Операции и средства поверки
1.1. При проведении поверки должны выполняться операции и применяться средства поверки, указанные в таблице.
| Наименование операции поверки | Номера пунктов методических указаний | Наименование средств поверки и их нормативно-технические характеристики | Обязательность проведения операции при | |
| выпуске из ремонта | эксплуатации и хранении | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Внешний осмотр. | 3.1. | — | Да | Да |
| Внешний осмотр алмазного наконечника. | 3.2 | Микроскоп типа ММИ-2 по ГОСТ 8074-71 с увеличением 30х. | Да | Да |
| Проверка взаимодействия частей твердомера. | 3.3 | Уровень брусковый 100-02 по ГОСТ 9392-75. | Да | Да |
| Проверка несовпадения оси рабочего стола твердомера с осью наконечника. | 3.4 | Микроскоп типа ММИ-2 по ГОСТ 8074-71 с увеличением 30х. | Да | Нет |
| Определение метрологических параметров. | 3.5 | |||
| Определение относительной погрешности твердомера по нагрузкам | 3.5.1 | Образцовый переносной динамометр типа ДОС-0,1 по ГОСТ 9500-75 | Да | Нет |
| Определение абсолютной погрешности твердомера по твердости. | 3.5.2 | Твердосплавные меры твердости типа МТРТ (приложение 2) | Да | Да |
Что представляет собой метод
Методом Роквелла называют метод испытания материалов на твёрдость. Для исследуемого элемента вычисляется глубина проникновения твердого наконечника индикатора. При этом одинаковой остается нагрузка для каждой шкалы твердости. Обычно она составляет 60, 100 ил 150 кгс.
Индикатором в исследовании являются шарики из прочного материала либо алмазные конусы. Они должны быть с закругленным острым концом и иметь угол при вершине 120 градусов.
Этот метод признан простым и быстро воспроизводимым. Что дает ему преимущество перед другими методами.
https://youtube.com/watch?v=g9IN9RgxyZk
Измерение твердости («hardness testing»)
Измерение твердости металлов – твердометрия («hardness testing») или дюрометрический анализ является основным неразрушающим методом оценки прочностных характеристик при экспертизе металлов. Если давать каноническое определение, то твердость – это способность материала сопротивляться пластической деформации. Твердометрия крайне широко используется в металловедческой экспертизе, благодаря скорости и простоте проведения исследования. Зачастую не нужна даже пробоподготовка, а твердость измеряют на готовом изделии.
Теперь о том, как же проводится измерение твердости. Определенной формы индентор (о формах которого поговорим ниже) вдавливается в исследуемы материал с заданной нагрузкой в течении регламентированного периода времени (5-15 с.). После снятия нагрузки в материале остается след от индентора – вмятина, площадь которой определяют. Отношение вдавливающей нагрузки к площади полученного отпечатка и является значением твердости, измеряется в кгс/мм2.
Методов твердости существует множество, все они отличаются только типом индентора, а принцип везде один и тот же. В экспертизе металлов основными видами измерения твердости являются:
измерение твердости по Бриннелю (HB).
измерение твердости по Виккерсу (HV);
измерение твердости по Роквеллу (HR);
Если говорить
Теперь давайте о каждом методе измерения твердости поподробнее.
Метод твердости по Бриннелю разработал и впервые применил на практике инженер из Швеции Юхан Бриннель. Данный способ измерения твердости заключается во вдавливании в исследуемый металл стального шарика диаметром от 1 до 10 мм. Недостатком данного метода является большой диаметр отпечатка и невозможность его использовать на высокотвердых материалах. Твердость по Бриннелю используют в основном для аттестации цветных сплавов и чугунов.
В 1914 г. свой способ измерения твердости предложили однофамильцы Роквелл Хью и Станли из США. Индентором в данном методе является стальной шарик диаметром одна шестнадцатая дюйма или алмазный конус с углом при вершине 120°. По Роквеллу можно определяют твердость образцов из закаленных сталей, что не позволяет сделать по методу Бриннелю.
В методе определения твердости по Виккерсу в качестве индентора используется квадратная алмазная пирамидка с углом у вершины 136°.
