Промышленность Башкортостана — нефтехимия, машиностроение, производство оборудования для ТЭК — держится на металле, который должен вести себя предсказуемо. Вал не должен изнашиваться за один сезон, зубчатое колесо — выкрашиваться, а деталь, прошедшая закалку, обязана иметь ту твёрдость, которая заложена в чертеже. Проверяют это одним из самых старых и при этом самых востребованных методов контроля — измерением твёрдости.
Что вообще измеряет твердомер
Твёрдость — это сопротивление материала местной пластической деформации: попросту говоря, насколько трудно вдавить в него что-то более твёрдое. Прибор давит на образец индентором (шариком, конусом или алмазной пирамидкой) с точно заданной нагрузкой, а затем оценивает результат — либо по глубине отпечатка, либо по его диаметру под микроскопом.
Ценность метода в том, что он быстрый, почти не портит деталь и хорошо коррелирует с другими свойствами. По твёрдости косвенно судят о прочности стали, о том, правильно ли прошла термообработка, не «повело» ли материал при сварке, выдержана ли глубина цементованного слоя.
Пять методов, которые встречаются в цехах
Роквелл (HR) — самый массовый метод в машиностроении. Прибор сам показывает результат по шкале, отпечаток мелкий, измерение занимает секунды. Шкала HRC применяется для закалённых сталей, HRB — для мягких, для тонких деталей и покрытий используется супер-Роквелл с уменьшенными нагрузками. Регламентируется ГОСТ 9013-59.
Бринелль (HB) — метод для «грубых» материалов: чугуна, литья, поковок, отожжённых сталей, цветных сплавов. Шарик вдавливается с большой нагрузкой, отпечаток получается крупным и усредняет неоднородную структуру. Диаметр отпечатка замеряют оптически. Стандарт — ГОСТ 9012-59.
Виккерс (HV) — универсальный и самый точный из перечисленных. Алмазная пирамида и широкий диапазон нагрузок позволяют мерить и массивную деталь, и тонкое покрытие. Метод описан в ГОСТ 2999-75 и особенно удобен, когда нужно сравнивать разные материалы по одной шкале.
Шор (HS) — отдельная история: по Шору измеряют твёрдость резины, полимеров и эластомеров. Для нефтехимических производств с их уплотнениями, рукавами и РТИ это рабочий инструмент повседневного контроля.
Динамический метод (по Либу) реализован в портативных приборах. Боёк ударяет по поверхности, прибор сравнивает скорость до и после отскока. Точность ниже, чем у стационарных твердомеров, но измерить можно то, что невозможно принести в лабораторию, — корпус аппарата, трубопровод, станину, сварной шов на смонтированной конструкции.
Стационарный, портативный или микротвердомер
Выбор чаще всего сводится к трём сценариям.
Стационарный настольный прибор — для ОТК и заводской лаборатории, куда деталь можно принести. Максимальная точность, стабильность результата, возможность работы по аттестованной методике.
Портативный твердомер — для входного контроля металлопроката, обследования оборудования, работы на монтаже и в полевых условиях. Помещается в руке, питается от аккумулятора, но требует аккуратности: результат чувствителен к массе детали, шероховатости и подготовке поверхности.
Микротвердомер — для исследовательских задач: измерение твёрдости отдельных структурных составляющих, покрытий, азотированных и цементованных слоёв, зоны термического влияния сварного шва. Здесь отпечаток измеряется через микроскоп или видеосистему с анализом изображения, а нагрузки исчисляются граммами. Современные приборы для измерения твёрдости металлов этого класса выдают результат автоматически, без субъективного «на глаз» замера окуляром.
На что обратить внимание при покупке
- Диапазон нагрузок и шкал — прибор должен закрывать реальную номенклатуру деталей, а не одну позицию.
- Габариты рабочего пространства — вылет и высота под индентором ограничивают размер детали жёстче, чем кажется на этапе выбора.
- Способ отсчёта — цифровой индикатор быстрее и исключает ошибки оператора, оптический даёт больше контроля в спорных случаях.
- Наличие в Госреестре СИ и возможность поверки — без этого результаты не примут ни при аттестации, ни при разборе рекламации.
- Комплект мер твёрдости — эталонные образцы нужны для регулярной проверки прибора, а не «когда-нибудь потом».
Коротко
Универсального твердомера не существует: под литьё берут Бринелль, под закалённые детали — Роквелл, под покрытия и исследования — Виккерс и микротвердомеры, под смонтированное оборудование — портативные динамические приборы. Ошибка на этом этапе стоит дорого не деньгами за прибор, а неверно принятыми партиями и деталями, которые вышли из строя раньше срока. Поэтому выбирать стоит от задачи — от того, что и где предстоит измерять каждый день.