Твердомер Бринелля – в чем универсальность прибора и метода? + видео

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.

Читайте также:
Узлы крыши из битумной черепицы

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.

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.

  • Восток-7,
  • Импульс,
  • Технотест,
  • Интротест,
  • Константа,
  • Луч,
  • МЕТ,
  • Новотест,
  • МИНЭТЭК.

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

Методы измерения твердости металлов

Существует довольно большое количество различных механических характеристик металла, которые учитываются при производстве различных деталей. Многие из них зависят от химического состава материала, другие от особенностей эксплуатации. Измерение твердости металла проводится чаще других испытаний, так как это качество во многом определяет особенности эксплуатации материала. Рассмотрим особенности определения твердости подробнее.

Понятие твердости

Твердость – свойство материалов, характеризующее способность проникновения одного, более твердого, тела в другое. Также эта характеристика определяет устойчивость к пластической деформации или разрушению поверхностных слоев при оказании сильного давления.

Измеряется показатель в самых различных единицах в зависимости от применяемого метода.

Все методы определения твердости материалов можно разделить на несколько основных групп:

  1. Статические. Подобные методы характеризуются тем, что нагрузка постепенно возрастает. Время выдержки может быть разным — все зависит от особенностей применяемого метода.
  2. Динамические характеризуются тем, что нагрузка на образец подается с определенной кинетической энергией. При этом показатель твердости является менее точным, так как при динамической нагрузке возникает определенная отдача из-за упругости материала. Результаты подобных испытаний зачастую называют твердостью материалов при ударе.
  3. Кинетические основаны на непрерывной регистрации показателей во время проведения испытаний, что позволяет получить не только конечный, но и промежуточный результат. Для этого применяется специальное оборудование.
Читайте также:
Тилландсия «Анита»: выращивание и уход в домашних условиях

Измерение твердости инструмента

Кроме этого, классификация методов определения твердости проводится по принципу приложенной нагрузки. Выделяют следующие способы испытания образца:

  1. Вдавливание является на сегодняшний день наиболее распространенным способом определения рассматриваемого показателя.
  2. При отскоке проводится замер того, как высоко боек отлетит от поверхности испытуемого образца. В данном случае просчет твердости проводится по показателю сопротивления упругой деформации. Методы подобного типа довольно часто применяются для контроля качества прокатных валиков и изделий с большими размерами.
  3. Методы, основанные на царапании и резании, сегодня применяются крайне редко. Были они разработаны два столетия назад.

Как правило, в твердомерах есть деталь, которая оказывает воздействие на испытываемую заготовку. Примером можно назвать стальные шарики различного диаметра и алмазные наконечники с формой пирамиды. Некоторые из применяемых на сегодняшний день методов рассмотрим подробнее.

Измерение твердости по Бринеллю

Чаще всего проводится измерение твердости по Бринеллю. Этот метод регламентирован ГОСТ 9012. К особенностям испытания металлов и сплавов подобным методом можно отнести следующие моменты:

  1. В качестве тела, которое будет оказывать воздействие на испытуемый образец, используется стальной шарик.
  2. Для тестирования применяется шарик с определенным диаметром, который изготавливается из закаленной стали. К нему прилагается постоянно нарастающая нагрузка.
  3. Главным условие применения этого метода тестирования металлов и сплавов является то, что шарик должен изготавливается из более твердого материала, чем испытуемый образец.
  4. После завершения теста проводится измерение полученного отпечатка на поверхности.
  5. Данный способ позволяет получить данные, которые указываются в HB. Именно это обозначение сегодня встречается чаще других в различной справочной документации.
  6. Для удобства применения данного способа были созданы специальные таблицы, которые основаны на зависимости диаметрального размера шарика, твердости и полученного отпечатка.

Измерение по методу Бринеллю

Стоит учитывать, что по Бринеллю не рекомендуется тестировать стали и сплавы, твердость которых превышает значение 450HB. Цветные металлы должны обладать показателем ниже 200 HB.

Измерение твердости по Виккерсу

Также выделяют метод измерения твердости по Виккерсу, который регламентирован ГОСТ 2999. Получил он распространение при определении твердости деталей и заготовок, который имеют небольшую толщину. Кроме этого, он может применяться для измерения твердости деталей, имеющих поверхностный твердый слой.

К особенностям этого способа тестирования образца можно отнести нижеприведенные моменты:

  1. Применяется так называемый алмазный наконечник, который имеет форму пирамиды с четырьмя гранями и равными сторонами.
  2. Выбирается определенное время выдержки.
  3. После того, как снимается нагрузка, проводится измерение размеров диагоналей получившегося отпечатка и вычисляется среднее арифметическое значение.
  4. Величина прилагаемой нагрузки регламентирована, может выбираться в зависимости от типа тестируемого материала.
  5. Полученные результаты в ходе проведения исследований обозначаются HV.

В некоторых случаях после полученного значения указывается время выдержки и величина прилагаемой нагрузки, что позволяет с большей точностью определить значение твердости.

Измерение твердости по Роквеллу

Данный метод регламентируется ГОСТ 9013. Для его проведения используется специальный прибор для измерения твердости, который позволяет создать две последовательные нагрузки, прилагаемые к поверхности образца. К особенностям проведения подобного теста можно отнести:

  1. Сначала оказывается предварительная нагрузка, после чего добавляется вторая.
  2. После выдержки под общей нагрузкой в течении 3-5 секунд вторая снимается, проводится замер глубины отпечатка, затем снимается предварительная нагрузка.
  3. Измерение полученных данных проводится в условных единицах, которые равны осевому смещению индикатора на 0,002.
  4. Определяется число твердости по Роквеллу по специальной шкале прибора.
  5. Форма применяемого индикатора может существенно отличаться. Именно поэтому было введено несколько типов измерительных шкал, которые соответствуют определенной форме индикатора.
  6. Для обозначения полученной величины могут применяться обозначения HIRA, HRC, HRB. Они соответствуют форме применяемого индикатора и шкалы обозначения.

