Твердостью в физике называют способность тела сопротивляться проникновению в него другого вещества(что приводит к изменению формы). В ножевой индустрии оптимально, если лезвие способно долгое время оставаться острым (не деформироваться, не крошиться и не затупляться), быть устойчивым к боковой нагрузке, но при этом принимать ручную заточку при использовании подходящего инструмента.
Слишком твердое лезвие может сломаться при соприкосновении с другим твердым телом (костями, замороженным мясом), а заточить его своими руками будет проблематично – металл не поддастся на воздействие точильного инструмента.
Слишком мягкая сталь, наоборот, при соприкосновении с поверхностью плотного продукта сомнется и ей потребуется правка. Придать правильную геометрию не составит труда, однако следующая деформация не заставит себя ждать. В итоге нож придется править и точить слишком часто, а качество реза будет весьма посредственным.
1 big myth busted about HRC hardness for your knife
Что такое шкала Роквелла?
Когда вы смотрите на спецификации ножей, там часто можно увидеть некое число с обозначениями «RC» или «HRC» после него. Это число представляет из себя значения рейтинга Роквелла.
Рейтинг Роквелла — это шкала, используемая для измерения твердости материала. Испытание на твердость по Роквеллу является отраслевым стандартом для ножей. Так например у нержавеющей стали AUS-8, этот показатель составляет 57-59 RC. Обычно указывается диапазон, это означает, что любое изменение в процессе упрочнения попадет в этот диапазон.
Диапазон никогда не должен превышать двух при надежном контроле качества. Тестирование практически не повреждает испытуемый материал и предоставляет важную информацию о твердости и долговечности стали.
Почему именно HRC? Вообще, существует довольно большое количество шкал, по которым происходит измерение: A; B; C; D; E; F; G; H; K; N; T. Но наиболее подходящей для измерения твердости ножа является шкала C (нагрузка 150 кгс, индентор — алмазный наконечник с углом в 120 градусов) Отсюда аббревиатура HRC.
Как же происходит тестирование методом Роквелла? Тест выполняется путем измерения глубины проникновения индентора с алмазным наконечником при большой нагрузке по сравнению с проникновением, вызванным предварительной нагрузкой. Важно, чтобы измеряемая поверхность была ровной.
Один небольшой недостаток при тестировании ножа состоит в том, что остаётся небольшая точечная вмятина на месте соприкосновения с идентором. Этого можно избежать если проводить тестирование в области, которая скрыта под рукоятью. В видео ниже подробно описан процесс тестирования.
Что же означают эти цифры на практике?
У одной и той же стали может быть как низкий, так и высокий показатель HRC. Тем не менее, у каждой стали есть свой диапазон, в котором сталь будет работать лучше всего. Чем выше число, тем тверже сталь. Чем тверже сталь, тем лучше удержание кромки. Чем лучше удерживается кромка, тем реже вы должны ее точить.
С другой стороны, чем тверже сталь, тем более она хрупкая. В итоге, все сводится к предпочтениям в использовании ножа. Как часто вы хотите его оттачивать и для каких целей вы хотите его использовать.
Многие пользователи судят о качестве стали на основе числа Роквелла, при этом считается, что более высокие числа указывают на более высокое качество стали. Иногда это так, но далеко не всегда. Ниже приведена диаграмма, показывающая приблизительные числа Роквелла, которые можно ожидать от различных клинков в различных типах инструментов. Эта диаграмма ни в коем случае не является жестким и обязательным правилом, а просто примером типичных чисел.
Некоторым нравится более мягкая сталь в диапазоне 54-56 HRC. Более мягкие стали требуют заточки чаще, но их намного проще точить, чем более твердые. Они также менее склонны к сколам. Край, скорее всего, сомнется, а не сколется, что гораздо легче исправить.
Тест Роквелла очень важен для производителей как дополнительный контроль качества, но также работает как один из параметров выбора для потребителя. Знание числа Роквелла поможет вам предугадать, насколько хорошо будет работать клинок, и, возможно, предотвратить неудачные покупки. Если вы видите, что у обычного складного ножа показатель 50+, его можно заточить об бордюр или стену. Если вам нужен нож большей твердости, стремитесь к диапазону 57-59. И наконец есть ножи с фантастическим диапазоном 60-63.
Используя фильтры на нашем сайте, вы можете легко подобрать для себя нужный вариант.
Твердость по шкале Роквелла
Существует несколько способов определения твердости металлов, но наиболее востребованным для категории кухонных ножей считается метод Роквелла. Авторы этого способа – американцы Стенли и Хью Роквеллы, запатентовали технологию в 1914 году. В дальнейшем усовершенствованием своего твердомера занимался только Стенли Роквелл.
Согласно данному методу, показатель твердости обозначается HRC, где HR — Hard Rocwel (твердость по Роквеллу) и С – маркировка шкалы твердости стали (всего их 11). По шкале Роквелла твердость может составлять 27-70 единиц. Чем выше показатель, тем тверже лезвие.
В процессе измерения твердости на заготовку, закрепленную на твердомере, оказывают предварительную, а затем основную нагрузку. Результаты фиксируются и затем специалист проводит необходимые расчеты для определения HR (высчитывают разницу между основной и предварительной нагрузкой).
Шкала твердости ножей по Роквеллу
HRc — Шкала твердости Роквелла: все, что вы хотели знать
Каждый, кто хотя бы однажды покупал нож высокого качества, несомненно, сталкивался с понятием “твердость лезвия” и аббревиатурой HRc. Задумывались ли вы о том, что это значит? Если да, то вы не одиноки.
