Таблица перевода твердости металла с бринелля на роквелл

Твердость материалов является интегрирующим показателем их механических свойств. Существует эмпирическое соответствие между значением твердости и рядом механических характеристик (например, предел прочности на сжатие, растяжение или изгиб).

С развитием машиностроения возникла необходимость иметь общие методики измерения твердости. В начале XX века профессором Людвигом была разработана теоретическая часть методики определения твердости алмазным конусом. В 1919 году Хью и Стэнли Роквеллы запатентовали гидромеханическую установку, которая получила имя — твердомер Роквелла.

Актуальность этого устройства вызвана необходимостью применения неразрушающих методов контроля твердости в подшипниковой промышленности. Существующий метод Бринелля (HB) основан на измерении площади отпечатка шарика диаметром 10 мм.

Отпечаток формируется с помощью шарика из закаленной стали или карбида вольфрама, который вдавливается в образец с определенным усилием. Метод Бринелля применяется для определения твердости цветных металлов или низколегированных сталей и неприменим для образцов из закаленной стали.

 Это связано с тем, что рабочая нагрузка составляет 3000 кгс. Шарик деформируется, поэтому метод Бринелля не может считаться неразрушающим методом контроля.

Метод измерения твердости по Роквеллу

Твердость — характеристика материала, противоположная пластичности, способности материала «вытекать» из-под нагрузки. Методика измерения твердости по Роквеллу предназначена для неразрушающего контроля твердости наименее пластичных материалов — сталей и их сплавов.

Универсальность метода заключается в наличии трех шкал твердости, которые проградуированы для измерения под одной из трех нагрузок (60, 100 и 150 кгс) для работы с одной из измерительных головок.

В качестве рабочего органа измерительной головки применяют алмазный конус с углом 120° и радиусом при вершине 0,2 мм или закаленный шарик диаметром 1/16“ (1,588 мм).

Метод основан на фиксации прямого измерения глубины проникновения твердого тела измерительной головки (индентора) в материал образца. Глубина отпечатка характеризует способность материала сопротивляться внешнему воздействию без образования валика из вытесненного металла вокруг индентора.

Единица твердость по Роквеллу — безразмерная величина, которая выражается в условных единицах до 100. За единицу твердости приняли перемещение индентора на 0,002.

Твердость металла по Роквеллу: таблица

Таблица создана для наглядного сравнения методов Роквелла и Бриннеля.

По Роквеллу	По Бринеллю
HRA Конус 120° с нагр. 60 кгс	HRC Конус 120° с нагр. 150 кгс	HRB Шарик Ø 1,58 мм с нагр. 100 кгс	Диаметр отпечатка мм	HB шарик Ø 10 мм нагр. 3000 кгс
84,5	65	—	2,34	688
83,5	64	—	2,37	670
83	63	—	2,39	659
82,5	62	—	2,42	643
82	61	—	2,45	627
81,5	60	—	2,47	616
81	59	—	2,5	601
80,5	58	—	2,54	582
80	57	—	2,56	573
79	56	—	2,6	555
79	55	—	2,61	551
78,5	54	—	2,65	534
78	53	—	2,68	522
77,5	52	—	2,71	510
76	51	—	2,75	495
76	50	—	2,76	492
76	49	—	2,81	474
75	48	—	2,85	461
74	47	—	2,9	444
73,5	46	—	2,93	435
73	45	—	2,95	429
73	44	—	3	415
72	42	—	3,06	398
71	40	—	3,14	378
69	38	—	3,24	354
68	36	—	3,34	333
67	34	—	3,44	313
67	32	—	3,52	298
66	30	—	3,6	285
65	28	—	3,7	269
64	26	—	3,8	255
63	24	100	3,9	241
62	22	98	4	229
61	20	97	4,1	217
60	18	95	4,2	207
59	—	93	4,26	200
58	—	—	4,34	193
57	—	91	4,4	187
56	—	89	4,48	180

(*) — Представленная таблица соответствия твердости по шкалам Роквелла HRA, HRC и HRB твердости по шкале Бринелля носит справочный характер и не может применяться для прикладных решений. В целях технического использования следует опираться на данные по ГОСТ 8.064-79 для шкал Роквелла HRA, HRC и Супер-Роквелла HRN, HRT, значения в котором приведены к эталонному значению HRCэ.

