Как измерить твердость металла без твердомера

Оценка сопротивления материала без использования специального прибора требует не только аккуратности, но и знания характерных признаков поведения сплава при различных воздействиях. Первым способом можно назвать метод царапания. Суть его в том, что путем проведения острым предметом по поверхности заготовки определяется относительная устойчивость к повреждению.

Для этой цели удобно брать надфиль с твердостью около 60 HRC, либо напильник с крупной насечкой. В случае с углеродистой сталью царапины остаются при показателях менее 50 HRC, если напильник скользит без следа — изделие выше 60 HRC.

Полезно помнить, что медь царапается ногтем, латунь — легко ножом, а конструкционная сталь — только острым инструментом. На практике для оценки пригоден комплект эталонных образцов, их можно изготовить самостоятельно из заранее проверенных сплавов.

Второй метод — сверление. Этот прием позволяет судить о прочностных свойствах по усилию, требуемому для прохождения сверла через материал. Для испытаний берется сверло диаметром 3 мм из быстрорежущей стали Р6М5. При скорости 500 об/мин на мягкой стали углеродистого типа отверстие получается за 3-5 секунд при среднем давлении руки.

Если сверление идет с трудом, заготовка закалена и имеет показатели свыше 40 HRC. На алюминии такого диаметра отверстие формируется за доли секунды. Практическое сравнение показывает, что нержавеющая сталь AISI 304 дает сопротивление, схожее с конструкционной Ст3, однако сверло греется быстрее. При этом в случае с твердым чугуном сверло оставляет лишь вмятину, без образования отверстия.

Третий способ — сравнение с эталонными деталями. Для оценки подбирается образец, свойства которого заранее известны. Распространена практика использовать ножовочное полотно по металлу с твердостью около 62 HRC. Если режущая кромка скользит по поверхности, не оставляя следов, значит тестируемая заготовка имеет аналогичные или более высокие показатели.

В случае с кусачками или бокорезами — стандартные образцы имеют закалку 55–58 HRC. Попытка перекусить проволоку из исследуемого материала позволяет оценить прочность: если кусачки не справляются, металл тверже. Практическая рекомендация — держать под рукой небольшой набор фрагментов проволоки из стали, латуни, меди, алюминия и использовать их для механического теста.

Важно учитывать структуру материала. Так, ковкий чугун содержит графитовые включения, что снижает общее сопротивление, а высокоуглеродистая сталь отличается повышенной хрупкостью после закалки.

При применении метода царапания заметно, что высокопрочная инструментальная сталь при воздействии надфилем крошится по краям царапины, а низкоуглеродистая лишь пластически деформируется. Полезно применять увеличительное стекло кратностью 10х для оценки характера следа.

В случае сверления ключевым параметром служит тип стружки. При обработке мягкой стали выходит длинная, витая стружка; при работе с закаленным сплавом — короткая, ломающаяся. Нержавеющая сталь дает вязкую, плохо отделяемую стружку. Это дает дополнительную информацию.

При практическом использовании сверла диаметром 2 мм, частота вращения 800 об/мин, подача 0,02 мм/об, мягкая углеродистая сталь позволяет проходить 1 мм за 5 секунд. Если за то же время сверло проникает лишь на 0,3 мм, материал закален.

Для метода сравнения удобно применять испытание на удар. Если молоток с закаленным бойком при легком ударе оставляет четкий отпечаток на поверхности — сплав имеет невысокие показатели сопротивления.

В случае с твердой сталью отпечаток не формируется, зато возможно появление трещин по краю зоны удара. При практическом применении молотка массой 200 г, падение с высоты 20 см на образец меди дает вмятину глубиной 0,3 мм, а на углеродистой стали той же толщины — 0,1 мм.

Дополнительный прием — оценка искр при шлифовании. На точильном круге при обработке мягкой стали искры длинные, разветвленные; высокоуглеродистая дает короткие, яркие пучки. В случае с легированной инструментальной сталью появляется характерная метелка с множественными разветвлениями.

Это позволяет отличить сталь 45 от У8 или Р18. Практически полезно шлифовать небольшую зону при скорости круга 30 м/с, нажим легкий. При этом стандартный круг из электрокорунда зернистостью 40 дает наиболее показательный рисунок искр.

Если оценка требуется для цветных металлов, используется метод сжатия. Медная пластина толщиной 2 мм при сжатии между губками тисков с усилием 500 Н деформируется на 1 мм. Алюминиевая при тех же условиях — на 1,5 мм.

Это позволяет отличить алюминиевые сплавы от медных или латунных. При практическом использовании настольных тисков с шириной губок 100 мм усилие создается при моменте затяжки рукоятки порядка 25 Н·м.

При работе со сварными швами оценка сопротивления производится по поведению при зачистке. Если зачистной круг зернистостью 60 удаляет металл быстро и образуется ровная поверхность — шов выполнен из мягкого сплава.

Если круг стачивается быстрее, чем металл, и поверхность остается шероховатой — применен более прочный материал. Полезно учитывать, что при зачистке шва из стали 09Г2С скорость съема выше на 20% по сравнению с нержавеющей 08Х18Н10.

Для тонкостенных элементов оценка производится методом сгибания. Полоса толщиной 1 мм и шириной 20 мм изгибается на угол 90° с радиусом 5 мм. Если после изгиба образуются трещины на внешнем радиусе, материал хрупок.

В случае с низкоуглеродистой сталью такого не наблюдается. Практическая рекомендация — при сгибе вручную с помощью тисков и оправки из стали диаметром 10 мм наблюдать наличие трещин вдоль линии сгиба.

Если оценка производится в полевых условиях, удобно применять метод удара керном. Если при ударе керна массой 150 г с высоты 10 см образуется углубление диаметром 1 мм — материал имеет сравнительно низкие показатели прочности. Если углубление менее 0,3 мм — высокие. Полезно контролировать глубину с помощью штихмасс-масштабной лупы кратностью 8х.