Данный способ широко используется при экспертизе закаленных сталей, высокопрочных покрытий, сварных швов. Существуют приборы микротвердости по Виккерсу, которые работают в паре с оптическим микроскопом и позволяют определять твердость отдельных структурных составляющих стали, например твердость пластинки видманшеттового феррита. для своих исследований использует микротвердомер, представленный на фото.
Твердость очень хорошо коррелирует с прочностными характеристиками, в частности с пределом прочности. Используя экспериментально определенные характеристики, можно измерив неразрушающим методом твердость, рассчитать предел прочность стали. Средний коэффициент для средней марки стали будет равен примерно 0,3, не зависимо от способа определения твердости. Так например, если твердость исследованного образца составляет 220 кгс/мм2, то примерный предел прочности будет около 660 МПа.
Кратко расскажу об экзотических, то есть редко применяемых в металловедческой экспертизе методах измерениях твердости.
Метод Мооса или метод царапания – твердость определяют по глубине царапины оставленной индентором.
Методы Шора: отскока – твердость определяют по высоте отскока стального шарика от исследуемого материала и метод вдавливания – вдавливаются разнообразные инденторы, по отпечатку определяют твердость. Используют в основном для резин и пластмасс.
<<<�предыдущая статья следующая статья>>>
Измерение твердости по Роквеллу
Рис. 3 Положение наконечника при определении твердости по Роквеллу: I-IV последовательность нагружения.
Рис. 4 Схема прибора для измерения твердости по Роквеллу
Твердость измеряют на приборе Роквелла (Рис. 4), в нижней части станции которого установлен столик 5. В верхней части станции индикатор 3, масляный регулятор 2 и шток 4, в котором устанавливается наконечник с алмазным конусом (имеющим угол при вершине 120 и радиус закругления 0,2 мм) или стальным шариком диаметром 1,588 мм. Индикатор 3 представляет собой циферблат, на котором нанесены две шкалы (черная и красная) и имеются две стрелки – большая (указатель твердости) и маленькая – для контроля величины предварительного нагружения, сообщаемого вращением маховика 6. Столик с установленным на нем образцом для измерений поднимают вращением маховика до тех пор, пока малая стрелка не окажется против красной точки на шкале. Это означает, что наконечник вдавливается в образец под предварительной нагрузкой, равной 10 кгс.
После этого поворачивают шкалу индикатора (круг циферблата) до совпадения цифры 0 на черной шкале с большой стрелкой. Затем включают основную нагрузку, определяемую грузом 1, и после остановки стрелки считывают значение твердости по Роквеллу, представляющее собой цифру. Столик с образцом опускают, вращая маховик против часовой стрелки.
Твердомер Роквелла измеряет разность между глубиной отпечатков, полученных от вдавливания наконечника под действием основной и предварительной нагрузок. Каждое давление (единица шкалы) индикатора соответствует глубине вдавливания 2 мкм. Однако условное число твердости по Роквеллу (HR) представляет собой не указанную глубину вдавливания t, а величину 100 – t по черной шкале при измерении конусом и величину 130 – t по красной шкале при измерении шариком.
Числа твердости по Роквеллу не имеют размерности и того физического смысла, который имеют числа твердости по Бринеллю, однако можно найти соотношение между ними с помощью специальных таблиц.
Твердость по методу Роквелла можно измерять:
- алмазным конусом с общей нагрузкой 150 кгс. Твердость измеряется по шкале С и обозначается HRC (например, 65 HRC). Таким образом определяют твердость закаленной и отпущенной сталей, материалов средней твердости, поверхностных слоев толщиной более 0,5 мм;
- алмазным конусом с общей нагрузкой 60 кгс. Твердость измеряется по шкале А, совпадающей со шкалой С, и обозначается HRA. Применяется для оценки твердости очень твердых материалов, тонких поверхностных слоев (0,3 … 0,5 мм) и тонколистового материала;
- стальным шариком с общей нагрузкой 100 кгс. Твердость обозначается HRB и измеряется по красной шкале B. Так определяют твердость мягкой (отожженной) стали и цветных сплавов.
