7. Основные положения

7.1. Имерение твердости по Бринеллю (гост 9012-59)

В металл вдавливается статической нагрузкой стальной закаленный шарик (рис.2.1).

Число твердости по Бринеллю НВ характеризуется отношением нагрузки, действующей на шарик, к площади поверхности сферического отпечатка:

,

Рисунок 2.1 – Схема нагружения

где P – нагрузка на шарик, кгс;

F – площадь отпечатка, мм²;

D – диаметр шарика, мм;

d – диаметр отпечатка, мм.

Получаемое число твердости при прочих равных условиях определяется диаметром отпечатка - d. Отпечаток тем меньше, чем выше твердость испытуемого металла. Отпечаток измеряется специальным измерительным микроскопом или лупой Бринелля. Твердость НВ вычисляют как среднее не менее чем, по двум отпечаткам, а диаметр каждого отпечатка как среднее из двух его измерений по двум взаимно перпендикулярным диаметрам.

Удобно твердость определять по диаметру отпечатка d шарика в металле, пользуясь специальной таблицей. Таблица позволяет сравнивать между собой значения твердости, полученные разными методами испытаний. Испытание на твердость проводят на специальном приборе – твердомере Бринелля ТШ. Твердомер обеспечивает установленные ГОСТ 9012-59 условия испытаний (табл.2), применяемые в различных сочетаниях.

Таблица 2.2 – У словия испытаний по Бринеллю *

D, мм	P, кг.с/мм2	T, с
2,5 5 10	15,5 … 3000	60 30 10

Примечание: *выделенное жирным шрифтом – стандартные условия испытаний.

Для того чтобы совпадали числа твердости металла, определенные при разных диаметрах шарика, необходимо создать подобные (одинаковые) условия деформации металла под шариком: Р=кD², где к=30, 10 или 2,5, так же, как и время выдержки под нагрузкой, в зависимости от диаметра шарика, интервала твердости, материала и его толщины.

Для получения правильного отпечатка необходимы следующие условия: толщина образцов не менее 10-кратной глубины отпечатка, расстояние центра отпечатка от края образца не менее 4 d.

Твердость по Бринеллю в стандартных условиях испытаний записывается: НВ 232, НВ 420 и т.п.

Твердость, определенная в нестандартных условиях (например, шарик 5 мм, нагрузка 750 кг.с., время выдержки 30 сек.): НВ _5-750-30 230. Размерность указывается только при выражении числа твердости в Н/мм². Существует достаточно хорошая корреляция между величиной твердости по Бринеллю и пределом прочности σ_в многих металлов и сплавов, которая представляется в специальных таблицах.

Так, для сталей, алюминия и алюминиевых сплавов с НВ (20 – 45), дюралюмина эта связь описывается формулой σ_в=(0,33 – 0,36)НВ кгс/мм²; для серого чугуна σ_в=(НВ – 40)/6; для стального литья σ_в=(0,3 – 0,4)НВ.

Эта и другие подобные зависимости широко используются в инженерной деятельности, так как позволяют быстро, просто и достаточно надежно определить прочность металлов.

7.2 Измерение твердости по Роквеллу (гост 9013 – 59)

При этом методе испытания на твердость в металл статически вдавливается алмазный (или твердосплавный) конус с углом при вершине в 120⁰ или стальной твердый шарик диаметром D = 1,588 мм = дюйма (рис 2.1). Предварительная нагрузка входит в общую нагрузку и составляет 10 кГс.

Число твердости определяется глубиной проникновения наконечника в металл. Чем она меньше, тем выше твердость (см. рис 2.2). Глубину проникновения наконечника в металл легко измерить и связать с показывающим прибором, поэтому на твердомерах Роквелла установлен прибор, сразу показывающий число твердости.

Рисунок 2.2 – Схема измерения твердости по Роквеллу

Твердомеры для измерения твердости по Роквеллу типа ТК могут создавать нагрузку на наконечник Р = 60, 100, 150 кГс. Каждая нагрузка имеет свою шкалу, свои пределы измерения и свое обозначение твердости, см. табл. 3.

Таблица 3. – Условия испытаний, обозначение и пределы измерения твердости по Роквеллу

Обозна-чение шкалы	Цвет шкалы	Тип наконечника	Нагрузка на наконечник, кГс	Пример обозначения и допускаемые пределы измерения твердости (цифра – число твердости)
А	черный	алмазный конус	60	HRА 80 и т.п. HRА (70-85)
В	красный	стальной шарик	В	HRВ 30 и т.п. HRВ (25-100)
С	черный	алмазный конус	А	HRС 45и т.п. HRС (20-67)

Методом Роквелла по шкале С измеряют твердость закаленных сталей твердостью НВ (230-700), по шкале В – твердость мягких сталей, цветных металлов и сплавов с НВ (60-240), по шкале А – твердость закаленных сталей с НВ (380-780). Место измерения твердости должно быть тщательно отшлифовано, или отполировано. Глубина слоя металла, твердость которого измеряется, должна быть не менее 10 глубин вдавливания наконечника в металл.