нет образцового переносного динамометра 3-го разряда, прибор поверяют только по образцовым мерам твердости. Периодичность поверки твердомера органами государственной метрологической службы или ведомственными метрологическими службами не реже одного раза в год.

При работе на твердомере ТБ с обеспечением показаний на табло в единицах твердости Бринелля, точность его показаний должна подвергаться контролю и при необходи­мости настройке в следующих случаях:

  • при замене шарика или шариковой оправки;
  • после проведения 800-1000 испытаний;
  • при замене средств контроля (меры твердости или контрольного образца);
  • при изменении температуры воздуха в помещения более, чем на ±3 °С по сравнению с температурой при которой производилась настройка;
  • при изменении напряжения питания более чем на ± 10 В по сравнению с напряжением, при котором производилась настройка.

В процессе работы твердомера ТБ возможны выбросы значений твердости, но не более 7 на 100 измерений. Функционирование твердомера контролировать не реже, чем через 24 часа работы прибора.




Поверка твердомеров по Роквеллу проводится в соответствие с ГОСТ 8.398-80.

1. Внешний осмотр шарика

Внешний осмотр шарика проводят при помощи лупы с пятикратным увеличением. На поверхности шарика не должно быть вмятин, царапин, коррозии, и других механических повреждений.

2. Внешний осмотр алмазного наконечника

Внешний осмотр алмазного наконечника проводят при помощи микроскопа в отраженном свете.

Для осмотра рабочей части поверхности алмаза, прилегающей к его вершине, наконечник устанавливают вершиной вверх так, чтобы ось наконечника была продолжением оптической оси микроскопа. Микроскоп фокусируют вначале на вершину алмаза, затем, медленно меняя, фокусировку, осматривают прилегающую к ней поверхность алмаза.

Рабочая часть наконечника не должна иметь рисок, трещин, сколов и др. дефектов.

Применяемый при определении твердости алмазный наконечник должен иметь форму правильного конуса с образующим углом у вершины α=1200°±30/. Разность углов конуса при измерении в двух взаимно перпендикулярных плоскостях не должна превышать 30/. Вершина конуса должна быть закруглена: радиус закругления 0,200+0,005 мм. (для особо точных испытаний 0,200+0,002 мм.). Переход поверхности конуса в поверхность полусферы должен быть выполнен по касательной. Угол конуса проверяется на инструментальном микроскопе с угломерной головкой, имеющей цену деления 1/, не менее чем при 50-кратном увеличении.

Радиус полусферы, являющейся вершиной алмазного конуса, и овальность вершины проверяют в двух взаимно перпендикулярных плоскостях на проекторе при увеличении не менее 300х путем сравнения с профилями, вычерченными на экране проектора в соответствующем масштабе. Конус должен быть прочно вделан в стальную оправку. Ось конуса не должна отклоняться от оси оправки более чем на 30/.

Рабочая часть поверхности конуса на протяжении 0,3 расстояния от вершины до основания конуса, считая по его оси, должна быть тщательно отполирована и не должна иметь трещин, царапин, раковин, сколов и других подобных дефектов, видимых при 30-кратном увеличении. Отсутствие дефектов проверяют с помощью стереоскопического микроскопа при увеличении не менее 30х.

Вершина конуса может быть смещена относительно оси поверхности не более чем на 0,3 мм. Величину смещения определяют на проекторе при увеличении не менее 300х.

3. Определение твердости шарика

Твердость шарика определяется выборочно для двух шариков из группы, содержащей до 10 шт., и 5% (но не менее 2 шт.) из группы большей численности. Все шарики группы берут из одной заводской партии. Всю группу признают годной, если твердость каждого шарика не менее 850  HV 10. При этом всю группу признают годной, если средняя длина диагонали отпечатка пирамиды не превышает 0,141 мм.

Шарики с нанесенными отпечатками к эксплуатации не допускают.

Шарики, применяемые для определения твердости по методу Роквелла, должны отвечать следующим требованиям:

  • материал – термически обработанная сталь, твердость которой не менее НV 850;
  • диаметры 1,588; 3,175; 6,35; 12,7  мм.;
  • допускаемые отклонения по диаметру:

Диаметр шарика, мм.

Допуск, мм.

