Сталь – один из наиболее важных и универсальных материалов в современной промышленности. Но одна из главных характеристик стали – ее твердость – зачастую остается в тени. Однако это свойство крайне важно при выборе материала для конкретной задачи.

Твердость – это способность материала сопротивляться деформации при воздействии нагрузки. Она определяется тщательной стандартизацией и измерением по шкале, которая называется шкалой твердости. Существует несколько методов измерения твердости стали, в том числе методы Бринелла, Роквелла, Виккерса и Шора.

В зависимости от конкретных условий эксплуатации, производители стали подбирают оптимальную твердость для каждого продукта. Так, например, ножи из высокоуглеродистой стали характеризуются высокой твердостью, что обеспечивает их долговечность и остроту.

Знание о твердости стали является важным при выборе материала для производства изделий в различных отраслях промышленности – автомобильной, металлообрабатывающей, энергетической, строительной и других.

Что это такое?

Сталь — это сплав, состоящий в основном из железа с добавлением углерода и других элементов в зависимости от конкретного типа стали. Сплавы стали характеризуются различными свойствами, такими как твердость, прочность, устойчивость к коррозии и т. д. Один из важнейших параметров стали — это ее твердость.

Твердость — это способность материала сопротивляться проникновению другой твердой поверхности. Если материал имеет высокую твердость, то он устойчив к царапинам, резким ударам и другим механическим повреждениям.

В зависимости от конкретного типа стали, твердость может быть высокой или низкой. Высокотвердые стали используются в таких отраслях, как металлообработка, строительство, производство инструментов и т. д. В то же время, низкотвердые стали широко применяются в автомобильной и судостроительной промышленности.

Определить твердость стали можно с помощью различных методов, таких как Бринелл, Роквелл и Виккерс. Процесс измерения твердости может выполняться как на производстве при приемке материала, так и в лабораториях для исследования свойств материалов.

Виды шкал по методу измерения

Шкала Бринелла – наиболее популярный метод измерения твердости металла. Для измерения используется брусок твердого материала, который называется шарик. Шарик нажимается на поверхность изучаемого материала с известной силой, затем остаточное впечатление замеряется и переводится в единицы твердости.

Шкала Роквелла – метод измерения твердости, который основан на определении сопротивления материала к нагрузке с дальнейшим измерением глубины впечатления. Шкала Роквелла особенно удобна для определения твердости металлов с высокой твердостью.

Шкала Виккерса – метод измерения твердости, при котором тестовый инструмент имеет форму пирамиды. Инструмент нажимается на поверхность со силой, затем измеряется диагональ верхней части пирамиды и переводится в единицы твердости.

Масштаб Кноопа – метод измерения твердости, при котором тестовый инструмент имеет форму шарика. Тестовый инструмент выполняет поверхность, затем измеряется диаметр вмятины и переводится в единицы твердости. Шкала Кноопа наиболее часто используется для измерения твердости эластичных материалов.

По Бринеллю

Бринелль (англ. Brinell) — один из самых распространенных способов определения твердости металлов. Бринелевский метод заключается в нанесении заданной силы на поверхность материала, а затем измерении следа на ней. Силу удара определяют путем рассчета, зная диаметр заготовки и величину нанесенного следа.

Такой метод проверки твердости широко применяется в производстве стали. Он позволяет быстро и точно определить твердость материала, что крайне важно при работе со стальными изделиями. Оприходование «железа» с более высокой твердостью идет по высшей категории бринелевской диаграммы, где уровень твердости достигает 60 единиц.

Существуют три различных формы диаграммы Бринелля: A, B, и C. Форма A возникает, когда обломки материала сильно деформируются под весом взрыва. Форма B характеризуется умеренной деформацией, а форма C, наоборот, имеет малые значения деформации.

По Роквеллу

Роквелл, или техническая твердость, является одним из способов определения твердости материала. Она измеряется по шкале Роквелла и обозначается с помощью буквы H, за которой следует цифровое значение.

Например, сталь может иметь значение твердости Роквелла от HRC 20 до HRC 70 в зависимости от ее состава и обработки. Чем выше значение HRC, тем более твердой считается сталь.

Измерение твердости по Роквеллу проводится с помощью специального инструмента, который применяется к поверхности тестируемого материала с заданной силой. Затем измеряется глубина проникновения инструмента, которая используется для определения значения твердости.

Хотя техническая твердость не является единственным способом определения твердости стали, она широко используется в промышленности и инженерии благодаря своей простоте и точности измерения.

По Моосу

Моос — один из методов определения твердости материалов, включая сталь. Этот метод был разработан в середине XX века и с тех пор стал одним из наиболее широко используемых. Он заключается в том, что измеряется глубина, на которую проникает индентор в поверхность образца при определенной нагрузке.

Нагрузка и тип индентора выбираются в соответствии с требованиями стандарта. Затем меряется глубина впадины, и на основе полученных данных рассчитывается значение твердости. Важно отметить, что результаты Мооса зависят от многих факторов, включая состояние образца и температуру.

Для того чтобы получить более точные результаты, образец должен быть правильно подготовлен: его поверхность должна быть ровной и чистой. В большинстве случаев проводится несколько измерений на разных участках образца для устранения возможных искажений.

• Преимущества метода Мооса:
• — Широкое применение;
• — Относительно простая и дешевая методика;
• — Возможность измерения твердости в большом диапазоне значений;
• — Малые размеры образцов.
• Недостатки метода Мооса:
• — Результаты оказываются чувствительными к поверхностной качеству образца;
• — Значительные ошибки при низкой твердости измеряемого материала;
• — Значительные ошибки при измерениях на образцах с малой толщиной.

По Виккерсу

Виккерс — это один из методов, позволяющих измерять твердость материалов. Этот метод основан на использовании определенной формы инструмента — алмазной пирамиды, наносящей заранее определенную нагрузку на материал. Метод Виккерса получил наибольшее распространение при измерении твердости металлов.

Виккерс-тест является более универсальным методом, чем тест Бринелля. Он имеет более широкий диапазон измерения твердости, и он может быть использован для измерения твердости всех материалов, включая керамику и стекло. Метод Виккерса также широко применяется из-за того, что алмазная пирамида может быть очень мелкой (микроиндентатор), что позволяет получить значения твердости у очень тонких покрытий или маленьких объектов.

Однако при использовании метода Виккерса следует учитывать, что твердость не одинакова в разных направлениях в кристалле, поэтому данный метод, как и Мооса, предполагают перпендикулярное расположение грани пирамиды и испытуемого образца.

По Шору

Шор является одним из методов измерения твердости материалов, включая сталь. Представляет собой инструмент, состоящий из косточки фрукта «Шора», ударяемой по поверхности материала под определенным углом и с определенной силой.

По Шору можно определить как твердость материала, так и его эластичность. Обозначается буквой H и числом, которое соответствует показателю твердости. Например, HRC 50 означает твердость по шкале Роквелла C равную 50.

Шор является быстрым и удобным методом измерения твердости материала, но он имеет свои ограничения. Например, он не подходит для очень мягких или очень твердых материалов, и его показания могут варьироваться в зависимости от состояния поверхности материала.

Другие

Кроме указанных выше видов стали, существует множество других, менее распространенных. Например, бористые стали, содержащие в своем составе бор, обладают повышенной твердостью и износостойкостью. Они широко используются в производстве инструментов и ножей.

Также существуют оксидные стали, представляющие собой сплавы со сверхтвердой структурой, включающие оксиды металлов. Они применяются в производстве резцов, сверл, насадок для резки и прочих инструментов, работающих с тугоплавкими материалами.

Кроме того, имеются специализированные виды стали, используемые только в узкоспециализированных областях. Например, магнитные стали, использованные в электротехнике, или стали с покрытием, предназначенные для работы в условиях повышенной коррозии.

Несмотря на множество различных видов стали, выбор конкретного материала зависит от конкретных условий эксплуатации и требований к конечному изделию. Специалисты по металлургии и инженеры проводят тщательный анализ данных критериев для выбора наилучшего варианта из всех доступных.

Твёрдость сталей разных марок

Твёрдость стали — это её способность сопротивляться деформации при нагрузке. Она определяется на основе пробы на затвёрдение, которая заключается в измерении глубины проникновения конического инструмента в её поверхность. Твёрдость сталей разных марок может существенно отличаться, что обуславливается их химическим составом и технологическими параметрами производства.

Например, высоколегированная сталь марки 12Х18Н10Т имеет твёрдость 200-240 HB, что обеспечивает ей отличные прочностные характеристики и устойчивость к коррозии. Сталь марки ШХ15, применяемая в производстве режущего инструмента, обладает твёрдостью в пределах 57-58 HRC благодаря высокому содержанию хрома, вольфрама и молибдена в её составе.

• Сталь 40Х — 40-45 HRC;
• Сталь 65Г — 45-47 HRC;
• Сталь У8А — 63-67 HRC;
• Сталь У10 — 65-70 HRC;
• Сталь Р6М5 — 66-67 HRC.

Таким образом, знание твёрдости различных марок стали позволяет выбирать наиболее подходящий материал для конкретных условий эксплуатации и обеспечивать максимальную эффективность его использования.