Минимальная толщина объектов измерений в зависимости от их твердости и величины нагрузки
Ось X
— толщина испытуемого образца, мм; ось
Y
— твердость HV
Рисунок А.1 — Минимальная толщина испытуемых образцов в зависимости от испытательной нагрузки и твердости (для шкал от HV 0,2 до HV 100)
1
— число твердости HV;
2
— минимальная толщина образца
t
, мм;
3
— длина диагонали отпечатка
d
, мм;
4
— обозначение шкалы твердости HV;
5
— испытательная нагрузка
F
, Н
Рисунок А.2 — Номограмма для определения характеристик измерения твердости по Виккерсу по минимальной толщине образцов (для шкал от HV 0,01 до HV 100)
Методы Виккерса и Шора для твердомеров
09.11.2017
Твёрдость по Виккерсу: методика и оборудование
Твёрдость по Виккерсу (HV) определяется путём вдавливания алмазной пирамиды, которая имеет угол при вершине в 136º. Твердость по Виккерсу – это твердость материала, вычисленная из размера отпечатка, произведенного нагружением алмазной пирамидки индентора. Индентор, применяемый в тестах по Виккерсу — пирамидка с квадратным основанием, противоположные стороны которой сходятся на вершине под углом 136º. Регламентируется ГОСТ 2999-75* (СТ СЭВ 470-77) «Метод измерения твердости по Виккерсу» и ISO 6507. Твёрдость по Виккерсу вычисляется путём деления нагрузки Р
на площадь поверхности полученного пирамидального отпечатка. Метод Виккерса позволяет определять твёрдость азотированных и цементированных поверхностей, а также тонких листовых материалов. Наблюдается хорошее совпадение значений твёрдости по Виккерсу и Бринеллю в пределах от 100 до 450 НV. Основными параметрами при измерении твёрдости по Виккерсу являются нагрузка Р до 980,7 Н (100 кгс) и время выдержки 10—15 с.
В результате внедрения на поверхности исследуемого образца остаётся отпечаток в виде ромба (иногда – неправильного). По значению диагонали этого ромба (или среднего арифметического значения обеих диагоналей) устанавливают число твёрдости Виккерса, которое имеет размерность механического давления.
Выпускаемое оборудование, при помощи которого определяется твердость по Виккерсу, относится к машинам статического действия. Они могут быть стационарными и переносными. Линейка видов такого оборудования отечественного производства маркируется ТП (Твёрдость Пирамидальная).
Стандартными условиями для проведения испытаний служат:
- Измерительный диапазон усилий нагружения 49-1176 Н, который в твердомерах ТП имеет 7 положений (ступенчато-изменяемых);
- Время выдержки образца под давлением – не менее 5 с.
- Принцип измерения диагоналей отпечатка
Число Виккерса (HV) рассчитывается по формуле:
HV = 2Psin (0,5α/d2) = 1,8544Р/d2
,
где Р
— прилагаемая нагрузка (кгc),
d
— средняя диагональ отпечатка (мм) и
α
— лицевой угол индентора (136°)
При измерении твердости по Виккерсу должны быть соблюдены следующие условия:
- плавное возрастание нагрузки до необходимого значения
- обеспечение перпендикулярности приложения действующего усилия к испытуемой поверхности
- поверхность испытуемого образца должна иметь шероховатость не более 0,16 мкм
- поддержание постоянства приложенной нагрузки в течение установленного времени
- расстояние между центром отпечатка и краем образца или соседнего отпечатка должно быть не менее 2,5 длины диагонали отпечатка
- минимальная толщина образца должна быть для стальных изделий больше диагонали отпечатка в 1,2 раза; для изделий из цветных металлов – в 1,5 раза.
Измерение твёрдости по Виккерсу HV выполняется в следующей последовательности.
- Образец или деталь устанавливается на стол прибора измеряемой поверхностью вверх. После этого стол вращением рукоятки маховика поднимают вверх, до лёгкого соприкосновения с индентором.
- Отпускают рычаг, приводя тем самым в движение нагружающий механизм. После установленной с помощью реле времени продолжительности измерения нагрузка снимается и рабочая головка, с закреплённым в ней индентором, возвращается в исходное положение.