1,588

+ 0,001

3,175

+ 0,0025

6,35

+ 0,005

12,7

+ 0,01

Шарик, остаточная деформация которого после испытания превышает указанный допуск по размеру, должен быть заменен другим, а проведенное испытание считается недействительным.

Диаметры шариков проверяют посредством микрометра, погрешность которого не превышает + 0,0005 мм.

Шарики должны иметь поверхность чистотой не ниже 12-го по ГОСТ 2789-73, на поверхности на должно быть дефектов, видимых через лупу с увеличением 5х.

4. Определение относительной погрешности прибора по нагрузкам

Относительную погрешность определяют при помощи образцовых динамометров: ДОС-0,05 при нагрузках 15кгс, 30 кгс, 45 кгс, ДОС-0,2 при нагрузках 60 кгс, 100 кгс, 150 кгс (или их аналогов) в последовательности приведенной ниже:

снимают наконечник с прибора;

устанавливают образцовый динамометр на рабочем столе прибора;

устанавливают отсчетное устройство динамометра в положение, принятое за нуль;

три раза нагружают динамометр максимальной нагрузкой, развиваемой прибором;

разгружают динамометр и устанавливают его отсчетное устройство на нуль. Невозврат стрелки в положение нуль не должен превышать 0,5 наименьшего деления шкалы;

нагружают динамометр три раза для каждой нагрузки. С индикатора динамометра снимают показания l1, l2, l3 и вычисляют среднее арифметическое значение l в делениях шкалы;

относительную погрешность прибора по нагрузкам δ в процентах вычисляют по формуле

δ=100*(l-L)/(L-L0),

  • L – показание индикатора динамометра, взятое из его свидетельства для поверяемой нагрузки, в делениях шкалы;
  • L0 – показание индикатора, ненагруженного динамометра, принятое за нуль, в делениях шкалы.

5. Определение абсолютной погрешности прибора по твердости

Абсолютную погрешность прибора определяют по образцовым мерам твердости типа МТР (нагрузки 60~150 кгс) или МТСР(нагрузки 15~45 кгс).

На  образцовую меру наносят один или два отпечатка для плотного прилегания к рабочему столу. Затем наносят пять отпечатков по всей рабочей поверхности меры и измеряют твердость.

Абсолютную погрешность прибора определяют как разность между значением среднего арифметического результатов пяти измерений и значением твердости, указанным на образцовой мере, которая не должна превышать значений, указанных в ГОСТ 23677-79.

Периодичность поверки твердомера органами государственной метрологической службы или ведомственными метрологическими службами не реже одного раза в год.

При работе на твердомере ТР, точность его показаний должна подвергаться контролю и при необходи­мости настройке в следующих случаях:

  • при замене шарика (алмазного конуса) или шариковой оправки;
  • после проведения 800-1000 испытаний;
  • при замене средств контроля (меры твердости или контрольного образца);
  • при изменении температуры воздуха в помещения более, чем на ±3 °С по сравнению с температурой при которой производилась настройка;
  • при изменении напряжения питания более чем на ± 10 В по сравнению с напряжением, при котором производилась настройка.

В процессе работы твердомера ТР возможны выбросы значений твердости, но не более 7 на 100 измерений.

Функционирование твердомера контролировать не реже, чем через 24 часа работы прибора.

Документация
Видеозаписи

"МЕТРОТЕСТ" в выставке средств измерений и метрологического обеспечения MetrolExpo'2015



Справочные материалы

Метод Бринелля

Метод измерения твердости металлов по Бринеллю регламентирует ГОСТ 9012-59 (ИСО 6506-81, ИСО 410-82) (в редакции 1990г.).

Сущность метода заключается во вдавливании шарика (стального или из твердого сплава) в образец (изделие) под действием силы, приложенной перпендикулярно поверхности образца в течение 10... 15с, и измерении диаметра отпечатка после снятия силы.

Число твердости Бринелля получается при делении величины прикладываемой силы F на площадь отпечатка S. Эта площадь может быть вычислена или взята из таблиц, в которых она дана в зависимости от диаметра шара и диаметра отпечатка: HB=F/S

Твердость по Бринеллю обозначают символом НВ или HBW:
НВ - при применении стального шарика (для металлов и сплавов твердостью менее 450 единиц);
HBW - при применении шарика из твердого сплава (для металлов и сплавов твердостью более 450 единиц).

