Твердость стали: способы измерения твердости стали по Бринелю, Виккерсу и Роквеллу

Метод измерения твердости металлов и сплавов по Бринелю регламентирует ГОСТ 9012-59

Сущность метода заключается во вдавливании стального шарика в испытуемый образец (изделие) под действием нагрузки, приложенной перпендикулярно к поверхности образца в течении определенного времени, и измерении диаметра отпечатка после снятия нагрузки.

Принятые изменения в обозначении параметров:
Параметр	Испытательная нагрузка	Площадь отпечатка
Обозначение по СТ СЭВ 468-77	F	А
Обозначение по ГОСТ 9012-59	P	F

Твердость по Бринелю (НВ) - твердость, которая выражается отношением приложенной нагрузки F(P) к площади поверхности сферического отпечатка А(F).

Для исключения ошибок, связанных с возможной деформацией шарика, методом Бринеля испытывают материалы с твердостью, не превышающей 450 НВ.

Твердость по Бринелю при условиях испытания. когда диаметр шарика D = 10 мм, Р = 29 430 Н (3000 кгс) и продолжительностью выдержки под нагрузкой от 10 до 15с, обозначается цифрами, характеризующими число твердости и буквами НВ.

Пример : 175 НВ,

где 175 - число твердости, кгс/мм.кв.,

НВ - твердость по Бринелю.

При других режимах испытаний после букв НВ указывают условия испытания в следующем порядке : диаметр шарика, нагрузку и продолжительность выдержки под нагрузкой, разделенной косой чертой.

Пример : 175 НВ 5/750/20,

где 175 - число твердости, кгс/мм.кв.,

НВ - твердость по Бринелю,

5 - диаметр шарика, мм,

750 - нагрузка, кгс,

20 - время выдержки под нагрузкой, с.

Метод измерения твердости металлов и сплавов по Виккерсу регламентирует ГОСТ 2999-75.

Сущность метода заключается во вдавливании в испытуемый материал правильной четырехгранной алмазной пирамиды с углом 136 град. между противоположными гранями.

Твердость по Виккерсу вычисляется путем деления нагрузки Р на площадь поверхности полученного пирамидального отпечатка.

Метод Виккерса порзволяет определять твердось азотированных и цементированных поверхностей, а также тонких листовых материалов.

Наблюдается хорошее совпадение значений твердости по Виккерсу и Бринеллю в пределах от 100 до 450 НВ.

Твердость по Виккерсу во всех случаях обозначается буквами HV без указания размерности - МПа (кгс/мм.кв.). Основными параметрами при измерении твердости по Виккерсу являются нагрузка Р = 294 Н (30 кгс) и время выдержки 10-15с.

В других случаях после символа HV указывают индексы разделенные наклонной чертой и обозначающие нагрузку и время выдержки, и через тире - число твердости.

Пример : HV 30/20-420,

где HV - твердость по Виккерсу,

30 - нагрузка, кгс,

20 - время выдержки, с,

420 - число твердости.

Метод измерения твердости металлов и сплавов по Роквеллу регламентируется ГОСТ 9013-59.

Сущность метода заключается во вдавливании наконечника с алмазным контуром (шкалы А и Сэ) или со стальным шариком (шкала В) в испытуемый образец (изделие) под действием последовательно прилагаемых предварительной и основной нагрузок и в измерении остаточного увеличения е глубины проникновения этого наконечника после снятия основной нагрузки.

Угол у вершины конуса алмазного наконечника составляет 120 град, диаметр стального шарика - 1,588 мм.

Твердость по Роквеллу - твердость, определяемая разностью между условной максимальной глубиной проникновения индентора и остаточной глубиной его внедрения е под действием основной нагрузки F1(P1) после снятия этой нагрузки, но при сохранении предварительной нагрузки Fo(Po).

Шкала	Нагрузка
	Предварительная Fo(Po)		Основная F1(P1)		Общая F(P)
	Н	кгс	Н	кгс	Н	кгс
Сэ А В	98 98 98	10 10 10	1373 490 883	140 50 90	1471 588 981	150 60 100

Принятые изменения в обозначении параметров :
Параметр	Предварительная нагрузка	Основная нагрузка
Обозначение по СТ СЭВ 469-77	Fo	F1
Обозначение по ГОСТ 9013-59	Po	P

Пределы измерения твердости по шкалам А, В и Сэ устанавливаются следующие :

шкала А : 70-85 ед. (твердые сплавы, изделия с высокой поверхностной твердостью);

шкала Сэ : 20-67 ед. (окончательно термообработанная сталь);

шкала В : 25-100 ед. (мягкие металлы и сплавы).

Твердость по Роквеллу обозначается цифрами, характеризующие число твердости, и буквами HR с указанием шкалы твердости.

Пример : 60 HRCэ,

где 60 - число твердости,

HR - твердость по Роквеллу,

Сэ - шкала твердости.

На практике применяют приборы Роквелла с ручным и электрическим приводом.

С 01.07.1980г. введен государственный специальный эталон и единая шкала твердости Сэ по Роквеллу (ГОСТ 8.064-79). Все образцовые и рабочие средства настроены и проверяются шкале Сэ.

Ориентировочные сравнительные значения чисел твердости.

Основные ГОСТы на способы измерения твердости.

Основными ГОСТами на способы нормирования (измерения) твердости стали являются : ГОСТ 9012-59 (твердость по Бринеллю), ГОСТ 2999-75 (твердость по Виккерсу), ГОСТ 9013-59 (твердость по Роквеллу), ГОСТ 2373-78 (твердость по Шору), ГОСТ 9450-76, ГОСТ 18835-73, ГОСТ 22761-77, ГОСТ 22762-77, ГОСТ 22975-78.

Твердость по Бринелю

Твердость по Виккерсу

Твердость по Роквеллу

Твердость по Шору

HRC

HRB

HRA

HSh

1076

1004

942

894

86.5

86.0

85.5

85.0

102

854

820

789

763

84.5

84.0

83.5

83.0

739

715

695

675

82.5

81.5

81.0

80.5

655

636

617

598

80.0

79.5

78.5

580

562

545

528

78.0

77.5

77.0

76.5

513

498

485

471

76.0

75.5

74.5

74.0

444

437

429

426

458

446

73.5

73.0

415

401

393

388

435

413

71.5

375

372

352

341

393

373

332

321

312

302

353

334

297

293

290

283

317

301

277

270

260

255

285

271

250

248

241

240

257

446

100

235

234

230

229

236