Сертификат испытания на твёрдость регистрирует измеренную твёрдость материала или сварного шва с использованием одной из стандартизированных шкал вдавливания. Твёрдость служит показателем прочности на растяжение, износостойкости и склонности к коррозионному растрескиванию под напряжением — что делает её ключевым параметром контроля качества при изготовлении, проверке термической обработки и сертификации для агрессивной среды.
Быстрый ответ
Quick Answer
Сертификат испытания на твёрдость сообщает значения твёрдости, измеренные по шкалам Бринелля (HB/HBW), Виккерса (HV) или Роквелла (HRC/HRB), на определённой партии материала или сварном шве. Сертификат должен указывать используемую шкалу, приложенную нагрузку, тип наконечника, отдельные показания, место образца и применимый критерий приемки. Стандарты NACE MR0175 и ASME определяют максимальные пределы твёрдости для агрессивных и высокопрессионных применений.
Три основные шкалы твёрдости
Твёрдость по Бринеллю (HB / HBW)
Принцип: Сферический вдавливатель из карбида вольфрама (диаметром 10 мм для стандартного испытания) вдавливается в поверхность под определённой нагрузкой (обычно 3000 кгс для стали). Диаметр отпечатка измеряется оптически, и значение HBW вычисляется из нагрузки и площади отпечатка.
Варианты нагрузки: 500 кгс (HBW 10/500), 1500 кгс (HBW 10/1500), 3000 кгс (HBW 10/3000)
Регулирующие стандарты: ASTM E10, EN ISO 6506
Типичный диапазон: 80–650 HBW. Материалы с твёрдостью выше ~450 HBW требуют меньшей сферы или меньшей нагрузки.
Когда используется:
- Отчёты о твёрдости прокатанных изделий (листы, поковки, прутки)
- Шероховатые поверхности или крупнозёрнистые микроструктуры, где усреднение по большому отпечатку желательно
- Корреляция с пределом прочности на растяжение (UTS ≈ 3,45 × HBW в МПа для стали)
Поле сертификата: Указывайте полное обозначение шкалы (HBW 10/3000), а не просто «Бринелль». Сообщайте диаметры отпечатков в дополнение к вычисленному значению HBW.
Твёрдость по Виккерсу (HV)
Принцип: Алмазный пирамидальный вдавливатель (угол грани 136°) вдавливается в поверхность под определённой нагрузкой. Измеряются длины диагоналей квадратного отпечатка и вычисляется значение HV.
Диапазон нагрузки: От 1 гс до 100 кгс. Микротвёрдость по Виккерсу (HV 0,01–1,0 кгс) используется для тонких покрытий и отдельных составляющих микроструктуры.
Регулирующие стандарты: ASTM E92, EN ISO 6507
Типичный диапазон: 5–3000 HV (практически неограниченный верхний предел по сравнению с Бринеллем)
Когда используется:
- Измерение твёрдости после термической обработки PWHT (наиболее предпочтительный метод в стандартах ASME и EN)
- Профилирование поперечного сечения сварного шва (HAZ, металл сварного шва, базовый металл)
- Измерение глубины закалённого слоя на поверхностно-закалённых деталях
- Тонкие материалы, покрытия и тонкостенные трубы
Требование сертификата для измерений PWHT: Сообщайте отдельные значения HV в каждом месте вдоль линии профиля сварного шва (обычно базовый металл → HAZ → металл сварного шва → HAZ → базовый металл, минимум), не только максимальное значение.
Твёрдость по Роквеллу (HRC / HRB)
Принцип: Алмазный конус (HRC) или закалённый шарик (HRB) вдавливается в два этапа; твёрдость определяется по прироссу постоянной глубины вдавливания.
Обычные шкалы:
- HRC (шкала C): Алмазный наконечник Бралё, общая нагрузка 150 кгс. Диапазон: 20–70 HRC. Используется для твёрдых сталей и термически обработанных деталей.
- HRB (шкала B): Шарик 1/16", 100 кгс. Диапазон: 25–100 HRB. Используется для мягких сталей, алюминия, латуни.
- HRA: Алмаз, 60 кгс. Используется для твёрдых сплавов.
Регулирующие стандарты: ASTM E18, EN ISO 6508
Когда используется:
- Входящая проверка прутков и поковок
- Проверка закалённых крепёжных элементов (класс свойств ISO 898)
- Приёмка термически обработанных деталей (например, закалённых шпиндельных вставок)
- Проверка того, что твёрдость ниже верхнего предела (например, < 22 HRC по NACE MR0175)
Примечание сертификата: Всегда указывайте полную шкалу (HRC, HRB и т.д.) — «твёрдость Роквелла: 20» бессмысленна без идентификатора шкалы.