Символу НВ (HBW) предшествует числовое значение твердости из трех значащих цифр, а после символа указывают диаметр шарика, значение приложенной силы (в кгс), продолжительность выдержки, если она отличается от 10 до 15с.

Размерность площади дается в мм2, а силы — в кгс (1кгс=9,8Н). Диаметр D применяемого шара и величина прикладываемой силы F, связанные соотношением F/D2, дают значения 1,5,10 или 30; диаметры шаров бывают 1,2,5 или 10мм. В принципе равным значениям F/D2 будут соответствовать равные значения твердости независимо от диаметра применяемого шара. Испытание Бринелля не может применяться к очень мягким или очень твердым материалам. В первом случае размер отпечатка будет равен диаметру шара, а во втором — отпечатка либо не будет, либо он будет настолько малым, что невозможно будет провести на нем измерения. Если измерения не были эффективны при толщине испытуемого образца, то толщина материалов, подвергающихся испытанию, должна быть по крайней мере в десять раз больше отпечатка.

Примеры обозначений:

250 НВ 5/750 - твердость по Бринеллю 250, определенная при применении стального шарика диаметром 5 мм при силе 750кгс (7355Н) и продолжительности выдержки от 10 до 15с;

575 HBW 2,5/187,5/30 - твердость по Бринеллю 575, определенная при применении шарика из твердого сплава диаметром 2,5 мм при силе 187,5кгс (1839Н) и продолжительности выдержки 30с.

При определении твердости стальным шариком или шариком из твердого сплава диаметром 10мм при силе 3000кгс (29420Н) и продолжительности выдержки от 10 до 15с твердость но бринеллю обозначают только числовым значением твердости и символом НВ или HBW. Пример обозначения: 185 НВ, 600 HBW.


Метод Виккерса

Метод измерения твердости черных и цветных металлов и сплавов при нагрузках от 9,807 Н (1 кгс) до 980,7 Н (100 кгс) по Виккерсу регламентирует ГОСТ 2999-75 (в редакции 1987г.).

Измерение твердости основано на вдавливании алмазного наконечника в форме правильной четырехгранной пирамиды в образец (изделие) под действием силы, приложенной в течение 10 до 15с, и измерении диагоналей отпечатка, оставшихся на поверхности образца после снятия нагрузки, для определения площади поверхности отпечатка.

Твердость по Виккерсу при условиях испытания - силовое воздействие 294,2Н (30кгс) и время выдержки под нагрузкой 10... 15с, обозначают цифрами, характеризующими величину твердости, и буквами HV.

Число твердости по Виккерсу получается при делении величины прикладываемой силы F на площадь поверхности отпечатка S: HV=F/S. Площадь поверхности может быть рассчитана из условия, что углубление имеет форму правильной пирамиды с квадратным основанием и углом при вершине 136°. Это угол вершины алмазного резца. При желании можно пользоваться таблицами отношения размеров диагоналей к площади.

Испытание Виккерса более точно по сравнению с испытанием Бринелля, так как диагонали квадрата измеряются с меньшей ошибкой, чем диаметр круга. Применяется для измерения твёрдости очень твёрдых материалов. С другой стороны, его применение имеет некоторые ограничения по сравнению с испытанием Бринелля.

Общего точного перевода чисел твердости, измеренных алмазной пирамидой (по Виккерсу), на числа твердости по другим шкалам или на прочность при растяжении не существует. Поэтому следует избегать таких переводов, за исключением частных случаев, когда благодаря сравнительным испытаниям имеются основания для перевода.

Пример обозначения:

500 HV - твердость по Виккерсу. полученная при силе 30кгс и времени выдержки 10...15с.

При других условиях испытания после букв HV указывают нагрузку и время выдержки.

220 HV 10/40 - твердость по Виккерсу, полученная при силе 98,07Н (10кгс) и времени выдержки 40с.


Метод Роквелла

Метод измерения твердости металлов и сплавов по Роквеллу регламентирует ГОСТ 9013-59 (в редакции 1989г.).