Определение твердости по Роквеллу
Аббревиатура HRc обозначает шкалу твердости Роквелла, раздел С. Она широко применяется металлургами для определения твердости стали: чем выше число, тем больше твердость. Значение твердости имеет большое значение при производстве ножей, т.к. чем тверже сталь, тем лучше она сохраняет режущую кромку.
Шкала Роквелла имеет несколько разделов, каждый из которых применяется для определения твердости определенного материала. Раздел C предназначен для определения твердости ножевой стали.
Самый высокий показатель RC не всегда означает лучший нож
С одной стороны, более твердая сталь лучше держит режущую кромку, однако, и вероятность возникновения трещин и даже отламывания выше. По правде говоря, действительно твердое лезвие может разбиться на осколки, как стекло.
На то, как нож будет держать режущую кромку, влияет не только твердость стали, но и ее тип и марка. Каждый стальной сплав имеет оптимальное соотношение твердости и функциональности в зависимости от предназначения ножа.
Почему же тогда важно значение по шкале Роквелла? Какое значение является оптимальным для ножей?
Твердость клинка так же важна, как и его функциональность и износостойкость. Например, сталь твердостью 58-62 единицы по шкале Роквелла будет отлично сохранять заточку, но она же является менее прочной, более ломкой и склонной к образованию трещин. Таким образом, инструмент с исключительно высокой твердостью лезвия требует особого ухода и осторожности в обращении.
При этом более мягкий металл является более износостойким, но затачивать его придется гораздо чаще. Так, при производстве топоров и стамесок используется сталь с меньшим показателем твердости, однако, такой материал с легкостью может выдержать значительное ударное воздействие.
Карманные складные и охотничьи ножи обычно не используют для раскалывания древесины, поэтому для них способность держать режущую кромку важнее, чем прочность. Следовательно, в производстве таких инструментов используется более твердый металл. Однако, если речь идет о ножах для выживания, требования здесь уже другие. Твердости в 55-58 единиц по Роквеллу для них будет более чем достаточно, т.к. на первое место здесь выходит прочность и износостойкость.
Оптимальная твердость зависит от предназначения ножа, поэтому нет единого показателя, идеального для всех ножей
Множество аббревиатур — одна шкала
В отношении данного способа определения твердости производители ножей используют множество сокращений: HR, HRc, HR C, RC, C на шкале Роквелла, твердость по шкале C Роквелла, шкала C Роквелла… Независимо от того, какая именно аббревиатура использована в описании ножа, она обозначает одну единственную шкалу твердости Роквелла.
Стенли П. Роквелл (Stanley P. Rockwell) в 1919 году был металлургом на заводе по производству шарикоподшипников в Новой Англии. Он разработал свою систему для быстрого и точного определения твердости поверхности качения подшипника.
Производители множества товаров от пружин для часов до колес вагонов нуждались в подобной системе и быстро переняли разработку Роквелла для собственных нужд. В последствии система была адаптирована для определения твердости неметаллических материалов, в частности, пластмасс.
Как определяется твердость по Роквеллу
Шкала измеряет относительную твердость металла методом вдавливания. Перед проведением теста металл необходимо закалить и сделать его абсолютно плоским. В противном случае измерения будут не точными.
Для измерения твердости обычно используют конус с бриллиантовым наконечником, который вдавливают в тестируемый металл с силой, равной 300 фунтам. Затем замеряют глубину его вхождения с учетом приложенной силы. В итоге, данные соотносят со шкалой, в которой уже содержится информация о твердости других протестированных металлов.
У такого способа есть один небольшой недостаток: на поверхности металла остается небольшое углубление от наконечника конуса, которое можно принять за дефект. Такой отметки можно избежать, если проводить тест на поверхности, скрытой от глаз, например, рукоятью ножа.
Почему показатели RC разнятся?
Тест Роквелла проводится на совсем небольшой площади металла, поэтому существует вероятность, что твердость соседнего участка будет слегка отличаться. Кроме того, данный тест проверяет только поверхность материала, тогда как твердость в глубине может быть другой.
Именно по этой причине производители ножей обычно указывают не единичное значение твердости, а их диапазон.
Соотношение цена — качество
Определение твердости по Роквеллу помогает производителям ножей сбалансировать 3 наиболее важных критерия, влияющих на качество конечного продукта: твердость, гибкость и жесткость. Идеальный баланс этих трех составляющих позволяет им создать нож, который будет прекрасно затачиваться и сохранять режущую кромку долгое время даже при активном использовании.
Стоит лишь купить один из наших высококачественных ножей, вы сразу же поймете, о чем идет речь.
Метод Бринелля
Этот метод был предложен шведом Юханом Августом Бринеллем начале 20-го века. На тот момент, это был самый точный способ определения твердости металлов. В качестве индентора используются стальные шарики различного диаметра (от 1,2 до 10 миллиметров). Диаметр шарика выбирается в зависимости от предполагаемой твердости металла.
Бринелль разделил металлы на несколько групп, объединив их по твердости. В группу с минимальной твердостью попали олова, свинец и их сплавы. В группу с самой высокой твердостью вошли титан, никель и стальные сплавы. Для металлов с минимальной твердостью используется шарик самого малого диаметра, для металлов высокой твердости используется шарик самого большого диаметра.
Измерения происходят по следующему алгоритму: проверяемый образец помещают на специальный стол, сверху в образец происходит вдавливание индентора с постепенно увеличивающейся нагрузкой. Это происходит в течение короткого промежутка времени от 2-х до 8-ми секунд. После достижения максимального уровня динамической нагрузки, нагрузка поддерживается в статическом состоянии, примерно в течение 10-ти секунд. После завершения процедуры, на проверяемом образце замеряют диаметр отпечатка.