- После этого можно развернуть приборный стол с образцом к имеющемуся на станине твердомера отсчётному микроскопу, и замерить диагонали отпечатка.
Предварительные установки твердомера Виккерса производят при помощи рукоятки настройки. При этом с уменьшением толщины образца нагрузку следует принимать меньшей. Твёрдость по Виккерсу иногда указывается при значении рабочей нагрузки. Например, обозначение HV50940 означает твёрдость по Виккерсу в 940 единиц, которая была получена после нагружения образца усилием 50 кг.
Еще примеры обозначения:
- 500 HV — твердость по Виккерсу, полученная при нагрузке F=30 кгс и времени выдержки 10-15 с;
- 220 HV 10/40 — твердость по Виккерсу, полученная при нагрузке 98,07 (10 кгс) и времени выдержки 40 с.
Достоинства метода Виккерса:
- Постоянство отношения диагоналей получаемого отпечатка при изменении рабочей нагрузки.
- Возможность определения твёрдости очень тонких слоёв материала изделия, поскольку в крайнем положении индентор имеет весьма малую площадь поверхности.
- Повышенная точность результата благодаря высокой твёрдости алмазной пирамидки индентора и отсутствия деформации самой испытательной головки. Измерение твёрдости по Виккерсу отличается повышенной точностью, т.к. диагональ отпечатка d измеряется с помощью специально установленного на твердомере микроскопа с точностью 1-2мкм.
- Широкий диапазон измерений охватывает сравнительно мягкие металлы (алюминий, медь и пр.) и высокопрочные стали и твёрдые сплавы.
- Метод Виккерса позволяет определять твёрдость отдельных слоёв металла, например, цементированного при химико-термической обработке образца, или слоя с изменённым химическим составом (после поверхностного упрочнения или легирования). Кроме гальванизированных поверхностей, метод применим и к азотированным материалам.
К недостаткам метода можно отнести зависимость измеряемой твёрдости от приложенной нагрузки или глубины внедрения индентора (явление размерного эффекта, часто называемого в англоязычной литературе indentation size effect). Особенно сильно эта зависимость проявляется при малых нагрузках.Также к недостаткам метода следует отнести необходимость получения поверхности с малой шероховатостью и относительно большое время испытания.
Практический диапазон измерения твёрдости по Виккерсу 145-1000 HV. Ввиду высокой точности метода, для оценки параметра НV больших партий заготовок широко применяются автоматизированные установки с гидравлическим и электромеханическим приводом, а также с автоматизацией отсчёта результатов, которые выводятся на монитор.
Твёрдость по Шору: методика и оборудование
Твердость по Шору — один из методов измерения твердости материалов. Как правило, используется для измерения твердости низкомодульных материалов. Обычно — полимеров: пластмасс, эластомеров, каучуков и продуктов их вулканизации.
Для измерения дюрометром (твердомером) Шора применяется несколько шкал, используемых для материалов с различными свойствами. Две наиболее распространенных шкалы — тип A и тип D. Шкала типа A предназначена для более мягких материалов, D — для более твердых. Помимо этого, стандарт ASTM D2240 предусматривает в общей сложности 12 шкал измерений, используемых в зависимости от целевой задачи; различают типы A, B, C, D, DO, E, M, O, OO, OOO, OOO-S и R. Все шкалы делятся от 0 до 100 условных единиц, при этом высокие значения соответствуют более твердым материалам.
Метод отличается сравнительно большим разбросом значений результатов измерений, но удобен своей простотой (в том числе конструкцией измерительного прибора) и оперативностью проведения измерений, позволяя производить их, в том числе на готовых изделиях, крупногабаритных деталях и криволинейных поверхностях достаточно больших радиусов. Из-за чего получил широкое распространение в производственной практике.
Принцип измерения следующий:
При испытании материалов, твердость которых не зависит от относительной влажности, дюрометр и образцы для испытания кондиционируют не менее 1 ч в условиях одной из стандартных атмосфер по ГОСТ 12423(ISO 291), защитив их от воздействия прямых солнечных лучей. При испытании материалов, твердость которых зависит от относительной влажности, образцы для испытаний следует кондиционировать по тем же стандартам или согласно соответствующей нормативно-технической документации на испытуемый материал.