Принцип измерения твердости по Роквеллу

В качестве индикатора могут использоваться стальной шарик и два алмазных конуса различного размера. Этот метод измерения твердости закаленных деталей проводится только при применении алмазного конуса меньшего размера, предварительная оказываемая нагрузка составляет 10 кгс, основная 50 кгс. За счет предварительной нагрузки исключается вероятность того, что из-за упругости материала полученные значения будут менее точными. Кроме этого, предварительная нагрузка позволяет проводить измерение твердости металлов и сплавов, которые прошли предварительную термическую обработку.

Измерение твердости по Шору

Метод определения твердости по Шору применяется для тестирования прокатных валиков на момент их изготовления. Кроме этого, проверка рассматриваемого показателя может проводиться при эксплуатации валиков на прокатных станках, так как из-за оказываемого воздействия структура металла может изменяться, ухудшая эксплуатационные качества. Регламентирован метод Шора ГОСТ 23273.

Шкала твердости по Шору

Рассматривая измерение твердости по Шору, следует отметить следующие моменты:

  1. В отличие от предыдущих способов, рассматриваемый основан на свободном падении алмазного индикатора на тестируемую поверхность с определенной высоты. Для тестирования применяется специальное оборудование, которое позволяет фиксировать точно высоту отскока.
  2. Масса применяемого бойка с алмазным наконечником составляет 36 грамм. Этот показатель важен, так как учитывается при проводимых расчетах.
  3. Твердость определяется по высоте отскока, измерение проводится в условных единицах. Падение образца на поверхность происходит с образованием небольшого углубления, а упругость приводит к обратному отскоку. Этот метод хорош тем, что позволяет проводить тестирование образцов, которые прошли предварительную термическую обработку. При постепенном вдавливании возникающая нагрузка может стать причиной деформирования используемого наконечника или шарика. В этом случае вероятность их деформации весьма мала.
  4. За 100 единиц твердости в этом случае принято считать высоту отскока 13,6 мм с возможностью небольшого отклонения в большую или меньшую сторону. Этот показатель можно получить при тестировании углеродистой стали, прошедшей процесс закалки. В качестве обозначения применяется аббревиатура HSD.
Читайте также:
Что такое игровой стол для компьютера и как его правильно выбрать

Сегодня этот способ измерения твердости применяется довольно редко из-за высокой погрешности и сложности замера высоты отскока байка от тестируемой поверхности.

Как ранее было отмечено, существует довольно большое количество методов измерения рассматриваемого показателя. Однако из-за сложности проведения тестов и большой погрешности многие уже не применяются.

В некоторых случаях проводится тестирование на микротвердость. Для измерения этого показателя прилагается статическая нагрузка к телу с формой пирамиды, и оно входит в испытуемые образец. Время выдержки может варьироваться в большом диапазоне. Показатель вычисляется примерно так же, как при методе Виккерса.

Соотношение значений твердости

При выборе метода измерения твердости поверхности следует учитывать, что между полученными данными нет никакой связи. Другими словами, выполнить точный перевод одной единицы измерения в другую нельзя. Применяемые таблицы зависимости не имеют физического смысла, так как они эмпирические. Отсутствие зависимости также можно связать с тем, что при тестировании применяется разная нагрузка, различные формы наконечников.

Существующие таблицы следует применять с большой осторожностью, так как они дают только приблизительные результаты. В некоторых случаях рассматриваемый перевод может оказаться весьма точным, что связано с близкими физико-механическими свойствами испытуемых металлов.

В заключение отметим, что значение твердости связано со многими другими механическими свойствами, к примеру, прочностью, упругостью и пластичностью. Поэтому для определения основных свойств металла довольно часто проводят измерение именно твердости. Однако прямой зависимости между всеми механическими свойствами металлов и сплавов нет, что следует учитывать при проведении измерений.

Подбор твердомера

Здесь можно подобрать подходящий для ваших целей твердомер.

Подходящие твердомеры и принадлежности:

Ультразвуковой датчик электронный блок в алюминиевом пылевлагонепроницаем ом корпусе класса защиты IP 66.

Ультразвуковой датчик и электронный блок в пластмассовом корпусе.

Динамический датчик (Д) и электронный блок в пластмассовом корпусе.

Динамический датчик (Д) и электронный блок в алюминиевом, пылевлагонепроницаемом корпусе, класса защиты IP 66.

Ультразвуковой датчик, динамический датчик и электронный блок в пластмассовом корпусе.

Ультразвуковой датчик, динамический датчик и электронный блок в алюминиевом пылевлагонепроницаем ом корпусе класса защиты IP 66.

Твердомер Роквелла “С”. Нагрузка – 15 Н (1,5 кгс).

Твердомер Роквелла “С”. Нагрузка – 50 Н (5 кгс).

Твердомер Бринелля. Нагрузка – 15 Н (1,5 кгс).

Твердомер Бринелля. Нагрузка – 50 Н (5 кгс).

Твердомер Виккерса. Нагрузка – 15 Н (1,5 кгс).

Твердомер Виккерса. Нагрузка – 50 Н (5 кгс).

Твердомер Шора. Нагрузка – 15 Н (1,5 кгс).

Твердомер Шора. Нагрузка – 50 Н (5 кгс).

Штатив к датчику ультразвуковому NEW.

Насадка к датчику ультразвуковому для измерения цилиндрических поверхностей

Насадка к датчику ультразвуковому для измерения сферических поверхностей

Смазка для притирки мер твердости к массивной плите

Датчик ультразвуковой короткий 80см. Цена по запросу.

Подходящих твердомеров нет
Если у вас возникли вопросы при подборе твердомера, вы можете обратиться за консультацией по адресу info@tverdomer.ru или по телефону +7 (495) 506-90-38

«Какой твердомер выбрать?»

Данная статья написана специалистами службы технической поддержки совместно с разработчиками ООО «Центр «МЕТ», имеющими многолетний опыт ответов на вопрос «Какой твердомер выбрать?». Поэтому мы надеемся, что полученная информация поможет читателю в подборе твердомера. Мы постараемся быть максимально объективными, а Вы в ближайшие 10-15 минут узнаете:

  • о преимуществах и недостатках разных типов твердомеров;
  • о единственно верном способе выбрать подходящий твердомер (спойлер: надо отталкиваться от объектов измерения);

В целом, твердомер может быть неподъёмным и точным (стационарным) или лёгким, мобильным и менее точным (портативным). Хотя бывают и полумеры типа «переносных», когда, в общем-то, можно было бы перенести, но, скорее всего, вам не захочется этого делать, так как это всё ещё тяжёлая штуковина, и под неё уже выделили специальный стол и т. д. При этом выигрыш в точности очень сомнителен.

