Твердість за Роквеллом і Брінеллем: шкали і таблиця переводу

Що таке твердість металу і навіщо її міряти

Твердість - це опір матеріалу вдавлюванню в нього твердішого тіла. На практиці її міряють так: у поверхню з відомою силою вдавлюють наконечник (індентор) - кульку, конус або піраміду - і оцінюють розмір чи глибину відбитка. Що менший відбиток, то твердіший метал.

Твердість перевіряють частіше за інші властивості, бо це швидко і майже не псує деталь. За нею контролюють термообробку (чи загартувалась вісь, чи не перегріли пружину), приймають прокат і литво, сортують заготовки невідомої марки. Для сталей твердість ще й дає орієнтир міцності: межа міцності в МПа приблизно дорівнює 3,4-3,5 × HB.

Методів кілька, і числа в них різні: 200 за Брінеллем і 200 за Віккерсом - не одне й те саме, а 60 за Роквеллом без літери шкали взагалі нічого не означає. Тому в кресленні та сертифікаті твердість завжди пишуть з позначенням: 220 HB, 45 HRC, 600 HV.

Твердість за Брінеллем (HB): кулька, навантаження, відбиток

Метод Брінелля: кульку з твердого сплаву (раніше - із загартованої сталі) вдавлюють у метал із заданим зусиллям, витримують кілька секунд, знімають навантаження і під лупою чи мікроскопом міряють діаметр відбитка. Число HB - це навантаження, поділене на площу сферичного відбитка. Для сталі і чавуну класичний режим - кулька 10 мм і 3000 кгс (29,42 кН); для м'якших металів беруть менше навантаження або меншу кульку.

Сучасне позначення - HBW (W означає твердосплавну кульку), наприклад 200 HBW 10/3000. Метод застосовують приблизно до 650 HBW: на твердішій сталі кулька сама деформується.

Сильна сторона Брінелля - великий відбиток. Він усереднює неоднорідну структуру, тому метод добре підходить для чавуну, литва, поковок, відпаленої і нормалізованої сталі, кольорових металів. Слабкі сторони - відбиток видно на готовій поверхні, тонкі деталі продавлюються, а вимір повільніший, ніж за Роквеллом.

Твердість за Роквеллом: шкали HRC, HRB, HRA

Роквелл міряє не діаметр, а глибину відбитка. Спочатку прикладають попереднє навантаження 10 кгс, потім основне, знімають його і прилад сам показує число твердості - без лупи і розрахунків. Тому метод найпоширеніший у цеху і ВТК для загартованих деталей. Шкал багато, у машинобудуванні працюють три:

• HRC - алмазний конус з кутом 120 градусів, загальне навантаження 150 кгс. Для загартованої і покращеної сталі, робочий діапазон приблизно 20-70 HRC.
• HRB - сталева або твердосплавна кулька діаметром 1/16 дюйма (1,588 мм), навантаження 100 кгс. Для м'якої сталі, латуні, бронзи, алюмінієвих сплавів, діапазон приблизно 20-100 HRB.
• HRA - той самий алмазний конус, навантаження 60 кгс. Для дуже твердих і крихких матеріалів: твердого сплаву, тонких загартованих шарів.
• Зразок має бути щонайменше приблизно в 10 разів товщим за глибину відбитка, а поверхня - чистою і рівною: окалина та зневуглецьований шар занижують показ.

Віккерс (HV) і який метод брати для якого матеріалу

Віккерс вдавлює алмазну чотиригранну піраміду з кутом 136 градусів між гранями і міряє діагоналі відбитка. Шкала одна на весь діапазон - від м'якого алюмінію до твердого сплаву, тому HV зручна для порівняння й досліджень. Малими навантаженнями міряють тонкі деталі, покриття, глибину цементованого чи азотованого шару (мікротвердість). Мінус - потрібна полірована поверхня і оптика, вимір повільний.

Короткий вибір методу:

• Сірий і високоміцний чавун, литво, поковки, відпалена сталь - Брінелль (HB).
• Загартована, покращена сталь, інструмент, вали, шестерні - Роквелл HRC.
• М'яка сталь, листовий прокат, кольорові сплави - Роквелл HRB або Брінелль зі зменшеним навантаженням.
• Твердий сплав, тонкі зміцнені шари - HRA або Віккерс.
• Тонкі деталі, покриття, глибина шару, лабораторний контроль - Віккерс HV.

Типова твердість сталей і чавуну

Орієнтовні діапазони для поширених матеріалів. Точна твердість залежить від марки, розміру перерізу і режиму термообробки - для конкретної деталі дивіться креслення або сертифікат.

Таблиця переводу HRC - HB - HV для сталі

Значення взято з поширених довідкових таблиць переводу для сталі (узгоджених з ASTM E140 та ISO 18265) і округлено. Переведення наближене: різні методи по-різному реагують на структуру і пружність металу, тому для чавуну, кольорових сплавів, цементованих і наплавлених шарів таблиця не годиться. Якщо твердість записана в кресленні, міряйте саме тим методом, який там вказано.

Брінелль для 60 і 65 HRC не наведено: це межа методу і більше, загартовану сталь кулькою не міряють. Число HB у таблиці - для твердосплавної кульки 10 мм і навантаження 3000 кгс.

Твердість ливарних форм і стрижнів - інша шкала

Слово «твердомір» у ливарному виробництві означає інший прилад. Твердомір форм і стрижнів показує, наскільки щільно утрамбована формувальна суміш: підпружинений наконечник вдавлюють у поверхню форми, а шкала показує умовні одиниці від 0 до 100. Ці одиниці не мають жодного зв'язку з HRC чи HB і в них не переводяться - метал таким приладом не перевіряють, а форму не перевіряють твердоміром для металу.

У розділі лабораторні прилади МЕЛИТА продає саме ливарне обладнання для контролю формувальних і стрижневих сумішей. Ціни з ПДВ, округлені:

• Твердомір 04412А - сферичний індентор, вимірювання 30-100 од. твердості, ціна поділки 1 од., вага 200 г; близько 26 500 грн.
• Твердомір сухих форм і стрижнів 04421А - клиноподібний сегмент радіусом 16 мм, навантаження 1,1-2,0 кгс, глибина занурення до 2,5 мм; близько 26 000 грн.
• Машина для випробування міцності сумішей 04116 - лабораторний комплекс для перевірки міцності формувальних і стрижневих сумішей; близько 153 000 грн.
• Прилад для визначення газопроникності 04316 дзвонового типу, копер лабораторний 5033А для ущільнення стандартних зразків і апарат для прискореного визначення вологості 04211 - решта базового набору лабораторії формувальних сумішей.
• Підібрати прилади під вашу лабораторію допоможемо за запитом комерційної пропозиції: рахунок з ПДВ, доставка по Україні, самовивіз у Дніпрі.