POLITECHNIKA

 

CZĘSTOCHOWSKA 

WYDZIAŁ

 

BUDOWNICTWA 

 

SAMODZIELNY ZAKŁAD  

WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW 

 

L

ABORATORIUM

 

 

 
 
 
 

S

PRAWOZDANIE 

N

R 

III 

T

EMAT

: 

S

TATYCZNE PRÓBY TWARDOŚCI METALI

 

 

 
 
 
 

 
 

Krzysztof Komisarczuk 

Rok II, Grupa dziekańska III 

Rok akademicki 2011/2012 

Studia stacjonarne 

 
 
 
 
 

 

 

Twardość  

To  własność,  którą  nie  można  zdefiniować  jednoznacznie.  W  różnych  próbach,  których  celem 

jest  pomiar  twardości,  w  rzeczywistości  mierzy  się  różne  własności.  Próby  te  można 

sklasyfikować w zależności od rodzaju oporu materiału, stawianego podczas próby. Są to: 

 

statyczne próby twardości, podczas których opór materiału spowodowany działaniem 
obciążenia statycznego jest związany z odkształceniem plastycznym,  

 

dynamiczne próby twardości, podczas których opór materiału wywołany działaniem 
obciążenia udarowego jest związany z odkształceniem plastycznym lub sprężystym,  

 

próby zarysowania, w których opór materiału jest związany z jego zarysowaniem,  

 

próby twardości, o której decyduje ścieralność materiału.  

Metody statyczne pomiaru twardości polegają na wciskaniu wgłębnika w badany  materiał poza 

granicę sprężystości, do spowodowania odkształceń trwałych. Są różne metody, które pozwalają 

na pomiar twardości: 

 

 
Próba twardości sposobem Brinella

  

 
Polega na wgniataniu kulki stalowej określonej średnicy D w płaską powierzchnię metalu pod 
określonym obciążeniem P. Im twardszy jest materiał badany, tym większy stawia on opór i tym 
mniejszy uzyskuje się odcisk po wciśnięciu kulki. Próby dokonuje się na twardościomierzu 
Brinella, stosując kulki o średnicach 1, 2, 5, 10 mm i siłę nacisku w granicach  9,8÷29 420 N. 

 

Średnicę próbki dobiera się w zależności od  grubości badanego materiału, a wartość siły      
obciążającej w zależności od  rodzaju materiału i średnicy kulki. Twardość Brinella wyraża się 
ilorazem siły działającej P do powierzchni czaszy Dh otrzymanego odcisku: 

 

 

 
 
Po wykonaniu odcisku mierzy się jego średnicę za pomocą lupy pomiarowej i z odpowiednich 
tabel odczytuje się twardość Brinnela, oznaczoną HB. 
Metoda ta nadaje się do badania metali i stopów nieżelaznych, żeliwa i stali nieutwardzonej.  
Wadą tej metody jest mały zakres pomiarowy i duże rozmiary odcisku. 

Skala twardości Brinella

  

o

 

HB  

o

 

HB/30  

o

 

HBW  

 

       















2

mm

kG

Dh

P

HB



 

 
                          

                                 

 

 
gdzie:  

a) obciążenie próbki,                                                    b) odcisk  

1 - penetrator (wgłębnik),  

2 - siła obciążająca, 

 3 - próbka,  

4 - odcisk  

 

 
 
Próba twardości sposobem Rockwella 
 
 

 Polega na dwustopniowym wciskaniu w badaną próbkę  metalu kulki stalowej lub stożka 
diamentowego o kącie 120º. Próby dokonuje się na twardościomierzu  Rockwella. Jeżeli pomiar 
jest stosowany za pomocą kulki to twardość oznacza się symbolem HRB, jeżeli zaś stożka to 
HRC. 
Pomiar ten za pomocą stożka stosuje się do twardych metali i stopów, a zwłaszcza stali 
utwardzanej cieplnie. Zaletą tej metody jest szybkość pomiarów i szeroki zakres pomiarowy. 
Twardość jest zdefiniowana jako różnica umownej i rzeczywistej głębokości odcisku, mierzonej 
przy wstępnym obciążeniu wgłębnika wynoszącym 10 kG. Przyjęto maksymalną głębokość 
odcisku odpowiadającą twardości równej zeru, dla skali       C = 0,20 mm; długość tą podzielono 
na 100 jednostek. Dla skali B głębokość równą 0,26 mm i podzielono na 130 jednostek  
Obciążenie wstępne ma za zadanie eliminację błędów wywołanych przyleganiem 
nieobciążonego wgłębnika do powierzchni metalu i odkształcenie sprężystym. Pomiar 
głębokości odcisku wykonany jest samoczynnie czujnikiem wbudowanym w twardościomierz i 
wywzorcowanym w jednostkach odpowiedniej skali. 

 

 

 
 
 
gdzie: 

a) I faza pomiaru - zbliżenie próbki do wgłębnika,  

b) II faza pomiaru - ustawienie obciążenia wstępnego, 

c) III faza pomiaru - obciążenie całkowite, 

d) VI faza pomiaru - usunięcie obciążenia pomiarowego (nadal pozostaje obciążenie wstępne) i 
odczyt wyniku ze skali, 

e) usunięcie obciążenia wstępnego i odsunięcie próbki od wgłębnika 

 

Skala twardości Rockwella

  

o

 

HRA  

o

 

HRB  

o

 

HRC  

o

 

HRD  

o

 

HRE  

o

 

HRF  

o

 

HRN (Super-Rockwella)  

o

 

HRT (Super-Rockwella 

 
 

 
 

 

Próba twardości sposobem Vickersa

 

  
 
Polega na wciskaniu w badany materiał ostrosłupa     diamentowego o podstawie kwadratowej i 
kącie wierzchołkowym 136º.  Na badanym materiale otrzymuje się odcisk o zarysie 
kwadratowym, którego przekątną należy zmierzyć i zależnie od jej długości odczytać w tabeli 
twardość Vickersa oznaczoną symbolem HV. Próby dokonuje się twardościomierzem Vickersa, 
który jest przeważnie wyposażony w mikroskop pomiarowy do mierzenia przekątnej. Metoda ta 
jest szczególnie przydatna do badania twardości bardzo cienkich warstw powierzchniowo 
utwardzonej stali. Zaletą tej metody jest duża dokładność, szeroki zakres pomiarowy i 
minimalne obciążenie wgłębnika. 

 
  

                                     

 

 
gdzie: 
 

a) obciążenie próbki, b) odcisk  

1 - penetrator (wgłębnik),  

2 - siła obciążająca, 

3 - próbka,  

4 - odcisk  

Skala twardości Vickersa

  

o

 

HV  

o

 

MHV (Mikro-Vickersa)  

 

 
Literatura: 
 

1. Marek Blicharski, Wstęp do inżynierii materiałowej, WNT, Warszawa 1998 

[2]. strona internetowa: 
http://ultra.ap.krakow.pl/~kmr/Na_o_mat.htm#1.%20Pomiary%20twardości 

3. strona internetowa:  http://www.stale-metale.pl/twardosc.html