Сущность метода заключается во внедрении в поверхность образца (или изделия) алмазного конусного (шкалы А, С, D) или закалённого стального сферического наконечника (шкалы В, Е, F, G, Н, К). При контакте с поверхностью материала прикладывается сила давления инденто­ра в 90,8Н. Затем добавляется дополнительная сила и происходит увеличение проникновения индентора в глубь материала. После этого дополнительная сила снимается и уменьшается глубина проникновения индентора из-за не совсем пластической деформа­ции материала. Определяется разность между конечной глубиной проникновения индентора в материал и глубиной до приложения дополнительной силы. Это остаточное увеличение в проникнове­нии (e) индентора обусловлено дополнительной силой: HR=E—e, где E - константа, определяемая по форме индентора. Для конусного алмазного индентора Е=100, для стального шара Е=130.

Шкалы Роквелла даются для определенного индентора и прикладываемой дополнительной силы. В табл. 1 приведены шкалы Роквелла и типичные применения. Шкалы B и С, как правило, применяются для металлов.

Для большинства обычных инденторов в испытании Роквелла размер проникновения следует делать меньше. Это локализует изменение структуры, так как состав может влиять на результаты испытания. Однако в отличие от испытаний Бринелля и Виккерса, здесь не требуются полированные поверхности для точных измерений.

Стандартное испытание Роквелла не может применяться к тонколистовому материалу. Тем не менее существует вариант этого испытания, известный как испытание поверхностной твердости Роквелла. Чем больше прикладываемая сила и глубина проникновения, определенная более чувствительным прибором, тем меньше может быть воздействие индентора на материал. При этом взамен начальной силы в 90,8Н применяется сила в 29,4Н.

Пример обозначения:

61,5 HRC - твердость по Роквеллу 61,5 единиц по шкале С.

Твердость по Роквеллу обозначают символом HR с указанием шкалы твердости, которому предшествует числовое значение твердости из трех значащих цифр.

Шкалы твёрдости и её типичные значения:

Испытания Бринелля, Виккерса и Роквелла могут применяться к полимерным материалам. Испытание Роквелла предпочтительнее, так как измерение проникновения вглубь материала удобнее, чем проникновения по площади поверхностности, и оно употребляется более широко. Шкала R является часто используемой шкалой.


Шкала Роквелла и типичные применения


Шкала Индентор Сила, кН Типичные применения
A Алмаз 0,59 Тонкая сталь и поверхностно цементированная сталь
B Шар D=1,588мм 0,98 Медные сплавы, алюминиевые сплавы, мягкие стали
C Алмаз 1,47 Сталь, твёрдые литейные чугуны, глубоко цементированнная сталь
D Алмаз 0,98 Тонкая сталь и среднецементированная сталь
E Шар D=3,175мм 0,98 Литейный чугун, алюминиевые, магниевые и подшипниковые сплавы
F Шар D=1,588мм 0,59 Отожженые медные сплавы, мягкие тонколистовые металлы, латунь
G Шар D=1,588мм 1,47 Ковкие чугуны, пушечные бронзы, бронзы, медно-никелевые сплавы
H Шар D=3,175мм 0,59 Алюминий, свинец, цинк
K Шар D=3,175мм 1,47 Алюминий и магниевые сплавы
L Шар D=6,350мм 0,59 Пластмассы
M Шар D=6,350мм 0,98 То же
P Шар D=6,350мм 1,47
R Шар D=12,70мм 0,59 Пластмассы
Шар D=12,70мм 0,98
V Шар D=12,70мм 1,47

С целью обеспечения единства измерений введен государственный специальный эталон для воспроизведения шкал твердости Роквелла и Супер-Роквелла и передачи их при помощи образцовых средств измерений (рабочих эталонов) рабочим средствам измерений, применяемым в стране (ГОСТ 8.064-94).


Диапазоны шкал твердости по Роквеллу и Супер-Роквеллу, воспроизводимых эталоном по ГОСТ 8.064-94


Шкалы Диапазоны измерений
Роквелла A 70 - 93 HRA
B 25 - 100 HRB
C 20 - 67 HRC
Супер-Роквелла N 15 70 - 94 HRN 15
N 30 40 - 86 HRN 30
N 45 20 - 78 HRN 45
Т 15 62 - 93 HRT 15
Т 30 15 - 82 HRT 30
Т 45 10 - 72 HRT 45

Шкалы Роквелла для испытания поверхностной твёрдости тонколистового материала


Шкала Индентор Прикладываемая сила, кН
N 15 Алмаз 0,14
N 30 Алмаз 0,29
N 45 Алмаз 0,44
T 15 Шар D=1,588мм 0,14
T 30 Шар D=1,588мм 0,29
T 45 Шар D=1,588мм 0,44

В таблице приводятся приближенные соотношения между числами твердости, определенные различными методами. С достаточной степенью точности для конструкционных углеродистых и легированных сталей перлитного класса, для которых 150 НВ, можно принять σ0,2 = 0,367 НВ, для стали НВ < 150 σ0,2 ≈ 0,2 НВ. Для конструкционных сталей низколегированных и углеродистых (НВ ≥ 150) σв≈ 0,345 НВ. Для более точного пересчета НВ на HRC рекомендуется пользоваться ГОСТ 22761-77.