При измерении твердости на приборе Роквелла необходимо, чтобы на поверхности образца не было окалины, трещин, выбоин и др. Необходимо контролировать перпендикулярность приложения нагрузки и поверхности образца и устойчивость его положения на столике прибора. Расстояние отпечатка должно быть не менее 1,5 мм при вдавливании конуса и не менее 4 мм при вдавливании шарика.
Твердость следует измерять не менее 3 раз на одном образце, усредняя полученные результаты.
Преимущество метода Роквелла по сравнению с методами Бринелля и Виккерса заключается в том, что значение твердости по методу Роквелла фиксируется непосредственно стрелкой индикатора, при этом отпадает необходимость в оптическом измерении размеров отпечатка.
Список используемой литературы
1. Геллер Ю.А. Рахштадт А.Г. Материаловедение. Методы анализа, лабораторные работы и задачи. М.: Металлургия, 1984г.
2. Металловедение и термическая обработка стали: Справ. М.Л Бернштейн, А.Г. Рахштадт М.: Металлургия, 1983г.
Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь. Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее
История
Венский профессор-исследователь Людвиг впервые предложил использовть индентор для исследования твердости путем его проникновения в материал и вычисления относительной глубины. Его метод описан в работе 1908 года «Испытание конусом» (Die Kegelprobe).
Этот метод имел недостатки. Братья Хью и Стэнли Роквеллы предложили новую технологию, которая исключала ошибки маханического несовершенства системы измерения (люфты и дефекты поверхности, загрязнение материалов и деталей). Профессоры изобрели твердомер – прибор, определяющий относительную глубину проникновения. Он применялся для тестирования стальных шарикоподшипников.
Определение твердости металлов методами Бринелля и Роквелла заслужили внимания в научном сообществе. Но метод Бринелля уступал – он был медленным и не применялся для закаленных сталей. Таким образом, его нельзя было считать методом неразрушающего контроля.
В феврале 1919 года твердомер был запатентован под номером 1294171. В это время Роквеллы работали на компанию-производителя шарикоподшипников.
В сентябре 1919 года Стенли Роквелл покинул компанию и переехал в штат Нью-Йорк. Там он подал заявку на усовершенствование прибора, которая была принята. Новый прибор запатентован и усовершенствован к 1921 году.
В конце 1922 года Роквелл основал предприятие по термообработке, которое до сих пор функционирует в штате Коннектикут. С 1993 года находится в составе корпорации Instron.
Комбинированный твердомер ИНАТЕСТ-УД
Комбинированный твердомер ИНАТЕСТ-УД предназначен для локального экспресс измерения твердости изделий из металлов (сталь, чугун, цветные металлы и пр.) поверхностно упрочненных слоев (цементация, азотирование, закалка ТВЧ и др.), а также гальванических покрытий (хром) контактно-импедансным (ультразвуковым) и динамическим методом Либа (Leeb) в лабораторных, цеховых и полевых условиях. Твердомер ИНАТЕСТ-УД обеспечивает измерение по всем основным шкалам: Бринелля (НВ), Роквелла (HRC, HRA, HRB), Виккерса (HV), Шора «D» (HSD), Либа (HL), а также определение предела прочности на растяжение изделий из углеродистых сталей перлитного класса.
Отличительной особенностью данного прибора является отсутствие жестких требований к чистоте и форме поверхности и позиционированию датчика. Конструкция индентора, позволяет производить стабильные измерения вне зависимости от усилия и времени прижатия датчика к поверхности, обеспечивая точные измерений без применения штатива.