Расчет твердости происходит по формуле, где учитываются приложенная нагрузка, диаметр индентора и диаметр отпечатка. Твердость указывается в формате кгс/мм2, формат отображения HBW.
Источник: xn--74-6kcu4a2ao6f.xn--p1ai
Твердость – главный показатель качества инструмента
Среди всех существующих методов определения твердости сталей и цветных металлов самым распространенным и наиболее точным является метод Роквелла.
Метод Роквелла — определение твердости металла
Проведение измерений и определение числа твердости по Роквеллу регламентируется соответствующими документами ГОСТа 9013-59
. Этот метод реализуется путем вдавливания в тестируемый материал инденторов – алмазного конуса или твердосплавного шарика. Алмазные инденторы используются для тестирования закаленных сталей и твердых сплавов, а твердосплавные шарики – для менее твердых и относительно мягких металлов. Измерения проводят на механических или электронных твердомерах.
Методом Роквелла предусматривается возможность применения целого ряда шкал твердости A, B, C, D, E, F, G, H (всего – 54), каждая из которых обеспечивает наибольшую точность только в своем, относительно узком диапазоне измерений.
Для измерения высоких значений твердости алмазным конусом чаще всего используются шкалы «А», «С». По ним тестируют образцы из закаленных инструментальных сталей и других твердых стальных сплавов. А сравнительно более мягкие материалы, такие как алюминий, медь, латунь, отожженные стали испытываются шариковыми инденторами по шкале «В».
Пример обозначения твердости по Роквеллу: 58 HRC или 42 HRB.
Впереди стоящие цифры обозначают число или условную единицу измерения. Две буквы после них – символ твердости по Роквеллу, третья буква – шкала, по которой проводились испытания.
Два одинаковых значения от разных шкал – это не одно и то же, например, 58 HRC ≠ 58 HRA. Сопоставлять числовые значения по Роквеллу можно только в том случае, если они относятся к одной шкале.
Диапазоны шкал Роквелла по ГОСТ 8.064-94:
| A | 70-93 HR |
| B | 25-100 HR |
| C | 20-67 HR |
Слесарный инструмент
Инструменты для ручной обработки металлов (рубка, резка, опиливание, клеймение, пробивка, разметка) изготавливают из углеродистых и легированных инструментальных сталей. Их рабочие части подвергают закаливанию до определенной твердости, которая должна находиться в пределах:
| Ножовочные полотна, напильники | 58 – 64 HRC |
| Зубила, крейцмессели, бородки, кернеры, чертилки | 54 – 60 HRC |
| Молотки (боек, носок) | 50 – 57 HRC |
Монтажный инструмент
Сюда относятся различные гаечные ключи, отвертки, шарнирно-губцевый инструмент. Норму твердости для их рабочих частей устанавливают действующие стандарты. Это очень важный показатель, от которого зависит, насколько инструмент износостоек и способен сопротивляться смятию. Достаточные значения для некоторых инструментов приведены ниже:
| Гаечные ключи с размером зева до 36 мм | 45,5 – 51,5 HRC |
| Гаечные ключи с размером зева от 36 мм | 40,5 – 46,5 HRC |
| Отвертки крестовые, шлицевые | 47 – 52 HRC |
| Плоскогубцы, пассатижи, утконосы | 44 – 50 HRC |
| Кусачки, бокорезы, ножницы по металлу | 56 – 61 HRC |
Металлорежущий инструмент
В эту категорию входит расходная оснастка для обработки металла резанием, используемая на станках или с ручными инструментами. Для ее изготовления используются быстрорежущие стали или твердые сплавы, которые сохраняют твердость в холодном и перегретом состоянии.
| Метчики, плашки | 61 – 64 HRC |
| Зенкеры, зенковки, цековки | 61 – 65 HRC |
| Сверла по металлу | 63 – 69 HRC |
| Сверла с покрытием нитрид-титана | до 80 HRC |
| Фрезы из HSS | 62 – 66 HRC |
Примечание:
Некоторые производители фрез указывают в маркировке твердость не самой фрезы, а материала, который она может обрабатывать.
Крепежные изделия
Существует взаимосвязь между классом прочности крепежа и его твердостью. Для высокопрочных болтов, винтов, гаек эта взаимосвязь отражена в таблице:
| Болты и винты | Гайки | Шайбы | ||||||||||||||
| Классы прочности | 8.8 | 10.9 | 12.9 | 8 | 10 | 12 | Ст. | Зак.ст. | ||||||||
| d | d>16 мм | d | d>16 мм | |||||||||||||
| Твердость по Роквеллу, HRC | min | 23 | 23 | 32 | 39 | 11 | 19 | 26 | 29.2 | 20.3 | 28.5 | |||||
| max | 34 | 34 | 39 | 44 | 30 | 36 | 36 | 36 | 23.1 | 40.8 | ||||||
Если для болтов и гаек главной механической характеристикой является класс прочности, то для таких крепежных изделий как стопорные гайки, шайбы, установочные винты, твердость не менее важна.