На вышеприведённом рисунке (Шкалы твёрдости и её типичные значения) показан основной диапазон значений твердости по Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу и Моосу. Это приблизительная связь между значениями твердости и пределами прочности на растяжение.

Так, для отожженных сталей предел прочности на растяжение в МПа (МН×м–2 ) примерно равен 3,54 значения твердости по Бринеллю, а для закаленных и отпущенных сталей - 3,24. Для латуни коэффициент примерно равен 5,6; а для алюминиевых сплавов около 4,2.

В испытании Мооса твердость оценивается по сопротивлению материала царапанью. За эталоны шкалы Мооса приняты 10 сортов минералов: каждый может царапать предшествующий ему в шкале материал, но не будет царапать следующий за ним.

Материалы: 1— тальк; 2— гипс; 3— кальциевый шпат; 4— флюорит; 5— апатит; — полевой шпат; 7— кварц; 8— топаз; — корунд; 10— алмаз.

Твердость материала по Моосу при испытании на единицу меньше номера того минерала, который царапал его.

Дюрометр Шора для измерения твердости полимеров и эластомеров дает значения твердости по числовой шкале Шора. Для шкалы А усеченный конус индентора придавливается к поверхности материала при нагрузке в 0,8Н. Измеряется глубина проникновения индентора. Это может быть сделано немедленно при приложенной нагрузке, а затем при нагрузке, изменяющейся во времени. Для шкалы D применяется индентор с закруглённым концом конуса, нагрузка 44,5Н.


Значения твердости инструментальных сталей


Тип инструментальной стали Твердость HRC
при 20°С при 560°С
Закаленная в воде 63 10
Сопротивление ударной нагрузке 60 20
Закаленная в масле 63 20
Закаленная на воздухе 63 30
Высокоуглеродистая высокохромистая 62 35
Быстрорежущая вольфрамовая 66 52
Быстрорежущая молибденовая 65 52

Шкалы твёрдости для сталей


Шкала Бринелля, нагрузка 300кг, индентор 10мм, стальной шар Шкала Роквелла Шкала Виккерса, индентор - алмазная пирамида
А С
615 81,3 60,1 700
585 80,0 57,8 650
550 78,6 55,2 600
512 77,0 52,3 550
471 75,3 49,1 500
425 73,3 45,3 450
379 70,8 40,8 400
331 68,1 35,5 350
284 65,2 29,8 300
238 61,6 22,2 250
190 200
143 150
95 100

Шкалы твёрдости для цветных сплавов


Шкала Бринелля, нагрузка 300кг, индентор 10мм, стальной шар Шкала Роквелла Шкала Виккерса, индентор - алмазная пирамида
B
190 93,8 200
181 91,6 190
171 89,2 180
162 86,5 170
152 83,4 160
143 80,0 150
133 76,1 140
124 71,5 130
114 66,3 120
105 60,0 110
95 52,5 100

Энергия ударов и твердость титана и сплавов

Поглощение кислорода поверхностью титана, когда он нагрет во время обработки, приводит к уменьшению твердости его поверхности.

Сплав Состояние Значение величины Шарпи, Дж Твердость при 20°С
HV HB HRC
альфа-фазы - коммерческие чистые сплавы
99,5Ti Отожжен 120
99,2Ti 43 200
99,1Ti 38 225
99,0Ti 20 265
99,2Ti - 0,2Pd