Начнем со стационарных твердомеров. Основное преимущество – точность. Она достигается за счёт того, что стационарный твердомер реализует прямой метод измерений твёрдости. Что это значит? Это значит – сказали (по ГОСТу): вдавить алмазный конус с нагрузкой 150 кгс и измерить глубину, на которую этот конус опуститься – так и сделали. Измеренную величину подставили в формулу линейной зависимости и получили единицы HRC (Hardness Rockwell «C») – числа, которыми удобно оперировать. Никаких фокусов, никаких переводов. Это стационарный твердомер по шкале Роквелла «C». Ясно, что такой прибор измерения твёрдости будет самым точным, т.к. воспроизводит сам метод. Нагрузка 150 кгс – немалая, нужна чугунная станина, чтобы обеспечить, в том числе, достаточную точность геометрии внедрения при этом. Погрешность такого твердомера зависит от диапазона твёрдости. На примере твердомера Роквелла: ±2HRC для 20..35HRC, ±1.5HRC для 35..55 HRC, ±1.0HRC для 55..70HRC.

Главный недостаток, если не считать высокую стоимость по сравнению с портативными твердомерами, – нужно нести деталь к прибору, а не прибор к детали. Иногда это возможно, иногда неудобно, иногда нужно резать готовую деталь. Скорость измерения в таких твердомерах (без учёта измерения оптическим способом) порядка 10 с. Это связано с необходимостью выдерживать наконечник внутри детали некоторое время для учёта пластической деформации. Некритично, хотя зависит от того, как часто и как много деталей нужно измерять. Важно понимать, что толщина детали, которую подвергают измерению на твёрдость, должна быть достаточно большой. Порядок величины – 10-ти кратная глубина отпечатка. Точнее можно узнать в ГОСТах на соответствующие методы. Например, по шкале Роквелла не менее 0,8 мм для твёрдости 60 HRC и не менее 1,6 мм для твёрдости 20 HRC.

Портативные твердомеры измеряют твёрдость косвенным способом, путём пересчёта из некой физической величины, которую получают всё тем же вдавливанием (условно), но уже применяя гораздо меньшие усилия. Пересчёт осуществляется с помощью калибровки по известным образцам твёрдости в любую шкалу, даже придуманную самим пользователем. И это плюс, так как придаёт прибору универсальность. С другой стороны, любая дополнительная калибровка ведёт к росту погрешности (косвенные измерения), который зависит от калибровочной формулы. Это обстоятельство делает портативные твердомеры принципиально менее точными, по сравнению с прямыми методами. Важный вопрос – насколько менее точными. Об этом ниже.

Читайте также:
Укладка кабелей и проводов

Есть два основных портативных метода: динамический (измеряется отношение скоростей падения и отскока бойка от поверхности тела) и ультразвуковой (измеряется резонансная частоты стержня с алмазом при внедрении в тело). Метод измерения реализуется в датчике, информация с датчика обрабатывается электронным блоком. Поэтому далее будем говорить о датчиках, поскольку обработка электронным блоком, как говорят, «дело техники», хотя и дело немаловажное с точки зрения нас как разработчиков. Датчики имеют малый вес, габариты чуть больше шариковой ручки. Таким образом, портативные твердомеры в полной комплектации можно взять с собой, например, на шашлыки «в поле». Как правило, погрешность приемлемая: ±2 HRC на всём диапазоне, и, казалось бы, не сильно хуже, чем у стационарных твердомеров. Однако прикладывать что-то похожее на усилие 150 кгс, конечно, не получится портативным способом. Самое «тяжёлое», чем могут надавить в портативных твердомерах – 10 кгс. Получается, что при плохом качестве подготовки поверхности микронеровности влияют достаточно сильно при таких низких нагрузках. Поэтому зачистка поверхности оказывается гораздо более важной операцией для портативных методов по сравнению со стационарными.

Ещё одно неочевидное замечание: можно очень сильно ошибиться при измерении твёрдости портативным твердомером, если распределение твёрдости по глубине неоднородно. Например, при «сухой» шлифовке поверхности твёрдая деталь может опуститься, т.е. уменьшить именно приповерхностную твёрдость. Или, наоборот, если поверхность нагартована, то твёрдость будет выше, чем твёрдость на бόльшей глубине. Поэтому может казаться, что портативный твердомер «врёт». На самом деле портативный твердомер показывает правильно, но полученные значения не всегда совпадают с прямым методом, который продавит эти участки. Это надо учитывать.

Рассмотрим недостатки и достоинства обоих методов по отдельности.

