Прибор для измерения твердости металла как называется

Обновлено: 05.01.2025

Твёрдость по Виккерсу (HV) определяется путём вдавливания алмазной пирамиды, которая имеет угол при вершине в 136º. Твердость по Виккерсу – это твердость материала, вычисленная из размера отпечатка, произведенного нагружением алмазной пирамидки индентора. Индентор, применяемый в тестах по Виккерсу - пирамидка с квадратным основанием, противоположные стороны которой сходятся на вершине под углом 136º. Регламентируется ГОСТ 2999-75* (СТ СЭВ 470-77) "Метод измерения твердости по Виккерсу" и ISO 6507.
Твёрдость по Виккерсу вычисляется путём деления нагрузки Р на площадь поверхности полученного пирамидального отпечатка. Метод Виккерса позволяет определять твёрдость азотированных и цементированных поверхностей, а также тонких листовых материалов. Наблюдается хорошее совпадение значений твёрдости по Виккерсу и Бринеллю в пределах от 100 до 450 НV. Основными параметрами при измерении твёрдости по Виккерсу являются нагрузка Р до 980,7 Н (100 кгс) и время выдержки 10—15 с.

В результате внедрения на поверхности исследуемого образца остаётся отпечаток в виде ромба (иногда – неправильного). По значению диагонали этого ромба (или среднего арифметического значения обеих диагоналей) устанавливают число твёрдости Виккерса, которое имеет размерность механического давления.

Выпускаемое оборудование, при помощи которого определяется твердость по Виккерсу, относится к машинам статического действия. Они могут быть стационарными и переносными. Линейка видов такого оборудования отечественного производства маркируется ТП (Твёрдость Пирамидальная).

Стандартными условиями для проведения испытаний служат:

Измерительный диапазон усилий нагружения 49-1176 Н, который в твердомерах ТП имеет 7 положений (ступенчато-изменяемых);
Время выдержки образца под давлением – не менее 5 с.
Принцип измерения диагоналей отпечатка

Число Виккерса (HV) рассчитывается по формуле:

HV = 2Psin (0,5α/d 2 ) = 1,8544Р/d 2 ,

где Р — прилагаемая нагрузка (кгc), d — средняя диагональ отпечатка (мм) и α — лицевой угол индентора (136°)

При измерении твердости по Виккерсу должны быть соблюдены следующие условия:

плавное возрастание нагрузки до необходимого значения
обеспечение перпендикулярности приложения действующего усилия к испытуемой поверхности
поверхность испытуемого образца должна иметь шероховатость не более 0,16 мкм
поддержание постоянства приложенной нагрузки в течение установленного времени
расстояние между центром отпечатка и краем образца или соседнего отпечатка должно быть не менее 2,5 длины диагонали отпечатка
минимальная толщина образца должна быть для стальных изделий больше диагонали отпечатка в 1,2 раза; для изделий из цветных металлов – в 1,5 раза.

Измерение твёрдости по Виккерсу HV выполняется в следующей последовательности.

Образец или деталь устанавливается на стол прибора измеряемой поверхностью вверх. После этого стол вращением рукоятки маховика поднимают вверх, до лёгкого соприкосновения с индентором.
Отпускают рычаг, приводя тем самым в движение нагружающий механизм. После установленной с помощью реле времени продолжительности измерения нагрузка снимается и рабочая головка, с закреплённым в ней индентором, возвращается в исходное положение.
После этого можно развернуть приборный стол с образцом к имеющемуся на станине твердомера отсчётному микроскопу, и замерить диагонали отпечатка.

Предварительные установки твердомера Виккерса производят при помощи рукоятки настройки. При этом с уменьшением толщины образца нагрузку следует принимать меньшей. Твёрдость по Виккерсу иногда указывается при значении рабочей нагрузки. Например, обозначение HV₅₀940 означает твёрдость по Виккерсу в 940 единиц, которая была получена после нагружения образца усилием 50 кг.

Еще примеры обозначения:

500 HV - твердость по Виккерсу, полученная при нагрузке F=30 кгс и времени выдержки 10-15 с;
220 HV 10/40 - твердость по Виккерсу, полученная при нагрузке 98,07 (10 кгс) и времени выдержки 40 с.

