Понятие твердости материалов и методы измерения

Свойство каждого материала сопротивляться внедрению в него измерительного механизма принято называть твердостью. Действуют два ключевых стандарта измерения твердости материалов: с указанием усилия (измеряемого в килограмме силы давления), оказываемого на мм², и с буквенной кодировкой.

Отчего зависит твёрдость:

1. Расстояний между атомами;
2. Значения координационного числа — чем выше число, тем выше твёрдость;
3. Показателей валентности;
4. Природы химических связей;
5. От "направления";
6. Хрупкости;
7. Ковкости;
8. Гибкости (при сгибании изгиб на материале не выпрямляется);
9. Упругости (испытуемый образец минерала сгибается, но выпрямляется);
10. Вязкости (минеральный образец трудно сломать);
11. Спайности.

Насчитывается порядка десятка методов, используемых для измерения твердости материала. По типу прилагаемого усилия их можно разделить на такие категории:

• измерения, проводимые под статичной нагрузкой;
• анализ твердости, получаемый динамичным приложением усилия;
• изучение микротвердостных характеристик материала с помощью статичного давления;
• измерение твердости материала с помощью царапин.

По принципу приложения нагрузки методы определения твердости можно в общем подразделить на:

• способы вдавливания,
• способы отскока,
• способы царапания и резания.

Требования к измерениям, расчетам

Приборытвердомерыдолжны быть надежными, простыми в обслуживании и показывать константу при измерении однородного материала при одинаковой температуре. Форма образца должна обеспечивать надежную фиксацию.

При расчетах важно подобрать метод, дающий минимальную погрешность при незначительном повреждении поверхности образца. Это обеспечивает минимальную стоимость испытания.

Для измерения твердости сплавов стали чаще всего применяют методы статичного давления.

Проведение испытаний возможно сразу по нескольким методам:

- Твердость по Моосу (оценивается способность к царапанию других материалов и устойчивостью к такому же испытанию);

- Метод Бринелля (оценка выставляется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, который вдавливают на протяжении испытания);

- Метод Роквелла (твёрдость оценивают по относительной глубине вдавливания конуса в поверхность);

- Метод Виккерса (оценивается площадь отпечатка от четырёхгранной алмазной пирамидки, вдавливаемой в поверхность);

- Метод Шора (определяется твердость по глубине проникновения закаленной стальной иглы под воздействием пружины);

- Метод Кузнецова — Герберта — Ребиндера (твёрдость определяется периодом затухания колебаний маятника, опирающегося на фрагмент исследуемого металла);

- Метод Польди (твердость сравнивается с твердостью эталона, а непосредственно испытание производится при помощи вдавливания стального шарика одновременно в оба материала).

Публикация подготовлена при информационной поддержке компании "Точприбор" - ведущего производителя в области машин и приборов, твердомеров и прочих машин, представляющих основные типы испытательного оборудования.