В чертеже стоит «45 HRC», в сертификате на прокат - «280 HBW 10/3000», а в протоколе испытаний - «450 HV10». Три разные записи, три разные шкалы, и все три описывают одно свойство - сопротивление металла вдавливанию, то есть твёрдость. Разница в том, чем давят на поверхность, с какой силой и что потом измеряют: площадь отпечатка, глубину проникновения индентора или длину диагоналей.
Вопрос «как перевести одно в другое» возникает постоянно и обычно в неудобный момент. Конструктор заложил в чертёж HRC, а заводская лаборатория оснащена твердомером по Бринеллю. Поставщик прислал сертификат в HBW, а методика входного контроля требует значения по Виккерсу. Цена ошибки при этом не теоретическая: годная деталь уходит в брак по формально не подтверждённой твёрдости, а купленный прибор оказывается непригоден для половины номенклатуры цеха.
Ниже разобрано, что означает каждое обозначение и как читаются условия испытания в записи вида «280 HBW 10/3000», приведена таблица соответствия шкал для сталей, границы, за которыми каждый метод перестаёт работать, и типичные ошибки, из-за которых результаты расходятся. Начать же стоит с главного: точного пересчёта между шкалами не существует, хотя таблицы перевода опубликованы в стандартах.
Как читается запись твёрдости
Обозначение твёрдости состоит из числа и буквенного кода метода, к которому иногда добавляются условия испытания. Разбор трёх типовых записей:
| Запись | Как читается |
|---|---|
| 45 HRC | Твёрдость 45 единиц по Роквеллу, шкала C. Индентор - алмазный конус, нагрузка 150 кгс. Условия заданы самой шкалой, поэтому дополнительных цифр нет. |
| 280 HBW 10/3000 | Твёрдость 280 по Бринеллю. W - индентор из твёрдого сплава (вольфрам), 10 - диаметр шарика в мм, 3000 - нагрузка в кгс. |
| 450 HV10 | Твёрдость 450 по Виккерсу при нагрузке 10 кгс. Индентор - алмазная четырёхгранная пирамида с углом 136°. |
| 620 HV0,1 | То же по Виккерсу, но при нагрузке 0,1 кгс - это область микротвёрдости, измерение отдельной фазы или тонкого слоя. |
| 75 HSD | Твёрдость 75 по Шору, шкала D - для жёстких пластиков. Шкала A применяется для мягких эластомеров. |
Почему у Бринелля условия пишут, а у Роквелла нет
Шкала Роквелла жёстко привязана к индентору и нагрузке: HRC - это всегда алмазный конус и 150 кгс, HRB - шарик 1,588 мм и 100 кгс. У Бринелля же диаметр шарика и нагрузку выбирают под материал и толщину детали, поэтому без указания условий результат неоднозначен. То же у Виккерса: нагрузка входит в обозначение, потому что от неё зависит область применимости.
Расшифровка обозначений
| Код | Метод и шкала | Индентор | Где применяется |
|---|---|---|---|
| HB, HBW | Бринелль | Шарик из твёрдого сплава | Чугун, литьё, поковки, цветные сплавы, отожжённая сталь |
| HRC | Роквелл, шкала C | Алмазный конус 120°, 150 кгс | Закалённая и улучшенная сталь - основная шкала машиностроения |
| HRB | Роквелл, шкала B | Шарик 1,588 мм, 100 кгс | Мягкие стали, латунь, бронза, алюминиевые сплавы |
| HRA | Роквелл, шкала A | Алмазный конус, 60 кгс | Твёрдые сплавы, тонкие детали, цементированные слои |
| HRN, HRT | Супер-Роквелл | Алмаз / шарик, малые нагрузки | Тонкие листы, покрытия, поверхностно упрочнённые слои |
| HV | Виккерс | Алмазная пирамида 136° | Любые металлы, тонкие слои, покрытия, микроструктура |
| HL | Либ (динамический) | Боёк с твердосплавным шариком | Портативные приборы, крупногабаритные детали |
| HSA, HSD | Шор (дюрометры) | Подпружиненная игла | Резина, эластомеры, пластмассы |
Буква W в HBW означает индентор из твёрдого сплава. Старое обозначение HB со стальным шариком в действующих редакциях стандартов не применяется: стальной шарик деформируется на твёрдых материалах и завышает результат.
Почему точного перевода между шкалами не существует
Это ключевой момент, который чаще всего понимают неверно. Разные методы измеряют разный физический отклик материала:
- Бринелль вдавливает шарик и измеряет площадь отпечатка - результат усредняется по большому объёму металла.
- Роквелл измеряет глубину проникновения индентора - это другая величина, не площадь.