Достоинства метода Виккерса:

Постоянство отношения диагоналей получаемого отпечатка при изменении рабочей нагрузки.
Возможность определения твёрдости оченьтонких слоёв материала изделия, поскольку в крайнем положении индентор имеет весьма малую площадь поверхности.
Повышенная точность результата благодаря высокой твёрдости алмазной пирамидки индентора и отсутствия деформации самой испытательной головки. Измерение твёрдости по Виккерсу отличается повышенной точностью, т.к. диагональ отпечатка d измеряется с помощью специально установленного на твердомере микроскопа с точностью 1-2мкм.
Широкий диапазон измерений охватывает сравнительно мягкие металлы (алюминий, медь и пр.) и высокопрочные стали и твёрдые сплавы.
Метод Виккерса позволяет определять твёрдость отдельных слоёв металла, например, цементированного при химико-термической обработке образца, или слоя с изменённым химическим составом (после поверхностного упрочнения или легирования). Кроме гальванизированных поверхностей, метод применим и к азотированным материалам.

Практический диапазон измерения твёрдости по Виккерсу 145-1000 HV. Ввиду высокой точности метода, для оценки параметра НV больших партий заготовок широко применяются автоматизированные установки с гидравлическим и электромеханическим приводом, а также с автоматизацией отсчёта результатов, которые выводятся на монитор.

Твёрдость по Шору: методика и оборудование

Твердость по Шору — один из методов измерения твердости материалов. Как правило, используется для измерения твердости низкомодульных материалов. Обычно — полимеров: пластмасс, эластомеров, каучуков и продуктов их вулканизации.

Для измерения дюрометром (твердомером) Шора применяется несколько шкал, используемых для материалов с различными свойствами. Две наиболее распространенных шкалы — тип A и тип D. Шкала типа A предназначена для более мягких материалов, D - для более твердых. Помимо этого, стандарт ASTM D2240 предусматривает в общей сложности 12 шкал измерений, используемых в зависимости от целевой задачи; различают типы A, B, C, D, DO, E, M, O, OO, OOO, OOO-S и R. Все шкалы делятся от 0 до 100 условных единиц, при этом высокие значения соответствуют более твердым материалам.

Метод отличается сравнительно большим разбросом значений результатов измерений, но удобен своей простотой (в том числе конструкцией измерительного прибора) и оперативностью проведения измерений, позволяя производить их, в том числе на готовых изделиях, крупногабаритных деталях и криволинейных поверхностях достаточно больших радиусов. Из-за чего получил широкое распространение в производственной практике.

Принцип измерения следующий:

При испытании материалов, твердость которых не зависит от относительной влажности, дюрометр и образцы для испытания кондиционируют не менее 1 ч в условиях одной из стандартных атмосфер по ГОСТ 12423(ISO 291), защитив их от воздействия прямых солнечных лучей. При испытании материалов, твердость которых зависит от относительной влажности, образцы для испытаний следует кондиционировать по тем же стандартам или согласно соответствующей нормативно-технической документации на испытуемый материал.

При этих же условиях проводят испытание.

Испытуемый образец должен иметь толщину не менее 6 мм. Для достижения необходимой толщины образец для испытаний может состоять из нескольких тонких слоев, но результаты испытаний, полученные с такими образцами, могут не согласовываться с результатами испытаний цельных образцов, так как поверхности таких слоев иногда не полностью соприкасаются друг с другом.

Размеры образцов должны позволять проводить испытание на расстоянии не менее 12 мм от любого края, если только заранее не будет известно, что при испытаниях на меньшем расстоянии от края достигаются идентичные результаты. Поверхность образца в месте контакта с опорной поверхностью на площади радиусом не менее 6 мм от кончика индентора должна быть очень ровной. На кривых, неровных или шероховатых поверхностях нельзя получить удовлетворительные результаты измерения твердости с помощью дюрометра.

Испытуемый образец помещают на твердую ровную горизонтальную поверхность. Дюрометр устанавливают в вертикальном положении так, чтобы кончик индентора находился на расстоянии не менее 12 мм от любого края образца. Как можно быстрее без толчка к образцу прижимают опорную поверхность дюрометра, держа ее параллельно поверхности испытуемого образца. К опорной поверхности с помощью специального приспособления или груза прилагают давление, достаточное для обеспечения надежного контакта с образцом.

Например: «Твёрдость по Шору 80A».
Например: «Твёрдость по дюрометру 80A».
Допускается: «Твёрдость по Шору 80 по шкале D».
В таблицах допускается обозначение: «Твёрдость, ед. Шор(-а) А».

Метод позволяет измерять глубину начального вдавливания, глубину вдавливания после заданных периодов времени или и то и другое одновременно.

Метод является эмпирическим испытанием. Не существует простой зависимости между твердостью, определяемой с помощью данного метода, и каким-либо фундаментальным свойством испытуемого материала.