Как устроена шкала твердости по Роквеллу?

Разработано 11 шкал для определения твердости (A…H, K, N, T), которые предназначены для работы в различных комбинациях «интендор – нагрузка». Например, шкалы В, F и G используют для измерения шарик Ø 1,588 с нагрузкой по шкалам В, F — 60 кгс и по шкале G — 150 кгс. Для шкал Е, Н и К применяется шарик Ø 3,175 мм с разными нагрузками.

Распространены такие шкалы:

• А — с конусом и полным усилием на измерительной головке 60 кгс (10 кгс — предварительная нагрузка плюс 50 кгс — основная).
• В — с шариком Ø 1,588 и полным усилием на измерительной головке 100 кгс.
• С — с конусом и полным усилием на измерительной головке 150 кгс.

Предварительная нагрузка, которая позволяет выбрать зазоры твердомера и разрушить окисную пленку на образце, одинакова для измерений с использованием любых шкал.

В качестве индикатора используют устройство часового типа, которое позволяет регистрировать перемещение индентора на 0,002 мм с учетом перемещения рычагов. Максимальное перемещение измерительной головки при рабочей нагрузке — 0,2 мм. На индикаторе расположены шкала, содержащая 100 делений для каждого способа измерения (например, ТК 2 или NOVOTEST ТС-Р).

Диапазоны измерений для шкал (материалы):

• HRA  — 20…88 ед. (коррозионностойкие и жаропрочные стали)
• HRB  — 20…100 ед. (сплавы меди, ковкий чугун, низкоуглеродистые стали)
• HRC — 20…70 ед. (высокоуглеродистые стали после термической обработки)

Шкалы А и С объединены, шкала В выделена цветом или вынесена отдельно.

Твердомер по Роквеллу: что это такое и как работает?

Стационарный твердомер представляет собой цельнолитую жесткую П-образную конструкцию (положенную на бок) и состоящую из 2 блоков:

• Измерительный блок (верх) состоит из индикатора часового типа, который контактирует с рычагом подвеса нагрузки. Для исключения возникновения ударной нагрузки при включении режима вдавливания рычаг подвеса имеет гидравлический демпфер.
• Блок установочного перемещения (низ) состоит из винтовой пары с большим шагом для ручного перемещения стола. Винтовая пара служит для создания предварительной нагрузки и больших перемещений стола. Это позволяет измерять твердость на деталях с габаритами, намного превышающими размеры образца толщиной 20 мм. Твердость поверхности стола не ниже HRC 50.

Твердомеры могут иметь двигатель перемещения, электронную систему измерения с дисплеем и другие усовершенствования, не влияющие на методику измерения.

Измерения проводятся при нормальных условиях (температура — 18…23° С, влажность 70…80%).

Требования к образцу:

• образец (деталь) должен лежать устойчиво, не пружинить, не качаться;
• шероховатость поверхности образца не ниже Ra 2,5 по ГОСТ 2789-73.

На партию деталей изготавливают образец, который проходит термическую обработку вместе с деталями.

Порядок работы:

• образец устанавливают на стол;
• с помощью ходового винта образец подводят к интендору и нагружают предварительно (индикатор выставляется в 0);
• рычагом (кнопкой) включается режим вдавливания интендора в образец;
• при остановке стрелки индикатора (через 2…8 секунд после нагружения) снимают основную нагрузку, считывают значение твердости.

Современные твердомеры Роквелла, оборудованные цифровыми измерительными системами, имеют устройства автоматического подвода, предварительного нагружения, контроля величины усилия и времени рабочей нагрузки. Все усовершенствования должны обеспечивать соответствие требованиям ГОСТ 23677-79.

Плюсы и минусы метода

Главным достоинством метода измерения твердости по Роквеллу является его универсальность. Измерения проводят с тремя изменяемыми параметрами, что позволяет расширить сферу его применения.

