Твердомер — что это, виды и как работает?

Твердомер — что это, виды и как работает?

Если у Вас возникают проблемы, пожалуйста дайте нам знать, отправив письмо на адрес: info@techintest.ru . Спасибо!

ГРАФИК РАБОТЫ

Часы работы нашего офиса:

Пн-Пт: 9:00 – 18:00
Сб-Вс: ВЫХОДНОЙ

ВОЙДИТЕ В СИСТЕМУ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ ДОСТУП К ДОП. ФУНКЦИЯМ

РЕГИСТРАЦИЯ

ЗАБЫЛИ ПАРОЛЬ?

  • Главная
  • СТАТЬИ
  • Стационарные твердомеры. Виды твердомеров и их назначение

Wednesday Feb 26th, 2020

Стационарные твердомеры. Виды твердомеров и их назначение

Стационарный твердомер – специальный прибор, предназначенный для определения параметров твердости образцов из различных материалов в лабораторных условиях. Такое определение можно дать серии приборов, которая носит название Стационарные твердомеры. Сегодня мы попробуем подробно разобрать, какие преимущества дает данный прибор, рассмотрим его достоинства и недостатки, а также приведем конкретные примеры по каждому виду приборов.

Прежде всего стоит отметить, что все стационарные твердомеры можно условно разделить на 2 категории – это Универсальные и Твердомеры для измерения по определенному методу. Рассмотрим последнюю категорию более подробно.

Мы уже упоминали ранее, что выбор шкалы для измерения твердости конкретного образца зависит от твердости материала, из которого этот образец изготовлен. Твёрдость относительно мягких изделий, в том числе резины и пластиков, измеряют по шкале Шора или Бринелля, для изделий средней твердости используют шкалу Роквелла, для изделий повышенной твердости — шкалу Виккерса. Именно такую классификацию имеют современные стационарные твердомеры (по используемым шкалам).

Стационарный твердомер по методу Бринелля использует для измерений специальный шарик (индентор) из закаленной стали. Диаметр индентора – от 1 до 10 мм в зависимости от размера и твердости образца. Принцип работы твердомера по Бринеллю заключается в следующем: в течение заданного промежутка времени в испытуемый образец с определенной силой вдавливается шарик. После измерения, на основании данных полученного отпечатка рассчитывается твердость. Методика проведения таких испытаний регламентируется ГОСТ 9012, их результаты измеряются в HB, а диапазон измеряемых величин зависит от конкретной модели стационарного твердомера.

Стационарный твердомер по методу Роквелла проводит измерения как с помощью стального шарика диаметром 1,588 мм, так и с помощью алмазного конуса с углом вершины 120°. Принцип измерений такой же, как у метода Бринелля, единицы измерения – HRC . Также существует специальная модификация данного прибора – твердомер Супер-Роквелла, который производит измерения в два последовательных приема. Измерениям с помощью указанных приборов посвящен ГОСТ 22975.

Стационарный твердомер по методу Виккерса – прибор, принцип действия которого схож с предыдущими описанными, но использующий в своей работе в качестве индентора алмазную пирамиду с углом граней 136°. Допустимая нагрузка – от 1 г. до 1000 кг. Твердость в данном методе вычисляется путем деления приложенной нагрузки на площадь поверхности полученного пирамидального отпечатка. Подробная методика проведения испытаний и обработки их результатов описана в п. 5 ГОСТ 2999. Единицы измерения – HV . Также существует модификация прибора для измерения твердости по Микро-Виккерсу. Нормативные документы для метода Виккерса: ГОСТ 2999-75 (СТ СЭВ 470-77) – Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу; ISO 6507-1:2005 Metallic materials. Vickers hardness test. Part 1: Test method.

Отдельно стоит выделить такую группу приборов, как Универсальные твердомеры. Благодаря применяемым в них методикам и решениям, универсальные твердомеры позволяют измерять твердость образцов сразу по трем методам – Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу. Яркий пример – Универсальный твердомер HBRVU-187.5 (см. рисунок ниже).

Стационарные твердомеры могут быть использованы в самых различных отраслях промышленности и производства: в лабораториях металлургических предприятий, в авиастроительном комплексе, машиностроении, и т. п.

Также важно отметить, что все вышеуказанные приборы делятся на автоматические, полуавтоматические и ручные (механические). В автоматических твердомерах предусмотрен специальный сервопривод, который управляется с помощью встроенного микропроцессора. В ручных приборах приложение и снятие нагрузки происходит, соответственно, вручную оператором.

Твердомер: виды, характеристики и выбор

В некоторых сферах деятельности необходимо применять контроль твердости материалов – твердометрия. Для ее проведения используется специальный прибор – твердомер, который позволяет измерить твердость изделия, не разрушая структуру материала.

Твердомеры используются и для проверки твердости входящих на производство заготовок, и для контроля качества уже готовой продукции, в лабораторных исследованиях конструкций и материалов, при их разработке, в машиностроительной и железнодорожной промышленности, исследовательских центрах и институтах, энергетических отраслях.

Устройство и характеристики

Принцип работы твердомера состоит в измерении различных показателей (в зависимости от вида прибора) при механическом воздействии на материал.

По результатам этих измерений и проводится оценка твердости материала.

В зависимости от различных параметров заготовки, например, размеров, конструкции, свойств материала, для контроля твердости могут быть использованы стационарные или портативные твердомеры.

Их конструкция отличается, в зависимости от используемого метода исследования.

Портативные модели используют в тех случаях, когда невозможно применение стационарных вариантов, например, если детали заготовки слишком велики, либо же из-за их большой массы, когда объект исследования невозможно транспортировать в лабораторию.

Твердомеры состоят из нескольких основных элементов:

• Корпус с вычислительной электроникой.

На нем имеется элементы управления, дисплей для вывода результата измерений и отображения настроек.

На стационарных вариантах может быть вмонтирован микроскоп.

• Наковальня (для стационарных вариантов) – площадка, на которую устанавливается исследуемый образец.

• Датчик с индентором – элемент механического воздействия на образец с регистратором силы этого воздействия.

В портативных вариантах соединен с корпусом гибким проводом, либо же жестко.

Существуют беспроводные модели.

Материал

Корпус, наковальня и все подвижные элементы стационарного прибора изготавливаются, как правило, из металла или прочного пластика.

Портативные устройства практически все пластиковые с герметичным корпусом.

Модели, рассчитанные на использование в полевых условиях, водонепроницаемы, и имеют резиновые накладки, защищающие прибор от ударов.

Размеры и вес

Вес некоторых стационарных твердомеров превышает 200кг, а их высота и длинна доходят до 1 м и более.

Подразумевается, что эти измерительные приборы будут установлены неподвижно, так что их размеры и масса не имеют какого-либо влияния на удобство использования.

Для портативных приборов, кроме точности замеров, важными показателями являются габариты и вес.

Переносные модели весят, как правило, 150 – 200 г (около 500 г в металлическом корпусе).

Их габаритные размеры сравнимы с рацией, инженерным калькулятором или портативным радиоприемником.

Для транспортировки используется ударопрочный кейс.

Память

Хороший портативный твердомер способен хранить показатели одновременно нескольких предыдущих замеров прибора.

