Здатність металевого матеріалу протистояти вдавлюванню поверхні твердими предметами називається твердістю. Залежно від різних методів випробувань та сфери застосування, твердість можна розділити на твердість за Брінеллем, твердість за Роквеллом, твердість за Віккерсом, твердість за Шором, мікротвердість та твердість за високими температурами. Існує три загальновживані твердості для труб: твердість за Брінеллем, Роквеллом та Віккерсом.
А. Твердість за Брінеллем (HB)
Використовуйте сталеву або твердосплавну кульку певного діаметра, щоб притиснути її до поверхні зразка із заданим випробувальним зусиллям (F). Після заданого часу витримки зніміть випробувальне зусилля та виміряйте діаметр вдавлення (L) на поверхні зразка. Значення твердості за Брінеллем – це частка, отримана шляхом ділення випробувального зусилля на площу поверхні вдавленої сфери. Виражається в HBS (сталева кулька), одиницею вимірювання є Н/мм2 (МПа).
Формула розрахунку така:
У формулі: F – випробувальна сила, що прикладається до поверхні металевого зразка, Н;
D – Діаметр сталевої кульки для випробування, мм;
d – середній діаметр відбитка, мм.
Вимірювання твердості за Брінеллем є більш точним і надійним, але загалом HBS підходить лише для металевих матеріалів з міцністю нижче 450 Н/мм2 (МПа) і не підходить для твердішої сталі або тонших пластин. Серед стандартів для сталевих труб твердість за Брінеллем є найбільш широко використовуваною. Діаметр вдавлення d часто використовується для вираження твердості матеріалу, що є одночасно інтуїтивно зрозумілим і зручним.
Приклад: 120HBS10/1000130: Це означає, що значення твердості за Брінеллем, виміряне за допомогою сталевої кульки діаметром 10 мм під випробувальним зусиллям 1000 кгс (9,807 кН) протягом 30 с (секунд), становить 120 Н/мм2 (МПа).
B. Твердість за Роквеллом (HR)
Випробування на твердість за Роквеллом, як і випробування на твердість за Брінеллем, є методом випробування вдавлюванням. Різниця полягає в тому, що він вимірює глибину вдавлення. Тобто, під дією початкової випробувальної сили (Fo) та загальної випробувальної сили (F), індентор (конус або сталева куля сталеплавильного заводу) вдавлюється в поверхню зразка. Після заданого часу витримки основна сила знімається. Випробувальна сила, використовуючи виміряне залишкове приросту глибини вдавлення (e), розраховує значення твердості. Його значення є анонімним числом, представленим символом HR, а використовується 9 шкал, включаючи A, B, C, D, E, F, G, H та K. Серед них, шкали, що зазвичай використовуються для випробування на твердість сталі, це, як правило, A, B та C, а саме HRA, HRB та HRC.
Значення твердості розраховується за такою формулою:
При тестуванні за шкалами А та С, ЧСС=100-e
При тестуванні за шкалою B, ЧСС=130-e
У формулі e – залишковий приріст глибини вдавлювання – виражається в заданій одиниці 0,002 мм, тобто, коли осьове зміщення індентора становить одну одиницю (0,002 мм), це еквівалентно зміні твердості за Роквеллом на одне число. Чим більше значення e, тим нижча твердість металу, і навпаки.
Застосовувана сфера застосування вищезазначених трьох шкал є наступною:
HRA (алмазний конусний індентор) 20-88
HRC (алмазний конусний індентор) 20-70
HRB (індентор зі сталевою кулькою діаметром 1,588 мм) 20-100
Вимірювання твердості за Роквеллом наразі є широко використовуваним методом, серед якого HRC використовується в стандартах сталевих труб, поступаючись лише твердості за Брінеллем HB. Твердість за Роквеллом може бути використана для вимірювання металевих матеріалів від надзвичайно м'яких до надзвичайно твердих. Це компенсує недоліки методу Брінелля. Він простіший за метод Брінелля, і значення твердості можна зчитувати безпосередньо зі циферблата приладу для вимірювання твердості. Однак через невелике відбиття значення твердості не таке точне, як метод Брінелля.
C. Твердість за шкалою Віккерса (HV)
Вимірювання твердості за Віккерсом також є методом випробування вдавлюванням. Він вдавлює квадратний пірамідальний алмазний індентор з кутом 1360 між протилежними поверхнями в випробувану поверхню з вибраною випробувальною силою (F) та видаляє його після заданого часу витримки. Вимірювання сили - довжина двох діагоналей вдавлення.
Значення твердості за Віккерсом – це частка випробувального зусилля, поділена на площу поверхні вдавлювання. Формула для його розрахунку така:
У формулі: HV – символ твердості за Віккерсом, Н/мм2 (МПа);
F–випробувальна сила, Н;
d – середнє арифметичне двох діагоналей відбитка, мм.
Випробувальна сила F, що використовується для твердості за Віккерсом, становить 5 (49,03), 10 (98,07), 20 (196,1), 30 (294,2), 50 (490,3), 100 (980,7) кгс (Н) та шість інших рівнів. Значення твердості можна виміряти в діапазоні 5~1000HV.
Приклад методу вираження: 640HV30/20 означає, що значення твердості за Віккерсом, виміряне за допомогою випробувального зусилля 30Hgf (294,2 Н) протягом 20S (секунд), становить 640 Н/мм2 (МПа).
Метод твердості за Віккерсом може бути використаний для визначення твердості дуже тонких металевих матеріалів та поверхневих шарів. Він має основні переваги методів Брінелля та Роквелла та долає їхні основні недоліки, але він не такий простий, як метод Роквелла. Метод Віккерса рідко використовується в стандартах на сталеві труби.
Час публікації: 03 квітня 2024 р.