Твердость по Шору указывают с округлением до целой единицы. В шкале Шора за 100 единиц принята максимальная твёрдость стабилизированного после закалки на мартенсит образца из углеродистой инструментальной стали, что соответствует высоте падения бойка 13,6± 0,3 мм.

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:

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

Нельзя выполнять измерения твёрдости НВ одной и той же детали, используя различные типы твердомеров Бринелля.
Соотношение прикладываемой к изделию нагрузки и площади отпечатка должны быть постоянными.
При ссылке на установленную при замерах величину НВ необходимо указывать условия, при которых был получен результат.
Деталь в месте измерения твёрдости должна иметь ровную и хорошо зашлифованную поверхность достаточной толщины (иначе с обратной стороны возможна деформация, ухудшающая точность результата).
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):

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

Подвижный измерительный стол, на который устанавливается деталь.
Рычажный привод нагружения.
Измерительную систему (она может быть с цифровой или аналоговой индикацией результата).
Рабочую измерительную головку, с регулируемыми установками.
Масляный амортизатор.
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.

Что такое твердомеры и как их подобрать?

Во многих современных сферах деятельности людей одним из важных моментов является точное определение твердости металлов и других материалов, а также резинотехнических изделий. Наиболее актуальны подобные показатели для производственных отраслей, поскольку позволяют оценить качество сырья и готовой продукции. Именно поэтому следует разобраться с тем, что такое твердомеры, как правильно их выбрать, а также использовать.

Что это такое?

На данный момент такие образцы измерительного инструмента, как твердомеры, широко используются в самых разных отраслях. Помимо машиностроения и других производственных сфер, эти приборы используются специалистами научных центров. Принцип их функционирования базируется на фиксации показателей при воздействии на поверхность изучаемых предметов. Результаты таких измерений и позволяют определить твердость.

Выбор конкретного вида устройства зависит от таких параметров исследуемого изделия (детали), как:

габариты;
вес;
свойства материала изготовления;
конструктивные особенности.

Далеко не всегда имеется возможность применения более точных, стационарных моделей. В таких случаях на помощь приходят компактные, переносные твердомеры. С учетом характеристик вида описываемые инструменты состоят из нескольких элементов.

Корпус.
Наковальня (если имеется в виду стационарная конструкция), то есть площадка для установки детали.
Датчик и индентор. Речь идет о рабочем элементе, отвечающем за воздействие на изучаемый материал и регистрацию его силы.
Система управления.

Части корпуса, а также площадка для образцов и все подвижные детали оборудования выполняются из высококачественной стали и прочного пластика. Особого внимания заслуживают эксплуатационные характеристики аппаратов, предназначенных для использования в жестких полевых условиях. Одной из главных особенностей здесь является герметичность корпуса и надежная защита от механических повреждений.

Многие современные образцы описываемых аппаратов способны фиксировать результаты нескольких последних измерений. Имеется в виду оснащение устройств интегрированными модулями памяти, которые чаще всего являются энергонезависимыми.

При этом данные в любой момент можно перенести на ПК или другой гаджет.

Принцип работы

При классификации современных твердомеров одним из ключевых моментов является то, как именно работает то или иное устройство. В частности, речь идет о методе проведения исследований. Исходя из этой особенности появились и соответствующие названия приборов. Прежде всего стоит рассмотреть, на какие разновидности делят стационарные модели.

По Роквеллу

Определение твердости подобным образом было предложено более 100 лет назад (в 1908 году) профессором Людвигом. Описан данный метод в книге, название которой дословно переводится как «Испытание конусом». Речь идет о неразрушающем поверхности материала исследовании его характеристик. Он базируется на фиксации глубины проникновения жесткого наконечника, который получил название индентор. Важная деталь заключается в том, что для всех шкал твердости применяется идентичная нагрузка. В зависимости от шкалы речь может идти о таких показателях, как 60, 100 и 150 кгс.

Функции упомянутых инденторов выполняют твердые шарики или же конусы со скругленной вершиной и углом при ней 120 градусов. Этот метод получил широкое распространение благодаря максимальной простоте и высокой скорости измерений, а также воспроизводимости получаемых данных. В процессе снятия показателей важно учитывать толщину образца, которая должна быть не менее десятикратной глубины погружения индентора.

В наши дни широко применяется также твердомер по «Супер-Роквеллу». Имеется в виду усовершенствованный вариант описанного способа определения твердости. Его главная особенность заключается в осуществлении двух поочередных замеров.

