Твердость и методы ее измерения

Твердость – это сопротивление материала местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого тела - наконечника (индентора). Твердость металлов не является физической постоянной, а представляет собой сложное свойство, зависящее как от прочности и пластичности, так и от метода измерения.

Индентор представляет собой твердое малодеформирующееся тело (алмаз, твердый сплав, закаленная сталь) определенной геометрической формы (шар, пирамида, конус, игла), вдавливаемое в поверхность образца или изделия.

О величине твердости судят по полученной деформации. В зависимости от метода испытания, свойств наконечника и испытываемого материала твердость может оцениваться различными критериями.

Твердость можно измерять разными способами: вдавливанием наконечника под действием статических и динамических нагрузок, царапанием поверхности, а также по отскоку свободно падающего наконечника.

Наибольшее применение получило измерение твердости вдавливанием. В результате вдавливания с достаточно большой нагрузкой поверхностные слои металла, находящиеся под наконечником и вблизи его, получают пластическую деформацию. После снятия нагрузки на образце (детали) остается отпечаток. Особенность этой деформации в том, что она протекает только в небольшом объеме, окруженном недеформированным металлом. При измерении твердости вдавливанием испытывают не только пластичные металлы, но и непластичные.

Таким образом, твердость характеризует сопротивление пластической деформации и представляет собой механическое свойство материала, отличающееся от других механических свойств способом измерения.

Значение твердости так же, как и другие механические свойства, зависят от химического состава и структуры металла, поэтому измерения твердости широко применяется в промышленности для оценки свойств деталей и качества термической обработки.

Различают два способа определения твердости вдавливанием: измерение твердости (макротвердости) и измерение микротвердости.

При измерении макротвердости в испытуемый образец вдавливают тело, проникающее на сравнительно большую глубину, зависящую от прилагаемой нагрузки. Кроме того, при некоторых видах испытаний вдавливается индентор значительных размеров (например, стальной шарик диаметром 10 мм), в результате в деформируемом объеме наблюдается структура, характерная для измеряемого материала. Измеряемая твердость должна в этом случае характеризовать твердость всего испытуемого материала («усредненная» твердость).

При измерении микротвердости определяется твердость отдельных зерен, фаз и структурных составляющих сплава, а не «усредненная твердость», поэтому прилагаемая нагрузка должна быть небольшой.

Так как твердость измеряется в поверхностных слоях металла, то большое значение при испытании имеет состояние его поверхности.

При наличии неровностей и выступов отдельные частицы металла в различной степени сопротивляются вдавливанию и деформации, что может привести к неточностям измерения.

Поверхность образца для измерения твердости должна представлять горизонтальную шлифованную площадку, а для измерения микротвердости – полированную. Образец или деталь должны устанавливаться горизонтально, перпендикулярно к действию вдавливаемого тела.