Твърдост и методи за измерване

Твърдост
Твърдост е свойството на материала да се съпротивлява на проникването в него на друго, по-твърдо тяло индентор.
Твърдостта се определя като отношение на големината на натоварването към площта или обема на оставения от индентора отпечатък. Съществуват повърхностна и обемна твърдост:
повърхностна твърдост — на натоварването към площта на отпечатъка;
обемна твърдост — на натоварването към обема на отпечатъка.
Метали
Под (твърдост) се разбира съпротивлението на метала срещу деформация от проникването на по твърдо, с определени форма и размери тяло, наречено (индентор). Определя се на заготовки, на окончателни детайли, инструменти без да се разрушават и повреждат. Може да се определя не само при стайна температура, но и при повишена и висока температура, което се явява важна характеристика за топлоустойчивостта на сплавите. Има 3 метода за измерване на твърдост: метод на Бринел, Рокуел и на Викерс.

Минерали
Ска̀лата на Моос е ска̀ла за определяне на относителната твърдост на минералите. Създадена е от Фридрих Моос през 1812 г. В нея 10 еталонни минерала са подредени според способността на всеки да драска стоящите пред него и да бъде драскан от стоящите след него в скалата.

200px-BrinellHardness.svg_

Метод на Бринел

Диаграма на измерване твърдостта на метал посредством метод на Бринел.
Методът на Бринел е метод за определяне твърдостта на материал. При него малка сфера от закалена стомана, наречена идентор, с диаметър D, се поставя върху изследвания обект. Върху идентора за определено време се прилага натоварваща сила F. За твърдостта на материала се съди по диаметъра на пластичната деформация върху тестовия блок.
Методът е предложен за пръв път от шведския инженер Йохан Август Бринел през 1900 г. Това е първият широко използван тест в машиностроенето иметалургията. Приложението на метода е ограничено от големия размер на отпечатъка и възможното увреждане на тестовия блок. Освен това методът е неприложим за закалени стомани.
За тестовете най-често за индентор се използва стоманена сфера с диаметър 10 mm върху, която се прилага сила с размер 3 000 единици килограм-сила (29 kN). За по-меки материали се използва по-малка сила, а за по-твърди стоманената сфера е заменена със сфера от титаниев карбид. Твърдостта на материала се изчислява по формулата:

44f01a6c065258622ef8c045d5c5a93fкъдето:
P — приложената сила (килограм-сила)
D — диаметър на идентора (mm)
d — диаметър на отпечатъка (mm)

Сравнителна таблица
Твърдостта по Бринел (Brinell Hardness Number, BHN или просто HB) в долните примери е определена при тест HBW 10/3000. HBW означава, че е използван титаниев индентор (HBS – стоманен) с диаметър 10 mm, а приложената сила е с големина 3 000 килограм-сила.

Твърдост по Бринел (извършен е стандартен тест, ако не е упоменато друго)

Твърдост по Бринел (извършен е стандартен тест, ако не е упоменато друго)

Материал

Твърдост по Бринел

меко дърво (бор)

1,6 HBS 10/100

твърдо дърво

от 2,6 до 7,0 HBS 1.6 10/100

алуминий

15 HB

мед

35 HB

въглеродна стомана

120 HB

18-8 (304) неръждаема стомана

1250 HB

стъкло

1550 HB

закалена инструментална стомана

1500 – 1900 HB

рениев диборид (Rhenium diboride)

4600 HB