Для определения твёрдости, а точнее, макротвёрдости, в промышленности широко используются методы Бринелля, Роквелла и Виккерса (Бринелль – шведский инженер, Роквелл – американский металлург, «Виккерс» – название британского концерна). Определение твёрдости по методу Бринелля основано на вдавливании в плоскую чистую и гладкую поверхность металла под постоянной нагрузкой твёрдого стального шарика. Твёрдость выражается отношением приложенной нагрузки к площади сферической поверхности отпечатка. Практически для определения твёрдости измеряют диаметр отпечатка и по нему находят значение твёрдости в прилагаемых к прибору таблицах.

Нагрузку Р и диаметр шарика D выбирают в зависимости от испытуемого материала. Так, при испытании стали и чугуна устанавливают шарик диаметром 10 мм и Р = 3 000 кгс, при испытании меди и её сплавов D = 10 мм, Р = 1 000 кгс, а при испытании алюминия, баббитов и других очень мягких металлов D = 10 мм, Р = 250 кгс. Толщина испытуемых образцов должна быть не менее 10-кратной глубины отпечатка.

Между числом твёрдости (НВ), по Бринеллю, и временным сопротивлением ?_В установлена зависимость, приведённая в табл. 2.

Таблица 2

Зависимость между твёрдостью по методу Бринелля и временным сопротивлением

Металлы и сплавы	Твердость НВ, кгс/мм2	Предел прочности на разрыв ?В, МПа
Сталь твёрдостью НВ	120–175 кгс/мм2	3,4 НВ
	175–450 кгс/мм2	3,5 НВ
Медь, латунь, бронза	отожжённая	5,5 НВ
	наклёпанная	3,5 НВ
Алюминий и его сплавы твёрдостью НВ	20–45 кгс/мм2	(3,3–3,6) НВ

Количественные зависимости между числами твёрдости НВ и другими механическими характеристиками металла соблюдаются в меньшей степени.

Способом Бринелля не удаётся испытывать материалы с числом твердости НВ более
450 кгс/мм², поскольку стальной шарик может деформироваться, а также измерять твёрдость тонких поверхностных слоев, так как шарик этот слой продавливает.

Принципиальное отличие измерения твёрдости по Роквеллу (НR) от способа Бринелля заключается в том, что твёрдость определяют не по диаметру отпечатка, а по его глубине. Инденторами служат алмазный конус с углом при вершине, равным 120^o, или стальной закалённый шарик диаметром 1,5875 мм. Шарик применяют при испытании мягких материалов, а алмазный конус – твёрдых. Твёрдость, по Роквеллу, измеряется в условных единицах. За единицу твёрдости принята величина, соответствующая осевому перемещению индентора на 0,002 мм. Значение твёрдости сразу считывается по шкале индикатора. Прибор снабжён тремя шкалами – A, B и C.

При испытании материалов с высокой твёрдостью применяется алмазный конус и нагрузка 150 кгс. Твёрдость определяют по шкале С и обозначают HRC с указанием числа твёрдости, например, HRC 60. При испытании очень твёрдых материалов (более HRC 70) применяют нагрузку 60 кгс, так как вдавливание алмазного конуса с большой нагрузкой может привести к выкрашиванию алмаза. Твёрдость отсчитывается по шкале А и обозначается HRA. Стальной шарик применяют при испытании мягких материалов и нагрузке 100 кгс. Твёрдость отсчитывается по шкале В и обозначается HRB. Толщина образца при испытании способом Роквелла должна быть не менее 1,5 мм.

Пределы измерения твёрдости по шкалам следующие: для шкалы А от 70 до 85 единиц, для шкалы С – от 20 до 67 единиц, для шкалы В – от 25 до 100 единиц. Между числами твёрдости по методам Роквелла и Бринелля, установлена следующая приблизительная зависимость: HB = 10 HRC.

Измерение твёрдости (HV) по Виккерсу, основано на вдавливании под действием нагрузки четырёхгранной алмазной пирамиды с углом между противоположными гранями при вершине 136⁰. Твёрдость по методу Виккерса выражается отношением приложенной нагрузки к площади поверхности отпечатка и может быть вычислена с помощью специальных таблиц по среднеарифметическому значению длин обеих диагоналей отпечатка, измеряемых после снятия нагрузки, или по формуле:

НV=1.854•(P/d²),

где    Р – нагрузка;

d – среднеарифметическое значение длин диагоналей.

В зависимости от испытуемого материала нагрузку выбирают в пределах от 1 до 100 кгс.

Метод используют для измерения твёрдости тонких поверхностных слоёв, так как диагонали отпечатка примерно в 7 раз больше его глубины, и даже при небольшой глубине вдавливания пирамиды отпечаток получается четким. Испытуемая поверхность должна быть тщательно отшлифована или даже отполирована. Значения твёрдости, по Виккерсу и Бринеллю, имеют одинаковую размерность и до величины НВ, равной 450, практически совпадают.

Представляет интерес не только «усреднённая» твёрдость – макротвёрдость, определяемая методами Бринелля, Роквелла и Виккерса, но и твёрдость отдельных фаз и структур сплава – микротвёрдость. Микротвёрдость (Н) определяют вдавливанием алмазной пирамиды на приборах типа ПМТ-3. Применяют различные типы алмазных наконечников. Наиболее широко используют четырёхгранную пирамиду с углом между гранями при вершине 136^о. В зависимости от особенностей изучаемой структуры применяют грузы от 5 до 500 гс.

Числа микротвёрдости определяют с помощью таблиц по средней длине обеих диагоналей отпечатка. Числа твёрдости в таблице вычислены по формуле Н = 1,854·(P/d²), т. е. по той же формуле, что и твёрдость, по Виккерсу, и представляют, следовательно, числа твёрдости по методу Виккерса.