Твёрдость

Свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более твёрдого тела.

Наиболее твёрдым из существующих на сегодняшний день материалов является ультратвёрдый фуллерит (примерно в 1,17-1,52 раза твёрже алмаза). Однако этот материал доступен только в микроскопических количествах. Самым твёрдым из распространённых веществ является алмаз (10 единиц по шкале Мооса, см. ниже).

Для измерения твёрдости существует несколько шкал (методов измерения):

Метод Бринелля — твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение усилия, приложенного к шарику, к площади отпечатка (причём площадь отпечатка берётся как площадь части сферы, а не как площадь круга); единицей твёрдости служит кгс/мм². Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HB, где H = hardness (твёрдость, англ.), B — наименование шкалы.

Метод Роквелла — твёрдость определяется по глубине вдавливания металлического шарика или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Твёрдость, определённая по этому методу, является безразмерной и обозначается HR, HRB, HRC и HRA; твёрдость вычисляется по формуле HR = 100 — k * d, где d — глубина вдавливания наконечника после снятия основной нагрузки, а k — коэффициент. Таким образом, бесконечной твёрдости соответствует HR 100; мягкие материалы могут иметь отрицательные значения твёрдости.

Метод Виккерса — твёрдость определяется по размеру отпечатка, оставляемого четырёхугольной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение усилия, приложенного к пирамидке, к площади отпечатка (причём площадь отпечатка берётся как площадь части поверхности пирамиды, а не как площадь квадрата); единицей твёрдости служит кгс/мм². Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HV.

Метод Шора — твёрдость определяется по высоте отскакивания стального шарика от поверхности изучаемого металла или по глубине введения алмазной иглы под действием пружины. Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HSD;

Метод Кузнецова — Герберта — Ребиндера — твёрдость определяется временем затухания колебаний маятника, опорой которого является исследуемый металл.

Шкала Мооса — используется главным образам для указания твёрдости минералов, определяется по тому, какой из десяти стандартных минералов царапает тестируемый, и какой материал из десяти стандартных царапается тестируемым.

В России стандартизированы четыре первые шкалы твёрдости. Первые три перечисленных метода относятся к методам вдавливания, методы Шора и Кузнецова — Герберта — Ребиндера — к динамическим методам определения твёрдости. Значения твёрдости, определённые по методам вдавливания, можно пересчитать из одной шкалы в другую. Конкретный способ определения твёрдости выбирается исходя из свойств материала, имеющейся аппаратуры и др.

Для инструментального определения твёрдости методом вдавливания используются твердометры. Большим плюсом твёрдости, как характеристики материала является то, что методы определения твёрдости являются неразрушающими и занимают мало времени.