По Бринеллю

Здесь речь идет о выполнении описываемых измерений на основе вдавливания в поверхность исследуемого материала индентора в виде шарика. Такой способ определения твердости более века назад предложил инженер Бринелль, в честь которого он и был назван. Одна из ключевых особенностей метода в том, что он был первым во всем мире стандартизован и получил самое широкое распространение. Обозначается измеряемая твердость, как «НВ».

По Виккерсу

Твердомеры, исследующие описываемый параметр материалов по этому методу, работают на основе вдавливания в поверхность индентора. Важно будет заметить, что последний выполнен в форме пирамиды. Данный способ исследований был предложен еще 100 лет назад инженерами компании Vickers Ltd. При измерениях используется обозначение «HV».

Следует учесть, что сейчас существуют модели твердомеров, которые функционируют на основе методики измерений, получившей название «Микро-Виккерс».

По Шору

В данном случае подразумевается метод определения твердости, базирующийся на фиксации высоты, на которую отскакивает от исследуемой поверхности индентор. Общепринятым обозначением является «HS» с добавлением буквенного индекса, соответствующего одной из рабочих шкал. Основными при этом являются «C» и «D». Важно учитывать, что применение на практике этой методики довольно ограниченно, и приборы используются для анализа твердости преимущественно неметаллов.

По Барколу

Функционирование оборудования, относящегося к этой группе, основано на вдавливании индентора. Последний имеет форму усеченного конуса, вершина которого является плоской. Стоит заметить, что данную категорию твердомеров считают практически универсальной. Это обусловлено возможностью работы с большинством известных материалов.

Универсальные

Исходя из самого названия разновидности можно понять, что имеются в виду приборы, использующие при измерении твердости несколько существующих методов исследования. Стоит отметить, что применение описанных выше устройств является ограниченным в силу их эксплуатационных свойств и особенностей контролируемых материалов. Именно поэтому универсальные модели пользуются повышенным и в полной мере заслуженным спросом.

В зависимости от материалов, которые позволяют исследовать твердомеры, их делят на следующие разновидности:

приборы для работы с металлами;
склерометры (определение твердости камня, кирпича, бетона);
дюрометры (пластмасса, резина);
устройства для литейных форм.

Помимо этого, рассматриваемые аппараты бывают аналоговые и электронные. Стоит отметить, что на данный момент первый вариант встречается реже из-за сравнительно низкой точности измерений. Кстати, последняя напрямую будет зависеть от навыков и опыта оператора.

Такие приборы чаще всего применяют при исследовании мягких материалов. Они оснащены шкалой в виде циферблата, тогда как цифровые модели выводят результаты измерений на интегрированные экраны.

Анализируя особенности существующих на данный момент твердомеров, важно уделить внимание выбору шкал. Он напрямую зависит от характеристик исследуемого материала. Например, шкалы Шора и Бринелля будут оптимальным вариантом для дерева, пластика, резины и других материалов со сравнительно низкими показателями твердости. Шкалы Роквелла и Виккерса – более подходящие для средней и повышенной твердости. Еще один важный момент – это деление всех перечисленных аппаратов на:

автоматические, имеющие сервопривод, управляемый микропроцессором;
полуавтоматические;
полностью механические, в которых применение и снятие нагрузки на материал осуществляется непосредственно оператором в ручном режиме.

А также одним из ключевых моментов являются условия эксплуатации. С учетом этой особенности твердомеры бывают стационарного типа и переносными. Ключевые нюансы и характеристики этих двух категорий рассмотрены ниже.

Стационарные

Оборудование, относящееся к этой категории, имеет довольно крупные габариты и соответствующую массу. Вес некоторых моделей достигает рекордной отметки в 200 кг, а их высота и длина могут составлять до 1 метра и более. Эти параметры не играют определяющую роль с точки зрения удобства эксплуатации техники, поскольку она должна устанавливаться неподвижно на одном конкретном месте. Такие приборы используются преимущественно в условиях лабораторий, а также на предприятиях. Их главное конкурентное преимущество – максимальная точность измерений и минимальная погрешность.

Приборы оснащены клавиатурой для ввода параметров, а также дисплеями, на которых отображаются результаты исследований. Опционально стационарные твердомеры могут иметь интерфейс для сопряжения с персональными компьютерами. А также в перечень подключаемых устройств входят микроскопы и принтеры, предназначенные для распечатки получаемых данных. Источником питания для аппаратов является бытовая электросеть.

