Твердость измеряют методом Бринелля в тех случаях, когда имеется достаточно большой и не слишком тонкий образец из черных и цветных металлов и их сплавов. Наиболее существенную роль играет метод Бринелля при определении твердости чугуна. Диапазон измерения твердости этим методом от 8 до 650 единиц. Для ориентации следует указать твердость чугунных деталей металлообрабатывающих станков. Она колеблется от 150 до 250 единиц твердости по Бринеллю.
Необходимо отметить, что при практических измерениях твердости метрологи и контролеры ОТК предприятий не занимаются расчетами. Они работают, используя приборы и таблицы. На прессе Бринелля или другом универсальном прессе продавливают образец. При этом, согласно стандарту, диаметры отпечатков должны находиться в пределах 0,2<d<;0,6. При несоблюдении этого условия испытание признают недействительным, его необходимо повторить с применением соответствующей нагрузки.
Далее измеряют диаметр отпечатка с помощью отсчетных микроскопов, погрешность которых не должна превышать 4=0,02 мм на всю длину шкалы. Отсчетный микроскоп — это относительно простой прибор: трубка с окуляром и объективом с 7—10-кратным увеличением. Когда смотришь в него на отпечаток шарика, то в поле зрения и шкала для измерения диаметра отпечатка. Этот диаметр измеряют в двух взаимно перпендикулярных направлениях и определяют среднее арифметическое из двух измерений. Теперь по таблице, приведенной в ГОСТ, против цифры, обозначающей диаметр отпечатка, находим значение твердости испытуемого материала по Бринеллю.
При контроле твердости деталей и образцов из чугуна на станкостроительных заводах используют шарик диаметром 10 мм при нагрузке 29 420 либо 14 710 Н (ньютонов).
Не менее, чем метод Бринелля, распространен метод определения твердости, носящий имя американского металлурга С. П. Роквелла. Его преимуществом является сравнительная простота определения твердости на более сложной машине — прессе Роквелла. При этом методе метрологи и контролеры ОТК не проводят замеры отпечатка с последующим использованием стандартных таблиц твердости. Значение твердости образца можно прочесть на шкалах прибора Роквелла непосредственно при испытаниях.
Сущность метода измерения твердости по Роквеллу заключается во вдавливании наконечника с алмазным конусом или стального шарика диаметром 1,5875 мм в испытуемый образец (изделие) под действием последовательно прилагаемых нагрузок — предварительной и основной. Автоматическое измерение глубины внедрения индентора (алмазный конус или шарик) после снятия основной нагрузки отражается на одной из шкал прибора в виде показателя твердости испытуемого образца. При измерении твердости по методу Роквелла прибор обеспечивает плавное приложение предварительной нагрузки, равной 98 Н (10 кгс). Соблюдается строгая перпендикулярность нагружающей силы поверхности образца. Далее в течение 2—8 с прикладывается основная нагрузка до ее максимального значения. В случае, когда используется индентор — алмазный конус (определение твердости по шкалам А и С прибора), основная нагрузка составляет 490 Н (50 кгс) для шкалы А и 1373 Н (140 кгс) для шкалы С. При использовании индентора — шарика (шкала В) испытательная основная нагрузка составляет 883 Н (90 кгс). Через 2 с после достижения максимального значения основной нагрузки она плавко снимается и можно по соответствующей шкале индикатора прибора прочесть, сколько единиц твердости содержит образец. При записи после обозначения твердости по Роквеллу обязательно ставится индекс шкалы (HRA, HRC, HRB). В станкостроении наиболее применима шкала С, так как методом С измеряют твердость в диапазоне 22—68 единиц Роквелла. Это диапазон твердости закаленных, улучшенных, подвергнутых другим видам термической обработки деталей стайков и Пашин, да и многих заготовок деталей машин и технологической оснастки из конструкционных и инструментальных сталей до и после термообработки. Пределы измерения твердости по шкале А составляют 70—85 единиц для очень твердых образцов, встречаемых не часто в станкостроении, но сплошь и рядом применяемых в инструментальной промышленности. Предельные значения твердости по шкале В составляют 25—100 единиц. Эта шкала (индентор — шарик) является универсальной, но и менее точной. Ее используют для измерения твердости более мягких материалов, чем закаленная сталь, в основном нетермообработанных.
Для измерения твердости применяют прессы Бринелля, приборы Роквелла различных модификаций, переносные приборы для контроля твердости крупных деталей непосредственно в цехах. Например, небольшим переносным прибором Польди можно контролировать твердость направляющих огромных многотонных станин металлорежущих станков и прессов, что очень важно для обеспечения качества станков и прессов — ведь станину не проверишь на небольшом стационарном приборе. Выпускаются и универсальные приборы для измерения твердости, на которых можно проводить измерения всеми стандартизованными методами.
Для измерения твердости по методу Роквелла применяется прибор мод. ТК-2М. Прибор состоит из узлов и механизмов, смонтированных в литом чугунном корпусе 1. Механизм нагружения для создания испытательной нагрузки и измерения глубины отпечатка по индикатору 13 включает в себя электродвигатель 20, работающий непрерывно и отключаемый только при больших перерывах в работе кнопкой «Стоп»; одноступенчатый червячный редуктор 19 и рабочий кулачок 18\ профиль которого рассчитан на проведение испытания нагружением в пределах 5 с; шток 17, с помощью которого прикладывается и снимается испытательная нагрузка. Механизм нагружения рычажного типа с передаточным отношением 1:20, кроме перечисленных, включает в себя следующие элементы: подвеску 15 с грузами 16, которая через рычаг 14 передает необходимую испытательную нагрузку. Важнейшей частью прибора является шпиндельный узел. На шпинделе 10 крепится наконечник 7 с шариком или алмазным конусом. Пружина 9 создает необходимое предварительное нагружение (10 кгс). Создание предварительной и основной нагрузок в приборе осуществляется различными, не зависимыми один от другого механизмами, что обеспечивает четкость работы прибора при измерениях. Пружина также обеспечивает предварительную центровку шпинделя относительно конусного гнезда, расположенного в направляющей втулке 8. Это необходимо для обеспечения перпендикулярности приложения нагрузки. Верхний конец шпинделя закреплен в плавающей подвеске 11. Через рычаг 12 осуществляется связь между перемещением шпинделя при внедрении индентора в поверхность испытуемого образца и индикатором 13 со шкалами А, В и С.
Нагрузка регулируется перемещением груза на тяге подвески 15 вдоль рычага 14. Индентор имеет ограничитель Ц позволяющий прикладывать предварительную нагрузку без изменения показаний индикатора.
Прибор включают в сеть переменного тока напряжением 220 В обыкновенным штепсельным разъемом. При этом загорается лампа, сигнализирующая о готовности прибора к работе.
