Почему это важно

Твердость — это самый простой механический показатель прочности, качества микроструктуры и (в кислых средах) восприимчивости к сульфидному растрескиванию под напряжением. Для кованых фитингов и фланцев используются четыре основных метода испытания на твердость: Бринелль, Виккерс (макро и микро), Роквелл и портативный метод UCI. Каждый из них регламентируется стандартом серии ASTM E и имеет свою область применения. Покупатели, выбирающие неправильный метод, получают результаты, которые невозможно обосновать при приемке. Это руководство по испытанию поковок на твердость объясняет методы Бринелля, UCI, Виккерса и Роквелла, чтобы покупатель правильно выбрал тест с первого раза.

Правильная стратегия испытания поковок на твердость сочетает лабораторную точность с портативной верификацией.

Пошаговое описание методов

Бринелль — ASTM E10. Шарик из карбида вольфрама диаметром 10 мм вдавливается в поверхность под нагрузкой 500–3000 кгс. Диаметр отпечатка измеряется оптически и пересчитывается в число твердости по Бринеллю (HBW). Большой отпечаток усредняет грубую микроструктуру поковки, поэтому метод Бринелля используется по умолчанию для кованых фитингов, фланцев и литья. Типичный максимум для кислых сред по NACE MR0175 составляет 250 HBW для основного металла из углеродистой стали.

Виккерс — ASTM E92 (макро) и ASTM E384 (микро). Алмазная пирамида (угол 136°) оставляет квадратный отпечаток при нагрузках от 1 гс (микротвердость) до 120 кгс. Диагональ измеряется оптически. Метод Виккерса предпочтителен для измерений поперек сварных швов (исследование ЗТВ) и для тонких сечений — NACE MR0175 требует HV 10 или HV 5 для измерений твердости сварных соединений.

Роквелл — ASTM E18. Алмазный конус (Brale, шкала C) или стальной шарик (шкала B) вдавливается под предварительной + основной нагрузкой; разность глубин считывается непосредственно в HRC или HRB. Самый быстрый лабораторный метод, без оптического измерения. NACE MR0175 устанавливает предел для углеродистой стали на уровне 22 HRC для основного металла. HRC плохо подходит для грубой микроструктуры поковок, так как маленький отпечаток может попасть в одно зерно.

UCI — ASTM A1038. Ультразвуковой контактный импеданс: алмаз Виккерса на конце вибрирующего стержня. При вдавливании в поверхность площадь контакта изменяет резонансную частоту стержня; прибор преобразует сдвиг в число по Виккерсу. Портативный метод, оставляет крошечный отпечаток, идеален для полевых испытаний установленных фланцев или крупных поковок, которые невозможно поместить в лабораторный твердомер. Подготовка поверхности (шлифовка до ~Ra 1,6) критична; UCI корректируется по эталону с известным образцом.

Когда использовать каждый метод для поковок

Тело поковки, готовая деталь, лабораторный контроль: Бринелль (E10).
Исследование ЗТВ сварного соединения для кислых сред: Виккерс HV 10 или HV 5 (E92), по NACE MR0175.
Быстрый приемочный тест малых деталей: Роквелл C (E18).
Полевая верификация установленных/крупногабаритных деталей: UCI (A1038), с корреляцией по Виккерсу.
Тонкие покрытия, напыление, глубина упрочненного слоя: Микротвердость (E384).

Типичные ошибки покупателей

Указание "22 HRC" на грубой поковке, когда отпечаток попадает внутрь одного зерна феррита и дает заниженное значение.
Путаница между HBW (шарик из карбида вольфрама, ASTM E10) и устаревшим HBS (стальной шарик) — современный метод Бринелля это HBW.
Принятие единственного показания твердости; ASTM E10 требует среднего значения по нескольким отпечаткам в разных местах.
Использование UCI без калибровочного блока из аналогичного материала — неправильный блок, неправильное показание.
Игнорирование состояния поверхности: окалина, обезуглероженный слой или краска занижают твердость.

Чек-лист покупателя

[ ] Метод указан с его стандартом ASTM
[ ] Количество отпечатков на деталь (например, 3 на поверхность)
[ ] План выборки: на деталь или на плавку
[ ] Требования к подготовке поверхности (например, удаление обезуглероженного слоя на 0,5 мм)
[ ] Для кислых сред: профиль Виккерса HV 10 поперек сварного шва + ЗТВ + основной металл
[ ] Эталонный калибровочный блок для UCI
[ ] Предельные значения приемки согласно проектной спецификации или NACE MR0175

Пример пункта заказа

"Испытание на твердость по ASTM E10 (Бринелль HBW) на каждом кованом фланце, минимум 3 отпечатка с разнесением 120° на тыльной стороне. Максимум 197 HBW для основного металла из углеродистой стали ASTM A105. Для изделий, работающих в кислых средах, по NACE MR0175 / ISO 15156-2 провести профиль Виккерса HV 10 поперек сварного шва, ЗТВ и основного металла; максимум 250 HV 10. UCI по ASTM A1038 допускается для полевой верификации с калибровочным блоком из соответствующего материала."

Наши кованые фланцы и нестандартные поковки поставляются с результатами испытаний по Бринеллю в сертификате MTC; для бесшовных приварных фитингов для кислых сред прилагаются профили по Виккерсу. Запросите образец отчета на странице запроса или просмотрите архивы отчетов в библиотеке сертификатов.

Источники

ASTM E18 Rockwell (открыть PDF): https://repositorio.uisek.edu.ec/bitstream/123456789/2680/3/ASTM_E18-15.pdf
TestMetals — обзор E10 / E18 / E92 / E384: https://www.testmetals.com/hardness-testing
Quality Magazine — портативные методы твердости, включая UCI: https://www.qualitymag.com/articles/91267-portable-hardness-testing-methods
NextGen обзор: https://www.nextgentest.com/blog/brinell-rockwell-vickers-or-microhardness-which-test-makes-sense-for-your-application/
Правило твердости NACE MR0175 (краткое описание Octalsteel): https://www.octalsteel.com/wp-content/uploads/2017/10/NACE-MR0175-ISO15156-specification.pdf