Портативные

Переносные, то есть сравнительно компактные твердомеры с учетом методов определения характеристик материалов делят на три основные группы. Речь идет о динамических, ультразвуковых, а также комбинированных приборах. Последняя разновидность во многом напоминает универсальные образцы стационарного оборудования. Такие аппараты могут определять параметры и демонстрировать результаты измерений по нескольким шкалам. Это, в свою очередь, многократно расширяет сферу применения твердомеров.

Особенности указанных типов портативных устройств выглядят следующим образом.

Динамические – отличаются высокой скоростью выполнения измерений. При этом используется сетка твердости, являющаяся стандартизованной на территории Российской Федерации для полевых, а также лабораторных и производственных условий эксплуатации. Речь идет о твердомерах Роквелла, Шора, Бринелля и Виккерса.

Ультразвуковые – приборы, метод функционирования которых позволяет исследовать более широкий перечень материалов. В него входят листы из стали, мелкие детали, а также зеркальные поверхности. Помимо всего прочего, они используются для определения механической прочности.

Комбинированные – модели, которые выполняют описываемые операции с применением двух датчиков. Эти сменные конструктивные элементы способны контролировать колебания показателей твердости практически любых изделий из металла. По большому счету комбинированные приборы – это гибрид ультразвуковых и динамических методов исследования.

Производители

В соответствующем сегменте современного рынка измерительного инструмента и оборудования на данный момент свою продукцию представляют многие отечественные и зарубежные производители. В модельных рядах представлен довольно широкий ассортимент как портативных, так и стационарных приборов. Все эти модели отличаются друг от друга эксплуатационными характеристиками и, конечно же, стоимостью. При выборе опытные специалисты предсказуемо отдают предпочтение известным брендам.

Важно учитывать, что меню подавляющего большинства импортных твердомеров не имеет русскоязычной версии. В то же время продукция отечественных компаний по качеству своего исполнения и работы способна конкурировать с зарубежной техникой.

В список наиболее популярных российских марок можно включить:

«Интротест»;
«Восток-7»;
«Новотест»;
«Константа»;
«Минэтэк»;
«Импульс»;
«Луч».

Анализируя импортный сегмент рынка, стоит уделить внимание таким брендам, как Krautkramer GE, PCE, Sinowon, Mitutoyo и Proceq SA.

Как выбрать?

Перед приобретением конкретной модели описываемого измерительного инструмента или оборудования следует четко определиться с требуемой разновидностью. К примеру, для исследований сравнительно мягких металлов и сплавов потребуются приборы, функционирующие на основе метода Бринелля. При работе с материалами средней и повышенной твердости актуальными будут устройства Роквелла и Виккерса соответственно. Если речь идет о контроле состояния разнообразных изделий, то, естественно, следует рассматривать универсальные модели.

Помимо этого, при подборе наиболее подходящего оборудования настоятельно рекомендуется акцентировать внимание на нескольких важных моментах.

Способ взаимодействия между индентором (интегрированным, проводным и беспроводным) и датчиком.
Качество исполнения и прочность нагрузочной ячейки.
Диапазон рабочих нагрузок устройства.
Возможность интеграции прибора с персональным компьютером и внешним принтером.
Воспроизводимость результатов измерений.
Наличие и объем встроенной памяти.
Присутствие в комплекте дополнительных датчиков.
Возможность одновременной работы на нескольких шкалах и конвертация получаемых показателей.

Следующий важный шаг – это определение перечня материалов, с которыми предполагается работать. А также следует акцентироваться на требуемой точности выполняемых измерений. Если во главе угла ставится максимальный показатель, то стоит рассматривать стационарные и лучше всего универсальные образцы оборудования. Если замеры будут производиться не в лабораторных условиях, то оптимальным выбором станут компактные, переносные модели. Параллельно важно помнить, что каждый из применяемых методов определения твердости того или иного материала ограничивается конкретными факторами. Есть смысл сравнить аппараты, относящиеся к категории динамических и ультразвуковых. Стоит заметить, что первый вариант наиболее актуален для простых с геометрической точки зрения и массивных изделий.

Ультразвуковые модели – это идеальное решение в ситуациях, когда работать предполагается с небольшими по размерам образцами материала, имеющими сложную форму. Помимо способа проведения исследований, а также уже упомянутых особенностей связи основного модуля с индентором, требуется уделить внимание корпусу устройства.

Важно помнить, что электронная начинка современных моделей портативных измерителей очень чувствительна к внешним воздействиям. Предсказуемо она должна иметь надежную защиту в виде прочного и влагонепроницаемого корпуса. У представителей модельных рядов ведущих производителей для комфортного использования предусмотрены резиновые накладки.

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:

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.

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.

Читайте также: