Твёрдость – это способность материалов сопротивляться упругой и пластической деформации или разрушению в поверхностном слое, вызванному воздействием внешних сил. Это способность материала сопротивляться царапанию, истиранию, проникновению и другим видам механического воздействия. При приложении нагрузки различные материалы ведут себя по-разному: деформируются или разрушаются.
Измерение твердости является одним из широко распространенных видов механических испытаний металлов. Измерение твердости металла позволяет оценить способность материала к сопротивлению при нагрузке. От характеристик твердости зависят основные показатели качества, прочности, долговечности и различные особенности эксплуатации материала в условиях работы.
Широкое распространение твердость получила в металлургии, машиностроении, энергетике, строительстве, почти во всех сферах промышленности. Твердость материала имеет широкое применение в материаловедении.
Она может быть использована для выбора материала для конкретного применения, контроля качества материалов, оценки износостойкости и прочности материалов, а также для исследования свойств материалов и их взаимодействия с другими материалами.
Для определения характеристик твердости металлов и сплавов применяют метод вдавливания при помощи индентора – вдавливаемого в испытываемое тело твердого предмета определенной формы. В качестве индентора могут использоваться алмазные конусы, пирамиды, металлические шарик повышенной твердости.
По способу и продолжительности вдавливания идентора (элемент прибора, вдавливаемый в испытываемый материал) в металл методы делятся на группы:
1.Статические методы – это неразрушающие способы, позволяющие определить свойства металлов. Методы основаны на плавном вдавливании и дальнейшей выдержке в течение некоторого времени.
Статические методы осуществляются в таких способах:
- по Бринеллю – определяется по размеру отпечатка от металлического шарика, вдавливаемого в поверхность;
- по Роквеллу — по глубине вдавливания металлического либо алмазного конуса в поверхность;
- во Виккерсу — по площади отпечатка, который оставляет четырехгранная алмазная пирамидка.
2.Динамический метод — измерительный инструмент воздействует на деталь, обратная реакция позволяет рассчитать затраченную кинетическую энергию. Данный метод позволяет проводить испытание на твердость не только поверхности, но и объема металла.
Выполняются такими способами: по Бауману, по Шору, по Шварцу, по Граве, по Морину, по Польди.
Основными методами для измерения твердости являются: Бринелль, Роквелл, Виккерс и Шора.
Преимущества метода:
- Измерение твердости проводится без разрушения изделия.
- Способы измерения твердости и подготовки испытуемых образцов сравнительно просты и эффективны.
- Приборы и оборудование для измерения твердости можно установить в любой лаборатории или в участке цеха;
- Измерение твердости позволяет судить о наличии или отсутствии в деталях упрочненных участков в результате различных видов термической обработки сплавов, связанной с изменением структуры по сечению детали.
Испытание на твёрдость является методом контроля свойств деталей и механизмов без разрушения целого изделия, поскольку нагрузка прикладывается точечно.