Способността на металния материал да устои на вдлъбване на повърхността от твърди предмети се нарича твърдост. Според различните методи за изпитване и обхвата на приложение, твърдостта може да се раздели на твърдост по Бринел, твърдост по Рокуел, твърдост по Викерс, твърдост по Шор, микротвърдост и твърдост при висока температура. Съществуват три често използвани твърдости за тръби: твърдост по Бринел, Рокуел и Викерс.
A. Твърдост по Бринел (HB)
Използвайте стоманена или карбидна топка с определен диаметър, за да я натиснете върху повърхността на пробата с определената тестова сила (F). След определеното време на задържане, отстранете тестовата сила и измерете диаметъра на вдлъбнатината (L) върху повърхността на пробата. Стойността на твърдостта по Бринел е частното, получено чрез разделяне на тестовата сила на площта на вдлъбнатата сфера. Изразена в HBS (стоманена топка), единицата е N/mm2 (MPa).
Формулата за изчисление е:
Във формулата: F – силата на изпитване, приложена към повърхността на металната проба, N;
D – Диаметър на стоманената топка за изпитване, mm;
d – среден диаметър на вдлъбнатината, mm.
Измерването на твърдостта по Бринел е по-точно и надеждно, но като цяло HBS е подходящ само за метални материали под 450 N/mm2 (MPa) и не е подходящ за по-твърда стомана или по-тънки плочи. Сред стандартите за стоманени тръби, твърдостта по Бринел е най-широко използваната. Диаметърът на вдлъбнатината d често се използва за изразяване на твърдостта на материала, което е едновременно интуитивно и удобно.
Пример: 120HBS10/1000130: Това означава, че стойността на твърдостта по Бринел, измерена с помощта на стоманена топка с диаметър 10 мм под тестова сила от 1000 Kgf (9,807 KN) за 30 s (секунди), е 120 N/mm2 (MPa).
Б. Твърдост по Рокуел (HR)
Изпитването за твърдост по Рокуел, подобно на теста за твърдост по Бринел, е метод за изпитване чрез вдлъбване. Разликата е, че той измерва дълбочината на вдлъбнатината. Тоест, под последователното действие на началната изпитвателна сила (Fo) и общата изпитвателна сила (F), инденторът (конус или стоманена топка от стоманолеярната) се притиска към повърхността на пробата. След определеното време на задържане основната сила се премахва. При изпитване на сила, измереното остатъчно нарастване на дълбочината на вдлъбване (e) се използва за изчисляване на стойността на твърдостта. Стойността му е анонимно число, представено със символа HR, а използваните скали включват 9 скали, включително A, B, C, D, E, F, G, H и K. Сред тях, скалите, които обикновено се използват за изпитване на твърдост на стоманата, са A, B и C, а именно HRA, HRB и HRC.
Стойността на твърдостта се изчислява по следната формула:
При тестване с A и C скали, HR=100-e
При тестване с B скала, HR=130-e
Във формулата, e – остатъчното нарастване на дълбочината на вдлъбване, е изразено в посочената единица от 0,002 mm, т.е. когато аксиалното изместване на индентора е една единица (0,002 mm), това е еквивалентно на промяна в твърдостта по Рокуел с едно число. Колкото по-голяма е стойността на e, толкова по-ниска е твърдостта на метала и обратно.
Приложимият обхват на горните три скали е следният:
HRA (диамантен конусен индентор) 20-88
HRC (диамантен конусен индентор) 20-70
HRB (стоманен индентор с диаметър 1,588 мм) 20-100
Изпитването за твърдост по Рокуел е широко използван метод в момента, сред които HRC се използва в стандартите за стоманени тръби, на второ място след твърдостта по Бринел HB. Твърдостта по Рокуел може да се използва за измерване на метални материали от изключително меки до изключително твърди. Това компенсира недостатъците на метода на Бринел. Той е по-прост от метода на Бринел и стойността на твърдостта може да се отчете директно от циферблата на машината за твърдост. Въпреки това, поради малката си вдлъбнатина, стойността на твърдостта не е толкова точна, колкото метода на Бринел.
C. Твърдост по Викерс (HV)
Тестът за твърдост по Викерс също е метод за изпитване чрез вдлъбване. При него се вкарва квадратен пирамидален диамантен индентор с ъгъл от 1360 между противоположните повърхности в изпитваната повърхност при избрана изпитвателна сила (F) и се изважда след определеното време на задържане. Сила, измерване на дължината на двата диагонала на вдлъбнатината.
Твърдостта по Викерс е частното на изпитвателната сила, разделено на площта на повърхността на вдлъбнатината. Формулата за нейното изчисление е:
Във формулата: HV – символ за твърдост по Викерс, N/mm2 (MPa);
F – сила на изпитване, N;
d – средноаритметичното на двата диагонала на вдлъбнатината, mm.
Изпитвателната сила F, използвана за твърдост по Викерс, е 5 (49.03), 10 (98.07), 20 (196.1), 30 (294.2), 50 (490.3), 100 (980.7) Kgf (N) и шест други нива. Стойността на твърдостта може да бъде измерена в диапазона 5~1000HV.
Пример за метод на изразяване: 640HV30/20 означава, че стойността на твърдостта по Викерс, измерена с тестова сила от 30Hgf (294,2 N) за 20S (секунди), е 640N/mm2 (MPa).
Методът на твърдостта по Викерс може да се използва за определяне на твърдостта на много тънки метални материали и повърхностни слоеве. Той има основните предимства на методите на Бринел и Рокуел и преодолява основните им недостатъци, но не е толкова прост, колкото метода на Рокуел. Методът на Викерс рядко се използва в стандартите за стоманени тръби.
Време на публикуване: 03 април 2024 г.