- Виккерс измеряет диагонали пирамидального отпечатка на малом участке.
- Либ вообще не измеряет отпечаток: он считает отношение скорости отскока бойка к скорости удара.
Соотношение между этими величинами зависит от того, как конкретный сплав ведёт себя при пластической деформации - от его упрочняемости, структуры, наличия упрочнённого слоя. Поэтому единой формулы перевода нет и быть не может, а таблицы в стандартах ISO 18265 и ASTM E140 - справочные и построены для конкретных групп материалов.
Практическое следствие
Если в чертеже указана твёрдость по одной шкале, а прибор в цехе работает по другой, пересчёт по таблице не является результатом измерения. Для приёмки нужен либо прибор нужного метода, либо согласованная с заказчиком методика перевода. Значение, полученное пересчётом, в протокол испытаний вносят с указанием исходной шкалы и того, что оно расчётное.
Таблица перевода твёрдости для сталей
Значения приведены для нелегированных и низколегированных сталей в соответствии с подходом ISO 18265. Для чугуна, цветных сплавов, нержавеющих и высоколегированных сталей действуют другие таблицы.
| HRC | HV | HBW | Ориентировочная прочность σв, МПа |
|---|---|---|---|
| - | 150 | 143 | ~490 |
| - | 200 | 190 | ~650 |
| 20 | 240 | 228 | ~785 |
| 25 | 266 | 253 | ~870 |
| 30 | 302 | 286 | ~990 |
| 35 | 345 | 327 | ~1130 |
| 40 | 392 | 371 | ~1280 |
| 45 | 446 | 421 | ~1450 |
| 50 | 513 | 481 | ~1660 |
| 55 | 595 | 560 | ~1930 |
| 58 | 653 | - | - |
| 60 | 697 | - | - |
| 62 | 746 | - | - |
| 65 | 832 | - | - |
Прочерк в столбце HBW выше 55 HRC не случаен: метод Бринелля там неприменим, твердосплавный шарик сам начинает деформироваться. Прочерк в столбце HRC ниже 20 - тоже: шкала C в этой области теряет разрешающую способность, используется HRB.
Для ориентировочной оценки в среднем диапазоне работает соотношение HBW ≈ 0,95 × HV. Связь с пределом прочности для углеродистых сталей описывается как σв ≈ 3,45 × HBW (МПа) и справедлива примерно до 450 HBW - это оценка, а не замена испытанию на растяжение.
Границы применимости шкал
| Шкала | Рабочий диапазон | Ограничения |
|---|---|---|
| HBW | до 650, практически до 450 | Крупный отпечаток - не годится для тонких и готовых деталей. Требует толщины детали не менее 8-10 глубин отпечатка |
| HRC | 20-70 | Ниже 20 переходят на HRB. Минимальная толщина - около 0,7 мм |
| HRB | 20-100 | Выше 100 HRB шарик перегружается, нужен переход на HRC |
| HV | практически без ограничений | Требует подготовленной поверхности и измерения отпечатка под микроскопом - медленнее остальных методов |
| HL (Либ) | по пересчёту в HB, HRC, HV | Масса детали от 5 кг или жёсткая опора, иначе часть энергии уходит в колебания детали |
Требования к поверхности - почему это меняет результат
Чем меньше отпечаток, тем сильнее на него влияет состояние поверхности. Отсюда разные требования к шероховатости:
- Бринелль - Ra до 2,5 мкм. Отпечаток крупный, мелкие неровности усредняются.
- Роквелл - Ra 0,4-2,5 мкм в зависимости от шкалы.
- Либ - Ra до 6,3 мкм, метод наименее требователен.
- UCI - Ra до 0,4 мкм, отпечаток очень мал.
- Виккерс и микротвёрдость - Ra до 0,04 мкм, фактически требуется полированная поверхность.
Для измерения микротвёрдости образец готовят как металлографический шлиф: отпечаток размером в десятки микрон невозможно корректно измерить на шероховатой поверхности, а наклёп от грубого шлифования завысит результат. Подробно последовательность подготовки разобрана в статье о подготовке металлографического шлифа.
Пять ошибок при работе со шкалами
| Ошибка | Что происходит |
|---|---|
| Пересчёт вместо измерения при приёмке | Значение из таблицы не является результатом испытания. При разногласиях с заказчиком такой протокол не защищает |
| Перевод по «стальной» таблице для чугуна или цветного сплава | Расхождение достигает десятков единиц: у этих материалов другой характер деформации |
| Измерение HRC на тонкой детали | Индентор продавливает деталь до опоры, прибор фактически измеряет твёрдость стола |
| Портативный прибор на лёгкой детали без опоры | Часть энергии удара уходит в движение самой детали, результат занижается. Деталь надо притирать к массивной плите |
| Измерение по обезуглероженному слою | После термообработки поверхностный слой может быть мягче сердцевины. Перед контролем его снимают шлифованием |
Какой прибор нужен под вашу шкалу
Выбор метода задаёт тип прибора, а не наоборот:
- Чертёж в HRC, детали помещаются на стол - стационарный твердомер по Роквеллу.