Другие достоинства метода:

• относится к неразрушающим способам (можно использовать для контроля готовых изделий);
• позволяет контролировать цилиндрические изделия в призме диаметром от 6 мм или с кривизной поверхности R3 с учетом поправок (Прил. 3 по ГОСТ 9013-59 «ИСО 6508-86»);
• позволяет контролировать листовой материал толщиной 0,3…1,0 мм по шкале HRA (супер-роквелл);
• короткое время измерения (не более 2 минут с тестированием на контрольном образце);
• удобство считывания результатов.

К недостаткам относят менее высокую точность и повторяемость измерений по сравнению с методами Бринелля и Виккерса. Однако недостатки сполна компенсируются преимуществами.

Сравнение шкал измерения твёрдости — Ассоциация EAM

Твёрдость — свойство материала сопротивляться внедрению в него другого, более твёрдого тела — индентора.

Для измерения твёрдости существует несколько шкал (методов измерения), наиболее распространёнными среди которых являются [1]:

• метод Бринелля (HB) — твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение усилия, приложенного к шарику, к площади отпечатка. Размерность единиц твёрдости по Бринеллю — МПа. Метод не применяется для тонких материалов и материалов с большой твёрдостью;
• метод Роквелла (HRA, HRB, HRC) — твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания металлического шарика или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Твёрдость вычисляется по формуле [2]: HR = HRmax — (H — h) / 0,002, где HRmax — максимальная твёрдость по Роквеллу (по шкалам A и C составляет 100 единиц, а по шкале B — 130 единиц), (H — h) — разность глубин погружения индентора (в миллиметрах) после снятия основной нагрузки и до её приложения (при предварительном нагружении). Твёрдость, определённая по этому методу, является безразмерной величиной. Метода Роквелла проще в реализации, но обладает меньшей точностью по сравнению с методами Бринелля и Виккерса. Не допускается проверка образцов с толщиной менее десятикратной глубины проникновения наконечника;
• метод Виккерса (HV) — твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение нагрузки, приложенной к пирамидке, к площади отпечатка. Размерность единиц твёрдости по Виккерсу — МПа. Позволяет определять твёрдость азотированных и цементированных поверхностей, а также тонких листовых материалов [3]:, но обладает пониженной точностью в нижнем диапазоне (для мягких материалов).

Результаты измерения твёрдости по методам Роквелла и Виккерса могут быть переведены с помощью таблиц в единицы твёрдости по методу Бринелля (таблица 1) [4]. Зная твёрдость по Бринеллю, можно рассчитать предел прочности и текучести материала, что важно для прикладных инженерных задач [5]:

• для стали:
  σв = 3,33 × HB;
  σт = 1,67 × HB;
• для алюминиевых сплавов:
  σв = 3,62 × HB;
• для медных сплавов:
  σв = 2,60 × HB;

где σв — предел прочности, МПа; σт — предел текучести, МПа.