При этих же условиях проводят испытание.
Испытуемый образец должен иметь толщину не менее 6 мм. Для достижения необходимой толщины образец для испытаний может состоять из нескольких тонких слоев, но результаты испытаний, полученные с такими образцами, могут не согласовываться с результатами испытаний цельных образцов, так как поверхности таких слоев иногда не полностью соприкасаются друг с другом.
Размеры образцов должны позволять проводить испытание на расстоянии не менее 12 мм от любого края, если только заранее не будет известно, что при испытаниях на меньшем расстоянии от края достигаются идентичные результаты. Поверхность образца в месте контакта с опорной поверхностью на площади радиусом не менее 6 мм от кончика индентора должна быть очень ровной. На кривых, неровных или шероховатых поверхностях нельзя получить удовлетворительные результаты измерения твердости с помощью дюрометра.
Испытуемый образец помещают на твердую ровную горизонтальную поверхность. Дюрометр устанавливают в вертикальном положении так, чтобы кончик индентора находился на расстоянии не менее 12 мм от любого края образца. Как можно быстрее без толчка к образцу прижимают опорную поверхность дюрометра, держа ее параллельно поверхности испытуемого образца. К опорной поверхности с помощью специального приспособления или груза прилагают давление, достаточное для обеспечения надежного контакта с образцом.
Твёрдость по Шору обозначается в виде числового значения шкалы, к которому приписывается буква, указывающая тип шкалы с явным указанием названия метода измерения твердости или прибора.
- Например: «Твёрдость по Шору 80A».
- Например: «Твёрдость по дюрометру 80A».
- Допускается: «Твёрдость по Шору 80 по шкале D».
- В таблицах допускается обозначение: «Твёрдость, ед. Шор(-а) А».
Метод позволяет измерять глубину начального вдавливания, глубину вдавливания после заданных периодов времени или и то и другое одновременно.
Метод является эмпирическим испытанием. Не существует простой зависимости между твердостью, определяемой с помощью данного метода, и каким-либо фундаментальным свойством испытуемого материала.
Твердость по Шору указывают с округлением до целой единицы. В шкале Шора за 100 единиц принята максимальная твёрдость стабилизированного после закалки на мартенсит образца из углеродистой инструментальной стали, что соответствует высоте падения бойка 13,6± 0,3 мм.
Метод отличается сравнительно большим разбросом значений результатов измерений, но удобен своей простотой (в том числе конструкцией измерительного прибора) и оперативностью проведения измерений, позволяя производить их, в том числе на готовых изделиях, крупногабаритных деталях и криволинейных поверхностях достаточно больших радиусов. Из-за чего получил широкое распространение в производственной практике.
Соотношение между некоторыми шкалами дюрометров Шора
Примерное соотношение разных шкал
| A | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 | 65 | 70 | 75 | 80 | 85 | 90 | 95 | 100 |
| B | 6 | 12 | 17 | 22 | 27 | 32 | 37 | 42 | 47 | 51 | 56 | 62 | 66 | 71 | 76 | 81 | 85 | |||
| C | 9 | 12 | 14 | 17 | 20 | 24 | 28 | 32 | 37 | 42 | 47 | 52 | 59 | 70 | 77 | |||||
| D | 6 | 7 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 19 | 22 | 25 | 29 | 33 | 39 | 46 | 58 | |||||
| O | 8 | 14 | 21 | 28 | 35 | 42 | 48 | 53 | 57 | 61 | 65 | 69 | 72 | 75 | 79 | 84 | ||||
| OO | 45 | 55 | 62 | 70 | 76 | 80 | 83 | 86 | 88 | 90 | 91 | 93 | 94 | 95 | 97 | 98 |
Устройство прибора
В конструкции дюрометров Шора входят следующие части:
- Опорная поверхность (площадь не менее 100 мм²) с отверстием диаметром от 2,5 до 3,5 мм, центр которого находится на расстоянии не менее 6 мм от любого края опоры.
- Индентор в виде закаленного стального стержня диаметром 1,10—1,40 мм (см. чертёж).