Стандартами установлены следующие минимальные / максимальные значения по Роквеллу:
| Стопорные кольца до Ø 38 мм | 47 – 52 HRC |
| Стопорные кольца Ø 38 -200 мм | 44 – 49 HRC |
| Стопорные кольца от Ø 200 мм | 41 – 46 HRC |
| Стопорные зубчатые шайбы | 43.5 – 47.5 HRB |
| Шайбы пружинные стальные (гровер) | 41.5 – 51 HRC |
| Шайбы пружинные бронзовые (гровер) | 90 HRB |
| Установочные винты класса прочности 14Н и 22Н | 75 – 105 HRB |
| Установочные винты класса прочности 33Н и 45Н | 33 – 53 HRC |
Устойчивость к царапинам
Твердость к царапинам — это способность материала сопротивляться деформации, обычно возникающей в результате царапин и истирания. Твердость к царапинам — это один из видов твердости, который измеряется, когда поверхность образца царапается стилусом, который проводят по его поверхности под фиксированной испытательной нагрузкой.
Метод устойчивости к царапинам определяет стойкость материала к вспашке твердым щупом. Он измеряет твердость материала и его способность противостоять царапинам и истиранию. Как правило, прибор для определения твердости царапин состоит из щупа, переносного столика для удержания образцов, устройства приложения нагрузки и блока обработки и отображения данных.
[ux_featured_products products = ”” columns = ”4 «]
Самые ранние испытания на твердость от царапин были проведены Фридрихом Моосом в 1820 году, который также разработал шкалу Мооса. Испытание на стойкость к царапинам измеряет сопротивление образца разрушению или остаточной деформации из-за трения иглы о ее поверхность.
В этом тесте для царапания поверхности образца используется более твердый материал, который сделан из относительно более мягкого материала. Когда вам нужно испытать покрытия, твердость царапины означает силу, которая необходима для прорезания пленки на основе. Шкала Мооса используется для измерения сопротивления материала царапинам вместе с измерительным устройством, известным как склерометр.
Относительное измерение твердости при помощи напильников
Стоимость стационарных и портативных твердомеров довольно высока, поэтому их приобретение оправдано только необходимостью частой эксплуатации. Многие мастеровые по мере надобности практикуют измерять твердость металлов и сплавов относительно, при помощи подручных средств.
Измерение твердости при помощи напильников
Опиливание образца напильником – один из самых доступных, однако далеко не самый объективный способ проверки твердости стальных деталей, инструмента, оснастки. Напильник должен иметь не затупленную двойную насечку средней величины №3 или №4. Сопротивление опиливанию и сопровождающий его скрежет позволяет даже при небольшом навыке отличить незакаленную сталь от умеренно (40 HRC) или твердо закаленной (55 HRC).
Для тестирования с большей точностью существуют наборы тарированных напильников, именуемые также царапающий твердомер. Они применяются для испытания зубьев пил, фрез, шестерен. Каждый такой напильник является носителем определенного значения по шкале Роквелла. Твердость измеряется коротким царапанием металлической поверхности поочередно напильниками из набора.
Затем выбираются два близко стоящие – более твердый, который оставил царапину и менее твердый, который не смог поцарапать поверхность. Твердость тестируемого металла будет находиться между значениями твердости этих двух напильников.
Введение: что такое твердость
Твердость — это свойство любого материала сопротивляться деформации своей формы при воздействии на него внешней силы. Испытания на твердость важны для технических и инженерных приложений, поскольку они помогают определить твердость и предел прочности материалов.
Это помогает получить четкое представление о том, подходит ли испытуемый образец для конкретных приложений. Это помогает отраслям производить безопасные и высококачественные конечные продукты, которые соответствуют нормам безопасности и руководствам, установленным соответствующими органами.
Ниже рассматриваются различные типы твердости и различные методы испытания твердости и определения значений твердости:
Твердомер по Роквеллу: что это такое и как работает?
Стационарный твердомер представляет собой цельнолитую жесткую П-образную конструкцию (положенную на бок) и состоящую из 2 блоков:
- Измерительный блок (верх) состоит из индикатора часового типа, который контактирует с рычагом подвеса нагрузки. Для исключения возникновения ударной нагрузки при включении режима вдавливания рычаг подвеса имеет гидравлический демпфер.
- Блок установочного перемещения (низ) состоит из винтовой пары с большим шагом для ручного перемещения стола. Винтовая пара служит для создания предварительной нагрузки и больших перемещений стола. Это позволяет измерять твердость на деталях с габаритами, намного превышающими размеры образца толщиной 20 мм. Твердость поверхности стола не ниже HRC 50.
Твердомеры могут иметь двигатель перемещения, электронную систему измерения с дисплеем и другие усовершенствования, не влияющие на методику измерения.
Измерения проводятся при нормальных условиях (температура — 18…23° С, влажность 70…80%).
- образец (деталь) должен лежать устойчиво, не пружинить, не качаться;
- шероховатость поверхности образца не ниже Ra 2,5 по ГОСТ 2789-73.
На партию деталей изготавливают образец, который проходит термическую обработку вместе с деталями.
- образец устанавливают на стол;
- с помощью ходового винта образец подводят к интендору и нагружают предварительно (индикатор выставляется в 0);
- рычагом (кнопкой) включается режим вдавливания интендора в образец;
- при остановке стрелки индикатора (через 2…8 секунд после нагружения) снимают основную нагрузку, считывают значение твердости.
Современные твердомеры Роквелла, оборудованные цифровыми измерительными системами, имеют устройства автоматического подвода, предварительного нагружения, контроля величины усилия и времени рабочей нагрузки. Все усовершенствования должны обеспечивать соответствие требованиям ГОСТ 23677-79.
Твердость отскока
Твердость отскока, также известная как динамическая твердость, измеряет твердость материала, определяя высоту, на которую отскакивает молоток с алмазным наконечником, когда он падает с высоты на образец. Этот тип твердости связан с эластичностью.
