Испытания на твёрдость

В современном производстве нет мелочей. Каждая деталь, каждая поверхность, каждая партия материала должны быть проверены, чтобы конечный продукт работал долго и безотказно.

Одним из важнейших этапов контроля качества является испытание на твёрдость — процедура, которая помогает определить, насколько материал способен сопротивляться деформациям и внешним нагрузкам. От этого напрямую зависит прочность, износостойкость и долговечность изделий — три характеристики, без которых невозможно представить ни строительство, ни машиностроение, ни металлургию.

Что такое испытание металлов на твёрдость и зачем оно проводится

Твёрдость — это свойство материала сопротивляться пластической деформации или повреждению при воздействии нагрузки. Говоря простыми словами, это «характер» материала, его стойкость к внешним испытаниям. Чем выше этот показатель, тем дольше изделие прослужит в реальных условиях эксплуатации.

К видам изделий, для которых выполняются проверки, относятся:

• металлы и сплавы (сталь, алюминий, медь, никель, титан и др.);

• древесина и фанера;

• полимеры, пластмассы, резины;

• лакокрасочные покрытия;

• керамика и стекло.

Основные цели исследований:

• контроль качества готовых изделий;

• проверка технологических процессов (термообработка, закалка, упрочнение);

• прогнозирование срока службы оборудования;

• подтверждение соответствия требованиям нормативных документов.

СПРАВКА: определение твёрдости является универсальным инструментом для оценки надёжности материалов. В отличие от многих других методик контроля, оно не разрушает изделие и позволяет судить о его ресурсе даже без полной нагрузки.

Основные методы испытаний на твёрдость

Методы различаются по способу воздействия на образец: прямые (вдавливание индентора) и косвенные (по результатам реакции материала). Также применяются статические, динамические и кинематические подходы.

Прямые методы

• Бринелля (HB) — вдавливание стального или твердосплавного шарика. Оценка проводится по диаметру отпечатка. Используется для мягких металлов и массивных заготовок.

• Роквелла (HR) — измеряется глубина остаточного отпечатка после последовательного приложения предварительной и основной нагрузки. Универсальный метод, охватывающий широкий спектр материалов.

• Виккерса (HV) — индентор в виде алмазной пирамиды. Показатель вычисляется по диагоналям отпечатка. Способ обеспечивает высокую точность и подходит для твёрдых сплавов, тонких покрытий.

• Метод микротвёрдости — проводится локально малыми нагрузками, используется при исследовании микроструктуры и тонких слоёв.

Косвенные методы

• Динамические (Шора, Лиувилля) — результат определяется по отскоку ударного тела. Метод удобен при контроле крупных или сложных деталей.

• Ультразвуковой контактный метод (UCI) — основан на изменении частоты колебаний индентора. Применяется при контроле упрочнённых поверхностей или изделий с коррозией.

Другие подходы

• Кинематический — анализируется процесс вдавливания на всех стадиях, строится диаграмма по статистическим данным.

• Статический — инструмент внедряется в образец плавно, с выдержкой. Метод относят к неразрушающим.

Во всех случаях твёрдость оценивается так, чтобы избежать разрушения образца, а результат получался сопоставимым и пригодным для анализа.

Оборудование и приборы, применяемые при измерениях

Точность и достоверность результатов напрямую зависят от применяемого оборудования — твердомеров. Они классифицируются на стационарные и переносные.

Стационарные твердомеры
Предназначены для лабораторных исследований, где критически важны максимальная точность и соблюдение стандартных условий тестирования. Такие устройства, например, модели серий TB-3000 (Бринелль), THS-1000 (Роквелл) или TV-2000 (Виккерс), оснащены сложными системами нагружения, точной механикой и программным обеспечением для автоматизации измерений и документирования результатов. Они устанавливаются в лабораториях или непосредственно на производственных линиях для выборочного контроля.

Переносные (портативные) твердомеры
Используются для оперативного контроля непосредственно на производственных линиях, складах или объектах строительства. Современные портативные устройства отличаются компактными размерами, позволяют определять параметры по нескольким шкалам и оснащены автономным питанием и функцией хранения данных, что делает их незаменимыми для выездной работы специалистов. К ним относятся, например, динамические твердомеры и приборы статического действия, регламентированные ГОСТ 22761-77.

Нормативные документы

Испытания всегда должны соответствовать требованиям стандартов. В России применяются:

• ГОСТ 9012-59 — метод Бринелля для металлов с твёрдостью до 650 единиц;

• ГОСТ 9013-59 — способ Роквелла;

• ГОСТ 2999-75 — подход Виккерса для чёрных и цветных металлов и сплавов;

• ГОСТ 25698-98 — методы для спечённых металлических материалов;

• ГОСТ 24621-2015 — определение твёрдости пластмасс и эбонита по Шору;

• ГОСТ 22761-77 — тест Бринелля переносными твердомерами.

Дополнительно используются международные стандарты ISO, например ISO 6507, регламентирующий метод Виккерса.

Порядок проведения испытания и требования к образцам

Для корректных результатов необходимо соблюдать требования к образцам:

• поверхность должна быть ровной, очищенной от загрязнений и оксидов;

• толщина должна превышать пятикратный диаметр отпечатка;

• расстояние между отпечатками — не менее трёх диаметров.

Этапы испытания:

1. Установка образца в прибор.

2. Приложение нагрузки.

3. Фиксация параметров отпечатка.

4. Расчёт показателя твёрдости.

5. Повторные измерения для подтверждения стабильности результата.

Нагрузка подбирается так, чтобы деформация не разрушала образец, но была достаточной для анализа.

Содержание протокола испытания на твёрдость

Результаты оформляются официальным протоколом. В него вносятся:

• название лаборатории;

• сведения об изделии (характеристики для идентификации);

• данные о заказчике;

• даты отбора образцов и проведения испытаний;

• описание методики и перечня процедур;

• условия испытаний (тип индентора, величина нагрузки);

• полученные результаты и их обработка;

• заключение о соответствии нормативам;

• подписи ответственного специалиста и руководителя лаборатории.

Протокол имеет юридическую силу и служит подтверждением качества и характеристик продукции.

Комплексная поддержка и услуги РТУ24

Испытания на твёрдость — это только часть большой работы по подтверждению качества продукции. 

Специалисты портала «РТУ24» возьмут на себя подготовку разрешительных документов. Мы поможем оформить:

1. Технические условия на продукцию.

2. Штрихкодирование и товарный знак.

3. Сертификаты соответствия ТУ или ГОСТ.

4. Добровольные пожарные сертификаты.

5. Сертификат ИСО 9001 для системы менеджмента.

6. Паспорт качества.

7. Руководство по эксплуатации.

8. Экспертное заключение.

Оформите заявку на портале, чтобы получить комплексную поддержку — от сбора документов до ввода резервуара в эксплуатацию.

С нашей помощью вы сэкономите время, избежите ошибок в документации и сможете без лишних бюрократических задержек выйти на рынок.