  1. Динамический датчик (метод Либа или Лейба). Простая реализация, отсюда низкая стоимость, быстрый результат на экране электронного блока (если датчик имеет удобный механизм взвода, а не используется, простите, шомпол). И хотя в России совсем мало производителей твердомеров, кто делает свои динамические датчики, нам удаётся не поддаваться соблазну. Лучше контролировать качество своего производства, чем чужого, тем более китайского. Но у метода есть большой недостаток – измеряемые объекты должны быть массивными (у разных датчиков по-разному, но порядок величины – 5 кг), измеряемые поверхности достаточно толстыми (порядок величины – 10 мм). Это связно с неучитываемыми потерями кинетической энергии падающего бойка при ударе о немассивный объект. Конечно, можно притереть деталь к массивной плите или зажать в тиски, но это не самое приятное требование к портативному твердомеру, согласитесь.
  2. Поэтому на сцену выходит ультразвуковой датчик, который практически лишён этих проблем (достаточно обеспечить толщину измеряемого объекта более 1 мм). Механизм ультразвукового датчика обеспечивает тарированное усилие, таким образом, придётся выбрать датчик с определённым усилием. Самый частый вопрос – на что это усилие влияет и как выбрать? Нетрудно догадаться, что усилие датчика влияет на минимальную чистоту поверхности, т.е. на допустимую шероховатость. Чем больше усилия надо приложить, тем хуже может быть зачищена поверхность. Наверняка у Вас возникнет вопрос – зачем брать датчики с маленькими усилиями? Ответ такой: даже усилие 5 кгс (наша модель – У50) не обрадует оператора (даже мужчину) на Вашем предприятии, если надо будет производить 100 измерений в день – рука отвалится. Датчиком с усилием 10 кгс (наша модель – У100) невозможно пользоваться без штатива. Мы считаем, что оптимальное усилие – 1,5кгс (модель – У15). При таком усилии допустимая шероховатость – 2.5 Ra. Если измерений не много, то датчик У50 – 4,5 Ra – будет неплохим вариантом. Если хотите измерять наверняка, то можно пользоваться датчиком У100 – 8,0 Ra – но только со штативом. С одной стороны это уменьшит мобильность прибора и лишит возможности измерять большие детали: не всё влезет на предметный столик. С другой стороны, так гораздо удобнее измерять небольшие объекты, значительно повышается точность, и как описано выше, поверхность может быть зачищена грубее. Такой твердомер стоит немного дороже динамического, т. к. используется более интеллектуальная система, а также обязателен алмаз (в наших моделях используется алмазная пирамида Виккерса; да, та самая, что в стационарном твердомере Виккерса; это, во-первых, приближает наши ультразвуковые твердомеры к прямым методами измерения твёрдости, во-вторых, уменьшает влияние шероховатости поверхности). Если сравнивать с динамическим, то сам способ измерения быстрее и проще для оператора. Поэтому динамический остаётся предпочтительнее, если детали большие. Для тех, кому не хочется выбирать «или-или», есть комбинированный вариант, когда к одному корпусу электронного блока можно подключить оба датчика (причём в один и тот же разъём, чтобы ничего не перепутать).

Подытожим. Алгоритм выбора твердомера:

  1. Мобильность не важна, детали небольшие, нужна повышенная точность, есть достаточное финансирование – Вам подойдёт стационарный твердомер.
  2. Важна мобильность, детали толстые (более 10 мм) и массивные (более 5кг), бюджет ограничен – динамический твердомер. (Прошу прощения, но не могу не предложить наш МЕТ-Д1 или МЕТ-Д1А с защитой IP66).
  3. Важна мобильность, любые детали более 1мм, бюджета хватает на чуть лучшее, чем динамический твердомер – ультразвуковой твердомер. (Это наши твердомеры МЕТ-У1 или МЕТ-У1А с защитой IP66).
  4. Есть разные детали, хочется универсальности, не хочется платить достаточно много за стационарный – Ваш вариант комбинированный твердомер с обоими датчикам – ультразвуковым и динамическим, которые подключаются к одному электронному блоку. Это значительно дешевле, чем два отдельных портативных твердомера. (Это наши твердомеры МЕТ-УД или МЕТ-УДА с защитой IP66).
  5. Бюджет почти нулевой – использовать напильники.
  6. У Вас нестандартный случай: роботизированная рука, в которую нужно вставить твердомер и автоматизировать процесс; нужно измерить твёрдость внутри трубы и обычные датчики не пролазят; сложное место, в котором надо измерить твёрдость; прочие развлечения – пишите или звоните нам: есть опыт и мы любим веселье.
Читайте также:
Стальная низкоуглеродистая оцинкованная проволока: где используется и как применяется вязальная проволока

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.

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, мм Рекомендуемая нагрузка на индентор, кН в зависимости от материала изделия
Стали, чугуны, высокопрочные сплавы Большинство цветных металлов и сплавов Алюминий Подшипниковые сплавы Свинец, олово, баббиты
10 29,42 9,8 4,9 2,45 1,225
5 7,335 2,45 1,225 0,613 0,307
2,5 1,84 0,613 0,307 0,153 0,077
1,25 0,459 0,153 0,076 0,038 0,019
1 0,294 0,098 0,049 0,0245 0,013
Рекомендуе-мый диапазон измерения твёрдости НВ 67…450 22…315 11…158 6…78 3…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.
Читайте также:
Современные полки для гостиных это качественно и функционально

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):

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.

Твердость по Бринеллю. Особенности и суть метода

Метод первопроходец. Звание заслуживает система определения твердости материалов, разработанная Августом Бринеллем. Это инженер из Швеции. Его метод стал первым стандартизированным и широко используемым. Шкалу Бринелля мир «взял на вооружение» в 1900-ом году. Разберемся, в чем суть системы, твердость каких материалов можно узнать с ее помощью, и есть ли у метода минусы.

Твердость по Бринеллю – суть метода

Для определения твердости используют прибор, составленный из измерительного блока и пресса. Наконечник пресса – стальной шарик. Его именуют индентором. Диаметр шарика соответствует ГОСТу 9012 – 59 (ИСО 6506-81, ИСО 410-82), установленному в 1990-лм году. Разрешены 3 показателя: 2,5, 5 и 10 миллиметров.

Нужный индентор выбирают так, чтобы отпечаток от него лежал в пределах 0,2-0,7 диаметра шарика. Измерение твердости по Бринеллю производится либо стальным шариком, либо шариком из карбида вольфрама. Последний, позволяет узнать твердость материалов, превышающих показатель обычной стали.

Карбидный индентор, как правило, нужен для инструментальных сплавов. Шарик из обычной стали используют, измеряя твердость древесины, меди, алюминия, дюраля, нержавейки, стекла. То есть, твердомер применяют не только к металлам.

Метод измерения твердости по Бринеллю состоит из 2-х нагрузок. Сначала, пресс опускают для пробной. Небольшим надавливанием устанавливают начальное положение индентора. После, сообщают уже солидный вес, держат определенное время, потом, измеряют диаметр следа. Звучит «стройно», но есть сложность.

По краям отпечатка образуются навалы и наплывы материала. Из-за них диаметр, глубина могут быть неточными. Твердость по методу Бринелля измеряют до упругого восстановления, то есть до возвращения материала в первоначальную форму. Это возвращение может быть неполным. Тогда, фиксируется его степень.