Твердость отскока обычно измеряется с помощью теста на твердость отскока по Leeb. Этот метод был разработан в 1975 году Леебом и Брандестини с использованием портативного твердомера. Этот тестер предоставил новую альтернативу обычно сложному и сложному традиционному оборудованию для измерения твердости.
Метод измерения твердости отскока Leeb соответствует стандартным процедурам. Скорость тела колеблется от 1,4 м / с до 3 м / с. В соответствии с этим методом скорость тела до и после удара измеряется для определения твердости образца.
Отношение скорости удара к скорости отскока дает динамическую твердость по Либу испытуемого образца. Предметом, используемым для удара по образцу, может быть карбид вольфрама, кобальт, керамика или алмаз, либо индентор в форме шара с различным радиусом.
Твердость образца, определенная этим методом, представлена как (пример) 750 HL D, где 750 обозначает значение твердости, HL обозначает «твердость по Leeb», а D представляет метод Leeb со сферическим ударным телом из карбида вольфрама-кобальта с радиусом 1,5 мм и вес 4,5 грамма.
Механические свойства в испытаниях прочности
Связать и исследовать прочностные характеристики материалов и результаты проверки твердости методом определения твердости по Роквеллу получилось у таких ученых-материаловедов, как Давиденков Н. Н., Марковец М. П. и других.
По результатам испытания твердости путем вдавливания применяются методы вычисления предела текучести. Данная связь вычислена для высокохромистых нержавеющих сталей, которые прошли множественную термообработку. Среднее значение отклонения, при применении алмазного индентора, составило всего +0,9 %.
Также проводятся исследования по определению и других механических свойств материалов, связанных с твердостью. Например, предел прочности (или временное сопротивление), истинное сопротивление разрушению и относительное сужение.
Технические характеристики
Значения чисел твёрдости мер и размах этих значений приведены в таблице 1.
Таблица 1 — Метрологические характеристики мер
| Шкалы твердости | Нагрузка, H | Значение твёрдости меры, HR | Размах значений чисел твёрдости, HR, не более | |
| 1 разряд | 2 разряд | |||
| Шкала Роквелла | ||||
| ША | 588,4 | От 20 до 86 | 0,4 | 0,6 |
| hrb, hrbw | 980,7 | От 20 до 100 | 0,5 | 1,2 |
| НЯС | 1471 | 25±5 | 0,5 | 1,1 |
| 45±10 | 0,4 | 0,8 | ||
| 65±5 | 0,3 | 0,5 | ||
| Шкалы твердости | Нагрузка, H | Значение твёрдости меры, KR | Размах значений чисел твёрдости, KR, не более | |
| 1 разряд | 2 разряд | |||
| Шкала Супер-Роквелла | ||||
| rnj5N | 147,1 | От 70 до 94 | 0,4 | 0,6 |
| HR30N | 294,2 | От 76 до 86 | 0,4 | 0,6 |
| От 40 до 76 | 0,6 | 1,1 | ||
| HR45N | 441,3 | От 20 до 77 | 0,6 | 1,1 |
| ШЛ5Т | 147,1 | От 83 до 93 | 0,7 | 1,2 |
| От 67 до 83 | 1,2 | 1,8 | ||
| Ш30Т | 294,2 | От 70 до 82 | 0,7 | 1,2 |
| От 29 до 70 | 1,2 | 1,8 | ||
| Щ.45Т | 441,3 | От 50 до 72 | 0,7 | 1,2 |
| От 10 до 50 | 1,2 | 1,8 | ||
Технические характеристики мер приведены в таблице 2.
Таблица 2 — Технические характеристики мер
| Наименование характеристики | Значение |
| характеристики | |
| Шероховатость Rа, мкм, не более: | |
| — рабочих поверхностей мер МТР-МЕТ | 0,32 |
| — рабочих поверхностей мер МТСР-МЕТ | 0,16 |
| — опорных поверхностей | 0,5 |
| Рабочие условия эксплуатации: | |
| — температура окружающего воздуха, °С | от +18 до +28 |
| — относительная влажность окружающего воздуха, не более, % | 80 |
| Габаритные размеры мер прямоугольной формы, мм: | |
| — длина | 60±1 |
| — ширина | 40±1 |
| — высота, не менее | 6 |
| Габаритные размеры мер круглой формы, мм: | |
| — диаметр, мм | 65±1 |
| — высота, мм, не менее | 6 |
| Масса, кг, не более | 0,3 |
Испытание на твердость по Виккерсу
В тесте Виккерса используется тот же принцип, что и в методе Бринелля, за исключением типа используемого индентора.
Тип индентора необходимо менять по методу Бринелля в зависимости от типа исследуемого материала. Однако тот же алмазный индентор используется в методе Виккерса для измерения твердости всех типов образцов.
Индентор, используемый в этом методе, имеет форму правой пирамиды. На индентор прикладывают испытательную нагрузку, которая прижимается к поверхности образца, оставляя вмятину.
Длины диагоналей этих отпечатков измеряются с помощью оптических систем, что дает очень точные показания твердости. Время выдержки — время, в течение которого испытательная сила прикладывается через индентор к поверхности образца — в этом методе обычно составляет 10-15 секунд.
Тест Виккерса с использованием микротестовых нагрузок, которые намного меньше по сравнению с методом Бринелля. Это метод испытания на микротвердость, который лучше всего подходит для измерения твердости материалов, которые слишком тонкие или малы для испытаний на макротвердость.
Этот метод лучше всего подходит для измерения твердости тонких металлических листов, небольших образцов и т. Д. Тест Виккерса — это неразрушающий метод, который гарантирует, что образец можно использовать после завершения тестирования. У метода Виккерса есть несколько ограничений.