Таблица 1 — Перевод результатов измерения твёрдости

Шкала Бринелля, HB
Шкала Роквелла, HRB (HRC)
Шкала Виккерса, HV

100	52,4	100
105	57,5	105
110	60,9	110
115	64,1	115
120	67,0	120
125	69,8	125
130	72,4	130
135	74,7	135
140	76,6	140
145	78,3	145
150	79,9	150
155	81,4	155
160	82,8	160
165	84,2	165
170	85,6	170
175	87,0	175
180	88,3	180
185	89,5	185
190	90,6	190
195	91,7	195
200	92,8	200
205	93,8	205
210	94,8	210
215	95,7	215
220	96,6	220
225	97,5	225
230	98,4	230
235	99,2	235
240	100,0	240
245	(21,2)	245
250	(22,1)	250
255	(23,0)	255
260	(23,9)	260
265	(24,8)	265
270	(25,6)	270
275	(26,4)	275
280	(27,2)	280
285	(28,0)	285
290	(28,8)	290
295	(29,5)	295
300	(30,2)	300
310	(31,6)	310
319	(33,0)	320
328	(34,2)	330
336	(35,3)	340
344	(36,3)	350
352	(37,2)	360
360	(38,1)	370
368	(38,9)	380
376	(39,7)	390
384	(40,5)	400
392	(41,3)	410
400	(42,1)	420
408	(42,9)	430
416	(43,7)	440
425	(44,5)	450
434	(45,3)	460
443	(46,1)	470
(47,5)	490
(48,2)	500
(49,6)	520
(50,8)	540
(52,0)	560
(53,1)	580
(54,2)	600
(55,4)	620
(56,5)	640
(57,5)	660
(58,4)	680
(59,3)	700
(60,2)	720
(61,1)	740
(62,0)	760
(62,8)	780
(63,6)	800
(64,3)	820
(65,1)	840
(65,8)	860
(66,4)	880
(67,0)	900
(69,0)	1114
(72,0)	1220

Перевод значений твёрдости следует использовать лишь в тех случаях, когда невозможно испытать материал при заданных условиях. Полученные переводные числа твёрдости являются лишь приближёнными и могут быть неточными для конкретных случаев. Строго говоря, такое сравнение чисел твёрдости, полученных разными методами и имеющих разную размерность, лишено всякого физического смысла, но, тем не менее, имеет вполне определённую практическую ценность.

Перечень ссылок

0 0 голоса

Рейтинг статьи

Перевод единиц твердости по Роквеллу, Бринеллю и Виккерсу (таблица)

Горизонтальное прокручивание таблицы на смартфонах

Роквелл Бринелль Виккерс Шор На разрыв HRA HRC HB (3000H) Диаметр отпечатка, мм HV HSD Н/мм²

89	72	782	2.20	1220
86.5	70	1076	101
86	69	744	2.25	1004	99
85.5	68	942	97
85	67	713	2.30	894	95
84.5	66	854	92
84	65	683	2.35	820	91
83.5	64	789	88
83	63	652	2.40	763	87
82.5	62	739	85
81.5	61	627	2.45	715	83
81	60	695	81	2206
80.5	59	600	2.50	675	80	2137
80	58	2.55	655	78	2069
79.5	57	578	636	76	2000
79	56	2.60	617	75	1944
78.5	55	555	598	74	1889
78	54	2.65	580	72	1834
77.5	53	532	562	71	1772
77	52	512	2.70	545	69	1689
76.5	51	495	2.75	528	68	1648
76	50	513	67	1607
75.5	49	477	2.80	498	66	1565
74.5	48	460	2.85	485	64	1524
74	47	448	2.89	471	63	1496
73.5	46	437	2.92	458	62	1462
73	45	426	2.96	446	60	1420
72.5	44	415	3.00	435	58	1379
71.5	42	393	3.08	413	56	1317
70.5	40	372	3.16	393	54	1255
38	352	3.25	373	51	1193
36	332	3.34	353	49	1138
34	313	3.44	334	47	1076
32	297	3.53	317	44	1014
30	283	3.61	301	42	965
28	270	3.69	285	41	917
26	260	3.76	271	39	869
24	250	3.83	257	37	834
22	240	3.91	246	35	793
20	230	3.99	236	34	752

Твердость по Роквеллу

• Вдавливание алмазного конуса с углом 120° при вершине и замер относительной глубины погружения в исследуемый материал. 
• Шкала А — нагрузка 60 кгс,  для карбида вольфрама (ВК)
• Шкала С — нагрузка 150 кгс, для твердых сталей HRB>100

Преимущество — простота. Недостаток — низкая точность.  

Твердость по Бринеллю

Диаметр отпечатка  металлического шарика в материале.

Недостаток — твердость до 450HB.  

Твердость по Виккерсу

Площадь отпечатка от алмазной пирамидки.  

Твердость по Шору

Отскок шарика от поверхности в склероскопе (метод отскока). Очень простой и удобный метод.

Определение твердости материала является важной частью технологического процесса изготовления деталей любой сложности.

