Преимущества измерения твердости следующие

• 1. Между твердостью пластичных металлов, определяемой способом вдавливания, и другими механическими свойствами (главным образом пределом прочности) существует количественная зависимость.
• 2. Измерение твердости по технике выполнения значительно проще, чем определение прочности, пластичности и вязкости. Испытания твердости не требуют изготовления специальных образцов и выполняются непосредственно на проверяемых деталях после зачистки на поверхности ровной горизонтальной площадки, а иногда даже и без такой подготовки. Измерения твердости выполняются быстро, например, при вдавливании конуса за 30−60 с, а при вдавливании шарика — за 1−3 мин.
• 3. Измерение твердости обычно не влечет за собой разрушения проверяемой детали, и после измерения ее можно использовать по своему назначению, в то время как для определения прочности, пластичности и вязкости необходимо изготовление специальных образцов из детали.
• 4. Твердость можно измерять на деталях небольшой толщины, а также в очень тонких слоях, не превышающих (для некоторых способов измерения твердости) десятых долей миллиметра, или в микрообъемах металла; в последнем случае измерения проводят способом микротвердости. Поэтому многие способы измерения твердости пригодны для оценки различных по структуре и свойствам слоев металла, например поверхностного слоя цементованной, азотированной или закаленной стали, имеющей разную твердость по сечению детали. Методом определения микротвердости можно также измерять твердость отдельных составляющих в сплавах.

Для полной характеристики свойств металла необходимо наряду с измерением твердости проводить остальные механические испытания. Поскольку при измерении твердости в большинстве случаев детали не разрушаются, то эти измерения можно применять для сплошного контроля деталей, в то время как определение характеристик прочности и пластичности проводят в качестве выборочного контроля.

Измерение микротвердости имеет целью определить твердость отдельных зерен, фаз и структурных составляющих сплава (а не «усредненную» твердость, как при измерении макротвердости). В данном случае объем, деформируемый вдавливанием, должен быть меньше объема (площади) измеряемого зерна. Поэтому прилагаемая нагрузка выбирается небольшой. Кроме того, микротвердость измеряют для характеристики свойств очень малых по размерам деталей.

У полимерных материалов измерение твердости дает меньше информации об их свойствах, так как между твердостью и прочностью этих материалов нет определенной зависимости. Результаты измерений являются лишь дополнительной характеристикой свойств полимерных материалов.

Метод измерения твердости вдавливанием шарика (твердость по Бринеллю) используется для определения твердости как металлов, так и полимерных материалов.

.

где P — нагрузка на шарик, кгс; F — площадь сферического отпечатка, мм²; D — диаметр вдавливаемого шарика, мм; d — диаметр отпечатка, мм.

Получаемое число твердости при прочих равных условиях определяется диаметром отпечатка d. Последний тем меньше, чем выше твердость испытуемого металла.

При измерении твердости шариком определенного диаметра и с установленными нагрузками нет необходимости проводить расчет по указанной выше формуле. На практике пользуются заранее составленными таблицами, указывающими число НВ в зависимости от диаметра отпечатка и соотношения между нагрузкой Р и поверхностью отпечатка F. При указании твердости НВ иногда отмечают принятые нагрузку и диаметр шарика.

Измерение твердости вдавливанием стального шарика не является универсальным способом. Этот способ не позволяет: а) испытывать материалы с твердостью более НВ 450; б) измерять твердость тонкого поверхностного слоя (толщиной менее 1−2 мм), так как стальной шарик продавливает этот слой и проникает на большую глубину. Толщина измеряемого слоя (или образца) должна быть не менее 10-кратной глубины отпечатка.

Метод измерения твердости вдавливанием конуса или шарика (твердость по Роквеллу) принципиально отличается от рассмотренного выше измерения по Бринеллю и состоит в том, что твердость определяют по глубине отпечатка, получаемого при вдавливании алмазного конуса, имеющего угол в вершине 120°, или стального шарика диаметром 1,59 мм, а не по площади отпечатка.

По сравнению с измерением по Бринеллю, этот метод имеет то преимущество, что позволяет изменять нагрузку в широких пределах, без изменения значений твердости, так как при вдавливании конуса сохраняется закон подобия, а условия деформации под вершиной конуса с увеличением давления не изменяются.

Твердомер измеряет разность между глубиной отпечатков, полученных от вдавливания наконечника под действием основной нагрузки и от вдавливания под предварительной нагрузкой. Каждое деление (единица шкалы) индикатора соответствует глубине вдавливания в 2 мкм. Однако стрелка индикатора отмечает не указанную величину глубины вдавливания h, а величину 100-h по черной шкале при измерении алмазом и величину 130-h по красной шкале при измерении шариком. Числа твердости по Роквеллу не имеют той размерности и того физического смысла, который имеют числа твердости по Бринеллю. Однако числа твердости по Роквеллу можно пересчитать на числа твердости по Бринеллю с помощью диаграмм и таблицы, построенных на основании многочисленных экспериментальных работ.