В схожем методе Роквелла упругого восстановления не дожидаются, да и в качестве индентора используют не только металлические шары, но и алмазные конусы. Это стоит учитывать, замеряя твердость по Бринеллю и Роквеллу. Для чистоты эксперимента можно добавить еще один метод, главное, соблюсти нюансы исследований и уметь соотнести их результаты. Об этом и поговорим.

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.

Читайте также:
Электрический шуруповерт: какой электрошуруповерт-дрель лучше выбрать для дома? Схема зарядного устройства

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.

Твердость по Бринеллю – таблица значений

Твердость стали по Бринеллю может быть от 103-ти до 200-от единиц. Показатель зависит от марки. Не стоит забывать, что существует мягкая, нержавеющая и закаленная сталь. Сплав Ст0, к примеру, занимает нижнюю планку твердости. СТ2пс – марка со 116-ю HB. У СТ3пс показатель равен 131. 170 HB отличают сталь СТ5Гпс и СТ5пс. 200 единиц у марок ВСт6сп, СТ6пс и СТ6сп.

Твердость металлов по Бринеллю, в том числе и их сплавов, к коим причисляется сталь, важна при эксплуатации многих предметов. Пример – подшипники. Они подвергаются трению. Будь сплав для подшипников мягким, машина не отходит и гарантийного срока. Сопротивляемость деталей износу, зависящая от твердости, важна и при конструировании космических аппаратов, летной техники, строительных конструкций.

Твердость стали по Брюнеллю для арматуры высотных зданий, к примеру, должна быть не ниже 150-ти единиц. Если брать усредненные цифры для металлов, то черные, как правило, маркируются числом 140 HB, а твердость цветных не превышает 130-ти. Драгоценные металлы одни из самых податливых.

Так, твердость платины по Бринеллю – всего 50. Выше говорилось, что шкала начинается со 100. Однако, современные технологи нередко дополняют ее, доводя до единицы. Твердость некоторых цветных металлов щелочноземельной группы составляет всего 30 HB.

Если вопрос не о строительстве и конструировании машин, а о ремонте, людей больше интересуют показатели древесины. Ее твердость тоже иногда измеряют по Бринеллю. Для сплавов металлов есть ГОСТы. Массы изначально «замешивают» в соответствии с техническими требованиями. Для древесины условия иные. Твердость зависит не только от породы, но и от условий произрастания.

Липа из разных местностей может отличаться на 10-20 баллов, как и сосна, дуб, ольха. Поэтому, лучше смотреть не из чего сделаны стол, или паркет, а какая твердость указана в документах к ним.

Для паркета берется древесина, как минимум, средней твердости. Если отбросить, погрешность на условия произрастания, точно подойдут блоки из белой акации, самшита, железной березы, граба и кизила.

Твердость этих пород приближенна к 100 HB. Это на торцах. Радиальный и тангенциальный показатели неизбежно ниже процентов на 30. Древесину по Бринеллю мерят в странах Европы. Россия к ним примыкает. Продукция из США соответствует шкале Янка. Этот тест узконаправлен, применим только к дереву.

В Америке прилагаемую к материалу силу записывают не в килограммах, а в фунтах. Диаметр металлического шарика выражен в дюймах, составляет 0,444. В миллиметрах это около 11-ти.

Итоговый результат измерений не бывает ниже 660 единиц. Высший показатель – 4 500. Таким «хвастается» гваяковое дерево. Оно одно из самых дорогих, поскольку из-за твердости сложно обрабатывается, к тому же, редко встречается.

В общем, число 4 500, даже на товарах из Штатов, встретишь редко. А вот значения Бринелля проставлены на большинстве продукции, изготавливаемой в России, и завозимой из-за рубежа. Это шкала, в премудростях которой стоит разобраться.

Механические методы определения твердости.

Твердость материала – это способность оказывать сопротивление механическому проникновению в его поверхностный слой другого твердого материала. Она определяется величиной нагрузки необходимой для начала разрушения материала. Твердость делится на относительную и абсолютную. Относительная твердость – это твердость одного материала по отношению к другому. Абсолютная твердость определяется с помощью методов вдавливания.

Твёрдость зависит от множества факторов. Среди них: межатомные расстояния вещества, валентность, природа химической связи, хрупкости и ковкости материала, гибкости, упругости, вязкости и других качеств.

Наиболее твёрдыми из существующих на сегодняшний день материалов являются две аллотропные модификации углерода — лонсдейлит, который твёрже алмаза в полтора раза и фуллерит с превышением твёрдости алмаза в два раза. Однако среди распространённых веществ по-прежнему самым твёрдым является алмаз.

Для измерения твёрдости существует несколько шкал (методов измерения). Для разных материалов они будут разными. Для измерения твердости металлов применяются методы:

Метод Бринелля — твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение усилия, приложенного к шарику, к площади отпечатка.

Существуют два вида методов расчета твердости:

По методу восстановленного отпечатка твёрдость рассчитывается как отношение приложенной нагрузки к площади поверхности отпечатка:

,

  • — приложенная нагрузка, H;
  • — диаметр шарика, мм;
  • — диаметр отпечатка, мм.

По методу невосстановленного отпечатка твёрдость определяется как отношение приложенной нагрузки к площади внедрённой в материал части и ндентора :

,

где — глубина внедрения индентора, м м .

Единицами измерения являются кгс/мм². Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HB, где H = hardness (твёрдость, англ.), B — Бринелль. Это одни из самых старых методов, применявшиеся еще в XIX веке.

Метод Роквелла — твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания металлического или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Твёрдость, обозначается HR, где H – hardness, а R – Rockwell. Твёрдость вычисляется по формуле HR = 100 − kd, где d — глубина вдавливания наконечника после снятия основной нагрузки, а k — коэффициент. Таким образом, максимальная твёрдость по Роквеллу соответствует HR 100. 3-й буквой в обозначении идёт наименование типа шкалы, напр. HRA, HRB, HRC и т.д. Для ножей твердость определяется по шкале HRC, которая фактически заканчивается на 70 единицах, так как большая твердость ножа не позволяет им полноценно пользоваться из-за снижения ударной вязкости, повышения хрупкости и т.д. Эта система была самой распространенной в XX веке.