Это требует, чтобы поверхность образца была свободна от каких-либо дефектов, и, следовательно, необходимо время для подготовки поверхности образца перед проведением испытания. Для проведения этого испытания требуется не менее 30-60 секунд, и это время не включает время, необходимое для подготовки поверхности образца.
Тестирование Виккерса не рекомендуется для массового производства на сборочных линиях и больше подходит для лабораторных испытаний. Измерения твердости в тесте по Виккерсу представлены как 700 HV / 10, где 700 — это значение твердости по Виккерсу, которое было получено с использованием испытательной силы 10 кгс.
Источник: svelsteel.ru
Соответствие твердости и прочности Таблица / Hardness equivalent table
Данным термином в материаловедении называют механическое свойство, которое определяет устойчивость к разрушению под воздействием других, более плотных веществ. Иначе можно сказать так: это сопротивляемость деформациям от давления. При этом учитываются и пластичные, и упругие изменения.
От характеристики зависит множество процессов и условий:
- Износостойкость – это есть то, насколько долго может быть использован элемент. В том числе срок износа, поскольку для каждой детали, например автомобильной, наступает время, когда по естественным причинам ее нужно менять. Но чем тверже элемент, тем дольше он будет служить в определенных условиях.
- Возможность различных видов металлообработки – одни технологии применяются только к мягким сплавам, а другие могут быть использованы и для прочных.
- Сопротивление давлению и другим усилиям характерно для вала или подшипника, на которые действуют силы центробежная и трения.
- Способность использовать материал в качестве инструмента для более податливой поверхности. Инструментальная сталь является настолько крепкой, что применяется для изготовления фрез для фрезерных станков, сверл и прочих изделий.
Это далеко не полный перечень того, на что влияет твердость металла после того, как мы дали ему определение. Не каждое используемое вещество берется с одинаковыми характеристиками. Что делается прежде всего для увеличения данного параметра? Сперва берем сырье, очищаем от примесей, а затем подвергаем химической и температурной обработке. А именно: в состав добавляем различные легирующие компоненты, повышающие это качество, например:
От чего зависит твердость металлов по этому классу:
- От наличия легирующих добавок, перечисленных выше.
- От естественных свойств сырья.
- От термообработки. С этой целью помогает закалка – материал нагревают сверх определенной критической точки, кристаллическая решетка меняется, и после охлаждения закаленная сталь становится очень надежной.
- От цементации – способом диффузии образец насыщается углеродом. Такому методу подвергаются только низкоуглеродистые или легированные части.
- От старения – оно может быть естественным или искусственным. В первом случае со временем протекают процессы, которые не затрагивают микроструктуру, но важны на общем уровне. Во втором применяется термообработка с целью химического и термального увеличения срока эксплуатации – состаривание.
- От наклепывания на поверхность. Это пластическое изменение структуры вещества, приводящее к повышению прочности.
- От обработки лазером. Лазерная установка наплавляет прочный слой.
Кроме того, некоторые этапы металлообработки (прокатка, ковка и закалка) с изменением формы заготовки также приводят к улучшению качества.
В каких единицах измеряется твердость металла
Особенность данной характеристики в том, что в зависимости от метода, которым проводили замер, меняется и классическое обозначение. Так как параметр нельзя причислить к основным физическим шкалам, таким как расстояние, скорость, масса, сила, то и единого стандарта нет в так называемой системе СИ.
Если исследователь применяет один из наиболее стандартных способов, предложенный Бриннелем, о котором мы подробнее расскажем ниже, то результат будет записан в кгс/мм2, то есть в килограмм-силах, деленных на квадратный миллиметр. По шкале измерения твердости металлов можно сказать о классических примерах и их показателях в соотношении друг с другом:
- железные сплавы – в среднем 30 кгс/мм2;
- медные и никелевые составы – 10 кгс/мм2;
- алюминий, магний и их производные – 5 кгс/мм2.
Так делаем вывод, что железо в 6 раз тверже, чем мягкое алюминиевое соединение.
Второй популярный метод изобрел Роквелл. Согласно ему, одно условное значение (у.е.) равно перемещению конуса на 2 мкм. Если маркируется по данному варианту, то сперва проставляется индексация, затем одна из трех букв – А, В, С и цифровое значение. Если вы видите на заготовке твердость материала НВ, то это единицы измерения по Роквеллу. Также индексом могут быть отмечены детали под маркировкой HR, а после 1 из трех букв:
- A – свидетельствует о том, что испытания проводились с помощью конуса из алмаза с углом вершины в 120 градусов под прилагаемой нагрузкой в 50 – 60 кг.
- В – говорит о шарике в одну шестнадцатую дюйма, который направляют к поверхности под весом в 90 – 100 кг.
- С – используется аналогичный конус, как при маркировке А, но увеличенное воздействие в 140 – 150 кг.
Дальше идет цифра, которая уже указывает на то, какая вмятина образовалась.
И еще один вариант того, в чем измеряется твердость стали, – цифры плюс буквы HV. Такое измерение предлагает Виккерс. В то время как по методике Шора можно увидеть такие записи – 90 HSD.
