Twardość jest miarą zdolności materiału metalowego do opierania się naciskaniu lub trawieniu siłą zewnętrzną i jest jednym z najważniejszych wskaźników właściwości mechanicznych materiałów metalowych. Badanie twardości jest jedną z najszybszych, najbardziej ekonomicznych i najprostszych metod testowych do oceny właściwości mechanicznych metali. Badanie twardości może odzwierciedlać różnice we właściwościach materiałów metalowych o różnym składzie chemicznym, strukturach organizacyjnych i warunkach procesu obróbki cieplnej, dlatego jest szeroko stosowane w kontroli właściwości metali, nadzorze nad jakością procesu obróbki cieplnej i opracowywaniu nowych materiałów.
Twardość Brinella
Osiąga się to poprzez wciśnięcie stalowej kulki hartowniczej lub kulki węglikowej o średnicy D w powierzchnię mierzonego materiału metalowego z obciążeniem P o określonej wielkości, przytrzymanie jej przez określony czas, a następnie usunięcie obciążenia. Stosunek obciążenia P do powierzchni wgłębienia F to wartość twardości Brinella, oznaczana jako HB. Wartości twardości Brinella są zazwyczaj wyrażane w kilogramach siły/mm² (N/mm²), ale w praktyce są one powszechnie używane jako HBW lub HBS.
1 metoda pomiaru
Warunki testu: obciążenie testowe i średnica stalowej kulki testowej muszą być określone zgodnie z rzeczywistą wydajnością materiału. Typowe obciążenie testowe i średnica stalowej kulki mają ustalone standardy, aby dostosować się do testu twardości różnych materiałów.
Proces pomiaru: Materiał do badania jest najpierw umieszczany na twardościomierzu, a następnie przeprowadzany jest test wciskania z wybranym obciążeniem i kulką stalową. Po przytrzymaniu przez określony czas obciążenie jest usuwane i mierzona jest średnica wcisku.
Obliczanie twardości: Na podstawie średnicy wgłębienia można obliczyć wartość twardości Brinella za pomocą wzoru lub sprawdzając ją w tabeli.
2 Aplikacja
Twardościomierz Brinella służy głównie do określania twardości żeliwa, stali, metali nieżelaznych i stopów miękkich oraz innych materiałów.
Jest szeroko stosowany w metalurgii, kuźni, energetyce, maszynach naftowych, pojazdach szynowych, samochodach, sprzęcie wojskowym, laboratoriach, szkołach wyższych i uniwersytetach oraz badaniach naukowych.
3 metoda wyrażania
Symbol twardości Brinella z HBS lub HBW. HBS oznacza, że wgłębnik jest hartowaną kulką stalową, używaną do określania wartości twardości Brinella 450 poniżej materiału; HBW oznacza, że wgłębnik jest węglikiem spiekanym, używanym do określania wartości twardości Brinella 650 poniżej materiału.
Wyrażenie: liczba przed HBS lub HBW to wartość twardości, po której następują liczby wskazujące warunki testu, w tym średnica kulki wgłębnika, obciążenie testowe i czas utrzymywania obciążenia testowego (10~15 s nieoznaczone). Na przykład 170HBS10/1000/30 oznacza, że wartość twardości Brinella 170 mierzona stalową kulką o średnicy 10 mm, utrzymywaną przez 30 s pod obciążeniem testowym 9807 N (1000 kg).
Twardość Vickersa
Twardość Vickersa, wyrażona symbolem HV, zaproponowali w 1921 roku Brytyjczycy Smith (Robert L. Smith) i Sedland (George E. Sandland) w firmie Vickers (Vickers Ltd). Wykorzystuje ona względny kąt powierzchni 136 stopni między dodatnim stożkiem pryzmatycznym diamentowym wgłębnika, w warunkach obciążenia F pod działaniem nacisku na powierzchnię próbki testowej, utrzymuje pewien okres czasu po odciążeniu, mierzy długość przekątnej wgłębienia d, a następnie oblicza powierzchnię wgłębienia, a na końcu z wgłębienia średniego nacisku na powierzchnię twardości metalu wartość Vickersa.
1 Metoda pomiaru
Podczas rzeczywistego pomiaru nie ma potrzeby przeprowadzania skomplikowanych obliczeń, lecz na podstawie zmierzonej długości przekątnej wcięcia o wartości d należy bezpośrednio sprawdzić w tabeli zmierzoną wartość twardości.
Najczęściej stosowany zakres obciążeń twardościomierza Vickersa wynosi 49,03 ~ 980,7 N, nadaje się do pomiaru większych elementów obrabianych i określania twardości głębszych warstw powierzchniowych.