Таблица пересчёта твёрдости
Приблизительные пересчёты (только углеродистая сталь — недействительны для нержавеющей стали, цветных металлов или поверхностно-закалённых материалов):
| HBW | HV | HRC | HRB | UTS approx. (MPa) |
|---|---|---|---|---|
| 85 | 87 | — | 43 | 290 |
| 120 | 124 | — | 70 | 415 |
| 180 | 185 | — | 88 | 620 |
| 200 | 207 | 14 | 93 | 690 |
| 250 | 263 | 24 | — | 860 |
| 300 | 319 | 31 | — | 1035 |
| 350 | 374 | 37 | — | 1210 |
| 400 | 423 | 42 | — | 1380 |
| 450 | 475 | 46 | — | 1555 |
Справка: ASTM E140. Не применяйте пересчёты между разными семействами металлов.
Пределы твёрдости после PWHT
Проверка твёрдости после термической обработки сварного шва — одно из наиболее распространённых применений сертификата испытания на твёрдость при производстве оборудования под давлением.
Требования ASME BPVC (ASME VIII-1 UHA-51 для материалов P4/P5):
- После PWHT: максимум 225 HBW (или согласно спецификации материала)
- Метод измерения: Виккерс предпочтителен; Бринелль или Роквелл приемлемы
NACE MR0175 / ISO 15156 (агрессивная среда):
- Базовый металл и HAZ сварного шва из углеродистой и низколегированной стали: ≤ 22 HRC (что соответствует примерно 248 HBW / 265 HV)
- Исключение: некоторые марки допускают более высокую твёрдость при наличии документированных испытаний на устойчивость к SSC (сульфидному коррозионному растрескиванию)
EN 13445-4 (сосуды под давлением без огневой обработки, европейский стандарт):
- Максимальные значения HV10, указанные по группам материалов; обычно 350 HV для HAZ углеродистой стали, 200 HV для после-PWHT
Требуемые поля на сертификате испытания на твёрдость
- Идентификация материала / детали — номер плавки, номер чертежа, идентификатор сварного шва
- Дата и место испытания
- Метод испытания и шкала — HBW 10/3000, HV10, HRC и т.д.
- Идентификация оборудования — производитель твёрдомера, модель, серийный номер, дата калибровки
- Калибровка эталонного блока — значение твёрдости, проверенное на сертифицированном эталонном блоке до и после испытания
- Места испытания — чертёж или описание, показывающие, где проводилось каждое измерение
- Отдельные показания — все измерения, а не только среднее значение
- Среднее значение (если приёмка основана на среднем значении)
- Критерий приёмки — ссылка на спецификацию и максимум/минимум
- Результат — Пройдено / Не пройдено
- Имя техника, квалификация, подпись
Какую шкалу твёрдости использует NACE MR0175 для пределов в агрессивной среде?
NACE MR0175 / ISO 15156 выражает пределы твёрдости в основном в HRC (шкала Роквелла C). Максимум составляет 22 HRC для углеродистых и низколегированных сталей в среде H₂S. Эквивалентные пределы на других шкалах — приблизительно 248 HBW или 265 HV. При пересчёте всегда проверяйте с использованием таблиц пересчёта ASTM E140, а не эмпирических приближений.
Можно ли использовать результаты твёрдости для оценки предела прочности на растяжение?
Да, приблизительно. Для углеродистых сталей UTS (МПа) ≈ 3,45 × HBW. Однако эта корреляция менее надёжна для легированных сталей, нержавеющих сталей и цветных металлов. ASTM E140 и ASME Section II предоставляют таблицы корреляции с указанными диапазонами неопределённости. Полученные из твёрдости оценки растяжения приемлемы для отсеивания, но не как замена испытанию на растяжение при проектировании по кодексу.
В чём разница между макротвёрдостью по Виккерсу и микротвёрдостью?
Макротвёрдость (HV1 и выше, при нагрузках ≥ 1 кгс) измеряет общую твёрдость материала или зоны сварного шва. Микротвёрдость (HV 0,01–0,5 кгс) используется для измерения твёрдости отдельных микроструктурных элементов — конкретных фаз, выделений или очень тонких покрытий — где большой отпечаток усреднял бы по нескольким составляющим. При измерении твёрдости сварных швов обычно используют HV5 или HV10 как стандартный метод макротвёрдости.
Сколько показаний твёрдости требуется для измерения PWHT?
Минимум три показания на зону (базовый металл, HAZ, металл сварного шва) на каждой стороне сечения сварного шва — обычная практика. Конкретные коды определяют более детальные требования: ASME VIII-1 UHA-51 требует показаний твёрдости на производственных сварных швах в базовых металлах P4 и P5; BS PD 5500 Приложение D указывает минимальные схемы профилирования. Сертификат должен показывать все отдельные показания, а не только максимум.
Отжиг или PWHT всегда снижают твёрдость?
PWHT (снятие остаточных напряжений) снижает остаточные напряжения и отпускает твёрдые микроструктуры в углеродистых и низколегированных сталях, обычно значительно снижая твёрдость HAZ. Полный отжиг (нагрев выше верхней критической температуры и медленное охлаждение) также снижает твёрдость. Однако отжиг аустенитной нержавеющей стали не снижает твёрдость таким же образом — он растворяет выделения и гомогенизирует микроструктуру, что может слегка увеличить твёрдость в сильно наклёпанном материале.
Ready to automate your certificate workflow?
Try TestCert free