- Индикаторное устройство, показывающее степень выдвижения кончика индентора за пределы опорной поверхности. Степень выдвижения может быть измерена непосредственно в условных единицах в диапазоне от 0, для полного выдвижения кончика индентора, равного 2,50 мм + 0,04 мм, до 100 при отсутствии какого-либо выдвижения вообще, что происходит, например, в том случае, когда опорную поверхность индентора плотно прижимают к стеклянной пластинке.
- Калиброванная пружина для приложения к индентору силы, рассчитанной согласно одной из приведенных ниже формул:
а) F = 550 + 75НA
, где
F
— прилагаемая сила, мН;
НA
— твердость, определенная по дюрометру типа А; б)
F = 445НD
, где
F
— прилагаемая сила, мН;
HD — твердость, определенная по дюрометру типа D.
Таблица поправочных коэффициентов для измерения на криволинейных поверхностях
В.1 Сферические поверхности
В таблицах В.1 и В.2 даны поправочные коэффициенты, когда измерения твердости выполняют на сферических поверхностях.
Поправочные коэффициенты приводят для отношения средней длины диагоналей отпечатка к диаметру D
сферического образца, на котором выполняют измерения.
Пример
:
Диаметр
сферическогообразцаD
=
10мм
.
Нагрузка
F
=
98
,
07Н
.
Средняя
длинадиагоналейотпечаткаd
=
0
,
150мм
.
Твердость
поВиккерсу
=
Поправочный
коэффициентполучаемизтаблицыВ.1интерполяцией
=
0
,
983
.
Твердость
сферическогообразца
—
824×0
,
983
=
810HV10
.
Таблица В.1 — Выпуклые сферические поверхности
| d / D | Поправочный коэффициент | d / | Поправочный коэффициент |
| 0,004 | 0,995 | 0,086 | 0,920 |
| 0,009 | 0,990 | 0,093 | 0,915 |
| 0,013 | 0,985 | 0,100 | 0,910 |
| 0,018 | 0,980 | 0,107 | 0,905 |
| 0,023 | 0,975 | 0,114 | 0,900 |
| 0,028 | 0,970 | 0,122 | 0,895 |
| 0,033 | 0,965 | 0,130 | 0,890 |
| 0,038 | 0,960 | 0,139 | 0,885 |
| 0,043 | 0,955 | 0,147 | 0,880 |
| 0,049 | 0,950 | 0,156 | 0,875 |
| 0,055 | 0,945 | 0,165 | 0,870 |
| 0,061 | 0,940 | 0,175 | 0,865 |
| 0,067 | 0,935 | 0,185 | 0,860 |
| 0,073 | 0,930 | 0,195 | 0,855 |
| 0,079 | 0,925 | 0,206 | 0,850 |
Таблица В.2 — Вогнутые сферические поверхности
| d / D | Поправочный коэффициент | d / | Поправочный коэффициент |
| 0,004 | 1,005 | 0,038 | 1,050 |
| 0,008 | 1,010 | 0,041 | 1,055 |
| 0,012 | 1,015 | 0,045 | 1,060 |
| 0,016 | 1,020 | 0,048 | 1,065 |
| 0,020 | 1,025 | 0,051 | 1,070 |
| 0,024 | 1,030 | 0,054 | 1,075 |
| 0,028 | 1,035 | 0,057 | 1,080 |
| 0,031 | 1,040 | 0,060 | 1,085 |
| 0,035 | 1,045 | 0,063 | 1,090 |
| 0,066 | 1,095 | 0,082 | 1,125 |
| 0,069 | 1,100 | 0,084 | 1,130 |
| 0,071 | 1,105 | 0,087 | 1,135 |
| 0,074 | 1,110 | 0,089 | 1,140 |
| 0,077 | 1,115 | 0,091 | 1,145 |
| 0,079 | 1,120 | 0,094 | 1,150 |
В.2 Цилиндрические поверхности
В таблицах В.3 — В.6 даны поправочные коэффициенты, когда измерения твердости выполняют на цилиндрических поверхностях.
Поправочные коэффициенты приводят для отношения средней длины диагоналей отпечатка к диаметру D
цилиндрического образца, на котором выполняют измерения.
Пример
:
Цилиндрический
образец
,
однаиздиагоналейотпечаткапараллельнаосицилиндраD
=
5мм
.
Средняя
длинадиагоналейотпечаткаd
=
0
,
415мм
.
Нагрузка
F
=
294
,
2Н
.
Твердость
поВиккерсу
=
Поправочный
коэффициентполучаемизтаблицыВ.6
=
1
,
075
.
Твердость
цилиндрическогообразца
=
323×1
,
075
=
347HV30
.
Таблица В.3 — Выпуклые цилиндрические поверхности. Диагонали развернуты на 45° относительно оси цилиндра
| d / D | Поправочный коэффициент | d / | Поправочный коэффициент |
| 0,009 | 0,995 | 0,119 | 0,935 |
| 0,017 | 0,990 | 0,129 | 0,930 |
| 0,026 | 0,985 | 0,139 | 0,925 |
| 0,035 | 0,980 | 0,149 | 0,920 |
| 0,044 | 0,975 | 0,159 | 0,915 |
| 0,053 | 0,970 | 0,169 | 0,910 |
| 0,062 | 0,965 | 0,179 | 0,905 |
| 0,071 | 0,960 | 0,189 | 0,900 |
| 0,081 | 0,955 | 0,200 | 0,895 |
| 0,090 | 0,950 | ||
| 0,100 | 0,945 | ||
| 0,109 | 0,940 |
Таблица В.4 — Вогнутые цилиндрические поверхности. Диагонали развернуты на 45° относительно оси цилиндра
| d / D | Поправочный коэффициент | d / | Поправочный коэффициент |
| 0,009 | 1,005 | 0,082 | 1,050 |
| 0,017 | 1,010 | 0,089 | 1,055 |
| 0,025 | 1,015 | 0,097 | 1,060 |
| 0,034 | 1,020 | 0,104 | 1,065 |
| 0,042 | 1,025 | 0,112 | 1,070 |
| 0,050 | 1,030 | 0,119 | 1,075 |
| 0,058 | 1,035 | 0,127 | 1,080 |
| 0,066 | 1,040 | 0,134 | 1,085 |
| 0,074 | 1,045 | 0,141 | 1,090 |
| 0,148 | 1,095 | 0,189 | 1,125 |
| 0,155 | 1,100 | 0,196 | 1,130 |
| 0,162 | 1,105 | 0,203 | 1,135 |
| 0,169 | 1,110 | 0,209 | 1,140 |
| 0,176 | 1,115 | 0,216 | 1,145 |
| 0,183 | 1,120 | 0,222 | 1,150 |
Таблица В.5 — Выпуклые цилиндрические поверхности. Одна из диагоналей параллельна оси цилиндра
| d / D | Поправочный коэффициент | d / | Поправочный коэффициент |
| 0,009 | 0,995 | 0,085 | 0,965 |
| 0,019 | 0,990 | 0,104 | 0,960 |
| 0,029 | 0,985 | 0,126 | 0,955 |
| 0,041 | 0,980 | 0,153 | 0,950 |
| 0,054 | 0,975 | 0,189 | 0,945 |
| 0,068 | 0,970 | 0,243 | 0,940 |
Таблица В.6 — Вогнутые цилиндрические поверхности. Одна из диагоналей параллельна оси цилиндра
| d / D | Поправочный коэффициент | d / | Поправочный коэффициент |
| 0,008 | 1,005 | 0,087 | 1,080 |
| 0,016 | 1,010 | 0,090 | 1,085 |
| 0,023 | 1,015 | 0,093 | 1,090 |
| 0,030 | 1,020 | 0,097 | 1,095 |
| 0,036 | 1,025 | 0,100 | 1,100 |
| 0,042 | 1,030 | 0,103 | 1,105 |
| 0,048 | 1,035 | 0,105 | 1,110 |
| 0,053 | 1,040 | 0,108 | 1,115 |
| 0,058 | 1,045 | 0,111 | 1,120 |
| 0,063 | 1,050 | 0,113 | 1,125 |
| 0,067 | 1,055 | 0,116 | 1,130 |
| 0,071 | 1,060 | 0,118 | 1,135 |
| 0,076 | 1,065 | 0,120 | 1,140 |
| 0,079 | 1,070 | 0,123 | 1,145 |
| 0,083 | 1,075 | 0,125 | 1,150 |
Соотношения между числами твердости
Твердостью металла называют его свойство оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии стандартного тела-наконечника на поверхностные слои материала.
Испытание на твердость — основной метод оценки качества термообработки изделия.
Определение твердости по методу Бринелля. Метод основан на том, что в плоскую поверхность под нагрузкой внедряют стальной шарик. Число твердости НВ
определяется отношением нагрузки к сферической поверхности отпечатка.
Метод Роквелла (HR) основан на статическом вдавливании в испытываемую поверхность наконечника под определенной нагрузкой. В качестве наконечников для материалов с твердостью до 450 HR используют стальной шарик. В этом случае твердость обозначают как HRB
. При использовании алмазного конуса твердость обозначают как
HRA
или
HRC
(в зависимости от нагрузки).
Твердость по методу Виккерса (HV) определяют путем статического вдавливания в испытуемую поверхность алмазной четырехгранной пирамиды. При испытании измеряют отпечаток с точностью до 0,001 мм при помощи микроскопа, который является составной частью прибора Виккерса.
Метод Шора. Сущность данного метода состоит в определении твердости материала образца по высоте отскакивания бойка, падающего на поверхность испытуемого тела с определенной высоты. Твердость оценивается в условных единицах, пропорциональных высоте отскакивания бойка.
Числа твердости HRC для некоторых деталей и инструментов
| Головки откидных болтов, гайки шестигранные, рукоятки зажимные | 33…38 |
| Головки шарнирных винтов, концы и головки установочных винтов, оси шарниров, планки прижимные и съемные, головки винтов с внутренними шестигранными отверстиями, палец поводкового патрона | 35…40 |
| Шлицы круглых гаек | 36…42 |
| Зубчатые колеса, шпонки, прихваты, сухари к станочным пазам | 40…45 |
| Пружинные и стопорные кольца, клинья натяжные | 45…50 |
| Винты самонарезающие, центры токарные, эксцентрики, опоры грибковые и опорные платики, пальцы установочные, цанги | 50…60 |
| Гайки установочные, контргайки, сухари к станочным пазам, эксцентрики круговые, кулачки эксцентриковые, фиксаторы делительных устройств, губки сменные к тискам и патронам, зубчатые колеса | 56…60 |
| Рабочие поверхности калибров — пробок и скоб | 56…64 |
| Копиры, ролики копирные | 58…63 |
| Втулки кондукторные, втулки вращающиеся для расточных борштанг | 60…64 |
Таблица соотношений между числами твердости по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу, Шору
| 65 | 84,5 | — | 2,34 | 688 | 940 | 96 |
| 64 | 83,5 | — | 2,37 | 670 | 912 | 94 |
| 63 | 83 | — | 2,39 | 659 | 867 | 93 |
| 62 | 82,5 | — | 2,42 | 643 | 846 | 92 |
| 61 | 82 | — | 2,45 | 627 | 818 | 91 |
| 60 | 81,5 | — | 2,47 | 616 | — | — |
| 59 | 81 | — | 2,5 | 601 | 756 | 86 |
| 58 | 80,5 | — | 2,54 | 582 | 704 | 83 |
| 57 | 80 | — | 2,56 | 573 | 693 | — |
| 56 | 79 | — | 2,6 | 555 | 653 | 79,5 |
| 55 | 79 | — | 2,61 | 551 | 644 | — |
| 54 | 78,5 | — | 2,65 | 534 | 618 | 76,5 |
| 53 | 78 | — | 2,68 | 522 | 594 | — |
| 52 | 77,5 | — | 2,71 | 510 | 578 | — |
| 51 | 76 | — | 2,75 | 495 | 56 | 71 |
| 50 | 76 | — | 2,76 | 492 | 549 | — |
| 49 | 76 | — | 2,81 | 474 | 528 | — |
| 48 | 75 | — | 2,85 | 461 | 509 | 65,5 |
| 47 | 74 | — | 2,9 | 444 | 484 | 63,5 |
| 46 | 73,5 | — | 2,93 | 435 | 469 | — |
| 45 | 73 | — | 2,95 | 429 | 461 | 61,5 |
| 44 | 73 | — | 3 | 415 | 442 | 59,5 |
| 42 | 72 | — | 3,06 | 398 | 419 | — |
| 40 | 71 | — | 3,14 | 378 | 395 | 54 |
| 38 | 69 | — | 3,24 | 354 | 366 | 50 |
| 36 | 68 | — | 3,34 | 333 | 342 | — |
| 34 | 67 | — | 3,44 | 313 | 319 | 44 |
