Твердоміри

Твердомір – портативний або стаціонарний вимірник твердості, що проникає в шар матеріалів металу шляхом безпосередньо контакту, що викликає пластичну деформацію.
Прилади досліджують твердість металів, використовуючи індентор – об'єкт з твердістю, що перевищує аналогічну величину для аналізованого зразка і не змінює фізико-механічні властивості після проведення тестів.
За допомогою твердомірів (Роквелла, Брінелля, по Шору) на дисплеї або стрілочному індикаторі відображається твердість матеріалів, металу, без додаткових перекладів, використовуючи вибрані одиниці вимірювання та відповідну шкалу.

Твердоміри – принцип дії та особливості

Вимірювання твердості за бринелем, роквелом, віккерсом

Твердість металу, матеріалів вимірюється різними способами, залежно від виду індентора та форми западини на досліджуваній поверхні аналізованих зразків. Твердоміри, що проводять визначення твердості металів за роквелом, бринелем, віккерсом використовують метод вдавлювання. Перелічені прилади подібні за способом впливу і відрізняються формою, розміром індентора та методикою виміру. Для кожного з них своя шкала чи таблиця твердості.

1. Вимірювання твердості по бринелю базується на основі вдавлювання кульки з діаметром в мм, що вибирається з ряду: 1.0,2.0,2.5,5.0,10.0 (ГОСТ 9012). Визначення вимагає вибору матеріалу індентора залежно від діапазону. Якщо твердість матеріалів знаходиться в діапазоні до 450 одиниць, підходить індентор (кулька) з конструкційної сталі з додаванням хрому або твердого сплаву, якщо >450 одиниць - поліровані кульки з твердого сплаву (ГОСТ 9012). Стандартом регламентується: зусилля та час, протягом якого визначається твердість сталі, чорних або кольорових металів по бринелю.

   Одиниці виміру – HB (за першою літерою B твердоміра Брінелля).

2. Тести з віккерсу мають подібні риси, але в якості індентора використовується алмазна чотиригранна піраміда. Твердість металу визначається шляхом виміру довжин діагоналей, що утворилися, і обчислення середньоарифметичного значення. Прилад для вимірів по виккерсу зобов'язаний забезпечувати плавне наростання прикладеного навантаження і сталість зусилля, що додається. Одиниці виміру – HV.
3. Вимірник за роквелом досліджує твердість металів у 2 етапи. Спочатку прикладається попереднє навантаження невеликої величини ~ 10 кгс. Фактично індентор (сталева кулька або алмазний конус) спочатку стосується поверхні. Другий етап безпосереднього виміру твердості проводиться шляхом докладання більшого зусилля, що залежить від виду індентора та типу металу. Шкала по роквел фактично складається з трьох (HRA, HRB, HRC). Стаціонарні твердомери роквелла забезпечується індикатором годинникового типу, що перетворює осьове переміщення (глибина вдавлювання) у поворот стрілки.

Різновиди приладів

Прилади, що визначають твердість матеріалів за бринелем, віккерсом, роквелом) статичним методом додають навантаження до зразка, а ось динамічні моделі твердомірів використовують пружні властивості матеріалу. Наприклад, це метод відскоку, величина якого пропорційна твердості.
За місцем проведення аналізу розрізняють стаціонарні та портативні вимірники твердості.
Причому перші, що встановлюються в металографічних лабораторіях, має низку переваг, але й капітальних вкладень у додаткові прилади та обладнання.
По-перше, наявність невичерпного джерела електричної енергії. Вимірювання твердості металу здійснюється шляхом силового впливу, що вимагає енергетичних витрат на подолання опору поверхневого шару при проникненні індентора.
А ось переносні різновиди твердомірів (по роквелу, шору, бринелю) мають дуже обмежений ресурс циклів проведення досліджень через джерело живлення малої потужності.
По-друге, потрібно додаткове оснащення лабораторій, включаючи металографічний мікроскоп для дослідження геометричних параметрів западини, що утворилася, і спеціальних набір вимірювачів, включаючи мікрометр.
Слід зазначити, що з застосуванні твердомірів, заснованих на кінетичному методі, досліджується як кінцевий результат, а й вся діаграма процесу, починаючи з моменту вдавлювання індентора до його вилучення.

По шору

Для визначення твердості пластмас, гум, каучуків та полімерів призначений спеціальний вимірювач з декількома шкалами - за шорами, що веде свою історію з 20-х років XX століття.
Тут використовується як алмазний наконечник, що падає з висоти на досліджувану площину, а також набір шкал: A, C, D залежно від значення твердості досліджуваного матеріалу. Чим вона вища, тим більша літера алфавіту. Інформація наведена нижче у таблиці.

Твердість матеріалів прямо пропорційна величині відскоку. Наприклад, м'яка гума або силікон поглинають значну частину енергії, бойок зробить не високий відскок, а приладом зафіксується незначний результат твердості в HSD.

Що слід врахувати при металографічному аналізі твердості

Показник твердості металів впливає на низку фізичних та механічних властивостей заготовок, напівфабрикатів та виробленого товарів протягом усього терміну служби, включаючи крихкість, зносостійкість, опір ударним навантаженням, зламу, стиску та розтягуванню.
Визначення твердості металів - за бринелем, роквелом має проводитися з урахуванням рекомендацій:

• Аналіз повинен проводитись у кількох точках. Показання необхідно усереднити.
• Вимірювання твердості металу (за бринелем, віккерсом, роквелом) проводиться на зразку з однорідною зернистою структурою, відсутністю раковин, і з шорсткістю не більше 2.5 мкм.
• Розмір западини, що має бути, повинен бути як мінімум у 8 разів менше товщини досліджуваного об'єкта при перевірці твердості за бринелем) і в 1,2-1,5 рази за віккерсом.
• Не проводити тести поряд із краєм зразка.
• Достовірний результат гарантується при строго вертикальному переміщенні індентора.
• Одиниці вимірювання твердості не підлягають перекладу з однієї шкали в іншу – різна методика та моделі твердомірів металу, що застосовуються, не дозволяють забезпечити повну відповідність при перекладі. Хоча подібна узагальнена шкала вже розроблена, але користуватися нею слід після ретельної перевірки.
• Поверхня матеріалів повинна бути плоскою та гладкою.