Наконечник шариковый (оправка) к твердомерам Роквелл (Супер-Роквелл)
СОСТОЯНИЕ В РЕЕСТРАХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
| Страна, ответственная организация | Номер в госреестре |
| Российская Федерация, Росстандарт | не подлежит внесению в реестр |
| Российская Федерация, АО «РЖД» | не подлежит внесению в реестр |
| Республика Беларусь, Госстандарт | не подлежит внесению в реестр |
| Республика Казахстан, КазИнМетр | не подлежит внесению в реестр |
| Иные регистры, удостоверения, заключения, разрешения и пр. | |
| отсутствуют |
Наконечники шариковые к приборам для измерения твёрдости металлов и сплавов по шкалам Роквелла В, F, G (шарик 1,588 мм), E, H, K (шарик 3,175 мм) по ГОСТ 9013-59 (ИСО 6508-86), по шкале Супер-Роквелл Т по ГОСТ 23677-79. Наконечники шариковые предназначены для приборов измерения твёрдости различных производителей, в т.ч. (но не исключительно):
| Страна | Производитель приборов для измерения твёрдости |
| Россия | Москва, «Метолаб» |
| Иваново, «Точприбор», «ЗИП», «Импульс», «Тестсистемы» | |
| Нефтекамск, «Метротест» | |
| Санкт-Петербург, «Точприбор Северо-Запад» | |
| Китай | «TIME Group Inc» |
| США | «Wilson Hardness Group» |
| ФРГ | «Zwick / Roell» |
| Италия | «LTF S.p.A. / Galileo» |
Наконечники алмазные и шариковые (инденторы) производства «Восток-7» имеют минимальную цену на рынке РФ при гарантированном качестве. Рекомендуемый порядок установки (замены) индентора в приборах для измерения твёрдости (твердомерах стационарного и переносного типов):
Подготовить индентор и посадочное место шпинделя: протереть бензином и смазать контактные поверхности бескислотным вазелином;
Ослабить винт фиксации индентора к шпинделю;
Извлечь прежний индентор и установить требуемый для испытания, затянуть винт
Важно: установить хвостовик индентора вглубь посадочного места до упора и обжать его, в противном случае при испытании может произойти смещение индентора и его повреждение;
Разместить на предметном (измерительном / опорном) столике прибора эталонную меру твёрдости, соответствующую шкале и диапазону измерения;
Обжать индентор:
- для сферических инденторов (наконечников с шариком) — единожды приложить основную нагрузку для укола индентором в рабочую поверхность меры твёрдости;
- для конусных инденторов (наконечники алмазные) — троекратно приложить основную нагрузку для укола индентором в различных местах рабочей поверхности меры твёрдости.
6. Закрутить винт фиксации индентора до упора. 7. Произвести не менее 5 измерений на эталонной мере твёрдости с вычислением среднего значения. Сравнить полученное твердомером среднее значение твёрдости со значением твёрдости, выгравированном на боковой поверхности эталонной меры твёрдости. Если полученное твердомером среднее значение твёрдости и значение эталонной меры твёрдости находятся в пределах допустимой погрешности (погрешность твердомера по паспорту изготовителя + погрешность меры твёрдости по паспорту изготовителя), то продолжить измерения твёрдости других контролируемых изделий. Если значение твёрдости, измеренное твердомером, и значение эталонной меры твёрдости выходят за пределы допустимой погрешности — необходимо произвести калибровку твердомера согласно инструкции изготовителя.
Принцип измерения твердости по Роквеллу
В зависимости от поставленной задачи, применяется та или иная шкала, нагрузка и тип индентора: твердосплавный шарик диаметром 1,588 мм или алмазный конус (угол=120 градусов).
На выбор шкалы измерений и индентора влияют: минимально допустимая толщина объекта, твердость материала, толщина отвержденного слоя. Алмазный индентор подойдет для закаленной стали и твердого металла. Для мягкого материала – шариковый индентор. При измерении тонких объектов нагрузка не должна деформировать образец.
| Тип шкалы | Тип индентора | Усилие, кгс | Обозначение твердости | Область применения | |
| P0 | P0+P1 | ||||
| A | Алмазный конус с углом при вершине 120° | 10 | 60 | HRA | Особо твердые материалы. Изделия из карбида вольфрама; изделия и поверхности после химико-термической обработки. |
| B | Стальной закаленный шарик диаметром 1,588 мм | 10 | 100 | HRB | Алюминиевые сплавы, бронза, мягкие стали. Пластичные и тонкие покрытия (напр. фольга). |
| C | Алмазный конус с углом при вершине 120° | 10 | 150 | HRC | Твёрдые стали с HRB>100. Материалы после термической обработки. |
Принцип действия прибора основывается на вдавливании индентора с алмазным конусом или стальным шариком в контролируемый материал с последующим измерением полученного отпечатка.