43 200
альфа-фазы
Ti - 5Al - 2,5Sn Отожжен 26 220 36
Ti - 5Al - 2,5Sn
(слабокисленный)
27 290 35
вблизи альфа-фазы
Ti - 8Al - 1Mo - 1V Двойной отжиг 32 35
Ti - 6Al - 2Sn - 4Zr - 2Mo 32
Ti - 6Al - 1Mo - 2Cb - 1Ta В прокатанном состоянии 31 30
Ti - 6Al - 5Zr - 0,5Mo - 0,2Si Горячая ковка 355
альфа-бета-фазы
Ti - 6Al - 4V Отожжен 19 350 36
Ti - 6Al - 6V - 2Sn 18 365 38
Ti - 7Al - 4Mo Твердый раствор + старение 18 38
Ti - 4Al - 4Mo - 2Sn - 0,5Si 365
Ti - 4Al - 4Mo - 4Sn - 0,5Si 400
бета-фазы
Ti - 11,5Mo - 6Zr - 4,5Sn Твердый раствор + старение 400
Ti - 13V - 11Cr - 3Al 11 40
Ti - 8Mo - 8V - 2Fe - 3Al
Ti - 3Al - 8V - 6Cr - 4Mo - 4Zr 10 42

Механические свойства связанных карбидов


Состав, основные составляющие, % Твердость по Роквеллу, HRA Предел прочности при сжатии, МПа Напряжение удара, Дж
97WC-3Co 92÷93 5860 1,1
94WC-6Co 90÷93 5170÷5930 1,0÷1,4
90WC-10Co 87÷91 4000÷5170 1,7÷2,0
84WC-16Co 86÷89 3860÷4070 2,8÷3,1
75WC-25Co 83÷85 3100 3,1
71WC-12,5TiC-12TaC-4,5Co 92÷93 5790 0,8
72WC-8TiC-11,5TaC-8,5Co 90÷92 5170 0,9
64TiC-28WC-2TaC-2Cr2C3-5,0Co 94÷95 4340
57WC-27TaC-16Co 84÷86 3720 2,0

Значения твердости полимерных материалов


Полимер Твердость при 20°С
по Роквеллу по Шору
Термопласты
ABS R90÷115
Акрилик М90
Ацетат целлюлозы R34÷125
Ацетобутират целлюлозы R31÷116
Полиацеталь М80÷92, R115÷120
Полиамид, нейлон 6(сухой) R120
Полиамид, нейлон 66(сухой) М80, R120
Поликарбонат М85, R120
Полиэфир М70÷85
Полиэтилен высокой плотности D60÷70
Полиэтилен низкой плотности D40÷51
Полипропилен М70÷75, R75÷95
Полистирол М70÷80
Полистирол улучшенной вязкости М40÷70
Полисульфон R120
Поливинилхлорид непластичный М115 D65÷85
Поливинилхлорид пластичный А40÷100
Реактопласты
Эпоксидная смола, армированная стеклянным волокном М100÷112
Меламин-формальдегид, целлюлоза М115÷125
Фенол-формальдегид, целлюлоза Е64÷95
Эластомеры
Бутадиен-акрилонитрил А30÷100
Бутадиен-стирол А40÷100
Бутил А30÷100
Хлорсульфонатный полиэтилен А50÷100
Этилен-пропилен А30÷100
Фторкарбон А60÷90
Натуральный каучук А20÷100
Полихлоропрен (неопрен) А20÷100
Полиуретан А20÷100
Кремний А30÷80

Ударные свойства полимерных материалов

Термопласты могут быть сгруппированы в три группы соответственно их ударным свойствам при 20°С.

  1. Хрупкие — образцы для испытания разрушаются даже тогда, когда они без зарубки. К ним относятся акрилик; нейлон, армированный стеклом; полистирол.
  2. Хрупкие с зарубкой — образцы для испытания не разрушаются, если нет зарубки, но разрушаются, когда она есть. Это ABS (некоторые формы), ацетали, акрилики (улучшенной вязкости), целлюлозы, нейлон (сухой), поликарбонат (некоторые формы), полиэтилен (высокой плотности), полиэтилентерефталат, полипропилен, полисульфон, поливинилхлорид.
  3. Вязкие — образцы для испытания не разрушаются даже тогда, когда имеют острые зарубки. Это ABS (некоторые формы), нейлон (влажный), поликарбонат (некоторые формы), полиэтилен (низкой плотности), этилен-пропилен сополимер, PTFE.

Сравнение чисел твердости металлов и сплавов по различным шкалам

Погрешность перевода чисел твердости по Виккерсу в единицы Бринелля ±20В; в единицы Роквелла - до ±3 HRC (HRB); значения σв до ±10 %.