Способность металлического материала противостоять вдавливанию поверхности твердыми предметами называется твердостью. В зависимости от различных методов испытаний и области применения твердость можно разделить на твердость по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу, Шору, микротвердость и высокотемпературную твердость. Существует три обычно используемых твердости для труб: твердость по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу.
А. Твёрдость по Бринеллю (HB)
Используйте стальной шарик или шарик из карбида определенного диаметра для нажатия на поверхность образца с указанным испытательным усилием (F). После указанного времени выдержки снимите испытательное усилие и измерьте диаметр отпечатка (L) на поверхности образца. Значение твердости по Бринеллю представляет собой частное, полученное путем деления испытательного усилия на площадь поверхности отпечатка сферы. Выражается в HBS (стальной шарик), единица измерения — Н/мм2 (МПа).
Формула расчета:
В формуле: F – испытательная сила, вдавливаемая в поверхность металлического образца, Н;
D–Диаметр стального шарика для испытания, мм;
d–средний диаметр отпечатка, мм.
Измерение твердости по Бринеллю является более точным и надежным, но, как правило, HBS подходит только для металлических материалов ниже 450 Н/мм2 (МПа) и не подходит для более твердой стали или более тонких пластин. Среди стандартов стальных труб твердость по Бринеллю является наиболее широко используемой. Диаметр отпечатка d часто используется для выражения твердости материала, что является как интуитивно понятным, так и удобным.
Пример: 120HBS10/1000130: Это означает, что значение твердости по Бринеллю, измеренное с использованием стального шарика диаметром 10 мм при испытательной нагрузке 1000 кгс (9,807 кН) в течение 30 с (секунд), составляет 120 Н/мм2 (МПа).
Б. Твёрдость по Роквеллу (HR)
Испытание на твердость по Роквеллу, как и испытание на твердость по Бринеллю, является методом испытания на вдавливание. Разница в том, что он измеряет глубину вдавливания. То есть, при последовательном действии начальной испытательной силы (Fo) и общей испытательной силы (F) индентор (конус или стальной шар сталелитейной мельницы) вдавливается в поверхность образца. После указанного времени выдержки основная сила снимается. Испытательная сила, используйте измеренное остаточное приращение глубины вдавливания (e) для расчета значения твердости. Его значение является анонимным числом, представленным символом HR, а используемые шкалы включают 9 шкал, включая A, B, C, D, E, F, G, H и K. Среди них шкалы, обычно используемые для испытания твердости стали, как правило, A, B и C, а именно HRA, HRB и HRC.
Значение твердости рассчитывается по следующей формуле:
При тестировании по шкалам А и С ЧСС=100-е
При тестировании по шкале B ЧСС=130-е
В формуле e – остаточное приращение глубины отпечатка, выраженное в заданной единице 0,002 мм, то есть при осевом смещении индентора на 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 конический индентор) 20-88
HRC (алмазный конусный индентор) 20-70
HRB (индентор стальной шарик диаметром 1,588 мм) 20-100
Испытание на твердость по Роквеллу является широко используемым методом в настоящее время, среди которых HRC используется в стандартах стальных труб, уступая только твердости по Бринеллю HB. Твердость по Роквеллу может использоваться для измерения металлических материалов от чрезвычайно мягких до чрезвычайно твердых. Это компенсирует недостатки метода Бринелля. Он проще, чем метод Бринелля, и значение твердости можно считывать непосредственно с циферблата твердомера. Однако из-за его небольшого углубления значение твердости не такое точное, как метод Бринелля.
C. Твёрдость по Виккерсу (HV)
Испытание на твердость по Виккерсу также является методом испытания на вдавливание. Он вдавливает квадратный пирамидальный алмазный индентор с углом между противоположными поверхностями 1360 в испытываемую поверхность с выбранным испытательным усилием (F) и удаляет его после указанного времени выдержки. Усилие, измеряет длину двух диагоналей отпечатка.
Значение твердости по Виккерсу — это частное от деления испытательной силы на площадь поверхности вдавливания. Формула расчета:
В формуле: HV–символ твердости по Виккерсу, Н/мм2 (МПа);
F–испытательная сила, Н;
d – среднее арифметическое двух диагоналей углубления, мм.
Испытательная сила F, используемая при твердости по Виккерсу, составляет 5 (49,03), 10 (98,07), 20 (196,1), 30 (294,2), 50 (490,3), 100 (980,7) кгс (Н) и другие шесть уровней. Значение твердости может быть измерено в диапазоне 5~1000HV.
Пример метода выражения: 640HV30/20 означает, что значение твердости по Виккерсу, измеренное при испытательной нагрузке 30Hgf (294,2 Н) в течение 20 с (секунд), составляет 640 Н/мм2 (МПа).
Метод твердости по Виккерсу можно использовать для определения твердости очень тонких металлических материалов и поверхностных слоев. Он обладает основными преимуществами методов Бринелля и Роквелла и преодолевает их основные недостатки, но он не так прост, как метод Роквелла. Метод Виккерса редко используется в стандартах на стальные трубы.
Время публикации: 03.04.2024