Различные методы поиска твердости металла связанны в первую очередь с отличием их структуры и формы. Поработать с обычной заготовкой в форме болванки не составит труда, вот для листового материала нужен особый подход, учитывая его небольшую толщину.

1. Лишь с помощью метода Виккерса удобнее всего искать твёрдость азотированных и цементированных поверхностей.
2. Расчет ресурса работы металлорежущего инструмента, его долговечность, всегда производится в первую очередь с учетом табличных показателей.
3. Именно благодаря повышенной твердости (около 71 HRC) твердосплавные сверла и фрезы из сплава ВК8 позволяют обрабатывать сверхтвердые материалы.

Соотношения между числами твердости

Твердостью металла называют его свойство оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии стандартного тела-наконечника на поверхностные слои материала.

Испытание на твердость — основной метод оценки качества термообработки изделия.

Определение твердости по методу Бринелля. Метод основан на том, что в плоскую поверхность под нагрузкой внедряют стальной шарик. Число твердости НВ определяется отношением нагрузки к сферической поверхности отпечатка.

Метод Роквелла (HR) основан на статическом вдавливании в испытываемую поверхность наконечника под определенной нагрузкой. В качестве наконечников для материалов с твердостью до 450 HR используют стальной шарик. В этом случае твердость обозначают как HRB. При использовании алмазного конуса твердость обозначают как HRA или HRC (в зависимости от нагрузки).

Твердость по методу Виккерса (HV) определяют путем статического вдавливания в испытуемую поверхность алмазной четырехгранной пирамиды. При испытании измеряют отпечаток с точностью до 0,001 мм при помощи микроскопа, который является составной частью прибора Виккерса.

Метод Шора. Сущность данного метода состоит в определении твердости материала образца по высоте отскакивания бойка, падающего на поверхность испытуемого тела с определенной высоты. Твердость оценивается в условных единицах, пропорциональных высоте отскакивания бойка.

Числа твердости HRC для некоторых деталей и инструментов

Детали и инструменты Число твердости HRC

Головки откидных болтов, гайки шестигранные, рукоятки зажимные	33…38
Головки шарнирных винтов, концы и головки установочных винтов, оси шарниров, планки прижимные и съемные, головки винтов с внутренними шестигранными отверстиями, палец поводкового патрона	35…40
Шлицы круглых гаек	36…42
Зубчатые колеса, шпонки, прихваты, сухари к станочным пазам	40…45
Пружинные и стопорные кольца, клинья натяжные	45…50
Винты самонарезающие, центры токарные, эксцентрики, опоры грибковые и опорные платики, пальцы установочные, цанги	50…60
Гайки установочные, контргайки, сухари к станочным пазам, эксцентрики круговые, кулачки эксцентриковые, фиксаторы делительных устройств, губки сменные к тискам и патронам, зубчатые колеса	56…60
Рабочие поверхности калибров — пробок и скоб	56…64
Копиры, ролики копирные	58…63
Втулки кондукторные, втулки вращающиеся для расточных борштанг	60…64

Таблица соотношений между числами твердости по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу, Шору

По Роквеллу
По Бринеллю
По Виккерсу (HV)
По Шору
HRC
HRA
HRB
Диаметр отпечатка HB

65	84,5	—	2,34	688	940	96
64	83,5	—	2,37	670	912	94
63	83	—	2,39	659	867	93
62	82,5	—	2,42	643	846	92
61	82	—	2,45	627	818	91
60	81,5	—	2,47	616	—	—
59	81	—	2,5	601	756	86
58	80,5	—	2,54	582	704	83
57	80	—	2,56	573	693	—
56	79	—	2,6	555	653	79,5
55	79	—	2,61	551	644	—
54	78,5	—	2,65	534	618	76,5
53	78	—	2,68	522	594	—
52	77,5	—	2,71	510	578	—
51	76	—	2,75	495	56	71
50	76	—	2,76	492	549	—
49	76	—	2,81	474	528	—
48	75	—	2,85	461	509	65,5
47	74	—	2,9	444	484	63,5
46	73,5	—	2,93	435	469	—
45	73	—	2,95	429	461	61,5
44	73	—	3	415	442	59,5
42	72	—	3,06	398	419	—
40	71	—	3,14	378	395	54
38	69	—	3,24	354	366	50
36	68	—	3,34	333	342	—
34	67	—	3,44	313	319	44
32	67	—	3,52	298	302	—
30	66	—	3,6	285	288	40,5
28	65	—	3,7	269	271	38,5
26	64	—	3,8	255	256	36,5
24	63	100	3,9	241	242	34,5
22	62	98	4	229	229	32,5
20	61	97	4,1	217	217	31
18	60	95	4,2	207	206	29,5
—	59	93	4,26	200	199	—
—	58	—	4,34	193	192	27,5
—	57	91	4,4	187	186	27
—	56	89	4,48	180	179	25

