ГОСТ 4670: твёрдость пластмасс вдавливанием шарика и чем она отличается от Шора

Шарик и дюрометр Шора меряют одно свойство, сопротивление вдавливанию, разными инструментами. Дюрометр даёт безразмерное число по шкале 0–100, шарик даёт напряжение в мегапаскалях, которое можно положить рядом с прочностью и модулем материала. Поэтому в европейских и советских паспортах конструкционных пластиков стоит чаще шарик, а в цеху на приёмке под рукой оказывается дюрометр.

ГОСТ 4670-2015 заменил редакцию 1991 года

Межгосударственный стандарт ГОСТ 4670-2015 «Пластмассы. Определение твёрдости. Метод вдавливания шарика» введён с 1 января 2017 года взамен ГОСТ 4670-91 (текст стандарта). Он модифицирован относительно ISO 2039-1:2001: ссылка на ISO 291 заменена на ГОСТ 12423-2013, обозначение твёрдости HB заменено на H, а добавленные в текст фразы выделены курсивом. По каталогам на октябрь 2026 года стандарт действует. Область применения: пластмассы и эбонит, для разработок и для контроля качества.

Многие стандарты на материалы ещё ссылаются на ГОСТ 4670-91. Например, справочная твёрдость полиамида 610 в ГОСТ 10589-2016 указана со ссылкой на старую редакцию, 100–150 МПа. Сам метод в новой редакции тот же, поменялось оформление и ссылки.

Шарик 5 мм вдавливают под одной из четырёх нагрузок

Индентор по пункту 5.1 это полированный шарик из закалённой стали диаметром 5,00 ± 0,05 мм. Прибор должен мерить глубину до 0,4 мм с точностью ±0,005 мм, а прогиб корпуса при наибольшей нагрузке не больше 0,05 мм. Порядок испытания такой:

1. Образец кладут на стол целиком, точка замера не ближе 10 мм от края.
2. Прикладывают предварительную нагрузку 9,8 ± 0,1 Н на 5 секунд и обнуляют индикатор глубины.
3. За 2–3 секунды плавно добавляют испытательную нагрузку: 49, 132, 358 или 961 Н с отклонением ±1 %.
4. Через 30 секунд под нагрузкой снимают глубину h₁.
5. Вычитают прогиб прибора h₂, найденный на медном блоке толщиной от 6 мм.

Нагрузку подбирают так, чтобы исправленная глубина h = h₁ − h₂ попала в диапазон 0,15–0,35 мм. Если не попала, нагрузку меняют, а число таких замеров пишут в протокол. Действительных испытаний нужно десять, на одном или нескольких образцах, точки отстоят друг от друга и от краёв не меньше чем на 10 мм.

Твёрдость считают через приведённую глубину 0,25 мм

Расчёт в разделе 9 сводит любой замер к условной глубине 0,25 мм. Сначала находят приведённую нагрузку Fᵣ = Fₘ × 0,21 / (h − 0,25 + 0,21), затем твёрдость H = Fᵣ / (π × d × 0,25), где d диаметр шарика. Значения меньше 250 Н/мм² округляют до целого, больше 250 до десятков. Приложение А сводит расчёт в таблицу, по которой твёрдость читают сразу по глубине и нагрузке.

Пример: на капролоновой заготовке шарик под нагрузкой 358 Н ушёл на 0,226 мм, прогиб прибора 0,006 мм. Исправленная глубина 0,220 мм. Приведённая нагрузка 358 × 0,21 / 0,18 = 417,7 Н, твёрдость 417,7 / (3,1416 × 5 × 0,25) ≈ 106 Н/мм². Таблица А.1 для 0,220 мм и 358 Н даёт 106,36, результат совпадает.

По таблице А.1 каждой нагрузке соответствует своё окно твёрдости. Нагрузка 49 Н охватывает примерно 8–24 Н/мм², 132 Н около 23–64, 358 Н около 62–174, 961 Н около 166–467 Н/мм². Окна стыкуются с небольшим перекрытием. В зоне стыка две нагрузки могут дать немного разные числа, и стандарт советует заранее договориться, какой нагрузкой мерить.

Чем твёрдость вдавливанием шарика отличается от твёрдости по Шору D?

Твёрдость вдавливанием шарика по ГОСТ 4670-2015 выражается в Н/мм² и считается как нагрузка, делённая на площадь отпечатка шарика диаметром 5 мм при глубине 0,15–0,35 мм через 30 секунд. Твёрдость по Шору D безразмерна: это показание дюрометра с острой иглой и пружиной около 44,5 Н по шкале 0–100. Формулы перевода между ними стандарты не дают, их сравнивают только по паре замеров на одном материале.

