Что такое твердомер
Испытание твёрдостью измеряет сопротивление материала вдавливанию более твёрдым телом и выдаёт результат по шкале. Измерение это косвенное: в металлах оно в целом коррелирует с пределом прочности, идёт гораздо быстрее испытания на растяжение и почти всегда оставляет только небольшую отметину. Поэтому оно так распространено как входной контроль и как проверка после термообработки.
Метод важнее прибора. Число твёрдости без шкалы ничего не значит, потому что Роквелл, Бринелль, Виккерс и метод отскока вдавливаются по-разному, измеряют разное и дают числа, между которыми прямого соответствия нет. Одна и та же заготовка стали покажет одно на стационарном приборе, другое на переносном ударном, третье на машине Виккерса - и каждое из трёх может быть верным по-своему.
Практическая задача выбора поэтому - какой метод подходит детали: её размер, можно ли принести её к стационарному прибору, можно ли подготовить поверхность, допустима ли видимая отметина и что требует нормативный документ. Здесь разобрано и это, и вопрос о том, где переносной прибор является и не является законной заменой стационарной машине.
Как твердомер выполняет измерение
Стационарное испытание вдавливает в поверхность определённый индентор определённой нагрузкой и измеряет результат. В методе Роквелла сразу читают глубину внедрения, а обозначение шкалы задаёт одновременно и индентор, и нагрузку - потому показание получают немедленно, и потому шкалу всегда называют вместе с ним. В методах Бринелля и Виккерса оптически измеряют и пересчитывают размер оставшегося отпечатка: это медленнее и оставляет более крупный след, зато гораздо меньше зависит от состояния поверхности.
Чаще всего показание делает недействительным отношение толщины образца к глубине отпечатка. Если под индентором не хватает материала, опора принимает часть нагрузки на себя, и число выходит завышенным - а это ложная приёмка, а не явная ошибка. Требование к минимальной толщине, приложенное к каждому методу, существует поэтому, и его проверяют по чертежу, а не предполагают.
Переносные твердомеры отскока работают на другом принципе: определённое тело ударяют по поверхности и сравнивают скорость отскока со скоростью удара. На крупных деталях, которые не поднесёшь к машине, это действительно полезно, но результат зависит от массы и жёсткости детали, поэтому показание на тонком листе несравнимо с показанием на тяжёлой отливке. Прибор пересчитывает величину отскока в другие шкалы математически, и у этих пересчётов есть пределы, которые надо соблюдать.
Варианты конфигурации
Большую часть спецификации определяют именно эти решения, а не класс точности. Каждое ограничивает следующее, поэтому их и утверждают по порядку.
| Конфигурация | Что нужно зафиксировать | Что это на самом деле определяет |
| Метод и шкала испытания | Стационарные методы с их обозначениями шкал и переносной метод отскока | Какую шкалу называет нормативный документ и допустима ли оставляемая на детали отметина. |
| Тип индентора | Алмазный конус, закалённый шарик, алмазная пирамида, а у метода отскока - боёк | Что прибор может измерять. Часть сочетаний индентора и нагрузки годится для твёрдых материалов, часть - для мягких, и обозначение шкалы этот выбор как раз и задаёт. |
| Нагрузка | Фиксированная для данной шкалы либо выбираемая в диапазоне | Какие шкалы доступны прибору и хватит ли одной машины для нескольких нормативов. |
| Стационарное или переносное исполнение | Неподвижная машина со столиком и опорой либо ручной прибор отскока | Можно ли вообще поднести деталь к прибору и нужно ли снимать показание на месте. |
| Опора образца и минимальная толщина | Устройство опоры и наименьшее сечение, которое метод допускает | Вообще ли показание действительно. Образец без должной опоры даёт завышенное число и пропускает деталь, которую следует браковать. |
| Требования к подготовке поверхности | Какую отделку ожидает метод и сколько подготовки выполняется на самой детали | Нужно ли закладывать время на подготовку и допустима ли сама подготовка на готовой детали. |
| Считывание и работа с данными | Прямой дисплей, а также можно ли показания хранить, усреднять и выводить | Нужно ли формировать протокол партии и нужны ли отдельные показания или статистический результат. |
| Принадлежности для верификации | Опорные меры, подобранные под используемую шкалу | Можно ли подтвердить, что прибор показывает верно; большинство систем качества требует этого через заданный интервал. |
Как выбрать твердомер
| Фактор | Почему от этого зависит ответ | Как решить это до запроса |
|---|
| Семейство материалов | Металлы, пластмассы и эластомеры измеряют по разным шкалам, и одного прибора на все три нет | Назовите материал и документ, который задаёт испытание. |
| Шкала, названная в нормативе | Число осмысленно только со своей шкалой, и требуемая шкала фиксирует прибор | Назовите шкалу и полосу приёмки по чертежу или стандарту. |
| Размер и масса детали | Тяжёлую отливку не отнесёшь к стационарной машине, а лёгкую деталь нельзя надёжно измерить отскоком | Назовите самую крупную и самую мелкую деталь с примерной массой и толщиной сечения. |
| Доступ к поверхности испытания | Индентор должен сходиться с поверхностью строго перпендикулярно | Опишите геометрию и есть ли специальная опора или подкладка. |
| Допустима ли отметина | Часть методов оставляет видимый отпечаток, что исключает их на готовой поверхности | Скажите, идёт ли деталь в дело или на продажу после испытания. |
| Толщина в точке испытания | Ниже минимума для метода показание не приблизительно, а недействительно | Назовите толщину стенки или сечения в точке, где будет испытание. |
| Требование к протоколу и верификации | Прослеживаемые опорные меры и записанные показания может потребовать система качества заказчика | Скажите, нужны ли сертификаты или протоколы партии и через какой интервал проверяется прибор. |
Если что-то из этого ещё не решено, пришлите известное. Коммерческое предложение можно дать по описанию задачи и уточнить, когда пробелы будут закрыты.
Ближайшие альтернативы
твердомер: какие типы обычно имеют в виду в запросе и где на самом деле решается выбор.
| Ближайшая альтернатива | Что отличает его от твердомера |
| Машины для испытаний на растяжение | Растягивают подготовленный образец до разрушения и прямо дают прочность, удлинение и модуль. Испытание разрушающее, требует обработанного образца и идёт гораздо дольше - но измеряет само свойство, а не его заместителя. Там, где расчёт или сертификация требуют число растяжения, твёрдостью его не подменить. |
| Машины для испытаний на сжатие | Нагружают образец до смятия или разрушения - именно то испытание, которое нужно бетону, таре и деталям из эластомеров. Оно отвечает на вопрос, какую нагрузку деталь держит, а не насколько твёрда её поверхность. |
| Машины для ударных испытаний | Измеряют энергию, поглощённую при разрушении образца с концентратором, - это про вязкость, а не про сопротивление вдавливанию. Две стали одинаковой твёрдости могут заметно различаться по ударному поведению, и испытание твёрдости этого различия не покажет. |
| Толщиномеры покрытий | Мерят толщину слоя на поверхности, а не свойство основы. На детали с обработанной поверхностью часто нужны оба числа, но вопросы они отвечают разные, и одно другим не отчитываются. |
| Профилометры | Передают текстуру поверхности языком профиля - от неё зависят трение, герметичность и внешний вид. Отделка поверхности влияет и на показание твёрдости, поэтому оба прибора так часто стоят на одном верстаке контроля. |
| Испытательные машины | Общий заголовок для машин, нагружающих образец: растяжение, сжатие, изгиб и усталость в одной раме. Если лаборатории нужно несколько таких испытаний, их закрывает универсальная машина; твёрдость остаётся отдельной, более быстрой и обычно неразрушающей проверкой. |
Твёрдость и вязкость - пара, которую чаще всего принимают за одно и то же. Это не так: поверхностная обработка может сильно поднять твёрдость, оставив вязкость материала прежней или понизив её.
Что включить в запрос
Первый ответ может быть предложением, а не списком вопросов, если запрос содержит эти данные. Если значение неизвестно, пришлите описание задачи - мы уточним, что из неё следует.
- Материал и документ или стандарт, задающий испытание
- Требуемая шкала и полоса приёмки
- Наибольшая и наименьшая деталь с примерной массой
- Толщина сечения или стенки в точке испытания
- Доступна ли поверхность испытания и какова её геометрия
- Допустима ли видимая отметина после испытания
- Нужно ли записывать показания по партии
- Нужны ли опорные меры или принадлежности для верификации
- Количество, порт назначения и требуемая дата поставки