Для этого он оборудован встроенной памятью.

Для переноса показателей из памяти прибора на компьютер, он может быть оснащен стандартным USB-интерфейсом.

Как правило, память для хранения показателей твердомера энергонезависима.

Иными словами, сохраненные данные не теряются при полной разрядке аккумулятора или его отсутствии.

Кром того, некоторые модели позволяют сохранять не только показатели замеров, но и его настройки.

Это удобно, так как нет необходимости перенастраивать прибор после каждого отключения.

Виды твердомеров, назначение и методы измерения твердости

Размеры этих измерительных инструментов оказывают непосредственное влияние на их классификацию, так для измерения твердости материалов приборы делятся на:

Стационарные

Имеют большие габариты и вес, используются в лабораториях для проведения измерений с минимальными погрешностями.

Опционально оборудованы интерфейсом для подключения к компьютеру, микроскопу и принтеру для распечатки результатов исследования.

Источник питания – бытовая сеть.

Имеют клавиатуру для ввода параметров измерения, результаты отображаются на встроенных дисплеях.

Портативные (переносные) твердомеры

Приборы с небольшой массой и габаритами.

Большинство из них помещаются в карман.

Несмотря на свои размеры, некоторые малогабаритные твердомеры имеют внушительный функционал.

Это и графический дисплей, и детальная настройка параметров измерений, и фотокамера, и наличие съемной карты памяти для хранения калибровок и результатов исследований.

Измерения могут проводится по нескольким шкалам одновременно, включая пользовательские варианты, выполнять пересчет между шкалами.

Ручной прибор питается от обыкновенных батареек, либо же встроенного аккумулятора.

Классификация методов измерения твердости материалов, которые лежат в основе работы твердомеров:

• Статические — группа методов, демонстрирующих сопротивление пластической деформации.

Индентор представляет собой алмазный наконечник, либо же стальной шарик, который постепенно вдавливается в поверхность материала, после чего проводится анализ оставленного отпечатка.

• Динамические — группа методов, демонстрирующих как сопротивление деформации, так и упругость.

Анализируется результат удара индентора о поверхность материала.

• Косвенные – группа методов, позволяющие оценить смежные свойства материала, например, изменение частоты пропущенной звуковой волны.

Стационарные приборы по принципу работы делятся на:

Твердомер Бринелля

В основе лежит метод вдавливания шарикового индентора в поверхность, предложенный инженером Ю. Бринеллем более века назад.

Первый в мире метод, получивший стандартизацию и широкое распространение.

Обозначение твердости – HB.

Твердомер Роквелла

В основе лежит метод вдавливания конусного индентора в поверхность, предложенный профессором Людвигом.

Для этого метода разработано несколько шкал, которые соответствуют паре индентор – нагрузка.

Шкалы имеют буквенные обозначения: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.

Сам же метод обозначается, как HR, к которому добавляется буква шкалы.

Твердомер Супер-Роквелла

Особенностью этого прибора является усовершенствованный метод работы на основе метода Роквелла.

Заключается он в проведении двух последовательных измерений.

Подробнее можно прочесть в ГОСТ 22975.

Твердомер Виккерса

В основе лежит метод вдавливания пирамидального индентора в материал, предложенный инженерами компании Vickers Ltd. в 1921 году.

Обозначается символами HV.

Существуют модификации, способные производить замеры по Микро-Виккерсу.

Твердомер по Шору

В основе лежит метод измерения высоты отскока индентора от поверхности.

Обозначается, как HS с добавлением буквы одной из шкал, соответствующих этому методу (С и D – основные шкалы).

Практическое применение данного метода ограничено, а сегодня он используется для контроля твердости неметаллических материалов.

Твердомер по Барколу

В основе лежит метод вдавливания индентора, который выполнен в форме усеченного конуса с плоской вершиной.

Считается почти универсальным, так как позволяет определять твердость большинства материалов.

Твердомер по Либу

В основе лежит метод измерения скорости отскока индентора.

Обозначается буквами HL

При работе прибора используются различные типы датчиков, каждый из которых имеет свое буквенное обозначение, которое указывается после HL.

Универсальные

Эти приборы могут использовать несколько методов определения твердости материала.

Применение каждого из перечисленных приборов ограничено в силу свойств контролируемых материалов.

Методам определения твердости соответствует одноименная шкала.

Портативные приборы по принципу работы классифицируются на:

Динамические твердомеры

Работа основана на фиксации скорости индентора датчика до удара о поверхность образца, а затем после его отскока.

Ультразвуковые твердомеры

Работа основана на внедрение датчика в поверхность материала с последующим замером частоты колебаний индентора.

На основе степени изменения частоты колебаний и проводится расчет твердости.

Комбинированные твердомеры

Способны проводить измерения описанными выше способами одновременно.

Является лучшим методом экспресс-контроля, так как позволяет получать более точные данные.

Само название “твердомер” обобщает инструменты для измерения твердости материалов в подкласс по их назначению.

• Склерометр – инструмент предназначенный для замера плотности строительных материалов, таких как: шлакоблок, кирпич, бетон и других.

В работе используются принципы отскока индентора, ультразвукового прозвучивания, оценки ударных импульсов.

Часто используются твердомеры царапающего типа со шкалой Фридриха Маоса.

• Карандашного типа – замеряет твердость лакокрасочных покрытий.

• Твердомер по Бухгольцу. Оценка результата производится через микроскоп.

• Дюрометр – измеряет твердость материала по Шору.

Плотность материала определяется путем его механического зажима.

Используется для контроля твердости по параметрам колебаний установленного на испытуемую пластину маятника в форме равнобедренного треугольника.

Применение ограничено в силу специфики прибора, так что он подходит только для контроля твердости лакокрасочного покрытия.

• Универсальные твердомеры металлов стационарного типа – высокоточные аппараты с низкой погрешностью.

Способны выводить результат одновременно по нескольким шкалам.

• Шариковые – используют метод сопротивления вдавливанию индентора в виде шарика.

Применение – измерение твердости полимерных покрытий и материалов.

Также все твердомеры можно разделить на цифровые и аналоговые.

Последний вариант встречается достаточно редко из-за относительно низкой точности измерений, которая зависит от навыков оператора.

Как правило, используется для контроля мягких материалов.

Для вывода результата имеют шкалу в виде циферблата со стрелкой, в то время, как электронные приборы оснащены цифровым экраном.

Выбор шкалы, по которой проводятся измерения, напрямую зависит от твердости испытуемого образца.

Так, шкалы Бринелля и Шора отлично подходят для контроля твердости пластика, дерева, резины и других материалов, обладающих низкой твердостью.

Шкалу Роквелла используют для материала, обладающего средней твердостью.

Шкала Виккерса подходит для очень твердых образцов.

Особенности твердомеров

Инденторы для твердомеров изготавливают в большинстве случаев из твердых сплавов.

Особенно это актуально для приборов, работающих по методу упругого отскока.

В ультразвуковых приборах на основе метода контактного импеданса индентором служит призма, изготовленная из алмаза.

Этот материал обладает одним из самых высоких модулей упругости, что позволяет получать достаточно точные результаты измерений.

