За ДСТУ 2825-94: твердість— здатність матеріалу чинити опір деформуванню та руйнуванню під дією місцевих контактних зусиль[1].
Найтвердішим із відомих матеріалів є ультратвердий фулерит (приблизно в 1,17—1,52 разів твердіший за алмаз). Однак цей матеріал доступний лише у мікроскопічних кількостях. Найтвердішою з поширених речовин є алмаз (10 одиниць за шкалою Мооса, див. нижче).
Твердість не є фізичною величиною, оскільки не входить в жодне з фізичних рівнянь, а лише у емпіричні формули, тобто є порядковою величиною. Тому, в Міжнародній системі одиниць SI, яка побудована на базі Міжнародної системи фізичних величин, немає одиниці для вимірювання твердості. Твердість вимірюється за різними порядковими шкалами. Характерною особливістю таких шкал є відсутність одиниці вимірювання, тобто ці шкали є неметричними.
Розрізняють область вимірювання: нано-, мікротвердість, твердість за малих навантажень, макротвердість.
Більше інформації Область вимірювання, Навантаження ...
Прилад для визначення твердості за Віккерсом.Фрагмент приладу для визначення твердості за Віккерсом.
Для вимірювання твердості є кілька шкал (методів вимірювання):
Метод Брінелля— твердість визначається за діаметром відбитка, який залишає металева кулька, що втискується у поверхню. Твердість обчислюється як відношення зусилля, прикладеного до кульки, до площі відбитка (причому площа відбитка береться як площа частини сфери, а не як площа кола). Твердість, визначена за цим методом, позначається HB, де H = hardness (твердість, анг.), B— найменування шкали. Вимірювання проводяться відповідно до стандарту ДСТУ ISO 6506-1:2007.
Метод Роквелла— твердість визначається за глибиною відбитка металевої кульки чи алмазного конуса у поверхні тестованого матеріалу. Твердість, визначена за цим методом, є безрозмірнісною і позначається HR, HRB, HRC і HRA; твердість обчислюється за такою формулою HR = 100 − kd, де d— глибина втиснення наконечника після зняття основного навантаження, а k— коефіцієнт. Отже, нескінченній твердості відповідає HR 100; м'які матеріали можуть мати негативні значення твердості.
Метод Віккерса— твердість визначається за величиною відбитка, залишеного чотирикутною алмазною пірамідкою, яка втискується у поверхню. Твердість обчислюється як відношення зусилля, докладеного до пірамідки, до площі відбитка (причому площа відбитка береться як площа частини поверхні піраміди, а не як площа квадрата); одиницею твердості служить кгс/мм². Твердість, визначена за цим методом, позначається HV.
Твердість за Шором (метод втискання)— твердість визначається за глибиною проникнення в матеріал спеціальної загартованої стальної голки (індентера) під дією каліброваної пружини[2]. У цьому методі вимірювальний прилад має назву «дюрометр». Зазвичай метод Шора використовують для визначення твердості низькомодульних матеріалів (полімерів). Найчастіше використовують шкали A (для м'яких матеріалів) або D (для твердіших). Твердість, визначену цим методом, позначають буквою типу шкали, що записується після числа і з вказанням назви методу. Наприклад: «Твердість за Шором 80A».
Твердість за Шором (метод відскоку)— метод визначення твердості твердих (високомодульних) матеріалів, переважно металів, за висотою відскоку стандартного бійка (основна частина склероскопа— вимірювального приладу для даного методу), що падає з певної висоти[3]. Твердість за цим методом оцінюється в умовних одиницях, що пропорційна висоті відскоку. Основні шкали— C і D. Твердість позначається, відповідно, HSC та HSD (наприклад, 85HSD).[4]
Метод Кузнєцова — Герберта — Ребіндера— твердість визначається часом загасання коливань маятника, опорою якого є досліджуваний метал.
Шкалу Мооса— використовують головним чином як індикатор твердості мінералів. Визначається за тим, який із десяти стандартних мінералів дряпає тестований, і який матеріал із десятка стандартних шкрябається тестованим.
Шкала Янка— шкала, яку використовують для оцінки твердості деревини. Метод оцінки полягає у визначенні сили, необхідної для впровадження сталевої кульки діаметром 11,28 мм (0,444 дюйма) в деревину на глибину, що дорівнює половині її діаметра. Такий діаметр було обрано, аби площа круга відбитка у плані становила 100 мм².
Для інструментального визначення твердості методом втиснення використовують твердоміри. Великим плюсом твердості як характеристики матеріалу є те, що методи визначення твердості не руйнують досліджуваний матеріал і не вимагають багато часу.
Найпоширенішими і такими, що мають практичне значення, є твердість при пластичному втискуванні: кульки— твердість за Брінеллем та Роквеллом (шкала В);
Позначення твердості відповідають буквам: НВ— твердість за Брінелем; HV— твердість за Вікерсом; HRB— твердість за шкалою В Роквела; HRC— твердість за шкалою С Роквела, HK — твердість за Кнупом.
Новый Политехнический Словарь / Гл. ред. А.Ю.Ишлинский.— М: Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 2000.— 671 с.— 15000 прим.— ISBN 5-85270-322-2
Дрозд М. С. Новое число твердости и константы Мейера для стали //Заводская лаборатория.— 1960.— T.XXVI, N1.- C.90-93.
Бернштейн М. Л., Займовский В. А. Механические свойства металлов.— М.: Металлургия, 1979.— 495 с.
Гудков А., Славский Ю. Методы измерений твердости металлов и сплавов. М.: Металургия, 1982.— 168 c.
Геллер Ю. А., Рахштадт А. Г. Материаловедение. М.: Металлургия, 1989.
Асланян Э. Г., Козлов В. И., Кочин О. М., Дмитриев Г. П., Мироненко А. В. Совершенствование государственного эталона единиц твердости по шкалам Роквелла и Супер-Роквелла.— Методы и средства определения твердости материалов и изделий. Сб. материалов Всесоюзной н/т конференции.— Иваново, 1990/— с. 162.
Davis, J. R. (Ed.). (2002). Surface hardening of steels: Understanding the basics. Materials Park, OH: ASM International.
Revankar, G. (2003). Introduction to hardness testing. Mechanical testing and evaluation, ASM Online Vol. 8.
Колесников Ю. В., Морозов Е. М. Механика контактного разрушения. Изд.2, 2007.— 224 с.
Chinn, R. L. (2009). Hardness, bearings, and the Rockwells. Advanced Materials & Processes, 167 (10), 29-31.
Твердість у Вікісховищі