Шор D и шарик для одного материала связывают только замером

Шкалу D дюрометра и метод шарика иногда пересчитывают по таблицам из сети. Механика у них разная: игла дюрометра с малым радиусом даёт острый, местный отпечаток, шарик 5 мм нагружает объём материала под собой, и результат ближе к модулю упругости при сжатии. Один и тот же сдвиг цифры по Шору у полиамида и у полиацеталя может соответствовать разному изменению твёрдости по шарику. Для перевода есть один надёжный способ: оба числа снимают на одной заготовке. У дюрометра типа D своя игла и свой порог применения, их удобно сверить по твёрдости по Шору D.

В паспортах это видно напрямую. Лист данных на полиацеталь POM одного изготовителя полуфабрикатов приводит обе характеристики сразу: твёрдость вдавливанием шарика 145 МПа по ISO 2039-1 при H358/30 и 81 по Шору D по ISO 868 (паспорт POM). Эта пара верна для этого материала, но не даёт формулы: у полиамида или фторопласта отношение двух чисел будет другим, и без замера на конкретной заготовке одно из другого не выводят.

Какую нагрузку брать для твёрдости пластмассы по ГОСТ 4670?

Нагрузку для твёрдости пластмассы по ГОСТ 4670-2015 выбирают из ряда 49, 132, 358 и 961 Н так, чтобы глубина вдавливания с поправкой на прогиб прибора лежала между 0,15 и 0,35 мм. Для полиамидов и полиацеталя с твёрдостью 100–170 Н/мм² обычно подходит 358 Н; материалам тверже 170 Н/мм² нужна 961 Н, мягче 60 Н/мм² хватает 132 Н или 49 Н. Нагрузку пишут в протокол как H358/30.

Образец 4 мм толщиной и 20 × 20 мм по площади

Образец по разделу 6 берут в виде гладкой плоскопараллельной пластины или блока, например 20 × 20 мм, рекомендуемая толщина 4 мм. Допускаются образцы 10 × 10 мм или диаметром 10 мм, тогда отпечаток отстоит от края на 5 мм. Для слегка покоробленных литых образцов разрешён стол диаметром 10 ± 1 мм, и образец кладут более плоской стороной вниз: иначе часть «глубины» окажется просто прижатием образца к столу.

Кондиционирование по ГОСТ 12423-2013, эбонит по ГОСТ 24841-81, если документ на продукцию не требует иного. Для полиамидов это существенно. Влажный капролон мягче сухого, и твёрдость одного стержня в июле и в январе может различаться на заметную величину. В протоколе поэтому отдельной строкой указывают условия кондиционирования.

Протокол с нагрузкой и разбросом делает цифру проверяемой

Раздел 10 требует восемь пунктов: ссылку на стандарт, материал, условия кондиционирования и испытания, описание и способ получения образцов, число испытаний, число замеров вне диапазона 0,15–0,35 мм, среднюю твёрдость со стандартным отклонением и дату. Без нагрузки и кондиционирования число в протоколе сравнимо только с самим собой.

Для заказчика детали из пластика твёрдость по шарику уместна как требование к материалу заготовки и проверяется по протоколу изготовителя полуфабриката или в лаборатории. На готовой втулке со стенкой 3 мм замер по ГОСТ 4670 не сделать: нужен ровный участок шириной от 20 мм и толщина от 4 мм. Если твёрдость нужно проверять на каждой партии деталей прямо на приёмке, её задают по Шору D на детали или на образце-свидетеле.

Твёрдость в чертеже записывают по светофору

Зелёный: в чертеже стоит материал и твёрдость с методом, например «капролон, твёрдость вдавливанием шарика не менее 100 Н/мм² по ГОСТ 4670-2015, H358/30, проверка по паспорту заготовки». Заготовку принимают по документу, деталь по размерам.

Жёлтый: стоит «твёрдость 150» без единиц и метода. Это может быть Н/мм² по шарику или ошибочно перенесённые единицы Бринелля. Технолог уточняет источник цифры и предлагает в КП отдельной строкой метод проверки; согласованная строка заменяет исходную.

Красный: в чертеже твёрдость по Шору D, пересчитанная из Н/мм² по таблице, стоит как приёмочный критерий, а материал не указан. По такой записи нельзя выбрать заготовку и нельзя принять деталь. Сначала определяют материал по образцу или старой документации, затем выбирают метод.

Детали из пластика заказывают с методом проверки

Наша компания изготавливает детали из инженерных пластиков механической обработкой из стержней и плит. Твёрдость заготовки подтверждает паспорт её изготовителя, а выбор между капролоном, полиацеталем и полиамидом по нагрузке и среде начинают со страницы капролона и инженерных пластиков. Для фторопласта изготовители заготовок чаще приводят Шор D, и твёрдость фторопласта сравнивают по этой шкале.

Для расчёта присылают чертёж или образец, материал, требование к твёрдости вместе с методом и то, как её предполагается проверять. Если метод в документации не указан, его предлагают в КП, и до запуска он согласуется письменно: твёрдость, которую нечем проверить на приёмке, в спецификации только мешает.