Определение твердости металлов и сплавов

ГОСТ 9012 – 59

• Данный метод заключается во вдавливании шарика, который изготавливается из стали или твёрдого сплава, в испытуемый объект с некоторой силой направленной перпендикулярно, и последующего измерения полученного диаметра отпечатка.
• Твердость по Бринеллю имеет своё символьное обозначение:
• НВ – наносится в случае использования стального шарика;
• HBW – в данном случае применяется шарик из твёрдого сплава.
• Перед буквенным обозначением указывается цифровое значение твёрдости, а после него диаметр шарика, значение силы воздействия и время выдержки, если она отлична от 10 до 15 секунд.
• Примеры обозначений:
• 250 НВ 5/750 – твердость по Бринеллю 250, использовался пяти миллиметровый стальной шарик, сила воздействия составляла 750 кгс (7355 Н). Продолжительность выдержки не указана, это означает, что она находится в пределах от 10 до 15 секунд;
• 575 HBW 2,5/187,5/30 – твердость по Бринеллю 575, используется твердосплавный шарик с диаметром 2,5 мм, приложенная сила равна 187,5 кгс (1839 Н) а выдержка составляет 30 секунд.
• При силе 3000 кгс (29420 Н) приложенной твердосплавным или стальным десятимиллиметровым шариком к поверхности образца или изделия с выдержкой от десяти до пятнадцати секунд указывают только твёрдость и символы.
• Пример: 190 НВ, 600 HBW.

ГОСТ 2999 – 75

1. Данным методом твёрдость измеряется по средствам вдавливания алмазного наконечника с геометрической формой правильной четырехгранной пирамиды в испытуемый объект и последующим замером диагоналей получившегося отпечатка после его выведения.
2. Твердость по Виккерсу обозначают цифрами в зависимости от величины твердости и буквами HV.
3. Пример обозначения:
4. 450 HV – твердость по Виккерсу соответствует значению 450, приложенная сила 30 кгс и время затраченное на выдержку 10 – 15 секунд.
5. 220 HV 10/40 – твердость по Виккерсу ровна значению 220, сила ровна 98,07 Н (10 кгс), выдержка 40 секунд.

Общего точного перевода чисел твердости, измеренных алмазной пирамидой (по Виккерсу), на числа твердости по другим шкалам или на прочность при растяжении не существует. Поэтому следует избегать таких переводов, за исключением частных случаев, когда благодаря сравнительным испытаниям имеются основания для перевода.

ГОСТ 9013 – 59

Данный метод основан на внедрение в поверхность тела алмазного конусного или стального сферического наконечника под действием двух последовательных сил с последующим определением глубины проникновения наконечника. Причём замер производится после отключения основной силы.

Обозначение твёрдости по Роквеллу наносится символами, HR перед которыми указывается цифровое значение твердости, а после символ принадлежности к определённой шкале.

Пример: 24,8 HRC – твердость по Роквеллу 24,8 единиц по шкале С.

Для унификации измерений был введён специальный эталон для шкал твердости Роквелла и Супер-Роквелла (ГОСТ 8.064 – 94), которые приведены в таблице ниже.

В последующих таблицах приводятся приближенные соотношения между значениями твердости, выявленные различными методами.