Таблица перевода единиц твердости HRC, HRA, HB, HV
| Роквелл | Бринелль | Виккер с | Шор | На разрыв | ||
| HRA | HRC | HB (3000H) | Диаметр отпечатка, мм | HV | HSD | Н/мм ² |
| 89 | 72 | 782 | 2.20 | 1220 | ||
| 86.5 | 70 | 1076 | 101 | |||
| 86 | 69 | 744 | 2.25 | 1004 | 99 | |
| 85.5 | 68 | 942 | 97 | |||
| 85 | 67 | 713 | 2.30 | 894 | 95 | |
| 84.5 | 66 | 854 | 92 | |||
| 84 | 65 | 683 | 2.35 | 820 | 91 | |
| 83.5 | 64 | 789 | 88 | |||
| 83 | 63 | 652 | 2.40 | 763 | 87 | |
| 82.5 | 62 | 739 | 85 | |||
| 81.5 | 61 | 627 | 2.45 | 715 | 83 | |
| 81 | 60 | 695 | 81 | 2206 | ||
| 80.5 | 59 | 600 | 2.50 | 675 | 80 | 2137 |
| 80 | 58 | 2.55 | 655 | 78 | 2069 | |
| 79.5 | 57 | 578 | 636 | 76 | 2000 | |
| 79 | 56 | 2.60 | 617 | 75 | 1944 | |
| 78.5 | 55 | 555 | 598 | 74 | 1889 | |
| 78 | 54 | 2.65 | 580 | 72 | 1834 | |
| 77.5 | 53 | 532 | 562 | 71 | 1772 | |
| 77 | 52 | 512 | 2.70 | 545 | 69 | 1689 |
| 76.5 | 51 | 495 | 2.75 | 528 | 68 | 1648 |
| 76 | 50 | 513 | 67 | 1607 | ||
| 75.5 | 49 | 477 | 2.80 | 498 | 66 | 1565 |
| 74.5 | 48 | 460 | 2.85 | 485 | 64 | 1524 |
| 74 | 47 | 448 | 2.89 | 471 | 63 | 1496 |
| 73.5 | 46 | 437 | 2.92 | 458 | 62 | 1462 |
| 73 | 45 | 426 | 2.96 | 446 | 60 | 1420 |
| 72.5 | 44 | 415 | 3.00 | 435 | 58 | 1379 |
| 71.5 | 42 | 393 | 3.08 | 413 | 56 | 1317 |
| 70.5 | 40 | 372 | 3.16 | 393 | 54 | 1255 |
| 38 | 352 | 3.25 | 373 | 51 | 1193 | |
| 36 | 332 | 3.34 | 353 | 49 | 1138 | |
| 34 | 313 | 3.44 | 334 | 47 | 1076 | |
| 32 | 297 | 3.53 | 317 | 44 | 1014 | |
| 30 | 283 | 3.61 | 301 | 42 | 965 | |
| 28 | 270 | 3.69 | 285 | 41 | 917 | |
| 26 | 260 | 3.76 | 271 | 39 | 869 | |
| 24 | 250 | 3.83 | 257 | 37 | 834 | |
| 22 | 240 | 3.91 | 246 | 35 | 793 | |
| 20 | 230 | 3.99 | 236 | 34 | 752 | |
Твердость по Роквеллу
Вдавливание алмазного конуса с углом 120° при вершине и замер относительной глубины погружения в исследуемый материал.
Шкала А – нагрузка 60 кгс, для карбида вольфрама (ВК)
Шкала С – нагрузка 150 кгс, для твердых сталей HRB>100
Преимущество – простота. Недостаток – низкая точность.
Твердость по Бринеллю
Диаметр отпечатка металлического шарика в материале.
Недостаток – твердость до 450HB.
Твердость по Виккерсу
Площадь отпечатка от алмазной пирамидки.
Твердость по Шору
Отскок шарика от поверхности в склероскопе (метод отскока). Очень простой и удобный метод.
Определение твердости материала является важной частью технологического процесса изготовления деталей любой сложности.
Различные методы поиска твердости металла связанны в первую очередь с отличием их структуры и формы. Поработать с обычной заготовкой в форме болванки не составит труда, вот для листового материала нужен особый подход, учитывая его небольшую толщину.
Лишь с помощью метода Виккерса удобнее всего искать твёрдость азотированных и цементированных поверхностей.
Расчет ресурса работы металлорежущего инструмента, его долговечность, всегда производится в первую очередь с учетом табличных показателей.
Именно благодаря повышенной твердости (около 71 HRC) твердосплавные сверла и фрезы из сплава ВК8 позволяют обрабатывать сверхтвердые материалы.
Насколько твердыми бывают основные металлы
Большинство материалов уже обладают определенными характеристиками, их давно измерили и записали в таблицы, при этом в сводках обозначены как исходные значения необработанного железа, так и после различных типов термо- и холодной металлообработки. Но при добавлении нестандартных и новых добавок, проведенных процедур необходимо заново измерять данный показатель. Но если вы сталкиваетесь со стандартными сплавами, то следует посмотреть в подготовленные списки.
Цветмет
Они более мягкие, чем черные, потому что в них нет твердых включений, а также их не подвергают закалке и прочим методам термообработки.
Титан составляет исключение. Приведем технологию, используемую Бриннелем:
| Материал | Особенности | В нв |
| Медь | Имеет высокую пластичность и низкую прочность. если добавляются специальные примеси, получаются новые марки, тогда показатель может увеличиваться. | 35 |
| Латунь | Это двойной или многокомпонентный состав, который включает медь. но она более надежная, дополнительно включены цинк или олово. | 42 – 60 |
| Алюминий | Может быть мягким или твердым, с увеличенной или уменьшенной пластичностью. | 15 – 20 |
| Дюралюминий | Современный, легкий, активно применяется в авиастроении. есть добавки – медь, магний, марганец. | 70 |
| Титан | Очень крепкий цветмет. | 160 |
Черные металлы
Это железо и стали, ферросплавы и чугуны. Иногда к этой категории относят ванадий, марганец. Общая характеристика:
- Способ получения – обработка железной руды.
