Усі методи вимірювання твердості металів можна умовно розділити на дві групи: прямі та непрямі.
Це класичні методи вимірювання твердості за Брінеллем, за Роквеллом, за Віккерсом, за Шором, за Супер-Роквеллом. Твердість металів вимірюється або оцінюється в одиницях твердості. Принцип вимірювання твердості всіма прямими способами випливає з визначення жорсткості - можливості матеріалу чинити опір впровадженню іншого, більш жорсткого тіла. В якості більш твердішого тіла використовуються індентори, що виготовляються, наприклад, з алмазу або карбіду вольфраму і мають певну форму - кулька, конус, піраміда.
Прилади для вимірювання твердості прямими методами є стаціонарними установками, де до індентора, що впроваджується у виріб або зразок, прикладається певне навантаження. Наприклад, стаціонарний твердомір Роквелла NOVOTEST ТС-Р комплектується двома інденторами - кулька з діаметром 1.5875 мм та алмазна конусна пірамідка з кутом 120 °, випробувальні навантаження 60,100 та 150 кг.
Після застосування навантаження на поверхні зразка залишається відбиток. Для кожного прямого методу визначення твердості сформульована залежність для обчислення значення твердості за відомими значеннями прикладеного зусилля та певним геометричним параметрам відбитка. Для Роквелла, наприклад, реєструється глибина відбитка.
З переваг прямих методів вимірювання твердості варто відзначити універсальність у відношенні матеріалу випробуваного зразка. Стаціонарні твердомери спочатку готові до вимірювання твердості будь-яких металів та сплавів без додаткового калібрування. Недоліки – відсутність мобільності, обмеження за розмірами вимірюваних виробів, наявність досить великого відбитка, невисокий темп проведення вимірів.
Непрямих методів лише два – ультразвуковий та динамічний. Ці методи не напряму вимірюють твердість, а лише оцінюють значення твердості металу залежно від інших фізичних властивостей.
2.1. Вимірювання твердості ультразвуком полягає у фіксації ступеня зміни (загасання) частоти коливань стрижня із закріпленим на кінці індентором при впровадженні в поверхню зразка. Чим м'якший метал, тим більша глибина проникнення індентора і, відповідно, площа його контакту з металом, тим вища спутінь загасання частоти коливань (в ультразвуковому діапазоні). Метод практично не має обмежень за масою та розмірами випробуваних виробів, залишає ледь помітний відбиток, застосовується для вимірювання твердості поверхнево зміцнених шарів та виробів зі складною конструкцією (шестірні, підшипники, металовироби тощо). Обмежено застосовується на виробах із крупнозернистою структурою.
2.2. Динамічний метод реалізує залежність швидкості відскоку твердого тіла від твердості на поверхні зіткнення. Чим м'якший метал, тим більше енергії удару йде на формування відбитка (пластична деформація) і тим менша швидкість відскоку бойка з твердосплавною кулькою. Динамічний метод застосовується для великих, масивних виробів з вагою не менше 5 кг та товщиною стінки не менше 10 мм. Підходить для виміру твердості, у тому числі і на литих виробах. Менш чутливий до якості поверхні, ніж ультразвуковий метод.
2.3. Обидва непрямі методи набули поширення у вигляді портативних, електронних приладів. Вимірювання твердості переносним твердоміром базується на правильному виборі методу контролю (ультразвук або динаміка) та використанні коректного калібрування приладу. Зазвичай портативні твердоміри спочатку відкалібровані по сталі на сталевих мірах твердості і мають можливість користувальницького калібрування на інших металах і сплавах за наявності зразків з відомою твердістю.
Переваги переносних твердомірів NOVOTEST очевидні: мобільність, портативність, автономність, висока швидкість проведення вимірювань. Також варто відзначити наявність в електронних приладах можливості вимірювання твердості за декількома шкалами, архівації та статистичної обробки даних, зв'язку з комп'ютером.
Використовуються для налаштування та перевірки як портативних, так і стаціонарних твердомірів. Випускаються за кожною шкалою твердості окремо і мають унікальні розміри та номінали в одиницях твердості відповідно до нормативно-технічної документації. При роботі з динамічними твердомірами слід враховувати той факт, що маса будь-якої міри твердості менше 5 кг. В цьому випадку міри притираються на масивну плиту через шар мастила.
Автор: Сергій Погорєлов