| 32 | 67 | — | 3,52 | 298 | 302 | — |
| 30 | 66 | — | 3,6 | 285 | 288 | 40,5 |
| 28 | 65 | — | 3,7 | 269 | 271 | 38,5 |
| 26 | 64 | — | 3,8 | 255 | 256 | 36,5 |
| 24 | 63 | 100 | 3,9 | 241 | 242 | 34,5 |
| 22 | 62 | 98 | 4 | 229 | 229 | 32,5 |
| 20 | 61 | 97 | 4,1 | 217 | 217 | 31 |
| 18 | 60 | 95 | 4,2 | 207 | 206 | 29,5 |
| — | 59 | 93 | 4,26 | 200 | 199 | — |
| — | 58 | — | 4,34 | 193 | 192 | 27,5 |
| — | 57 | 91 | 4,4 | 187 | 186 | 27 |
| — | 56 | 89 | 4,48 | 180 | 179 | 25 |
Процедура периодического контроля твердомера в эксплуатации
Контроль твердомера следует проводить каждый день, когда он используется. Контролировать следует каждый уровень твердости и каждый диапазон или шкалу, на которых проводят измерения твердости.
Прежде чем провести контроль, твердомер должен быть поверен по мерам твердости (для каждого диапазона/шкалы и уровня твердости). Для этого следует нанести опорные отпечатки на эталонную меру твердости, калиброванную (поверенную) в соответствии с ИСО 6507-3. Результат измерений должен соответствовать значению, присвоенному мере при калибровке (поверке) с предельно допускаемой погрешностью по ИСО 6507-2, таблица 3. Если твердомер не удовлетворяет этим требованиям, должны быть предприняты действия для устранения несоответствия.
При проведении контроля следует сделать как минимум один отпечаток на эталонную меру твердости, откалиброванную в соответствии с ИСО 6507-3. Твердомер считают готовым к измерениям, если различие между средним значением (медианой) и числом твердости, присвоенным мере при калибровке (поверке), удовлетворяет предельно допустимой погрешности по ИСО 6507-2, таблица 5. Если не удовлетворяет, то необходимо провести калибровку твердомера по мерам твердости.
Эти результаты следует фиксировать в течение длительного периода времени для определения измерительных возможностей твердомера и отслеживания дрейфа настроек твердомера.
Твердомер по Роквеллу
Твердомером называется устройство для определения твердости металлов и сплавов методом Роквелла. Он представляет собой прибор с алмазным конусом (или шариком) и материалом, в который конус должен войти. Также приклепляется груз для регулировки силы воздействия.
Время отображает индикатор. Процесс происходит в два этапа: сначала делается нажатие с силой 10 кгс, потом – сильнее. Для большего нажатия применяется конус, для меньшего – шарик.
Исследуемый материал располагается горизонтально. Алмаз опускают на него с помощью рычага. Для плавного спуска в устройстве применена рукоять с масляным амортизатором.
Время основной нагрузки обычно составляет от 3 до 6 секунд, в зависимости от материала. Предварительную нагрузку необходимо сохранять до получения результатов испытания.
Большая стрелка индикатора движется по часовой и отражает результат опыта.
Наиболее популярны в практике такие модели твердомера по методу Роквелла:
- Стационарные приборы «Метротест» модели «ИТР», например, «ИТР-60/150-М».
- Твердомеры Qness GmbH модели Q150R.
- Стационарное автоматизированное устройство TIME Group Inc модель TH300.
Как определить твердость металла по методике Бринелля: особенности
В качестве индентора, то есть самого элемента, который вдавливается в заготовку, используется идеальный шарик диаметром от 1 до 10 миллиметров. Он изготавливается из легированных соединений или из сплава карбида и вольфрама. Регламентируется производство таких шаров ГОСТом 3722 81.
Время, в которое происходит статическое, то есть неподвижное вдавливание, – от 10 до 180 секунд. Этот параметр зависит от материала. Самые минимальные временные промежутки – для чугуна и стали, а более продолжительные – для цветных металлов.
Максимальная нагрузка, которая может быть измерена таким способом, – 450 или 650 НВ, в зависимости от того, из чего сделан шарик.
На образец для правильной деформации подбирается воздействие, посмотрим по формулам в таблице, как можно их вычислить, учитывая, что D – это диаметр шара:
| Проверяемый объект | Математически вычисленное изменение |
| Свинец или олово | 1d^2 |
| Стальные соединения, титан, никель | 30d^2 |
| Легкие сплавы | от 2,5d^2 до 15d^2 |
| Чугун | 10d^2 или 30d^2 |
| Медь и составы с ее добавлением | 5d^2, 10d^2, 30d^2 |
Алгоритм применения метода Бринелля
- Проверяется сам аппарат и тело для внедрения – шар.
- Определяется максимальное усилие.
- Твердомер запускается.
- Измеряется глубина вдавливания.
- Производятся математические вычисления.
Применяемая формула НВ=P/F, где:
- P – нагрузка;
- F – площадь отпечатка.
Следует отметить, что это самый распространенный способ.
Неопределенность измерения твердости по Виккерсу
D.1 Общие требования
Косвенный метод вычисления неопределенности, о котором идет речь в настоящем приложении, касается неопределенности результата измерений твердости, связанной с измерительными возможностями твердомеров при калибровке эталонных мер твердости (CRM). Вычисленная по этому методу неопределенность отражает совокупный эффект от всех источников неопределенности.
Косвенный метод не заменяет прямого метода оценки вклада отдельных источников неопределенности в суммарную неопределенность измерения твердости для твердомера. Косвенный метод рекомендуется для контроля твердомеров в период между поверками.
D.2 Алгоритм вычисления неопределенности
Алгоритм, предназначенный для вычисления неопределенности ul
косвенным методом, приводится в таблице D.1. Расширенную неопределенность
U
получают умножением
ul
на коэффициент расширения
k
= 2. Таблица D.1 содержит всю необходимую для расчета информацию.
D.3 Отклонение твердомера на основе измерений по эталонной мере твердости
Отклонение b
твердомера (которое часто именуют ошибкой) получают путем вычитания:
– среднего значения результатов измерений пяти отпечатков в процессе испытания твердомера по эталонной мере твердости;
– значения, присвоенного эталонной мере твердости при калибровке.
На основе отклонения определяют поправку, которую вносят в результат измерения и которую учитывают при вычислении неопределенности.
D.4 Алгоритмы вычисления неопределенности
D.4.1 Процедура без использования статистики измерений по эталонной мере твердости (метод 1)
Метод 1 (М1) – это упрощенный метод, который не используют при расчете неопределенности.
В М1 ошибку определяют на основе допустимой погрешности твердомера относительно теоретической шкалы, которую используют для определения источника неопределенности u
E. При этом не предусматривается определение поправки, которую следует вносить при измерениях.
Алгоритм вычисления U
подробно представлен в таблице D.1, а также в , .
(D.1)
При этом результат измерений следующий
(D.2)
D.4.2 Алгоритм, базирующийся на статистике измерений по эталонной мере твердости (метод 2)
В отличие от метода 1 (М1) использование метода 2 (М2) приводит к меньшим значениям неопределенности. Ошибка (отклонение) b
(таблица D.1, этап 10) предположительно носит систематический характер. В рекомендовано вносить поправки в результат измерений для коррекции систематической ошибки. В М2 предполагается, что поправки определены, и тогда при вычислении неопределенности, если поправки включены в результат измерений, систематическую ошибку считают равной 0 либо
U
corrувеличивают на
b
. Алгоритм вычисления
U
corr объясняется в таблице D.1, а также см. , .
(D.3)
При этом результат измерения определяют в следующем виде
(D.4)
или
(D.5)
В зависимости от того, включают ли отклонение (ошибку) в качестве поправки шкалы твердомера, используют одно или другое выражение для представления результата измерения.
D.5 Представление результата измерения
При выражении результата измерения неопределенности указывают метод. Если метод не определен, считается что использован метод 1, формула (D.2) (таблица D.1, этап 12).