- Увеличенная прочность.
- Невосприимчивость к механическим воздействиям.
- Высокая износостойкость.
- Хорошая свариваемость.
- Невысокая стоимость.
Поэтому железо активно применяют. Нецелесообразно приводить полный список всех марок, поэтому только основные:
- Чугун – 220 НВ.
- Инструментальные стальные сплавы – до 700 НВ, из нее делаются режущие инструменты.
- Нержавейка – до 250 НВ.
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.
ОТБОР ОБРАЗЦОВ
1. ОТБОР ОБРАЗЦОВ
1.1. Толщина образца должна не менее чем в 8 раз превышать глубину отпечатка и определяется по формуле
Минимальную толщину образца определяют в соответствии с приложением 2.
1.2. Поверхность образца должна быть плоской и гладкой.
Шероховатость поверхности образца (или площадки на изделии) должна быть не более 2,5 мкм по ГОСТ 2789, если нет других указаний в нормативно-технической документации на металлопродукцию.
1.3. Образец должен быть подготовлен таким образом, чтобы не изменялись свойства металла в результате механической или другой обработки, например от нагрева или наклепа.
Разд.1. (Измененная редакция, Изм. N 5).
Разд.2. (Исключен, Изм. N 5).
Как измерить твердость металла по методике Роквелла: особенности
Если предыдущая технология называется классической, то данную можно именовать современной, поскольку она более автоматизированная. Точность намного выше и сфер применения тоже, поскольку можно работать даже с очень прочными материалами.
- Изначальное давление в 10 кгс.
- Напряжение выдерживают от 10 секунд до 1 минуты.
- Результат не рассчитывается математически, он высвечивается на цифровом табло.
- Используются разные наконечники, в зависимости от этого ставится маркировка, которая начинается с букв А, В, С. Мы уже подробнее указывали расшифровку индексов, просто напомним, что в качестве индентора может выступать стальной шарик или алмазный конус.
Есть также менее известные и используемые шкалы Е, Н, К с шаром меньшего диаметра. На процедуру накладываются ограничения:
- Делать пробы на одной заготовке можно только на расстоянии по 3-4 у.е., равных размеру проверяющего объекта, друг от друга.
- Толщина не может быть меньше, чем умноженная на 10 глубина проникновения наконечника в сталь.
План исследования по методу Роквелла
Алгоритм проведения аналогичный и даже более упрощенный:
- Необходимо оценить деталь и проверить работоспособность станка.
- Вычислить максимальную нагрузку.
- Установить образец и применить первичное напряжение.
- Выдержать определенный промежуток времени.
- Зафиксировать результат, указанный на табло.
Посмотрим, как выглядит твердомер, а также как им пользоваться:
Числа твердости HRC для некоторых деталей и инструментов
| Детали и инструменты | Число твердости HRC |
| 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 |
Характеристики методики Виккерса
Еще один очень простой способ, который отличается скоростью и точностью, но дороговизной оборудования. Перечислим особенности:
- Используется алмазная пирамидка с более тупым углом – 136 градусов в вершине.
- Не допускается деформация более 100 кгс.
- Выдерживают время очень короткое – от 10 до 15 секунд.
- Измерять можно параметры любого материала, в том числе особенно прочного, а также сталей, которые прошли термическую обработку.
Последовательность исследования
- Проверьте поверхностный слой детали, а также все оборудование.
- Рассчитайте допустимое усилие.
- Установите образец, закрепите его.
- Запустите аппарат и спустя 10-15 секунд проанализируйте итог.
Способы перехода между шкалами
Тот факт, что в лабораториях используются разные методы, а также то, что нет одного стандарта, то приходится конвертировать один показатель в другую систему счисления. Следует отметить, что во всех странах преимущественно выбирают одну технологию. Но из-за активного товарооборота изготовители встречаются с непривычными маркировками. Итак, дадим таблицу с аналогичными результатами по отличающимся данным:
| Диаметр от вдавливания – в мм | По Бринеллю | По Роквеллу, категория А | В | С | По Виккерсу |
| 3,9 | 241 | 62,8 | 99,8 | 24 | 242 |
| 4,08 | 217 | 60,7 | 96,6 | 20,2 | 217 |
| 4,2 | 206 | 59,6 | 94,6 | 17,9 | 206 |
| 5 | 144 | 49,9 | 77,7 | – | 144 |
Можно отметить, что списки не обладают особо высокой точностью, поскольку в зависимости от измерений могли быть использованы разнообразные сплавы. Сводки будут верны только в том случае, если при всех пяти способах был апробирован одинаковый материал.
АППАРАТУРА
3.1. Прибор для измерения твердости по ГОСТ 23677.
(Измененная редакция, Изм. N 4).
3.2. Шарик стальной диаметром 10,0; 5,0; 2,5; 2,0; 1,0 мм должен иметь твердость не менее 850 HV10;
шарик из твердого сплава диаметром 10,0; 5,0; 2,5; 2,0; 1,0 мм должен иметь твердость не менее 1500 HV10.
Предельные отклонения диаметра шарика от номинального приведены в табл.1а.
Номинальный диаметр шарика, мм
Требования к разноразмерности по диаметру, непостоянству единичного диаметра, отклонению от сферичности и шероховатости поверхности должны соответствовать шарикам степени точности 20 по ГОСТ 3722.
(Измененная редакция, Изм. N 5).
Источник: msmetall.ru