Всі методи вимірювання твердості металів можна умовно розділити на дві групи: прямі і непрямі.
1. Прямі методи
Це класичні методи вимірювання твердості по Бринеллю, по Роквеллу, по Віккерсу, по Шору, по Супер-Роквеллу. Твердість металів вимірюється або оцінюється в одиницях твердості. Принцип вимірювання твердості усіма прямими методами випливає з визначення твердості - здатності матеріалу чинити опір впровадженню іншого, більш твердого тіла. Як більш твердого тіла використовуються індентора, що виготовляються, наприклад, з алмазу або карбіду вольфраму і мають певну форму -шарік, конус, піраміда.
Прилади для вимірювання твердості прямими методами є стаціонарними установками, де до індентора, впроваджувати в виріб або зразок, прикладається певне навантаження. Наприклад, стаціонарний твердомер Роквелла NOVOTEST ТС-Р комплектується двома індентора - кулька з діаметром 1.5875 мм і алмазна конусна пірамідка з кутом 120 °, що додаються випробувальні навантаження 60,100 і 150 кг.
Після прикладання навантаження на поверхні зразка залишається відбиток. Для кожного прямого методу визначення твердості сформульована залежність для обчислення значення твердості по відомим значенням прикладеного зусилля і певним геометричним параметрам відбитка. Для методу Роквелла, наприклад, реєструється глибина відбитка.
З переваг прямих методів вимірювання твердості варто відзначити універсальність щодо матеріалу зразка. Стаціонарні твердоміри спочатку готові до вимірювання твердості будь-яких металів і сплавів без додаткового калібрування. Недоліки - відсутність мобільності, обмеження за розмірами вимірюваних виробі, наявність досить великого відбитка, невисокий темп проведення замірів.
2. Непрямі методи
Непрямих методів всього два - ультразвуковий і динамічний. Ці методи не безпосередньо вимірюють твердість, а лише оцінюють значення твердості металу в залежності від інших фізичних властивостей.
2.1. Вимірювання твердості ультразвуком полягає в фіксації ступеня зміни (загасання) частоти коливань стержня з закріпленим на кінці індентором при впровадженні в поверхню зразка. Чим м'якше метал, тим більше глибина проникнення індентора і, відповідно, площа його контакту з металом, тим вище ступінь загасання частоти коливань (в ультразвуковому діапазоні). Метод практично не має обмежень за масою і розмірами випробовуваних виробів, залишає ледь помітний відбиток, застосуємо для вимірювання твердості поверхнево зміцнених шарів і виробів зі складною конструкцією (шестерні, підшипники, металовироби і т.д.). Обмежено застосовується на виробах з крупнозернистою структурою.
2.2. Динамічний метод реалізує залежність швидкості відскоку твердого тіла від твердості на поверхні зіткнення. Чим м'якше метал, тим більше енергії удару йде на формування відбитка (пластична деформація) і тим менше швидкість відскоку бойка з твердосплавним кулькою. Динамічний метод можна застосовувати для великих, масивних виробів з вагою не менше 5 кг і товщиною стінки не менше 10 мм. Підходить для вимірювання твердості, в тому числі і на литих виробах. Менш чутливий до якості поверхні, ніж ультразвуковий метод.
2.3. Обидва непрямих методу набули поширення у вигляді портативних, електронних приладів. Вимірювання твердості переносним твердоміром засноване на правильному виборі методу контролю (ультразвук або динаміка) і використанні коректної калібрування приладу. Зазвичай портативні твердоміри спочатку відкалібровані по стали на сталевих заходи твердості і мають можливість користувальницької калібрування на інших металах і сплавах при наявності зразків з відомою твердістю.
переваги переносних твердомірів NOVOTEST очевидні: мобільність, портативність, автономність, висока швидкість проведення вимірювань. Також варто відзначити наявність в електронних приладах можливості вимірювання твердості за кількома шкалами, архівації та статистичної обробки даних, зв'язку з комп'ютером.
3. Заходи твердості
Використовуються для налаштування і перевірки як портативних, так і стаціонарних твердомірів. Випускаються по кожній шкалі твердості окремо і мають унікальні розміри і номінали в одиницях твердості відповідно до нормативно-технічною документацією. При роботі з динамічними твердоміра слід враховувати той факт, що маса будь-якого заходу твердості менше 5 кг. В цьому випадку заходи притираються на масивну плиту через шар мастила.
Автор: Сергій Погорєлов