Кроме того, он имеет высокий показатель износостойкости.

Что нужно знать о твердомерах

Твердомер, являясь высокоточным измерительным прибором, нуждается в периодической проверке на исправность.

Кроме того, регулярно проводится его калибровка.

Следует знать, что для каждого метода определения твердости существует свой стандарт калибровки.

Например, для стационарных твердомеров Бринелля, Виккерса и Роквелла – ГОСТ 23677-79.

Читайте также:  Плюсы и минусы электромеханического стабилизатора

В этом же ГОСТе указано, что у таких приборов средняя наработка на отказ должна составлять не менее 25 тыс. (12,5 тыс. для вариантов с вычислительными модулями) часов.

Этот параметр определяет продолжительность работы устройства до первого отказа.

При этом полный срок службы должен превышать 10 лет, в соответствие все тому же государственному стандарту.

В комплекте с каждым твердомером идет паспорт с инструкцией по его проверке и калибровке.

Первичная проверка осуществляется изготовителем.

Как выбрать твердомер?

Прежде чем приступить к выбору твердомера, необходимо определиться, с какими материалами предстоит работа.

От этого напрямую зависит метод контроля твердости.

Если важным требованием является точность замеров, а прибор будет использоваться в лаборатории предприятия, предпочтение отдается стационарным вариантам (в идеале — универсальным).

Для проведения замеров вне лабораторных условий, единственным верным решением будет покупка переносного твердомера.

Так как использование каждого метода ограничивается различными факторами, необходимо опираться на приведенные критерии.

Основные критерии

• Метод определения твердости.

Лучше приобрести комбинированный прибор, так как динамический метод хорошо подходит для геометрически простых массивных деталей, а ультразвуковой – небольших образцов материала сложной формы.

Современные портативные приборы имеют сложную электронику, чувствительную к внешним воздействиям.

Ее должен защищать ударопрочный влагостойкий (или вовсе водонепроницаемый) корпус с резиновыми накладками для удобства удержания.

• Связь с индентором.

Производители предлагают 3 варианта подключения датчика с индентором к регистрирующему оборудованию (основному модулю): встроенный, проводной или беспроводной (связь по Bluetooth).

От выбора зависит удобство использования.

• Возможность комплектации дополнительными типами датчиков.

• Возможность подключения к ПК и внешнему принтеру напрямую.

• Возможность работать с несколькими шкалами и преобразование результатов между шкалами.

Производители твердомеров

Пользовательское меню практически всех зарубежных твердомеров не имеет русского языка.

Это приводит к неудобству их эксплуатации в русском сегменте пользователей.

При этом, отечественные производители выпускают приборы, которые ничем не уступают зарубежным аналогам.

Среди зарубежных производителей по качеству измерительных приборов следует отметить PCE, Mitutoyo, Smart Sensor, Proceq SA, Sinowon, Krautkramer – GE.

Как выбрать твердомер?

Сегодня я расскажу о том, что важно знать и учитывать при выборе твердомера. Эта статья для тех, кто осознал необходимость иметь твердомер, но не может понять, какой выбрать

Вопрос №1. Стационарный или переносной

Все, кто хоть раз сталкивался с твердомером скорее всего знают, что они бывают двух основных типов – стационарные (классические) и переносные (портативные, электронные).

Стационарный твердомер – это классический твердомер, измеряющий твердость стандартным методом – Бринелля или Роквелла, или Виккера, или Шора и так далее. Как правило, название такого твердомера включает в себя название шкалы твердости. Например, твердомер стационарный по Бринеллю или твердомер стационарный по Роквеллу . Бывают стационарные твердомеры, которые позволяют измерить твердость не только по одной шкале, а и по нескольких шкалам твердости. Например, существуют твердомеры, которые позволяют измерять твердость по Роквеллу, Бринеллю и Виккерсу. Стационарный твердомер любого типа – это большой, тяжелый (от 50 кг и выше) настольный или напольный прибор. Самые простые модели – полностью механические приборы. Деталь, твердость которой нужно измерить, придется носить к твердомеру. Основное преимущество таких приборов – реализация классического метода измерения твердости, так как его задумал автор

Переносные твердомеры – в отличие от стационарных это небольшие, легкие и компактные приборы, измеряющие твердость сразу по нескольким шкалам твердости. Как правило, современный переносной твердомер позволяет измерять твердость по всем основным существующим шкалам. Портативным твердомером измерение проводится на самой детали, что является явным преимуществом таких приборов. Переносной твердомер – это электронное устройство, поэтому в нем обычно есть целый набор полезных функций – возможность сохранения замеров в память, формирование и редактирование протоколов контроля, передача замеров на компьютер для последующей обработки, печать результатов на принтер прямо с твердомера и так далее. Портативные твердомеры позволяют измерить твердость с точностью, не уступающей стационарным, при этом обладают рядом неоспоримых преимуществ. Однако, существуют некоторые специфические задачи измерения твердости, которые можно решить только классическим твердомером. Однако, таких задач очень немного и можно сказать, что в 99 случаях из 100 можно применять переносной прибор.

Итак, первое, что нужно понять – переносной или портативный твердомер нужен? Как правило, наиболее удачным и правильным решением будет остановить свой выбор на переносном приборе.

Вопрос №2. Ультразвуковой, динамический или комбинированный?

Переносные твердомеры в свою очередь можно тоже разделить на две больших группы. Даже три: а) динамические (Либа, отскока, удара); б) ультразвуковые (контактно-резонансные, контактно-импедансные); в) комбинированные

Динамические твердомеры работают по методу отскока. Датчик прибора устанавливается на изделие, твердость которого нужно измерить. В преобразователе (датчике) прибора находится боек, который ударяется об изделие и отскакивает от него. Прибор измеряет скорость бойка до удара и скорость отскока от изделия. Отношение этих скоростей, умноженное на 1000 называется числом Либа или твердостью Либа по фамилии автора, придумавшего такой метод измерения. Твердомеры такие очень удобные, простые в использовании, но имеют один существенный недостаток. Динамическими твердомерами нельзя измерить твердость изделий массой менее 5 кг или толщиной стенки в месте измерения менее 10мм. В некоторых случаях, твердость таких деталей можно будет измерить, притерев их к массивной плите через слой смазки. Но это только в том случае, если форма детали позволит это сделать.

Ультразвуковые твердомеры работают по методу ультразвукового контактного импеданса. Для измерения датчик устанавливается на изделие и просто прижимается к нему. На конце датчика находится алмазная пирамидка, которая на очень небольшую глубину (порядка 50 микрон) внедряется в изделие и таким образом определяется твердость. Метод измерения очень похож на классический метод Виккерса, но используются микронагрузки – 1 кг, 5 кг или 10 кг. В отличие от динамического твердомера такие приборы почти не имеют ограничений по массе и толщине стенки изделия. Но и у этих приборов есть свой недостаток – не всегда получается измерять твердость изделий с крупнозернистой структурой (некоторые чугуны, нержавеющие стали), а также могут быть сложности с измерение очень мягких металлов и справов (например, алюминия).

Комбинированный твердомер – это прибор, который может измерять твердость обоими метода – динамическим и ультразвуковым просто заменой датчика, который используется. Это самый функциональный вариант, если рассматривать переносные приборы. Твердомер практически не имеет ограничений по применению.

Под стать возможностям и ценообразование. Динамические твердомеры – самые доступные, ультразвуковые – немного дороже. Комбинированные твердомеры – наиболее функциональные модели, но, как следствие – самые дорогие.

Итак, второе, что нужно понять – твердомер какого метода выбрать. Если позволяют финансовые возможности, то лучшим выбором будет комбинированный твердомер. Если бюджет ограничен и функциональность придется жертвовать – выбирать между ультразвуковым и динамическим, учитывая во внимание, твердость каких изделий нужно будет измерять чаще всего.

Вопрос №3. Тип – выбрали, метод – выбрали. Как выбрать конкретную модель прибора?

Выбор конкретной модели прибора будет напрямую влиять на удобство использования твердомера. В зависимости от выбранной модели твердомера, будет сильно отличатся набор функциональных возможностей прибора. Также будут отличаться условия эксплуатации прибора. Вес, размер прибора, размер дисплея и клавиатуры, наличии функций по связи с компьютером, возможность сохранения калибровок, результатов замеров и настроек прибора, возможность печати на принтер, режим фотографирования объекта контроля с привязкой твердости к конкретным точкам на объекте контроля – все это нужно учитывать при выборе прибора!

Если бюджет сильно ограничен и стоит задача купить твердомер самый-самый-самый дешевый, при этом не обращая внимания на функциональные возможности, то выбирать нужно твердомер серии 1

Приборы первой серии максимально простые. Нет памяти, нет связи с ПК, никаких функциональны дополнительных возможностей, обычный температурный диапазон. Упрощение функциональное не касается измерительной части – точность прибора не страдает. Твердомер имеет базовые шкалы Роквелла, Бринелля и Виккерса, а также имеет возможность калибровки всех шкал + создания пользовательских шкал твердости.

Если в прибор первой серии добавить уже ставшие обязательными для современных приборов функции, такие как память и связь с компьютером, увеличить дисплей, расширить температурный диапазон применения прибора, то получится прибор второй серии:

Твердомер второй серии – это приборы среднего уровня по функциональным возможностям. Среднего уровня по нашей классификации. Потому, что если сравнить эти приборы с твердомерами других производителей, то их функциональные возможности будут на уровне самых дорогих моделей. При этом твердомеры второй серии будет значительно дешевле аналогов конкурентов, превосходя их технически и функционально. Такой твердомер будет хорошим выбором для пользователя со средним уровнем требований к прибору.

Для пользователей, предъявляющих к твердомеру высокие требования к функциональным и эксплуатационным возможностям, наличию современных и инновационных функций – свой выбор следует остановить на твердомерах третьей серии:

Что же в них такого особенного:

  • имеют пылевлагозащищенный корпус
  • оснащены большим контрастным цветным дисплеем
  • имеют предустановленные калибровки для измерения твердости различных металлов
  • позволяют сохранять до 88 калибровок, сохранять резервные калибровки на внутреннюю память прибора
  • имеют возможность прямой печати на мини-принтер, который может быть в комплекте с прибором
  • позволяют сделать фотографию объекта контроля на встроенную фотокамеру, после чего установить на фотографии маркер, со значением твердости в нужном месте объекта контроля и в последующем эта фотография вместе с данными замеров будет распечатана в протоколе контроля
  • позволяют сохранять замеры с присвоением уникального имени, вводимого на русском языке
  • имеют режим интеллектуальной фильтрации измерений – прибор автоматически обнаруживает некорректные измерения и их отсеивает
  • память прибора до 32гБ позволяет сохранить до 100000 измерений приборы
  • имеют часы реального времени – в протоколе контроля будет корректная дата и время проведения измерений
  • комплектуются датчиками со встроенным устройством взвода

Этот список можно продолжать очень и очень долго. Я с удовольствием бы это делал, но тогда эта статься превратилась бы в роман. На самом деле, твердомеры третьей серии – наша гордость. Это приборы, не имеющие аналогов не только в стране – они не имеют аналогов в мире. При этом нам удалось сделать стоимость прибора даже ниже, чем приборы других производителей, которые в лучшем случае по функциональным и сервисным возможностям приближены к твердомерам второй серии.

Итак, третье – модель прибора. При выборе модели твердомера горячо и настоятельно рекомендую твердомеры третьей серии – цена находится на уровне средних твердомеров, при этом функциональные возможности превосходят любой твердомер на рынке в разы. Это как купить Мерседес по цене Хюндая. И это не сказка, это реально так и есть. Если же все-таки бюджет ограничен – тогда вторая серия будет хорошим решением. Для тех, кто ищет самое дешевое и не обращается внимание на функциональные «навороты» – твердомеры первой серии – это приборы с самой минимальной ценой на рынке. Гарантированно.

Очень надеюсь, что данная статья помогла вам определиться с выбором твердомера. Если же у вас остались вопросы, есть сомнения в правильности выбора той или иной модели прибора или просто есть, что нам сказать – звоните нам. Наш телефон – +38 (056) 767-20-21. Или пишите на электронную почту -Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. .”> Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. . Или приезжайте к нам в гости – г.Новомосковск, ул. Спасская, 5. Мы всегда вам рады!

Твердомеры для металлов. Метод Роквелла и Бринелля

Под твёрдостью металлов понимают их способность пластически деформироваться при нагрузках, которые прикладываются к детали в результате внедрения в неё элемента с более высокой твёрдостью – индентора. Испытания на твёрдость считаются одними из наиболее распространённых, поскольку определяют как меру прочности изделия, так и его способность сопротивляться переменным во времени нагрузкам. При этом, в отличие от других методов контроля, испытания на твёрдость относятся к числу неразрушающих, а твердомеры для металлов могут быть достаточно компактными.

Сущность методов определения твёрдости металлов

Испытания могут проводиться как на эталонных образцах (изготовленных из того же металла, и подвергнутых такому же режиму термической обработки), так и непосредственно на готовых деталях. В последнем случае необходимо принять меры к тому, чтобы испытуемое изделие не имело затем внешних повреждений.

Выбор метода испытания твёрдости зависит от:

  1. Исходных механических показателей прочности, упругости и пластичности изделия.
  2. Габаритных размеров детали (или места соединения смежных элементов конструкции, если устанавливается твёрдость в зоне, например, сварного шва).
  3. Конечного результата: установить твёрдость самого изделия, либо твёрдость только его поверхности (выполняется для деталей, прошедших термическую обработку или иной вид поверхностного упрочнения).
  4. Требований к условиям, времени и месту проведения испытания. Например, в полевых условиях более подходят не стационарные, а портативные твердомеры.
  5. Стабильности результатов измерений и их воспроизводимости при повторных испытаниях.

Твёрдость может быть измерена тремя группами методов – механическими (статическими и динамическими), а также ультразвуковыми. Кроме того, различают твёрдость при комнатных и повышенных температурах (так называемую «горячую твёрдость»). Независимо от этого, физическая сущность всех методов одна – в образец внедряется деформирующий элемент, перемещение которого считывается по специальной шкале.

Читайте также:  Как заменить ТЭН на водонагревателе Термекс?

Твёрдость рассматривается как сопротивление металла необратимым пластическим деформациям, а потому отличается от других измерений наличием специальных унифицированных приборов – твердомеров для металлов.

Твердомеры Бринелля

Способ определения твёрдости по методу Бринелля заключается в том, что в поверхность детали вдавливается шарик или из закалённой стали, или из твёрдого сплава. В результате на металле остаётся отпечаток в виде полусферы определённого диаметра и глубины, что определяет меру твёрдости по Бринеллю НВ.

К методу предъявляются следующие требования:

  1. Индентор должен быть строго определённых размеров. Стандартными считаются диаметры 10; 5; 2,5; 1,25 и 1 мм. Выбор зависит от ориентировочной твёрдости испытуемого образца и нагрузке на него:
Диаметр шарика, ммРекомендуемая нагрузка на индентор, кН в зависимости от материала изделия
Стали, чугуны, высокопрочные сплавыБольшинство цветных металлов и сплавовАлюминийПодшипниковые сплавыСвинец, олово, баббиты
1029,429,84,92,451,225
57,3352,451,2250,6130,307
2,51,840,6130,3070,1530,077
1,250,4590,1530,0760,0380,019
10,2940,0980,0490,02450,013
Рекомендуе-мый диапазон измерения твёрдости НВ67…45022…31511…1586…783…39

  1. Нельзя выполнять измерения твёрдости НВ одной и той же детали, используя различные типы твердомеров Бринелля.
  2. Соотношение прикладываемой к изделию нагрузки и площади отпечатка должны быть постоянными.
  3. При ссылке на установленную при замерах величину НВ необходимо указывать условия, при которых был получен результат.
  4. Деталь в месте измерения твёрдости должна иметь ровную и хорошо зашлифованную поверхность достаточной толщины (иначе с обратной стороны возможна деформация, ухудшающая точность результата).
  5. Недопустимо определять твёрдость, если точка испытания находится вблизи от кромки детали.

Метод Бринелля непригоден, если измеренная твёрдость превышает 450 НВ: в таком случае происходит деформация контактной поверхности самого индентора.

Твердомеры для металлов, реализующие метод Бринелля, подразделяют на приборы типа ТШ и типа БТБ.

Стационарные твердомеры для металлов типа ТШ, с механическим приводом от электродвигателя, состоят из следующих узлов:

  • Узла нагружения, который включает в себя оправку с индентором, возвратную пружину и корпус;
  • Узла привода, состоящего из электродвигателя и системы передач;
  • Рычажного механизма, который передаёт рабочую нагрузку на шарик;
  • Рабочего стола;
  • Панели управления и контроля результатов измерений.
  • Противовеса с грузами;
  • С-образной станины.

Твердомер Бринелля работает так. Деталь испытуемой поверхностью вверх устанавливают на стол, после чего поднимают его до упора, имеющегося в корпусе индентора. Далее включается электродвигатель, который перемещает корпус индентора. Тот, преодолевая сопротивление пружин, приводит в движение шарик, который вдавливается в металл. Конечный результат считывается по шкале. Отношение плеч рычажного механизма, а также суммарный вес грузов на противовесе устанавливается в зависимости от предполагаемого результата измерений (см. таблицу выше).

Твердомеры для металлов типа БТБ имеют некоторые эксплуатационные преимущества перед приборами ТШ: они обладают увеличенными размерами рабочего пространства стола, смена режимов нагружения производится механически, а для отсчёта результата используется более точная оптическая система. Работы на твердомерах БТБ производят в той же последовательности, что и на приборах ТШ, но образец после испытания сканируется измерительной головкой, с отображением результата на экране.

Данный способ подходит также для определения твёрдости изделий, которые эксплуатируются при повышенных температурах. Для этого на стол устанавливается ванна с нагревающей образец жидкостью, причём для температур до 300 ° С используют масло, а для более высоких температур – солевой расплав. Образец помещают в ванну на асбестовую плиту, после чего измеряют твёрдость обычным методом.

Доступными и простыми в эксплуатации являются переносные твердомеры для металлов типа ТШП. Испытательная головка прибора устанавливается на деталь в месте измерения и крепится струбциной или специальными захватами. Нагрузка создаётся вручную, и контролируется по шкале индикатора. Для измерения результата применяют переносной микроскоп типа МПБ. Замеренный отпечаток сравнивается со значениями, которые приводятся в таблицах пересчёта.

Твердомеры для металлов, работающие по методу Бринелля, имеют ряд ограничений своего применения:

  • Не учитывается упругая деформация детали под нагрузкой.
  • Динамика проведения испытания (время и скорость вдавливания индентора) очень сильно зависит от исходной твёрдости металла.
  • Поверхность в месте испытания должна быть строго перпендикулярной оси движения индентора.
  • При повторных измерениях твёрдости расстояние между смежными отпечатками должны быть не менее 0,2…0,6 от диаметра шарика.

Твердомеры Роквелла

Метод определения твёрдости металлов по Роквеллу состоит во вдавливании алмазного конуса или стального закалённого шарика в предварительно зашлифованную поверхность образца. В отличие от предыдущего способа твёрдость по Роквеллу заключается в определении глубины вдавливания. Метод Роквелла считается более оперативным, а в таких твердомерах автоматизируется как процесс испытания, так и последующая обработка его результатов.

Суть метода Роквелла заключается в том, что предварительно выбирается некоторая реперная точка, и полученная для этой координаты глубина внедрения индентора вычитается из произвольно выбранной наибольшей глубины вдавливания.

Метод Роквелла имеет несколько разновидностей, каждая из которых применяется в определённых условиях испытаний (см. таблицу):

Вариант методаАВСFNT
Форма индентораКонусШарикКонусШарикКонусШарик
Материал индентораАлмазСтальАлмазСтальАлмазСталь
Условное обозначе-ние твёрдостиHRAHRBHRCHRFHRNHRT
Диапазон замера твёрдости60…8035…10030…7060…10017…925…94
Стали весьма высокой твёрдостиСтали средней твёрдости, цветные сплавыСтали повышенной твёрдостиТонколистовые металлыДля испытания тонких или малогабаритных изделий

Стационарные твердомеры для металлов, реализующие метод Роквелла (типа ТК), подразделяют на приборы с электрическим и механическим приводом. Ручной твердомер ТК включает в себя:

  1. Подвижный измерительный стол, на который устанавливается деталь.
  2. Рычажный привод нагружения.
  3. Измерительную систему (она может быть с цифровой или аналоговой индикацией результата).
  4. Рабочую измерительную головку, с регулируемыми установками.
  5. Масляный амортизатор.
  6. С-образную станину.

Последовательность действия твердомера Роквелла следующая. Образец шлифованной поверхностью вверх размещают на измерительном столе, после чего перемещают его вверх, до начала вдавливания индентора в поверхность, что отслеживается по шкале твердомера. Так происходит предварительное нагружение, признаком окончания которого является вертикальное расположение большой стрелки. Это означает, что индентор внедрился в поверхность на глубину, при которой упругая деформация металла уже перешла в пластическую. Далее, освобождают рукоятку, которая амортизатором возвращается до упора, и нагружают испытуемое изделие основным усилием. В конечном положении нагрузка на деталь должна быть не менее 5…10 с., когда на индикаторе появится искомое значение твёрдости по Роквеллу. После этого маховичком возвращают столик в исходное положение, и снимают с него деталь.

Условная единица твёрдости Роквелла соответствует 2 мкм перемещения рабочего наконечника индентора.

Существуют и переносные разновидности приборов Роквелла. К числу наиболее популярных относится прибор типа ТКП, испытательная головка которого прикрепляется к измеряемой детали. Нагрузку от рукоятки производит трёхкулачковый валик, передающий усилие шпинделю, в котором размещается индентор. Последовательность приложения нагрузок – предварительной и основной – в приборах типа ТКП такая же, так и в стационарных твердомерах для металла, где применяется метод Роквелла.

Применяются также и другие типы твердомеров для металла – Шора, Виккерса и пр. Их цена зависит от технических характеристик прибора. Например, диапазон цен на портативные динамические твердомеры составляет 30000…50000 руб, на стационарные установки – от 275000 до 420000 руб.

Твердомер – пробуем детали «на зубок»!

Твердомеры металлов нашли свое применение на большинстве производств, потому что измеряемый ими параметр очень важен в деталях, которые выпускает тяжелая промышленность. Иногда такое приспособление может пригодиться и в быту, поэтому давайте знакомиться.

Устройство и принцип работы прибора

Удобный для снятия показаний твердомер электронный сегодня чаще всего служит на благо производства. Такой прибор не только измеряет твердость, но и способен отслеживать разрушения структуры металлических изделий. Такую работу чаще проводят на производственных участках, но больше всего в нем нуждаются машиностроительные предприятия. Именно там приходится часто отслеживать качество изделий. Лаборатории заводов не только с помощью данных приборов следят за контролем качества, но и разрабатывают новые конструкции и материалы. Инструмент нужен и при приеме на производство сырья и заготовок.

Данным инструментом проверяются и контролируются изделия из разных металлов и сплавов. Это такие металлы и материалы, как высоколегированные, жаропрочные, коррозионно-стойкие, нержавеющие стали, цветные металлы и сплавы, чугуны, упрочняющие и другие слои на стальных изделиях. Устройство такого приспособления довольно простое. Основные узлы – это датчики и электронный блок, с помощью которого обрабатывается сигнал с датчика, а вот датчик состоит из пружины, индентора и электромагнитной катушки.

Датчики формируют сигнал, который несет сведения о твердости изделий, обследуемых на данный момент. Индентор в это время разгоняется при помощи пружины. Затем, ударяясь о поверхность изделия, индентор отбрасывается в сторону. Когда он отскакивает, то в катушке тут же генерируется ЭДС (электродвижущая сила), она обычно пропорциональна скоростям отскоков от детали. Эта скорость и определяет твердость металла. Сутью измерений данного параметра считается проверка механического воздействия на поверхности исследуемых образцов. Полученные результаты и говорят о твердости, но не всегда о прочности, кстати. Многие стараются смешать эти понятия.

От того, какой материал необходимо исследовать, от его свойств, структуры и габаритов, зависит выбор, каким же прибором воспользоваться – портативным или стационарным.

Портативный твердомер – что мы выиграем при его использовании?

Твердомер портативный считается прибором, который дает возможность получить более точные показатели, чем его стационарный «брат». При работе с такими инструментами пользуются механическими, контактно-импедансными (или ультразвуковыми), а также динамическими методами. Когда работа ведется при помощи динамического метода, то контролируется твердость при измерении скорости индентора датчиком сразу после ударов о проверяемую поверхность. Ультразвуковой твердомер производит проверку при помощи наблюдений за изменениями частоты колебаний индентора сразу после внедрения его на проверяемые поверхности.

Механический твердомер дает нам информацию, исходя из сопротивляемости металлической поверхности обычному вдавливанию. Этот способ, конечно, самый разрушающий, особенно если материал детали относительно мягкий. Показания всех этих инструментов выдаются относительно какой-то шкалы твердости, основные из которых – Роквелла, Бринелля и Виккерса. Большинство приспособлений работает в рамках одной шкалы, но есть и универсальный твердомер, который способен снимать показания в одной системе, а следом пересчитывать данные в еще нескольких шкалах.

Последние портативные модели такие, как МЕТ-УД и МЕТ-УДА состоят из пластикового электронного блока и имеют два сменных датчика – ультразвуковой и динамический. В нашей стране такими инструментами пользуются на многих предприятиях, ими измеряются твердости не только у многих металлов, но и у сплавов по таким шкалам, как HRC, HR SHD. Имеющиеся в данных приборах дополнительные шкалы Н-1, Н-2, Н-3 позволяют получать точные данные о твердости не только у изделий из цветных металлов, но также и у чугунных и многих других деталях. Имеющийся в приборе автоматический перерасчет на растяжение и расчет на прочность во время разрывов (и все соответствует ГОСТу) позволяет провести обследование наиболее широко.

Чем же отличается стационарная модель?

Стационарный твердомер отличается большими возможностями, у него имеется дополнительный набор опций. Более того, с данным приспособлением можно спокойно работать с наибольшими нагрузками. Часто такими инструментами работают в лабораториях и с их помощью контролируют твердость металлов. В работе со стационарными моделями используют такие методы измерения твердости, которые подразумевают нарушения целостности образцов. Измеряется глубина после полного проникновения индентора в материалы.

К такому варианту относится оборудование типа ТЭПМ. С его помощью обследуются крупногабаритные изделия, которые отличаются не только сложностью форм, но также и труднодоступностью измерительных зон. Данным прибором можно получить все необходимые показатели в любом положении датчика. Такие инструменты отличаются высокой производительностью, а измерения снимаются очень легко, да и сам прибор прост в обслуживании.

Отличаются приборы такого типа и электронным блоком. Он легко приводит все результаты на средний уровень, а затем автоматически вся информация попадает в буфер памяти и потом выводится на дисплей прибора или на компьютер. Инструмент имеет 64 шкалы твердостей и около 255 средних результатов для измерения. Прибором легко пользоваться, можно программировать или калибровать шкалы. Он подключается к компьютеру при помощи кабеля USB. Предел прочности определяется на растяжение RM за счет автоматического расчета по ГОСТу. Это касается всех углеродистых сталей, которые относятся к перлитному классу.

Удобны такие приспособления и своим самоотключением, после проделанной работы оборудование отключается само. К преимуществу данного прибора можно отнести и имеющуюся подсветку. Это дает возможность работать с ним в плохо освещенных помещениях. Таким образом, к основным характеристикам стационарного твердомера можно отнести:

  • возможность усреднения;
  • работу с памятью;
  • любое положение датчиков;
  • возможность программирования;
  • зарядку батареек;
  • пользование подсветками.

Условия работы и требования к исследуемым деталям

Каждый тип приборов имеет свои особенности, но суть одна. С их помощью надо измерить твердость металлического изделия. Метод, который используют для определения твердости, называют твердометрией. А сам этот параметр относят к свойству материалов оказывать сопротивление к деформации или разрушению тогда, когда будет внедряться индентор на поверхность изделия. И вся работа проводится при помощи описываемого нами прибора.

Например, в самом простом методе (механическом) алмазная пирамида при определенной нагрузке вдавливается в образец в течение заданного времени, затем измеряются диагонали оставшихся отпечатков. Чаще расстояние должно быть не менее 2,5 всей длины по диагонали. В работе применяют разные методы, но требования к образцам и условиям должны быть общими. Работать нужно с проверяемым металлом при температуре от +10 до +20 градусов по Цельсию. Необходимо, чтобы образец находился в перпендикулярном положении к действующим на него усилиям.

Также нужно следить за тем, чтобы поверхность изделия была чистой, не должно быть ни краски, ни масел, ни пленок, ни окалин и тому подобного. Поверхность проверяемой детали должна обрабатываться таким образом, чтобы все края отпечатков были отчетливо видны. Начиная работать, надо позаботиться и о безопасности, потому что при изменении твердости изделие может нагреваться или образовывать наклеп на поверхности. При поломках осуществить ремонт твердомера может только специалист, который обслуживает такие приборы, обычно такой человек работает только на заводе-изготовителе самого инструмента.

Динамический твердомер Тукан К-18А — новая разработка компании

Метало-физическая сущность динамического метода

Идеологически динамический твердомер базируется на методе по ГОСТ 23273-78 «Металлы и сплавы. Измерение твердости методом упругого отскока бойка (по Шору)».

Фундаментальной основой динамического метода измерения твердости является вязкость — свойство металла поглощать в заметных количествах механическую энергию в необратимой форме не разрушаясь. Иначе, вязкость можно охарактеризовать как работу затраченную на упруго-структурную и пластическую деформации измеряемую площадью диаграммы деформации*. (*) Справочник по металлическим материалам турбино- и моторостроения. Михайлов-Михеев П.Б. д.т.н.

Еще один вид дополнительных потерь механической энергии — это затраты на возбуждение свободных упругих колебаний всего контролируемого объема изделия. Эти затраты энергии функционально связаны с размерами, геометрией и массой контролируемого объема изделия, а так же с атомно-кристаллической решеткой материала.

Следует иметь ввиду, что корректное измерение вязкости (твердости) определяется критическими параметрами контролируемого объема изделия: массой, толщиной и геометрией, соответствием типов атомно-кристаллических решеток контролируемого изделия и образцовых мер твердости использованных при калибровке динамического твердомера, а так же структурным состоянием литых чугунных изделий (особенно для серого чугуна). Например, тип атомно-кристаллической решетки алюминия и его сплавов, меди и ее сплавов, а так же конструкционных сталей — кубическая гране- и объемно-центрированная, в то время как кадмий, магний, цинк и альфа-титан имеют гексагональную упакованную решетку.

Несоответствие хотя бы одного из критических параметров может привести к дополнительным потерям механической энергии на свободные упругие колебания всего контролируемого объема изделия и как следствию искажению результатов измерения.

Подробное исследование влияния критических параметров (размеры, геометрия и масса) на значение показаний динамического твердомера позволило специалистам компании Искролайн разработать контроль твердости изделий методом калибровочных поправок. Данный метод существенно упрощает, а во многих случаях исключает разработку и внедрение пользовательских шкал и изготовление контрольных образцов (СОП).

Рассмотрим измерение твердости динамическим методом для двух групп металлов — первая с твердостью в диапазоне HB 5 – 150 (цветные металлы, алюминиевые, медные сплавы) и вторая с HB 100 – 400 (стали с различной термообработкой). Функциональная зависимость сигнала датчика от твердости HL=φ (HB) для первой группы соответствует области (1), а второй — области (2), см. рис 1.

Как показали исследования функции HL=φ (HB), проведенные и опубликованные д.т.н. Б.Г. Лившицем и д.т.н. С.И. Ратнер, для первой группы (1) вязкость определяется сугубо пластической деформацией. Влияние упруго-структурной деформации практически полностью отсутствует. Это подтверждается и полученными нами экспериментальными данными, в частности:

  • а. эффект пластической деформации и диаметр отпечатка от удара шариком падающего индентора для твердости в области (1) на порядок выше пластической деформации в области (2);
  • б. для построения графика зависимости в области (1) исследованы следующие материалы: чистые металлы — Pb, Sn, Al, Cu, алюминиевые литейные и деформируемые сплавы, медные сплавы — латуни и бронзы, особо мягкие чугуны и даже сталь с HB95;

Характерно, что модуль нормальной упругости Е этих материалов изменяется в очень широких пределах: 1600 (Pb), 4000 (Sn), 7000 (Al), 10000-11000 (Cu), 11000-15000 (ферритные чугуны) и 20000-22000 (стали), но практически не влияет на твердость.

Эти данные полностью подтверждают полное отсутствие упругой составляющей для материалов с твердостью HB 5 – HB150.Кроме того, для области (1) характерно резкое отличие HL (сигнала датчика) для металлов с различной атомно-кристаллической решеткой при схожей твердости. Сравните величину сигнала датчика для металлов с гексагональной плотноупакованной решеткой (Cd, Mg, Zn, Ti α) и с кубической гране- и объемно-центрированной решеткой (Pb, Sn, Cu, Al) см. рис.2.

Для металлов с кубической решеткой отмечается высокий коэффициент корреляции зависимости сигнала датчика от твердости, чего не скажешь о гексагональной, что связано со значительным уменьшением вязкости. Калибровочную поправку для таких изделий следует применять только к сигналу датчика (ΔHL).

Для материалов соответствующих зависимости HL=φ (HB) в области (2) (стали, чугуны, титановые сплавы) характерно наличие влияния упруго-структурной деформации на значение сигнала датчика, что приводит к резкому изменению параметров функциональной зависимости. Общая картина зависимостей HL=φ (HB) для разнообразных материалов в широком диапазоне твердости от HB 5 до HB 400 представлена на рис.3.

Физическая сущность динамического метода измерения твердости металлов, сплавов и сталей

В отличии от классического статического метода определения твердости по методу Бринелля или Роквелла, динамический метод принимает за показатель твердости не площадь отпечатка или глубину проникновения твердосплавного наконечника, а отношение скоростей индентора перед ударом и после него. В общем случае – чем материал более твердый, тем выше скорость отскока, но не следует забывать про упомянутые выше особенности кристаллических решеток различных материалов, дающих заметные отклонения результатов измерений.

Динамический метод определения твердости по Бринеллю или Роквеллу опирается на метод Лейба по стандарту ASTM 956. Данный стандарт описывает: методику определения твердости образцов из стали полученных прокатным или литейным способом, а так же чугуна, алюминиевых и медных сплавов, методы проверки и испытания приборов, калибровку твердомеров по стандартным мерам твердости, требования к мерам твердости и измеряемым изделиям.

Устройство датчика становится понятным при рассмотрении его схематического изображения в разрезе на рис.4.

Датчик состоит из корпуса (1) с опорным кольцом (2), подвижной втулки (3), спусковой кнопки (4), индентора с магнитом и наконечником из карбида вольфрама или синтетического алмаза (в зависимости от типа датчика) (5), катушки индуктивности (6), пружины (7). Перед измерением датчик надежно прижимается к контролируемой поверхности (8).

Согласно стандарту ASTM 956 существует 6 разновидностей датчиков. Наиболее распространенный и универсальный – это датчик типа “D”.

Принцип работы датчика динамического твердомера

Значение твердости вычисляется из отношения скоростей индентора, измеренных до и после удара на расстоянии 1 мм от исследуемой поверхности изделия, по формуле HL=1000xVb/Va, где HL – значение твердости по шкале Лейба, Vb – скорость после отскока, Va – скорость падения перед ударом. Определение скорости достигается с помощью постоянного магнита, установленного в инденторе, который под действием силы пружины перемещается через катушку и индуцирует электрическое напряжение при падении и отскоке, см. рис. 5. Индуцированные напряжения пропорциональны скоростям падения и отскока. Отношение измеренных значений напряжения, умноженное на коэффициент 1000, дает число, которое составляет значение твердости по шкале (методу) Лейба.

Эти значения твердости иначе еще называют сигналом датчика.

Прямая корреляция между критерием твердости по Лейбу и другими методами твердости

Стандарт ASTM 956 рекомендует внимательно и продумано использовать перевод значений твердости по Лейбу в другие системы за исключением случаев когда точность преобразования была получена путем сравнительного тестирования. Причины таковых рекомендаций были нами описаны выше.

Учитывая, что, при разработке динамического твердомера Тукан К-18А, производителем многократно протестированы таковые зависимости, а так же проведены все метрологические испытания при внесении твердомера в реестр средств измерений, измерения проводимые по другим шкалам являются достоверными.

Тем не менее, при проверке особо ответственных деталей мы рекомендуем достичь специального соглашения по методике выполнения измерений между стороной, определяющей этот метод испытаний, и стороной, выполняющей испытание на твердость.

Область применения динамического твердомера

Портативный твердомер Тукан К-18А рекомендован к применению: на крупных промышленных предприятиях для контроля, как единичных изделий, так и серийной продукции с сохранением статистики измерений; в производственных компаниях; в лабораториях и исследовательских учреждениях.

Твердомеры широко применяются:

  • на предприятиях энергетического комплекса,
  • в металлургии черных и цветных металлов,
  • в машиностроении и автомобильном транспорте (производство и ремонт),
  • в нефтегазовой отрасли,
  • в судостроении,
  • в стале- и чугуно-литейных производствах,
  • на трубопрокатных заводах,
  • в железнодорожной сфере (прокат и ремонт рельс, колесных пар, сцепок, осей и пр.),
  • в аэрокосмической отрасли,
  • в монтажно-ремонтных и диагностических организациях.

Назначение твердомера

  • Быстрый контроль материалов и деталей, в том числе и сложной формы, контроль качества термообработки, определение твердости различных деталей механизмов при их ремонте.
  • Информационный слой для динамического датчика составляет порядка 0,8 мм. Это указывает на возможность разработки методики контроля глубины азотированного слоя до 0,7 – 0,75 мм для изделий из конструкционных сталей (например, марок 38хмюа, 18х2н4ма и др.).

Основные возможности

Дополнительные возможности

Требования к контролируемому изделию

Выполнение первичных требований – обязательное условие точности измерений!

  • Исследуемая поверхность должна быть тщательно подготовлена, чтобы избежать каких-либо изменений в твердости, вызванных нагревом во время шлифования или путем упрочнения во время обработки. Любая краска, окалины, вмятины или другие поверхностные покрытия или неровности должны быть полностью удалены. Проверяемые поверхности должны быть гладкими. Неспособность обеспечить надлежащую обработку поверхности приведет к отклонению результатов измерений. Грубая обработка контролируемой поверхности будет вносить искажения в результаты измерения. Рекомендуется, чтобы тестируемая поверхность была подвергнута механической обработке – шлифовке или полировке. Размер зернистости шлифовальных материалов, рекомендованной для достижения заданной чистоты поверхности, определяется при разработке технологической карты для конкретного изделия.
  • Выполнение теста на твердость на деталях с остаточным магнитным полем может повлиять на результаты. Рекомендуется, чтобы любое остаточное магнитное поле было меньше 4 ·10 -4 Тл (Тесла) или менее 4 Гс (Гауссов, по международной системе СГС – сантиметр-грамм-секунда)).
  • Контроль твердости изделий из конструкционных сталей целесообразно производить после объемной термообработки, обеспечивающей равномерность структуры и физико-механических свойств, в том числе твердости, по всему контролируемому объему.
  • При контроле твердости литых изделий (чугуны, алюминиевые сплавы, силумины, изделия из аустенитных литейных сплавов) необходимо учитывать структурную анизотропию, т.е. различие твердости на разных участках. В связи с этим для изделий литейного производства обязательна установка постоянного места контроля твердости. Это обеспечит возможность сравнительной оценки твердости отдельных изделий в одной партии и между партиями.
  • Чтобы предотвратить ошибки, возникающие в результате смещения датчика, основание опорного кольца должно быть прижато плотно и перпендикулярно к поверхности испытуемого образца.
  • Датчик и прибор откалиброваны для направления удара вертикально вниз (перпендикулярно горизонтальной поверхности). Для других направлений удара, например, 45 ° от горизонтальной плоскости или иных, измеренные значения твердости следует использовать с обязательной поправкой. Твердомер Тукан К-18А имеет функцию автоматического учета поправки.
  • Расстояние между любыми двумя точками удара индентора должно быть не менее двух диаметров отпечатка. Расстояние между точкой удара и краем образца должен быть не менее 5 мм. Повторное измерение в тоже самое место не допускается.
  • Исследуемые части с криволинейными поверхностями могут быть испытаны при условии, что радиус кривизны образцов на выпуклых или вогнутых поверхностей кольца составляет не менее 30 мм.
  • Для исключения влияния неоднородности материала изделия рекомендуется использовать не менее 5 измерений на площади приблизительно 2.5 см 2 (625 мм 2 ). Если испытуемый материал считается заведомо неоднородным (например, чугун) количество измерений на испытуемой площади следует увеличить до 10.
  • Толщина и вес испытуемого образца должны учитываться при проведении измерений и выборе места контроля. Для датчика типа D стандартом ASTM 956 рекомендованы следующие минимальные размеры и вес изделия: вес – 5 кг, толщина – 3 мм. Согласно стандарту, если исследуемые изделия имеют массу меньше минимальной или части любого веса имеют сечения, меньше, чем минимальная толщина, требует наличие жесткой опоры и сцепления с массивной неподатливой поверхностью, чтобы предотвратить свободные колебания от удара индентора датчика. Но, как описано выше, специалистами компании Искролайн разработан метод калибровочных поправок позволяющий существенно ослабить данные ограничения и уменьшить требования к массе и минимальным размерам исследуемого изделия.

Ограничения

Для динамического твердомера Тукан К-18А, как и для всех моделей динамических твердомеров, присущи некоторые ограничения.

Измерения нельзя считать корректными при невозможности надежной фиксации сложно профилированного изделия на массивном основании или отсутствии у изделия постоянного, внесенного в технологическую документацию, места контроля.

Читайте также:  Какие бывают очистители воздуха?
Ссылка на основную публикацию