Do określenia twardości cieńszego przedmiotu obrabianego, powierzchni narzędzia lub warstwy powłoki można posłużyć się małym obciążeniem twardości Vickersa, obciążeniem próbnym 1,961 ~ 49,03 N.
Twardość mikro Vickersa nadaje się do analizy mikroskopowej.
2 Reprezentacja
Wartość twardości Vickersa w standardowym formacie raportowania xHVy, gdzie x oznacza wartość twardości Vickersa, y oznacza pomiar wartości obciążenia użytego (jednostka: siła kg). Na przykład 185HV5 wartość twardości 185, pomiar wartości obciążenia użytego dla siły 5 kg.
3 Zakres zastosowania
Twardościomierz Vickersa ma szeroki zakres zastosowań, może mierzyć niemal wszystkie materiały metalowe stosowane w przemyśle, od bardzo miękkich materiałów do bardzo twardych materiałów. Ponadto może być również używany do badania twardości materiałów ceramicznych, tworzyw sztucznych i gumy, materiałów tekturowych i tak dalej.
4 Przykładowe wymagania
Powierzchnia próbki powinna być gładka i płaska, bez warstwy tlenkowej, zanieczyszczeń i oleju.
Ogólnie rzecz biorąc, parametr chropowatości powierzchni próbki twardości Vickersa Ra nie jest większy niż {{0}}.40μm, parametr twardości próbki twardości Vickersa o małym obciążeniu nie jest większy niż 0,20μm, parametr twardości próbki twardości Vickersa mikro nie jest większy niż 0,10μm.
twardość Rockwella
Twardość Rockwella to wskaźnik służący do określania wartości twardości na podstawie głębokości odkształcenia plastycznego wgniecenia. Wykorzystuje on określone warunki wgłębnika (stożek diamentowy, kulka stalowa lub kulka z węglika wolframu) wciśniętego w powierzchnię próbki w dwóch etapach i mierzy głębokość resztkowej głębokości wgniecenia h, aby przedstawić twardość.
1 metoda pomiaru wgłębnik i siła testowa
Test twardości Rockwella z użyciem trzech rodzajów wgłębników (stożek diamentowy i dwie średnice stalowej kulki) i trzech rodzajów siły testowej (60 kg, 100 kg, 150 kg). Te kombinacje odpowiadają twardości Rockwella w dziewięciu skalach, mianowicie HRA, HRB, HRC, HRD, HRE, HRF, HRG, HRH, HRK. Powierzchniowy test twardości Rockwella wykorzystuje dwa wgłębniki i trzy mniejsze siły testowe (15 kg, 30 kg, 45 kg), co odpowiada sześciu skalom.
2 Obliczanie wartości twardości
Wartość twardości Rockwella oblicza się według następującego wzoru: N - stała (dla różnych skal N wynosi 100 lub 130); h - głębokość wgniecenia resztkowego, mm; S - stała (dla twardości Rockwella, S=0.002mm; dla twardości Rockwella powierzchniowej, S=0.001mm).
3 Charakterystyka
Zalety: badanie twardości metodą Rockwella jest proste i szybkie, odcisk jest niewielki, zakres pomiaru jest szeroki, można je stosować do większości materiałów metalowych.
Wady: słaba reprezentatywność, słaba powtarzalność danych, nie nadaje się do organizacji materiałów nierównych lub cienkich oraz warstw utwardzanych powierzchniowo.
4. Aplikacja
Badanie twardości metodą Rockwella jest powszechnie stosowane w przypadku materiałów o dużej twardości, np. stali hartowniczej, żeliwa itp.
Trzy powszechnie stosowane skale to HRA, HRB i HRC, które nadają się do materiałów o różnej twardości.
Wybór skal twardości
HRA: Stosowany do materiałów o większej twardości, takich jak blacha stalowa, węglik spiekany, przy obciążeniu 60 kg i wgłębniku w kształcie stożka diamentowego.
HRB: Stosowany do materiałów o mniejszej twardości, takich jak miękka stal, metale nieżelazne, stal wyżarzana itp., z obciążeniem 100 kg i kulą ze stali hartowanej o średnicy 1,5875 mm.
HRC: Do materiałów o większej twardości, takich jak stal hartownicza, żeliwo itp., stosuje się obciążenie 150 kg i wgłębnik diamentowy.
Dzięki dobraniu odpowiedniej kombinacji wgłębnika i siły pomiarowej, badanie twardości metodą Rockwella może zapewnić dokładne wartości twardości, co stanowi ważną podstawę doboru materiałów i kontroli jakości.
