Что такое испытание на твердость? Как выбрать лучший метод измерения твердости? Как выбрать твердомер для определения твердости? А как можно делать выводы по испытаниям на твердость? В статье даны ответы на эти и другие вопросы.
ЧТО ТАКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ?
Применение испытания на твердость позволяет оценить свойства материала, такие как прочность, пластичность и износостойкость, и таким образом помогает определить, подходит ли материал или обработка материала для требуемой цели.
Проведение испытания на твердость — это «испытание для определения устойчивости материала к остаточной деформации при проникновении в другой более твердый материал». Однако твердость не является фундаментальным свойством материала. Поэтому, делая выводы по результатам испытания на твердость, вы всегда должны оценивать количественное значение в отношении:
- Заданная нагрузка на индентор
- Определенный профиль времени загрузки и определенная продолжительность загрузки
- Особая геометрия индентора
КАК РАБОТАЮТ ТЕСТЫ НА ТВЕРДОСТЬ?
Испытание на твердость обычно выполняется путем вдавливания нагруженного объекта определенного размера (индентора) на поверхность исследуемого материала. Твердость определяется путем измерения глубины проникновения индентора или путем измерения размера отпечатка, оставленного индентором.
Испытания на твердость, которые измеряют глубину проникновения индентора, включают: испытание по Роквеллу, инструментальное испытание на вдавливание и определение твердости при вдавливании шарика. Испытания на твердость, которые измеряют размер отпечатка, оставленного индентором, включают: Виккерса, Кнупа и Бринелля.
Как выбрать метод тестирования
Выбор испытания на твердость должен определяться микроструктурой — например, однородностью — исследуемого материала, а также типом материала, размером детали и ее состоянием.
Во всех испытаниях на твердость материал под отпечатком должен представлять всю микроструктуру (если вы не пытаетесь установить различные составляющие микроструктуры). Следовательно, если микроструктура очень грубая и неоднородная, вам потребуется оттиск большего размера, чем для однородного материала.
Существует четыре основных испытания на твердость, каждое из которых имеет свои преимущества и требования. Существуют различные стандарты для этих испытаний, которые подробно объясняют процедуры и применение испытания на твердость.
При выборе метода испытания на твердость следует учитывать следующие важные факторы:
- Тип материала для испытания на твердость
- Требуется ли соответствие стандарту
- Примерная твердость материала
- Однородность / неоднородность материала
- Размер детали
- Необходим ли монтаж
- Количество образцов для тестирования
- Требуемая точность результата
ЧЕТЫРЕ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ ТЕСТА НА ТВЕРДОСТЬ ПРИ ВДАВЛИВАНИИ
Испытание на твердость по Роквеллу
Тест по Роквеллу — это метод быстрого определения твердости, разработанный для производственного контроля, с прямым считыванием показаний, в основном используемый для металлов. Твердость по Роквеллу (HR) рассчитывается путем измерения глубины вмятины после вдавливания индентора в материал образца при данной нагрузке. Обычно используется для образцов большей геометрии.
Тест на твердость по Виккерсу
Тест Виккерса — это испытание на твердость для всех твердых материалов, включая металлические материалы. Твердость по Виккерсу (HV) рассчитывается путем измерения длины диагонали отпечатка в материале образца, оставленного путем введения индентора в виде алмазной пирамиды с заданной нагрузкой. Диагонали отпечатка измеряются оптически, чтобы определить твердость, используя таблицу или формулу. Используется для испытания на твердость всех твердых материалов, включая металлические материалы. Подходит для широкого спектра применений.
Тест твердости по Кнупу
Метод Кнупа (HK) — это альтернатива тесту Виккерса в диапазоне испытаний на микротвердость. Он в основном используется для преодоления трещин в хрупких материалах, а также для облегчения испытания на твердость тонких слоев. Индентор представляет собой асимметричный пирамидальный алмаз, и отпечаток измеряется оптическим измерением длинной диагонали. Используется для твердых и хрупких материалов, таких как керамика.
Испытание на твердость по Бринеллю
Испытание на твердость по Бринеллю используется для испытания на твердость более крупных образцов материалов с крупнозернистой или неоднородной структурой зерен. Оттиск при испытании на твердость по Бринеллю (HBW) оставляет относительно большой отпечаток с использованием шарика из карбида вольфрама. Используется для материалов с крупнозернистой или неоднородной структурой зерна. Используется для больших образцов.
Факторы, влияющие на испытания на твердость
На результаты испытаний на твердость влияет ряд факторов. Как правило, чем меньше нагрузка, которую вы используете при испытании на твердость, тем больше факторов необходимо контролировать, чтобы обеспечить точное заключение испытания на твердость. Вот несколько наиболее важных факторов, которые следует учитывать, чтобы сделать точный вывод по результатам испытания на твердость.
- Необходимо контролировать внешние факторы, такие как свет, грязь, вибрацию, температуру и влажность.
- Тестер и столик должны быть закреплены на прочном горизонтальном столе, а образец должен быть зажат или удерживаться в держателе или упоре.
- Индентор должен располагаться перпендикулярно исследуемой поверхности.
- Настройки освещения должны быть постоянными во время теста при использовании Виккерса, Кнупа или Бринелля.
- Тестер следует калибровать / проверять каждый раз при замене индентора или линзы объектива.
ТРЕБОВАНИЯ К ПОДГОТОВКЕ ПОВЕРХНОСТИ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НА ТВЕРДОСТЬ
Перед испытанием твердости металлических или других материалов необходимо подготовить поверхность. Требуемое состояние поверхности зависит от типа испытания и используемой нагрузки. В общем, качество подготовки поверхности имеет прямое влияние на результат испытания на твердость, поэтому вам следует рассмотреть вопрос о компромиссе между качеством поверхности и вариацией результатов испытания, прежде чем принимать решение о более низком уровне подготовки поверхности.