В чем разница между твердостью HRC, HB и HV?

Твёрдость — важнейший показатель механических свойств материала, отражающий его стойкость к проникновению внешних тел. В инженерных и научных исследованиях измерение твёрдости широко применяется для выбора материалов, контроля качества и оценки их эксплуатационных характеристик. Твёрдость по Роквеллу (HRC), твёрдость по Виккерсу (HV) и твёрдость по Бринеллю (HB) — три наиболее распространённых метода измерения, каждый из которых обладает своими особенностями и областью применения. Различия между этими тремя методами подробно описаны ниже.

HRC (твердость по Роквеллу)

Твёрдость по Роквеллу — метод измерения, предложенный С. П. Роквеллом в 1921 году. Он представляет собой значение твёрдости металлического материала, определяемое с помощью твёрдомера Роквелла. Эта величина не имеет единицы измерения, обозначается символом «HR» и обычно сопровождается буквой C, указывающей на то, что измерение было проведено с помощью алмазного конусного индентора.

Принцип

Твёрдость по Роквеллу определяется по глубине пластической деформации отпечатка. Под заданной основной нагрузкой алмазный конусный индентор вертикально вдавливается в поверхность испытуемого материала, создавая отпечаток. После снятия нагрузки значение твёрдости по Роквеллу рассчитывается по формуле HR = (KH)/C, где K — константа, H — чистая глубина отпечатка индентора, а C — константа, зависящая от геометрии индентора и масштаба материала.

Области применения

Измерение твердости по Роквеллу обычно используется для материалов с высокой твердостью, таких как закаленные и легированные стали. Это связано с тем, что твердость этих материалов значительно возрастает после закалки , и другие методы измерения могут не давать точных или надежных значений. Кроме того, измерение твердости по Роквеллу широко используется в промышленном производстве благодаря своим преимуществам, включая простоту эксплуатации, высокую скорость измерения и широкий диапазон измерений.

При использовании твердомера по Роквеллу следует учитывать следующие моменты:

• Убедитесь, что поверхность испытуемого материала ровная, чистая и не содержит загрязнений, таких как масло или окалина.
• Выберите соответствующую нагрузку и индентор в зависимости от твердости и толщины материала.
• Во избежание ошибок измерений во время испытания сохраняйте перпендикулярность индентора к поверхности материала.

HV (твердость по Виккерсу)

Твёрдость по Виккерсу измеряется с помощью алмазного индентора в форме пирамиды с квадратным основанием. По сравнению с твёрдостью по Роквеллу, твёрдость по Виккерсу считается более точной и особенно хорошо подходит для измерения поверхностной твёрдости материалов.

Принцип

Твёрдость по Виккерсу также определяется на основе пластической деформации отпечатка. Под определённой нагрузкой алмазный индентор в форме пирамиды с квадратным основанием вдавливается в поверхность испытуемого материала, создавая отпечаток в форме квадратной пирамиды. Измеряя длину диагоналей отпечатка, можно рассчитать площадь отпечатка, что позволяет определить значение твёрдости. Твёрдость по Виккерсу, как правило, выражается как нормальное давление на единицу площади и измеряется в таких единицах, как паскаль (Па) или мегапаскаль (МПа), хотя на практике часто используется безразмерное число твёрдости.

Области применения

Твердость по Виккерсу подходит для измерения твердости поверхностей материалов, особенно обработанных материалов, таких как азотированные или покрытые покрытия. Это связано с тем, что поверхностная и объемная твердость этих материалов могут значительно различаться, и другие методы могут не давать точного значения поверхностной твердости. Кроме того, измерение твердости по Виккерсу подходит для тонких пластин, небольших деталей и материалов , твердость которых трудно измерить с помощью альтернативных методов измерения твердости.

При использовании твердомера по Виккерсу следует учитывать следующие моменты:

• Убедитесь, что поверхность испытуемого материала ровная, гладкая и не имеет дефектов, таких как царапины или трещины.
• Выберите соответствующую испытательную силу (нагрузку) и индентор в зависимости от твердости и толщины материала.
• Поддерживайте перпендикулярность индентора к поверхности материала и строго контролируйте время выдержки (время измерения), чтобы свести погрешности к минимуму.

HB (твердость по Бринеллю)

В качестве индентора для измерения твердости по Бринеллю используется закаленный стальной шарик. Этот метод подходит для измерения твердости более мягких металлических материалов, таких как отожженная сталь и чугун.

Принцип

Твёрдость по Бринеллю определяется по площади отпечатка. Закалённый стальной шарик определённого диаметра под определённой нагрузкой вдавливается в поверхность испытуемого материала, выдерживается в течение определённого времени, а затем снимается. Измеряя диаметр отпечатка, можно рассчитать площадь отпечатка, что позволяет определить значение твёрдости. Твёрдость по Бринеллю выражается как нормальное давление на единицу площади, обычно в мегапаскалях (МПа), хотя на практике часто используют безразмерное число твёрдости.

Области применения

Измерение твёрдости по Бринеллю в первую очередь подходит для измерения твёрдости более мягких металлических материалов, таких как отожжённая сталь и чугун. Поскольку твёрдость этих материалов, как правило, снижается после отжига, другие методы могут не давать точных значений твёрдости. Кроме того, измерение твёрдости по Бринеллю широко используется в исследованиях и контроле качества металлических материалов благодаря простоте эксплуатации и широкому диапазону измерений.

При использовании твердомера по Бринеллю следует учитывать следующие моменты:

• Убедитесь, что поверхность испытуемого материала ровная, чистая и не содержит загрязнений, таких как масло или окалина.
• Выберите соответствующую нагрузку и размер стального шарика в зависимости от твердости и толщины материала.
• Поддерживайте перпендикулярность стального шарика к поверхности материала и строго контролируйте время выдержки, чтобы избежать ошибок измерения.

Конверсионное отношение

Обычно здесь включается раздел, объясняющий соотношение преобразования между тремя шкалами.

Преобразование твердости по Роквеллу в твердость по Виккерсу:

Преобразование твердости по Роквеллу в твердость по Бринеллю:

Преобразование твердости по Виккерсу в твердость по Бринеллю:

Таблица 1: Трансграничная таблица твердости HV, HB и HRC

Резюме

HRC, HV и HB — три широко используемых метода измерения твердости, каждый из которых обладает уникальными характеристиками и специфическими сферами применения:

• Твердость по Роквеллу (HRC) подходит для измерения материалов с более высокой твердостью, таких как закаленная сталь.
• Твердость по Виккерсу (HV) идеально подходит для измерения твердости поверхности, особенно на деталях с обработанной поверхностью.
• Твердость по Бринеллю (HB) лучше всего подходит для измерения более мягких металлических материалов, таких как отожженная сталь.

При выборе метода измерения твёрдости необходимо всесторонне учитывать такие факторы, как характер испытуемого материала, его предполагаемое применение и требования к измерениям, чтобы обеспечить точность и надёжность результатов. Кроме того, при использовании любого твёрдомера необходимо уделять особое внимание влиянию на результаты таких факторов, как рабочие процедуры и условия измерения, чтобы минимизировать погрешности измерений.