Твердость по методу Роквелла можно измерять:

1) Алмазным конусом с общей нагрузкой 150 кгс. Твердость измеряется по шкале С и обозначается HRC (например, 62 HRC). Метод позволяет определять твердость закаленной и отпущенной сталей, материалов средней твердости, поверхностных слоев толщиной более 0,5 мм;

Читайте также:
Установка пластиковых заборов

2) 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;

3) Стальным шариком с общей нагрузкой 100 кгс. Твердость обозначается HRB и измеряется по 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 к 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 измеряется не менее 3 раз на одном образце, затем выводится среднее значение. 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.

Метод Виккерса – самая широкая по охвату шкала, твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Обозначается HV, где H — Hardness (твёрдость, англ.), V — Vickers (Виккерс, англ.). При испытании твердости по методу Виккерса, в поверхность материала вдавливается алмазная четырехгранная пирамида с углом. После снятия нагрузки вдавливания измеряется диагональ отпечатка. Число твердости по Виккерсу обозначается символом HV с указанием нагрузки P и времени выдержки под нагрузкой, причем размерность числа твердости (кгс/мм2) не ставится. Продолжительность выдержки индентора под нагрузкой для сталей 10 – 15 с, а для цветных металлов – 30 с. Преимущества метода Виккерса по сравнению с методом Бринелля заключается в том, что методом Виккерса можно испытывать материалы более высокой твердости из-за применения алмазной пирамиды.

Твёрдость по Шору (Метод вдавливания) — твёрдость определяется по глубине проникновения в материал специальной закаленной стальной иглы (индентора) под действием калиброванной пружины. В данном методе измерения используется прибор — дюрометр. Обычно метод Шора используется для определения твердости низкомодульных материалов (полимеров). Метод Шора, предполагает 12 шкал измерения. Чаще всего используются варианты A (для мягких материалов) или D (для более твердых). Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается буквой используемой шкалы, записываемой после числа с указанием метода. В качестве примера, можно привести резину в покрышке колеса легкового автомобиля, которая имеет твердость примерно 70A, а школьный ластик — примерно 50A.

Твёрдость по Шору (Метод отскока) — метод определения твёрдости очень твёрдых материалов, преимущественно металлов, по высоте, на которую после удара отскакивает специальный боёк, падающий с определённой высоты. Твердость по этому методу Шора оценивается в условных единицах, пропорциональных высоте отскакивания бойка. Обозначается HSx, где H — Hardness, S — Shore и x — латинская буква, обозначающая тип использованной при измерении шкалы.

Метод Либу (твердомеры)

Это самый широко применяемый на сегодня метод в мире, твёрдость определяется как отношение скоростей до и после отскока бойка от поверхности. Обозначается HL, где H — Hardness (твёрдость, англ.), L — Leeb (Либ, англ.), а 3-й буквой идёт обозначение типа датчика, напр. HLD, HLC и т.д. При использовании данного метода падающий нормально к поверхности исследуемого материала боек сталкивается с поверхностью и отскакивает. Скорость бойка измеряют до и после отскакивания. Предполагается, что боек не подвергается необратимой деформации.

Метод Аскер — твёрдость определяется по глубине введения стальной полусферы под действием пружины. Используется для мягких резин. По принципу измерения соответствует методу Шора, но отличается формой поверхности щупа. Аскер использует полусферу диаметром 2.54 мм.

Метод Кузнецова — Герберта — Ребиндера — твёрдость определяется временем затухания колебаний маятника, опорой которого является исследуемый металл.

Метод Польди (двойного отпечатка шарика) — твердость оценивается в сравнении с твердостью эталона, испытание производится путем ударного вдавливания стального шарика одновременно и в образец, и в эталон.

Твёрдость минералов.

Шкала твёрдости минералов Мооса (склерометры царапающие) – метод определения твёрдости минералов путём царапания одного минерала другим, для сравнительной диагностики твёрдости минералов между собой по системе мягче-твёрже. Испытываемый минерал либо не царапается другим минералом (эталоном Мооса или склерометром) и тогда его твёрдость по Моосу выше, либо царапается – и тогда его твёрдость по Моосу ниже. Шкала Мооса — опредедяет, какой из десяти стандартных минералов царапает тестируемый материал, и какой материал из десяти стандартных минералов царапается тестируемым материалом.

Твердение бетона в зависимости от температуры

  1. Время застывания бетона в зависимости от температуры окружающего воздуха.
  2. Что влияет на сроки твердения бетонной массы.
  3. Сроки твердения бетона в зависимости от внешних факторов.
  4. Зависимость прочности бетона от температуры затвердевания.
  5. Твердение при высоких температурах.
  6. Производство работ и основные требования к бетону в зимний период.
  7. Негативное влияние низких температур.
  8. Обеспечение правильного твердения бетона зимой.
  9. Температура твердения бетона.
  10. Какое время необходимо застывания бетона, есть ли зависимость от температуры.
  11. Время года.
  12. Обеспечение условий затвердения.
  13. Низкий уровень испарения.
  14. Время застывания при разной температуре.
  15. Минимальная температура.

Время застывания бетона в зависимости от температуры окружающего воздуха.

Процесс твердения бетонного раствора относится к значимым этапам производства строительных работ. От его продолжительности, в конечном итоге, зависит прочность монолитной конструкции. После заливки смеси в опалубку, по графикам или таблицам устанавливается приблизительное время застывания бетона, в зависимости от температуры и влажности окружающего воздуха. Также учитывается проектная марка искусственного камня.

Время твердения бетона в зависимости от температуры.

Что влияет на сроки твердения бетонной массы.

Температурно-влажностный режим играет огромную роль в процессе схватывания и отверждения бетона. В жаркие дни поверхность монолита смачивают водой, чтобы цементному порошку хватило жидкой составляющей для полноценного завершения химических реакций. В таких условиях схватывание камня происходит гораздо быстрее, чем при низких температурах. Следует принимать во внимание тот факт, что минусовые значения и недостача воды способны даже остановить застывание растворной массы.

Лабораторные исследования показали, что оптимальной температурой окружающего воздуха для начала и продолжения процесса твердения бетона является 20-30 градусов. При этом влажность на его поверхности должна составлять не менее 90 процентов, что достигается путем полива и накрытия глыбы полиэтиленовой пленкой или рубероидом. Описанные условия позволят камню набрать 70-типроцентную прочность в течение первых пяти-семи дней после заливки опалубки. Марочные же показатели достигаются через две-четыре недели.

Читайте также:
Советы домашним умельцам: декор для квартиры или дачи из посуды своими руками

Скорость твердения бетона в зависимости от температуры.

Конечно же, лабораторные условия перенести в реальность не представляется возможным. На открытых площадках температура и влажность постоянно меняются в зависимости от:

  • времени суток;
  • сезонных изменений;
  • климатических особенностей;
  • наличия атмосферных осадков и т.д.

Фактически, набор бетоном прочности на сжатие происходит намного дольше 28 суток, но последующий процесс твердения продвигается настолько медленно по сравнению с первой семидневкой, что после четырех недель его в большинстве случаев не принимают во внимание. Хотя при неблагоприятных условиях, спровоцированных низкой температурой, сроки застывания увеличивают на несколько дней, а то и недель.

Твердение бетона.

В промышленных условиях заливку бетона допускается выполнять при минусовых температурах. Для предотвращения замерзания воды в растворе и для ускорения отверждения бетонной массы, производится ее принудительный прогрев. Нередко в раствор подмешивают специальные добавки.

Частным застройщикам рекомендуется заливать монолитные конструкции в летний период года, когда среднесуточная температура не опускается ниже 15-20 градусов.

Проведение работ следует планировать заранее. Важно позаботиться о том, чтобы срок застывания бетона закончился раньше наступления холодных ночей. В случае понижения среднесуточной температуры до уровня +5 градусов, находящийся в процессе твердения камень накрывают теплоизолирующими материалами, а при угрозе появления заморозков – над монолитной глыбой устанавливают парник.

Сроки твердения бетона в зависимости от внешних факторов.

Как упоминалось выше, продолжительность застывания бетонной массы увеличивается по мере снижения температуры окружающего воздуха. В идеале, бетон марки М300 набирает стопроцентную прочность на сжатие при +20 градусах через 28 суток, тогда как при среднесуточных показателях температуры в пределах +5 градусов прочность за четыре недели сможет достичь лишь 77 процентов. Рассматривая графики твердения бетонного камня, представляющие собой выгнутые линии, можно с уверенностью сказать, что в последнем случае срок набора проектной прочности увеличится вдвое по сравнению с предыдущим вариантом.

График твердения бетона в зависимости от температуры.

В определенных случаях пригрузка бетонных конструкций разрешается после 50-процентного отверждения монолита. Здесь зависимость прочности от температуры выглядит следующим образом:

  • при +20 градусах должно пройти более 3 суток после заливки опалубки;
  • при +10 градусах – не менее 5 суток;
  • при +5 – 8 дней и более.

В жаркую погоду, когда столбик термометра поднимается выше 30 градусов, для набора 55-процентной прочности может понадобиться всего лишь 48 часов. Но при столь быстром застывании бетона нагружать конструкцию рекомендуется, все же, не раньше чем через 4-5 суток. В таком случае лучше будет перестраховаться, чем переделывать работу.

Зависимость прочности бетона от температуры затвердевания.

Как правило, нормальной температурой твердения бетона принято считать 15 – 20°. Чем ниже температура, тем медленнее нарастает прочность. Если отметка падает ниже ноля, бетон будет твердеть только в том случае, если в воду добавлены соли, которые снижают точку замерзания.

В случае, когда бетон начал твердеть, а затем замерз, после оттаивания процесс продолжится. Если замерзшая вода изначально не повредила структуру бетона, то прочность материала значительно возрастет.

Твердение при высоких температурах.

В условиях повышенной температуры бетон затвердевает быстрее, особенно если процесс происходит в условиях повышенной влажности. При высоких температурах сложно защитить бетон от высыхания, потому нельзя нагревать его сильнее 85°. Пример исключения – обработка в автоклавах паром под высоким давлением на заводах.

Прочность бетона, который твердеет при разных температурах (скорость не имеет значения), приблизительно определяется по проектным показателям бетона R28 умножением на коэффициенты таблицы С. А. Миронова (см. таблицу). R28 затвердевает при нормальной температуре за 28 дней.

Производство работ и основные требования к бетону в зимний период.

Важно, чтобы бетон, уложенный в зимнее время, затвердел и набрал прочность этой же зимой. Прочности должно хватить на распалубку, частичную или даже полную загрузку строения.

В любом случае, бетон не должен замерзнуть пока не наберет хотя бы половину своей проектной прочности. Даже если используются быстротвердеющие материалы, время затвердевания в теплых условиях не должно быть менее 2 – 3 суток, если используется обычный бетон – от 5 до 7 суток.

Негативное влияние низких температур.

Как показывает практика, замерзание бетона на раннем этапе сильно снижает его надежность в дальнейшем. Замерзающая вода в свежем растворе нарушает связь между цементным камнем и заполнителем, а также сцепление с арматурой в железобетонных конструкциях.

Чем позднее бетон замерз, тем выше его прочность. Чтобы бетон набрал нужные характеристики, зимой нужно обеспечить его затвердевание в теплых и влажных условиях на весь необходимый срок.

Обеспечение правильного твердения бетона зимой.

Стимулировать процесс можно двумя путями:

  • используя внутреннее тепло бетона;
  • передавая дополнительное тепло извне.

В первом случае нужно использовать только быстротвердеющие высокопрочные марки цемента, например, глиноземистый или портландцемент. Рекомендуется также применить ускоритель твердения, такой как хлористый кальций, уменьшить объем воды в растворе, уплотнить его высококачественными вибраторами. Это позволит бетону набрать нужную прочность не за 28 дней, а всего за 3 – 5 суток.

Температура твердения бетона.

Какое время необходимо застывания бетона, есть ли зависимость от температуры.

Прочность бетона – это главная его характеристика, благодаря которой удается определить качество монолитно сооружения. Причина в том, что прочность напрямую связан со структурой бетонного камня. Процесс твердение бетона очень сложный. В ходе таких мероприятий происходит взаимодействие цемента и воды.

Здесь указано сколько времени застывает бетон.