- Чертёж в HRC, деталь крупная - портативный прибор по методу Либа или UCI с пересчётом в HRC.
- Сертификаты в HBW, литьё и поковки - стационарный твердомер по Бринеллю.
- Тонкие слои, покрытия, отдельные фазы - твердомер по Виккерсу или микротвердомер, плюс оборудование для подготовки шлифа.
- Несколько шкал в документации - универсальный твердомер, совмещающий Роквелл, Бринелль и Виккерс в одном приборе.
- Резина и пластмассы - дюрометр по Шору, тип A или D.
Подробное сравнение самих методов с формулами и ГОСТами - в статье о методах измерения твёрдости металлов. Модели приборов под каждый метод собраны в каталоге твердомеров.
FAQ
Что означает HV в обозначении твёрдости?
HV - твёрдость по Виккерсу. Измеряется вдавливанием алмазной четырёхгранной пирамиды с углом при вершине 136° и вычисляется по диагоналям отпечатка. Цифра после букв означает нагрузку в килограмм-силах: HV10 - нагрузка 10 кгс, HV0,1 - 0,1 кгс, что относится уже к области микротвёрдости.
Что значит HBW и чем отличается от HB?
HBW - твёрдость по Бринеллю, измеренная индентором из твёрдого сплава (W - вольфрам). Обозначение HB со стальным шариком в действующих редакциях стандартов не используется: стальной шарик деформируется на твёрдых материалах и завышает результат. Запись вида 280 HBW 10/3000 означает: шарик диаметром 10 мм, нагрузка 3000 кгс.
Чем твёрдость по Бринеллю отличается от твёрдости по Роквеллу?
Бринелль вдавливает шарик и измеряет площадь отпечатка, усредняя результат по большому объёму металла - метод подходит для чугуна, литья и поковок с неоднородной структурой. Роквелл измеряет глубину проникновения алмазного конуса, работает быстрее и применяется для закалённой стали. Из-за разной измеряемой величины прямого пересчёта между шкалами не существует, таблицы перевода справочные.
Как перевести HB в HRC?
Только по справочной таблице для конкретной группы материалов - формулы перевода не существует. Для нелегированных и низколегированных сталей ориентиры такие: 228 HBW соответствует примерно 20 HRC, 286 HBW - 30 HRC, 371 HBW - 40 HRC, 481 HBW - 50 HRC. Выше 55 HRC метод Бринелля неприменим. Полученное пересчётом значение нельзя использовать как результат измерения при приёмке.
Почему в чертеже твёрдость иногда указывают в HRC, а иногда в HB?
Шкалу выбирают под материал и состояние детали. HRC применяют для закалённых и улучшенных сталей, где твёрдость высокая, а деталь нельзя портить крупным отпечатком. HB указывают для литья, поковок и отожжённого проката: крупный отпечаток усредняет неоднородную структуру и даёт более представительный результат.
Можно ли по твёрдости оценить прочность стали?
Ориентировочно да: для углеродистых сталей предел прочности связан с твёрдостью соотношением σв ≈ 3,45 × HBW в мегапаскалях, и оно справедливо примерно до 450 HBW. Это оценка для входного контроля и сортировки, а не замена испытанию на растяжение: для легированных сталей и после специальных видов термообработки соотношение заметно меняется.
С какой шкалы начинается микротвёрдость?
Микротвёрдость измеряют методом Виккерса при малых нагрузках - примерно от HV0,01 до HV1. Отпечаток при этом составляет десятки микрон, поэтому образец готовят как металлографический шлиф с полированной поверхностью. Так определяют твёрдость отдельных структурных составляющих, тонких покрытий и глубину упрочнённого слоя.
Подбор прибора под вашу задачу
Если в документации несколько шкал, детали разного размера или требуется контроль тонких слоёв - выбор прибора не сводится к одной модели. Специалисты «Диагност» помогут подобрать твердомер под ваши чертежи, материалы и условия контроля - звоните по телефону
8-800-777-48-96 или пишите на diagnost@diagnost.ru.
Компания «Диагност» работает на рынке приборов неразрушающего контроля с 1991 года, поставляет твердомеры с документами о поверке, обеспечивает пусконаладку и техническую поддержку.