Способность металлического материала сопротивляться вдавливанию твердых предметов в поверхность называется твердостью. В зависимости от методов испытаний и области применения твердость можно разделить на твердость по Бринеллю, твердость по Роквеллу, твердость по Виккерсу, твердость по Шору, микротвердость и высокотемпературную твердость. Для труб обычно используются три показателя твердости: по Бринеллю, по Роквеллу и по Виккерсу.
А. Твердость по Бринеллю (HB)
С помощью стального или твердосплавного шарика определенного диаметра прижмите его к поверхности образца с заданной испытательной силой (F). После заданного времени выдержки снимите испытательную силу и измерьте диаметр отпечатка (L) на поверхности образца. Значение твердости по Бринеллю — это частное, полученное путем деления испытательной силы на площадь поверхности отпечатанного шарика. Выражается в единицах HBS (стальной шарик), N/мм² (МПа).
Формула расчета:
В формуле: F – испытательная сила, приложенная к поверхности металлического образца, Н;
D – Диаметр стального шарика для испытания, мм;
d – средний диаметр отпечатка, мм.
Измерение твердости по Бринеллю является более точным и надежным методом, но, как правило, метод HBS подходит только для металлических материалов с твердостью ниже 450 Н/мм² (МПа) и не подходит для более твердой стали или тонких листов. Среди стандартов для стальных труб твердость по Бринеллю является наиболее распространенной. Для выражения твердости материала часто используется диаметр отпечатка d, что является одновременно интуитивно понятным и удобным.
Пример: 120HBS10/1000130: Это означает, что значение твердости по Бринеллю, измеренное с помощью стального шарика диаметром 10 мм под испытательной нагрузкой 1000 кгс (9,807 кН) в течение 30 секунд, составляет 120 Н/мм² (МПа).
В. Твердость по Роквеллу (HR)
Испытание на твердость по Роквеллу, как и испытание на твердость по Бринеллю, является методом индентации. Разница заключается в том, что оно измеряет глубину вдавливания. То есть, под последовательным действием начальной испытательной силы (Fo) и общей испытательной силы (F) индентор (конус или стальной шарик сталепрокатного стана) вдавливается в поверхность образца. После заданного времени выдержки основная сила снимается. Используя измеренную остаточную глубину вдавливания (e), рассчитывается значение твердости. Его значение представляет собой числовое обозначение, обозначаемое символом HR, и используются 9 шкал, включая A, B, C, D, E, F, G, H и K. Среди них наиболее часто используемые шкалы для определения твердости стали — A, B и C, а именно HRA, HRB и HRC.
Значение твердости рассчитывается по следующей формуле:
При тестировании по шкалам A и C ЧСС = 100 - e
При тестировании по шкале B, ЧСС = 130-e
В формуле e – остаточное увеличение глубины вдавливания, выраженное в заданной единице 0,002 мм, то есть, когда осевое смещение индентора составляет одну единицу (0,002 мм), это эквивалентно изменению твердости по Роквеллу на одно число. Чем больше значение e, тем ниже твердость металла, и наоборот.
Область применения вышеуказанных трех шкал следующая:
HRA (алмазный конусный индентор) 20-88
HRC (алмазный конусный индентор) 20-70
HRB (стальной шариковый индентор диаметром 1,588 мм) 20-100
В настоящее время широко используется метод измерения твердости по Роквеллу, среди которых HRC занимает второе место в стандартах на стальные трубы после твердости по Бринеллю HB. Твердость по Роквеллу позволяет измерять твердость металлических материалов от чрезвычайно мягких до чрезвычайно твердых. Она компенсирует недостатки метода Бринелля. Этот метод проще, чем метод Бринелля, и значение твердости можно считывать непосредственно с циферблата твердомера. Однако из-за малого размера отпечатка значение твердости не такое точное, как при использовании метода Бринелля.
C. Твердость по Виккерсу (HV)
Испытание на твердость по Виккерсу также является методом индентации. При этом квадратный пирамидальный алмазный индентор с углом 1360° между противоположными поверхностями вдавливается в исследуемую поверхность с заданной силой (F), а затем извлекается после истечения заданного времени выдержки. Измеряется длина двух диагоналей отпечатка.
Твердость по Виккерсу — это отношение силы испытания к площади поверхности отпечатка. Формула для ее расчета:
В формуле: HV – обозначение твердости по Виккерсу, Н/мм² (МПа);
F – испытательная сила, Н;
d – среднее арифметическое двух диагоналей отступа, мм.
В качестве испытательной силы F для измерения твердости по Виккерсу используются шесть уровней: 5 (49,03), 10 (98,07), 20 (196,1), 30 (294,2), 50 (490,3), 100 (980,7) кгс (Н). Диапазон измерения твердости составляет 5–1000 HV.
Пример метода выражения: 640HV30/20 означает, что значение твердости по Виккерсу, измеренное при испытательной силе 30Hgf (294,2 Н) в течение 20 секунд, составляет 640 Н/мм² (МПа).
Метод Виккерса позволяет определять твердость очень тонких металлических материалов и поверхностных слоев. Он обладает основными преимуществами методов Бринелля и Роквелла и преодолевает их основные недостатки, но не так прост, как метод Роквелла. Метод Виккерса редко используется в стандартах на стальные трубы.
Дата публикации: 03.04.2024
