Таблица твердости металлов по Роквеллу и Бринеллю – перевод значений

Одним из основных показателей, характеризующих качество различных инструментов и деталей, является твердость металлических сплавов, из которых они изготовлены. Чем он выше, тем меньше сталь подвергается изнашиванию при воздействии ударных и механических нагрузок, более устойчива к пластической деформации. Существует специальная таблица твердости металлов по Роквеллу и Бринеллю, при помощи которой можно самостоятельно разобраться, из какого металла лучше приобретать инструменты и детали для конкретных целей.

Что такое твердость металла

Этот показатель определяет стойкость металла к изменению первоначальной формы сделанного из него предмета во время соприкосновения с другим предметом, выполненным из более твердого материала.

Это важное свойство сталей и сплавов, определяющее пригодность сырья для изготовления конкретных инструментов, деталей и комплектующих различного технологического оборудования, механических узлов и агрегатов. Таблицы с показателями твердости металлов и сплавов, стройматериалов есть во всех производственных и инженерно-строительных приложения.

В чем измеряется и как обозначается

Особенность характеристики заключается в том, что классическое обозначение меняется в зависимости от используемой методики. Поэтому предусмотрены специальные таблицы перевода значений твердости металлов, полученные разными способами.

По Бринеллю твердость металлов указывают в таблицах в кгс/мм2

Усредненные показатели твердости металлических сплавов:

  • магниевые и алюминиевые – 5 кгс/мм2;

  • никелевые и медные – 10 кгс/мм2;

  • железные – 30 кгс/мм2.

Соответственно можно сделать вывод – твердость железа выше в 6 раз аналогичной характеристики алюминия и магния.

По Роквеллу условное значение твердости соответствует передвижению конуса на 2 мкм. В маркировке металла сначала проставляют индексацию НВ (HR), затем идет большая буква «А», «В» или «С»:

  • «А» - испытания металла на прочность осуществлялись алмазным конусом, угол вершины которого составляет 120º, под нагрузкой 50-60 кг;

  • «В» - замер прочностного показателя материала выполняли с помощью шарика 1/16 дюйма, который направляли к основанию под нагрузкой 90-100 кг;

  • «С» - твердость металла измеряли с помощью алмазного конуса (угол вершины 120º) под нагрузкой 140-150 кг.

Заканчивается маркировка цифровым значением, обозначающим параметры вмятины, образовавшейся в процессе испытаний металла на твердость.

Методы определения твердости металла

Есть разные методики измерения твердости металлов и сплавов, но большей популярностью пользуются таблицы с рассматриваемым показателем, полученным по технике Бринелля и Роквелла.

По Бринеллю

Метод Бринелля – тест металлов на твердость с использованием статических нагрузок. Их проводят на специальных стендах, которые позволяют оказывать на испытуемый материал давление от 30 кН.

Предметы, используемые для проверки твердости металлов, называют «инденторами». В данном случае во время испытаний берут специальный шарик, изготовленный из твердого металлического сплава.

Порядок проверки металла на твердость по Бринеллю:

  1. Испытуемую заготовку фиксируют на стенде;

  2. Головку пресса медленно опускают на шарик;

  3. Металлы в процессе испытаний подвергаю давлению на протяжении 10-15 минут;

  4. Характеристики испытуемой металлической заготовки определяет образовавшаяся глубина углубления.

Формула вычисления твердости металла по восстановленному отпечатку:

HBW = 0.102P/(πD/2(D-√(D2-d2)), 

где:

P – нагрузка, прилагаемая на испытуемый материал;

D – диаметр используемого индентора (шарика);

d – параметр полученного углубления после испытаний.

К сведению: Чаще всего в качестве индентора используют шарики из твердых сплавов Ø10 мм, в редких случаях Ø5; 2,5; 2 и 1.

Несколько отличается метод проверки прочности металлов Бринелля по не восстановленному отпечатку. В этом случае учитывают соотношение прилагаемой нагрузки к заготовке и получаемый объем оттиска в основании (часть индентора (шарика), вдавленную в испытуемый материал).

По Роквеллу

Метод Роквелла — «испытание конусом». Тест проводят на специальном приборе с конусным индентором — твердомере, позволяющем оценивать состояние металла после термообработки в достаточно сжатые сроки.

Показатели твердости металлов и сплавов по методу Роквелла делят на 11 шкал, обозначенных латинскими буквами от «А» до «Т». Для проведения испытаний применяют специальные сферические инденторы, изготовленные из карбида вольфрама либо инструментальной стали, и алмазные наконечники с конической вершиной, выполненной под углом 120°.

Формула расчета твердости металла по Роквеллу:

HR = N – ((H – h)/s)

При выполнении испытаний по шкалам Роквелла к заготовкам прилагают стандартные нагрузки в зависимости от предполагаемой мягкости металлического сплава – 60, 100 и 150 кгс.

В таблицах показатель твердости металла, полученный по данной методике, обозначают двумя латинскими буквами HS. В зависимости от используемой шкалы добавляется еще одна буква, например:

HSA – проверка заготовки сфероконическим алмазным наконечником под нагрузкой 60 кгс, шкала Роквелла «А»;

HRG, HRC – шкалы, используемые для материалов, которые испытывают на твердость под максимальным давлением 150 кгс.

Таблица перевода твердости по Роквеллу и Бринеллю

Для сопоставления и перевода показателей твердости металлов и сплавов, полученных в результате проверки разными методами, разработаны специальные таблицы.

Пример таблицы перевода значения твердости по Бринеллю (НВ) в аналогичный показатель по Роквеллу (HRB)

Сравнение шкал твердости по Роквеллу и Бринеллю

Между испытаниями металлов на прочность по Бринеллю и Роквеллу есть некоторые отличия. Одним из основных является индентор, используемый для тестирования заготовок. Соответственно в таблицах отличается и маркировка показателей, полученных разными способами.

По Бринеллю (HB)

В процессе тестирования в плоское основание заготовки внедряют под силовой нагрузкой шарик из твердого металлического сплава. Показатель твердости материала – это отношение прилагаемой к нему нагрузки к полученному отпечатку на его поверхности сферической формы (диаметру отпечатка).

По Роквеллу (HR) 

При тестировании какой-либо заготовки из металла либо сплава в ее поверхность вдавливают под установленным давлением алмазный конус либо металлический шарик (в зависимости от предполагаемой прочности материала). Показатель твердости устанавливают по относительной  глубине, на которую индентор был вдавлен в испытуемый материал.

Таблица сравнения показателей твердости по шкалам Виккерса, Роквелла и Бринелля.

Общие требования к испытаниям

Перед тестированием на прочность стали и сплавов, независимо от применяемого метода испытаний, обязательно проверяют работоспособность лабораторного оборудования (твердомера) и соответствие заготовки установленным параметрам.

Металлическая заготовка, подвергаемая тестированию, должна отвечать следующим основным требованиям:

  • иметь абсолютно ровную поверхность без каких-либо дефектов, повреждений и микротрещин;

  • для получения максимальной точности измерений поверхность заготовки тщательно шлифуют и полируют;

  • все параметры испытуемого материала должны соответствовать требованиям ГОСТ;

  • тестируемая стальная заготовка не должна иметь никаких упрочнений и утолщений, образовавшихся в результате преобразования при температурных воздействиях и пластической деформации.

Сегодня подобные тесты проводят в редких случаях, для создания новых металлических сплавов. А для основных металлов и применяемых в производстве сплавов давно разработаны сводные таблицы значений твердости материалов, полученные по разным методикам.

Почему всегда указывается диапазон значений по шкале Роквелла

Как правило, тестирование прочностных характеристик металлов по методу Роквелла осуществляется не по всей площади заготовки, а только на небольшом участке. Значения на близлежащих участках испытуемого материала могут несколько отличаться. При этом испытанию подвергается только поверхность металлического сплава, его структура внутри также может иметь небольшое отличие. Поэтому при определении показателя твердости обязательно учитывают возможные погрешности расчетов и определяют допустимый диапазон фактического значения.

Заключение

Методики Роквелла и Бринелля широко применяются для определения прочности различных металлов и сплавов. Между собой они отличаются самой процедурой проведения тестирования материалов, используемыми инденторами, единицами измерения и маркировкой показателей в сводных таблицах. Выбор оптимальной методики испытания зависит от характеристик тестируемого материала, необходимой точности результатов и наличия соответствующего оборудования.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Оставить комментарий:

Отправить

Полезные сервисы:

Опрос:
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа.