Три стандарта твердости стали

2026-02-19

Способность металлического материала сопротивляться вдавливанию твердых предметов называется твердостью. В зависимости от метода испытания и области применения твердость подразделяется на твердость по Брюэллю, по Роквеллу, по Викеру, по Шоре, микротвердость и высокотемпературную твердость. Для труб обычно используются три вида твердости: по Брюэллю, по Роквеллу и по Викеру.

1. Твердость по Брюэллю (HB)

Стальной шарик или шарик из твердого сплава определенного диаметра вдавливают в поверхность образца с заданной испытательной силой (F); после выдержки в течение заданного времени испытательную силу снимают и измеряют диаметр вмятины (L) на поверхности образца. Значение твердости по Брюэллю представляет собой частное от деления испытательной силы на площадь сферической поверхности вмятины. Оно обозначается как HBS (стальной шарик) и измеряется в Н/мм² (МПа).

Формула расчета выглядит следующим образом:

где: F — испытательная сила, приложенная к поверхности металлического образца, Н;

D — диаметр испытательного шарика, мм;

d — средний диаметр вмятины, мм.

Определение твердости по Брюэллю является достаточно точным и надежным, однако, как правило, HBS применима только к металлическим материалам с твердостью не более 450 Н/мм² (МПа) и не подходит для более твердых сталей или тонких листов. В стандартах на стальные трубы твердость по Брюэллю имеет наиболее широкое применение, и твердость материала часто обозначается диаметром вмятины d, что является наглядным и удобным.

Пример: 120HBS10/1000130: означает, что значение твердости по Брюэллю, измеренное с помощью стального шарика диаметром 10 мм при усилии 1000 кгс (9,807 кН) в течение 30 секунд, составляет 120 Н/мм² (МПа).

2. Твердость по Роквеллу (HR)

Испытание на твердость по Роквеллу, как и испытание на твердость по Брюэллю, является методом определения твердости по вмятине. Отличие заключается в том, что в этом случае измеряется глубина вмятины. То есть под действием начального испытательного усилия (Fo) и общего испытательного усилия (F) индикатор (конус из алмаза или стальной шарик) вдавливается в поверхность образца, после чего, по истечении установленного времени выдержки, снимается основное испытательное усилие, и значение твердости рассчитывается по измеренному приросту глубины остаточной вмятины (e). Это значение представляет собой безразмерную величину, обозначаемую символом HR. Используются 9 шкал: A, B, C, D, E, F, G, H, K. Среди них для испытаний твердости стали обычно используются шкалы A, B, C, то есть HRA, HRB, HRC.

Значение твердости рассчитывается по следующей формуле:

При испытании по шкалам A и C: HR = 100 – e

При испытании по шкале B: HR = 130 – e

В формуле e — приращение глубины остаточной вмятины, выраженное в установленных единицах 0,002 мм, то есть при осевом смещении индикатора на одну единицу (0,002 мм) происходит изменение твердости по шкале Роквелла на одну единицу. Чем больше значение e, тем ниже твердость металла, и наоборот — чем меньше значение e, тем выше твердость.

Диапазоны применения вышеуказанных трех шкал следующие:

HRA (алмазный конический индикатор) 20–88

HRC (алмазный конический индикатор) 20–70

HRB (стальной шарик диаметром 1,588 мм) 20–100

Испытание по шкале Роквелла является одним из наиболее широко применяемых в настоящее время методов, причем в стандартах на стальные трубы показатель HRC используется вторым по популярности после показателя твердости по Брюэллю (HB). Метод Роквелла подходит для определения твердости металлических материалов от крайне мягких до крайне твердых; он восполняет недостатки метода Брюэлля, является более простым в применении и позволяет считывать значение твердости непосредственно с циферблата прибора. Однако из-за небольшого размера вмятины показатели твердости, полученные этим методом, менее точны, чем при использовании метода Брюэлля.

3. Твёрдость по Викеру (HV)

Испытание на твёрдость по Викеру также представляет собой метод испытания по методу вдавливания: алмазный индикатор в форме правильного четырехгранного пирамидального тела с углом между противоположными гранями 136° вдавливается в испытуемую поверхность с заданной испытательной силой (F); после выдерживания в течение установленного времени испытательная сила снимается, и измеряется длина двух диагоналей вмятины.

Значение твердости по Викеру представляет собой отношение испытательной силы к площади отпечатка; формула расчета выглядит следующим образом:

где: HV — обозначение твердости по Викеру, Н/мм² (МПа);

F — испытательная сила, Н;

d — среднее арифметическое значения двух диагоналей отпечатка, мм.

При испытании по Вику используются шесть уровней испытательной силы F: 5 (49,03), 10 (98,07), 20 (196,1), 30 (294,2), 50 (490,3) и 100 (980,7) кгс (Н), что позволяет измерить твердость в диапазоне от 5 до 1000 HV.

Пример обозначения: 640HV30/20 означает, что твердость по Викеру, измеренная при испытательном усилии 30Hgf (294,2 Н) в течение 20 с (секунд), составляет 640 Н/мм² (МПа).

Метод Вика может применяться для определения твердости очень тонких металлических материалов и поверхностных слоев. Он обладает основными преимуществами методов Брюэлля и Роквелла, устраняя при этом их основные недостатки, однако не столь прост в применении, как метод Роквелла. Метод Вика редко используется в стандартах на стальные трубы.

Предыдущий Следующий

Последние новости