Чем твёрже материал, тем меньше глубина проникновения индентора, тем больше будет число твердости.
При испытаниях по методу Супер-Роквелла применяются такие же инденторы, но требования к точности радиуса и угла более высокие, поскольку при малых нагрузках даже незначительное отклонение может привести к ошибкам.
| Для определения твердости по методу Роквелла и Супер-Роквелла вычисляется разность между глубиной отпечатка индентора при нагрузке после снятия максимального усилия (h) и глубиной отпечатка при предварительной нагрузке (h0) .
|
Динамический твердомер ЭЛИТ-2Д
Динамический измеритель твердости ЭЛИТ-2Д предназначен для измерения твердости на поверхности изделий из конструкционных сталей и других материалов, близких к ним по модулю упругости. Индикация результата – цифровая по шкалам Роквелла (20-70 HRC) и Бринелля (80-450 НВ).
Принцип действия прибора основан на измерении отношения скоростей подлета и отскока от поверхности изделия бойка с ударным наконечником из твердого сплава (метод Лэйба). Ударная поверхность наконечника – сферическая с радиусом кривизны 1.5 мм.
Прибор ЭЛИТ-2Д работает на изделиях с массой не менее 2 кг, толщиной стенки не менее 15 мм и радиусом кривизны поверхности не менее 15 мм. При соблюдении этих условий требования к шероховатости поверхности существенно меньше, измерения проводятся быстрее, влияние тонких поверхностных слоев с измененной твердостью меньше.
Динамический твердомер МЕТ-Д1
Динамический твердомер МЕТ-Д1 реализует метод отскока (метод Либа). Измерение твердости по методу Либа схоже с методом Шора, но здесь за меру твердости принимается не высота отскока бойка, а его скорость. Соответственно чем тверже материала, тем выше скорость отскока. Преимущество измерения твердости методом Leeb заключается в том, что оно может быть выполнено непосредственно на объекте, не требуя отбора образцов для лабораторных испытаний. Недостатком метода является невозможность его применения на легких и тонких материалах.
Твердомер МЕТ-Д1 дает возможность измерения твёрдости металлов и сплавов по стандартным шкалам Роквелла (HRC), Бринелля (HB), Виккерса (HV) и Шора (HSD). Прибор производится в России и имеет положительные отзывы отечественных специалистов. На сегодняшний день твердомеры серии МЕТ-Д1 зарегистрированы в государственных реестрах средств измерений РФ, Украины, Белоруссии и Казахстана. Гарантия на твердомер – 3 года
Измерение микротвердости
Метод измерения микротвердости регламентирован ГОСТ 9450. Определение микротвердости (твердости в микроскопически малых объемах) проводят при исследовании отдельных структурных составляющих сплавов, тонких покрытий, а также при измерении твердости мелких деталей. Прибор для определения микротвердости состоит из механизма для вдавливания алмазной пирамиды под небольшой нагрузкой и металлографического микроскопа. В испытываемую поверхность вдавливают алмазную пирамиду под нагрузкой 0,05…5 Н.
Микротвердость измеряют путем вдавливания в образец (изделие) алмазного индентора под действием статической нагрузки Р в течении определенного времени выдержки т. Число твердости определяют (как и по Виккерсу) делением приложенной нагрузки в Н или кгс на условную площадь боковой поверхности полученного отпечатка в мм2.
Основным вариантом испытания является так называемый метод восстановленного отпечатка, когда размеры отпечатков определяются после снятия нагрузки. Для случая, когда требуется определение дополнительных характеристик материала (упругое восстановление, релаксация, ползучесть при комнатной температуре и др.) допускается проводить испытание по методу невосстановленного отпечатка. При этом размеры отпечатка определяют на глубине вдавливания индентора в процессе приложения нагрузки.
Практически микротвердость определяют по стандартным таблицам дня конкретной формы индентора, нагрузки Р и полученных в испытании размеров диагоналей отпечатка.
В качестве инденторов используют алмазные наконечники разных форм и размеров в зависимости от назначения испытании микротвердости. Основным и наиболее распространенным нконечником является четырехгранная алмазная пирамида с квадратым основанием (по форме подобна индентору, применяющемуся при определении твердости по Виккерсу).
Число микротвердости обозначают цифрами, характеризующими величину твердости со стоящим перед ними символом H с указанием индекса формы наконечника, например, Н□ =3000. Допускается указывать после индекса формы наконечника величину прилагаемой нагрузки, например: Н□ 0,196 =3000 — число микротвердости 3000 Н/мм2, полученное при испытании с четырех гранной пирамидой при нагрузке 0,196 Н. Размерность микротвердости (Н/мм2 или кгс/мм2) обычно не указывают. Если микротвердость определяли по методу невосстановленного отпечанка, то к индексу формы наконечника добавляют букву h (Н□h).
Соотношение значений твердости
При сопоставлении значений твердости, полученных разными методами, между собой и с механическими свойствами материалов необходимо помнить, что приводимые в литературных источниках таблицы или зависимости для такого сопоставительного перевода являются чисто эмпирическими. Физического смысла такой перевод лишен, так как при вдавливании paзличных по форме и размерам инденторов и с разной нагрузкой твердость определяется при совершенно различных напряженных состояниях материала. Даже при одном и том же способе измерения твердости значение сильно зависит от нагрузки: при меньших нагрузках значения твердости получаются более высокими.
Выше были рассмотрены основные методы контроля твердости. Существуют и другие методики контроля, которые основаны на косвенных измерениях значений механических свойств. Например электрические, магнитные, акустические и т.д. Все эти методы основаны на составлении экспериментальных корреляционных таблиц «измеряемый параметр — параметр механических свойств», где все параметры постоянны (химический состав металла, номер плавки, количество загрязнений), а меняются лишь табличные параметры. Такие методы на производстве практически не работают, т.к. например химический состав металлов по ГОСТам требуется в селекте, т.е. может быть в заданном пределе и меняться от плавки к плавке. Составление градуировочных таблиц на каждую партию металла — очень трудоёмкая работа. Pla пластик растворитель — https://www.dcpt.ru
Определение твердости по Бринеллю – о цифрах и буквах
Результаты исследований выражаются в буквенно-цифровой записи. Из букв в ней присутствуют либо HB, либо HBW. Первое обозначение актуально для стального шарика. Вторая запись указывает на то, что вдавливали сферу из карбида вольфрама. К буквам добавляют 2 или 3 числа. Первое – показатель твердости. Максимально возможный по Бринеллю – 650. Такой показатель измеряется карбидным индентором. Стальной вдавливается в материалы твердостью до 450-ти единиц.
Второе число в записи – диаметр шарика-наконечника. Он не указывается лишь в том случае, если максимальный, то есть равен 10-ти миллиметрам. Третье число в обозначении – сила, с которой давили на испытуемый образец. Рассмотрим такой перевод твердости по Бринеллю: 500 HBW 5/800. Запись HBW свидетельствует о применение карбидного шарика. Его диаметр составил 5 миллиметров.
Сила давления была равна 800-от килограммов силы (кгс). 500- итоговая твердость материала. Вычисляется она по формуле отношения приложенного усилия к площади отпечатка. Интересно, что со значениями шкалы Бринелля совпадает еще одна – Виккерса. Обе начинаются со 100 единиц. Правда наивысшая твердость по Виккерсу и Бринеллю разнится.
У Виккерса значения доходят до 1 200-от. Записи результатов отличаются лишь буквами. Шкала Виккерса обозначается HV. Стоит учитывать это, выбирая товары с указанием твердости. То, что по Бринеллю тверже стали, по Виккерсу – материал весьма податливый.
Кстати, согласно большинству словарей, твердость – это свойства пластичности, упругости и сопротивления деформациям, или иным разрушениям, при вдавливании в верхний слой испытуемого образца другого, более твердого вещества. Ну, вот, уточнили о чем речь. Пора разобраться, какая твердость и для каких материалов считается приемлемой.