Результатом гидратации цемента становится образование новых соединений, а также формирование бетонного камня. В результате твердения бетон становится прочнее, но набирается прочность не сразу, а постепенно. Для этого может понадобиться не один месяц.

Читайте также:
Установка пластиковых заборов

Перед тем как перейти к строительным работам, необходимо учитывать конкретные условия, которые определенным образом влияют на длительность твердения бетона.

Твердение бетона в зависимости от температуры.

Время года.

Большой процент влияния на застывание бетонного раствор оказывают окружающие факторы. С учетом температурного режима и атмосферной важности время застывания и полноценной сушки может составить несколько дней, но это при условии, что все мероприятии проходили в летнее время. Но в этом случае имеется свой недостатком, который заключается в невысокой прочность полученной конструкции. Если работы проводились в зимнее время, то конструкция будет удерживать большое количество влаги в течение месяца.

На видео рассказывается о времени застывания бетона в зависимости от температуры:

Длительность затвердевания бетона во многом определяется плотностью укладки строительного состава. Конечно, чем выше ее показатель, тем медленно осуществляется выход воду из структуры, а показатели гидратации цемента будут лучше. В промышленном строительстве такой проблеме уже было найдено решение. В этом случае задействуют виброобработку, в домашних условиях имеется альтернативный вариант – стыкование.Процесс утрамбовки

Необходимо отметить, что стяжку с высокими показателями плотности очень тяжело резать и сверлить. Здесь не обойтись без такого оборудования, как буры с алмазными напылением. Если применять сверла с обычным наконечником, то они сразу же выходят из строя.

Таблица твердения бетона в зависимости от температуры.

На фото показан состав бетона

Компоненты, которые находятся в составе цементной смеси, также оказывают немаловажную роль на время схватывание бетона. Если в составе находится большое количество пористых материалов, то процесс обезвоживания конструкции будет происходить намного медленнее. Если в составе преобладают такие компоненты, как песок и гравий, то вся вода начнет быстрее выходить из раствора.

Для того чтобы сделать процесс испарения влаги из бетона медленнее, а также улучшить его прочностные показатели, стоит задействовать специальные добавки. Как правило, это бетонит, мыльный состав. Конечно, это потребует небольших денежных затрат, но зато вы сможете защитить свою конструкцию от преждевременного пересыхания.

Каков состав бетона для отмостки лучшего всего применять указано в статье.

Обеспечение условий затвердения.

Когда нужно добиться длительного нахождения влаги в цементной смеси, то стоит выполнить монтаж гидроизоляционного материала на опалубку. При условии, что формовочный каркас выполнен из пластика, укладывать дополнительный слой гидроизоляции нет смысла. Демонтаж опалубки стоит производить только по прошествии 8-10 дней. За этот период бетон уже успел схватиться и дальше может сохнуть без опалубки.

Гидроизоляция для твердения бетона фундамента.

Для задержания воды в бетоне можно вводить в строительную смесь различные модифицирующие добавки. Если необходимо добиться быстрого застывания и уже ходить по залитой конструкции, стоит добавлять к раствору особые ингредиенты, позволяющие добиться быстрой сцепки.

Состав для твердения бетона фундамента.

Низкий уровень испарения.

Когда бетонный раствор схватился, его сразу накрывают полиэтиленовой пленкой. Благодаря таким мероприятиям удается задержать влагу в бетону в первые дни после установки конструкции. Раз в 3 дня пленку нужно удалять и обрабатывать поверхность водой.

Когда момента заливки пройдет 20 дней, то пленку можно убрать насовсем и подождать, пока стяжка полностью высохнет при обычных условиях. Как правило, это занимает 28-30 дней. Уже по прошествии этого срока по основанию можно ходить и даже устанавливать различные строительные конструкции.

Время застывания при разной температуре.

Необходимо обозначить, что время схватывания бетона в опалубке может достигать до 7 дней. Только после этого опалубка может быть демонтирована. В таком случае удается сохранить целостность бетонной конструкции. Но в большинстве случаев этот показатель зависит от марки бетона, а также температурных условий.

В данной статье указано сколько идет цемента на 1 куб бетона.

Таблица 1 – Время твердения бетона в зависимости от температуры.

Время затвердения бетона.

Минимальная температура.

Осуществлять заливку бетона в холодное время года можно только при условии, что обеспечена необходимая гидро- и теплоизоляция конструкции после монтажных работ. По той причине, что низкие температуры замедляют процесс гидратации, а, следовательно, и набор прочностных характеристик, то очень важно строго выждать необходимое время. Как правило, при температурном режиме -5 градусов, для набора прочности понадобиться увеличить время в 5-7 раз, в отличие от рекомендуемой температуре в 20 градусов.

В статье описан подбор состава тяжелого бетона.

На видео рассказывается о минимальной температуре застывания бетона:

Поэтому выполнять заливку фундамента в зимнее время необходимо только при условии, что вы знаете, как правильно заливать бетон в мороз. Главное условие – это соблюдение всех правил, тогда качество заливки будет не хуже, чем в благоприятные дни.

Опытные строители не экономят на строительстве и используют бетононасос. Кроме этого, важно выполнять правильный уход за бетоном. При заливке во время морозов в состав смеси стоит добавлять морозоустойчивые присадки и утеплить опалубку. После этого стоит осуществлять прогревания бетонированной площадки. Если все эти условия будут соблюдены, то будет совершенно неважно, при каком температурном режиме будет происходить заливка бетона.

Узнать сколько весит куб бетона м400 можно в данной статье.

Процесс заливки фундамент – это очень сложный процесс. Для обеспечения необходимой прочности стоит правильно выждать время затвердения. Если влажность из конструкции испариться раньше указанного срока, то прочностные показатели будут незначительные, что приведет к ухудшению качеств будущей постройки.

Рекомендация: Это действительно хорошая статья. Из статьи можно понять общий принцип твердения бетона в зависимости температуры окружающего воздуха. Полученной информации для обычного застройщика вполне достаточно. Вам не нужно углубляться в научные дебри, чтобы понять общий принцип твердения бетона. Вам обязательно нужно прочитать эту статью, иначе ваш бетон застынет в неподходящий момент и вы потеряете свои деньги.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: