Соотношение между нагрузкой, наконечником и шкалой прибора

Шкала	Обозначение твердости	Форма наконечника	Нагрузка, кг	Пределы измерения в ед. твердости Бринелля
В	HRB	шарик стальной		60...230
С	HRC	алмазный конус		230...700
А	HRA	алмазный конус		свыше 700

 

Измерение твердости на приборе типа ТК можно производить: алмазным конусом с общей нагрузкой 150 кг (предварительная 10 кг и основная 140 кг). В этом случае значение твердости определяют по черной шкале С и обозначают HRC. Эта шкала применяется для закаленных сталей, об­ладающих твердостью до HRC 67 и для определения твердости поверхностных слоев толщиной более 0,5 мм; алмазным конусом с общей нагрузкой 60 кг (10 + 50 кг). В этом случае значения твердости также определяют по черной шкале С, но обозначают HRA. Числа HRA можно перевести на числа HRC, по формуле

HRC = 2 НRA – 104. (3)

 

Эта шкала применяется для твердосплавных сплавов (например карбидов, вольфрама, обладающих твердостью HRC > 68), тонкого листового материала и для измерения твердости тонких поверхностных слоев (0,3...0,5 мм) или тон­ких пластинок; стальным шариком с общей нагрузкой 100 кг (10 + 90 кг). В этом слу­чае значения твердости определяют по красной шкале В и обозначают HRB. Шкала В служит для испытания металлов средней твердости и испытания изде­лий толщиной до 0,8 мм (когда испытание методом Бринелля не может быть выполнено).

Для измерения тонких пластин и тонких поверхностных слоев (цементованных, азотированных, цианированных) используют приборы типа суперроквелл. Общая нагрузка, применяемая в нем, составляет от 15 до 45 кг, предвари­тельная – 3 кг, а каждое деление шкалы индикатора соответствует глубине вдавливания, равной 0,001 мм (1 мк). Эти приборы обладают большой чувстви­тельностью. На основании опытных работ установлена связь между числами твердо­сти по Роквеллу и по Бринеллю, которые позволяют осуществлять перевод од­них чисел твердости в другие.

К достоинствам метода, Роквелла следует отнести высокую производи­тельность, простоту обслуживания, точность измерения и сохранения качест­венной поверхности после испытания. Не рекомендуется применять этот метод для определения твердости неоднородных по структуре сплавов (чугун, цвет­ные подшипниковые сплавы), для испытания криволинейных поверхностей с радиусом кривизны менее 5 мм и для испытания деталей, которые под действи­ем нагрузки могут деформироваться.

Измерение твердости вдавливанием алмазной пирамиды (метод Виккерса). Твердость по методу Виккерса определяют путем вдавливания в испы­туемую поверхность алмазной четырехгранной пирамиды с углом при вершине 136 градусов под нагрузкой 120 кг. Число твердости по Виккерсу (HV) представляет собой нагрузку, прихо­дящуюся на единицу поверхности отпечатка и определяется по формуле

 

, (4)

 

где: Р – нагрузка на пирамиду, кг;

d – среднее арифметическое обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки, мм;

α – угол между противоположными гранями пирамиды, α = 136°.

Числа твердости HV, вычисленные по указанной выше формуле, в зави­симости от длины диагонали, величины приложенной нагрузки, приведены в таблицах. Следовательно, твердость по методу Виккерса практически опреде­ляют по величине диагонали отпечатка. Твердость по Виккерсу для стали, имеющей твердость НВ до 400, примерно соответствует значениям твердости по Бринеллю. При более высокой твердости ее значение становится больше, чем по Бринеллю. Преимущество прибора типа ТП перед приборами типа ТШ и ТШ состоит в том, что им могут быть измерены материалы большой твердости при малой толщине образцов, а также твердость очень тонких поверхностных слоев металла, например, азотированного или цианированного.

Принцип работы твердомера ТДМ-3 основан на измерении отношения скоростей индентора (ударного элемента) при падении и отскоке его от поверхности контролируемого изделия.

Отношение скоростей перемещения индентора при отскоке и падении характеризует твердость контролируемого материала.

Структурная схема твердомера приведена на рисунке 2. Преобразователь, совмещенный с ударным механизмом, формирует напряжение, пропорциональное скорости перемещения индентора. Он представляет собой отдельно выполненное механическое устройство, связанное с электронным блоком твердомера при помощи кабеля.

 

Рис. 2. Структурная схема твердомера ТДМ-3

КЛ – клавиатура; ЖКИ – жидкокристаллический индикатор; ПР – преобразователь; С – схема преобразования входного сигнала; АЦП – аналого-цифровой преобразователь; МК – микроконтроллер; EEPROM – энергонезависимая память; ЗУ – зарядное устройство; БП – блок питания.

 

Его подвижная часть (индентор), при помощи предварительно взведенной пружины, сбрасывается при нажатии спусковой кнопки на контролируемую поверхность. На конце индентора расположен твердосплавный шарик, непосредственно контактирующий с контролируемой поверхностью. При этом индентор (внутри которого размещен постоянный магнит) перемещается внутри катушки индуктивности и своим магнитным полем наводит в катушке электродвижущую силу (ЭДС).

Величина наводимой ЭДС непосредственно связана со скоростью перемещения индентора, а полярность – с направлением его движения (U ₁ – при падении индентора на испытываемый образец и U ₂ –при его отскоке). Напряжение с выхода катушки индуктивности подается на вход электронного блока.

Электронный блок производит усиление и преобразование аналогового сигнала преобразователя твердомера в цифровой код, математическую обработку полученной информации, хранение переменных и промежуточных результатов измерений, управление режимами работы твердомера и индикацию результатов непосредственно в единицах твердости.

Прибор позволяет выбрать шкалу измерения твердости из 14-ти нижеприведенных:

- шкалы Роквелла (HRA, HRB, HRC);

- шкала Бринелля (НВ);

- шкала Виккерса (HV);

- шкалы Супер Роквелла (HRN, HRT);

- шкалы Шора (HSD, HSC);

- шкала Лейба (HL);

- шкалы дополнительные (SP 1, SP 2, SP 3, SP 4).

Примечание. Шкалы SP 1, SP 2, SP 3, SP 4 предоставляют возможность разбраковки материалов по упругим свойствам.