Sprievodca testovaním tvrdosti kovu: Rockwell, Shore a metódy

Tvrdosť je miera odolnosti materiálu voči trvalému vtlačeniu. Pri testovaní tvrdosti kovu je odpoveď na to, ako sa tvrdosť meria, jednoduchá: do povrchu sa pri presnom zaťažení vtlačí štaardizovaný indentor a veľkosť alebo hĺbka vtlačku sa prevedie na číslo tvrdosti . Pre testovanie tvrdosti ocele na výrobnej podlahe je najlepšou voľbou Rockwellova metóda 60 HRC predstavuje typickú kalenú nástrojovú oceľ a 25 HRC predstavuje mäkkú, opracovateľnú mäkkú oceľ . A United Rockwell tvrdomer je špecifický digitálny prístroj, ktorý automatizuje tento test a poskytuje výsledky v priebehu niekoľkých sekúnd. Pre mäkšie, nekovové materiály, Testery tvrdosti Shore merajú penetráciu pružinového indentoru a sú nevyhnutné pre elastoméry a polyméry. Tento článok poskytuje praktické skúmanie metód kontroly tvrdosti, od klasických techník Brinella a Vickersa po prenosné testery odrazu, s príkladmi tvrdosti betónovej ocele.

Ako sa meria tvrdosť: základné princípy

Všetky metódy statického merania tvrdosti majú spoločnú postupnosť: indentor známej geometrie sa vtlačí do materiálu kontrolovanou silou a rýchlosťou, sila sa podrží po definovanú dobu zotrvania a potom sa zmeria vtlačenie. Číslo tvrdosti je odvodené buď z hĺbky prieniku alebo z plochy povrchu odtlačku. Tri najbežnejšie typy indentorov sú diamantový kužeľ, guľôčka z tvrdenej ocele alebo karbidu a diamantová pyramída. Podstatný rozdiel medzi metódami spočíva v kombinácii indentora, aplikovanej sily a prístupu merania.

Pri metalurgickom testovaní tvrdosti tento proces prináša viac než len číslo. Odráža medzu klzu materiálu, rýchlosť tvrdnutia a mikroštruktúru. A Brinellov test na hrubozrnnom odliatku , napríklad spriemeruje tvrdosť viacerých zŕn, zatiaľ čo a Vickers mikrovrúbkovanie pri 0,5 kgf môže izolovať tvrdosť karbidu na hranici jedného zrna. Pochopenie princípu merania je prvým krokom k výberu správneho testu.

Rockwellovo testovanie tvrdosti: Priemyselný štaard pre kov

Testovanie tvrdosti podľa Rockwella je dominantnou metódou testovania tvrdosti kovov pre výrobné prostredia, pretože je rýchle, nedeštruktívne v makro meradle a nevyžaduje optické meranie. Skúška funguje tak, že sa najprv aplikuje malé zaťaženie (zvyčajne 10 kgf) na usadenie indentora a stanovenie nulovej referencie. Potom sa aplikuje veľké zaťaženie (60, 100 alebo 150 kgf) a následne sa odstráni, pričom zostane len malé zaťaženie. Tvrdosť sa odčítava priamo z číselníka alebo digitálneho displeja ako inverzná funkcia trvalého zväčšenia hĺbky . Typický testovací cyklus trvá menej ako päť sekúnd.

Najbežnejšie stupnice sú HRC a HRB. HRC používa diamantový kužeľový indentor a hlavnú záťaž 150 kgf a používa sa na kalené ocele a zliatiny titánu. HRB používa 1/16-palcovú karbidovú guľu a hlavné zaťaženie 100 kgf pre mäkšie materiály ako zliatiny medi a nekalená oceľ. Príkladom tvrdosti podľa Rockwella, ktorým sa riadi väčšina priemyslu, je špecifikácia povrchovo tvrdených ozubených kolies na 58-62 HRC , ktorý poskytuje optimálnu odolnosť proti opotrebovaniu bez nadmernej krehkosti.

Testovanie tvrdosti ocele a typické príklady tvrdosti podľa Rockwella

Testovanie tvrdosti ocele je najčastejšou aplikáciou stolných tvrdomerov a Rockwellove hodnoty slúžia ako univerzálny jazyk pre špecifikáciu tepelného spracovania. Nižšie uvedená tabuľka poskytuje priame praktické príklady tvrdosti pre bežné podmienky ocele. Tieto hodnoty sú tým, čo inžinier kvality očakáva pri umiestnení vzorky na a United Rockwell tvrdomer .

United Rockwell Tester tvrdosti : Praktické riešenie na pracovnej ploche

The United Rockwell tvrdomer je špecifická značka digitálneho stolového tvrdomeru široko používaná v metalurgickom testovaní tvrdosti a zabezpečovaní kvality. Modely v sérii United TRU vykonávajú všetky bežné a povrchové Rockwellove váhy, vrátane HRC, HRB a HRN/T, s uzavretým systémom aplikácie sily, ktorý zaisťuje presnosť lepšia ako plus alebo mínus 0,5 HRC . Prístroj automatizuje ukladanie menšieho nákladu, aplikáciu veľkého zaťaženia, zotrvanie a vykladanie stlačením tlačidla, čím eliminuje vplyv operátora na výsledok. Pre testovanie tvrdosti ocele to znamená, že technik môže testovať dávku 50 vzoriek hriadeľa a získať konzistentné, opakovateľné čísla bez optického merania. Digitálny displej testera zobrazuje hodnotu tvrdosti priamo a údaje možno exportovať na štatistické riadenie procesu, čo z neho robí ústredný nástroj v akejkoľvek knižnici metód kontroly tvrdosti kovov.

Testovanie tvrdosti podľa Brinella pre sypké a hrubé materiály

Brinell je preferovanou metódou merania tvrdosti pre materiály s hrubou alebo heterogénnou mikroštruktúrou, ako sú železné odliatky, kované diely a zliatiny medi. A 10 mm gulička z karbidu volfrámu sa bežne vtláča do povrchu pod vysokým zaťažením 3000 kgf pre oceľ a 500 kgf pre mäkké neželezné kovy . Po odstránení záťaže sa priemer odtlačku zmeria kalibrovaným mikroskopom. Číslo tvrdosti uvádzané ako HBW 10/3000 napríklad je aplikované zaťaženie delené povrchovou plochou priehlbiny. Pretože veľká guľa odoberá vzorky mnohých zŕn, výsledkom je spoľahlivá objemová tvrdosť, ktorá pri mnohých kovoch dobre koreluje s pevnosťou v ťahu. Typickým príkladom tvrdosti z tejto metódy je 200 HBW pre sivú liatinu .

Testovanie tvrdosti podľa Vickersa: Presnosť naprieč všetkými stupnicami

Vickers je jedinečný medzi metódami merania tvrdosti, pretože je rovnaký pyramídový indentor na báze diamantového štvorca sa používa pre sily od 1 gf do 120 kgf, vďaka čomu je test použiteľný na všetko od 3-mikrónového povlaku až po hrubý oceľový plech. Uhlopriečky vtlačenia sa merajú opticky a tvrdosť sa vyjadruje ako HV , je v širokom rozsahu nezávislý od zaťaženia. V metalurgickom testovaní tvrdosti je Vickers nevyhnutný pre určenie hĺbky prípadu , kde sa od povrchu k jadru vytvorí séria vrúbkov s hmotnosťou 0,5 alebo 1 kgf, aby sa zmapoval gradient tvrdosti. Je to tiež referenčná metóda pre kvalifikáciu zvarových zón a tenkých fólií, kde by Rockwell a Brinell prehliadli kritické odchýlky. Príkladom tvrdosti pre nitridovaný povrch je 1000 HV 0,5 , klesá na 300 HV v jadre.

Tvrdomery Shore pre elastoméry a polyméry

Tvrdomery podľa Shorea sú prenosné prístroje, ktoré merajú odolnosť gumy, plastov a iných nekovových materiálov voči vtlačeniu pružinovým indentorom. Najbežnejšie sú dve stupnice Shore A pre mäkkú gumu a Shore D pre tvrdé plasty . Hodnota tvrdosti 60 Shore A je typická pre behúň gumovej pneumatiky, zatiaľ čo hodnota 80 Shore D označuje materiál prilby. Meranie je rýchle a nedeštruktívne, čo z neho robí štandardnú metódu kontroly tvrdosti vo výrobe aj v teréne. Hoci sa testery Shore nepoužívajú na kovy, sú kritickou súčasťou schopnosti kompletného testovania tvrdosti hybridných komponentov, ako sú napríklad gumené a kovové držiaky.

Ako vykonať test tvrdosti: Sprievodca krok za krokom

Nasledujúci praktický postup ilustruje, ako testovať tvrdosť pomocou stolového testera Rockwell, čo je najbežnejší priemyselný scenár. Pre všetky metódy platia rovnaké princípy prípravy vzorky, strojového overenia a rozmiestnenia vtlačkov.

1. Overte testera. Vykonajte dennú kontrolu kalibrácie na certifikovanom testovacom bloku so známou tvrdosťou. Odčítanie musí byť v rámci stanovenej tolerancie, zvyčajne plus alebo mínus 1,0 HRC na stupnici HRC.
2. Pripravte povrch vzorky. Skúšobný povrch a sedlo nákovy musia byť čisté, suché a bez vodného kameňa alebo oduhličenia. Pre tenké alebo nepravidelné časti použite správnu zdvíhaciu skrutku a vložku nákovy, aby ste zaistili stabilitu.
3. Vyberte správnu mierku a indentor. Pre kalenú oceľ nad 20 HRC nainštalujte diamantový kužeľový indentor a vyberte stupnicu HRC. Pre mosadz alebo nekalenú oceľ použite guľôčku 1/16 palca a stupnicu HRB.
4. Použite menšie zaťaženie. Pomaly zdvíhajte zdvíhaciu skrutku, kým sa indentor nedotkne vzorky a úplne sa neaplikuje malé zaťaženie, čo je označené referenčnou značkou alebo pípnutím.
5. Použite hlavnú záťaž a zotrvajte. Spustite testovací cyklus. Stroj aplikuje celú hlavnú záťaž, podrží ju počas špecifikovaného času zotrvania (zvyčajne 3–6 sekúnd) a automaticky sa uvoľní späť na malú záťaž.
6. Prečítajte si hodnotu tvrdosti. Rockwellovo číslo sa zobrazuje priamo. Zaznamenajte hodnotu a mierku, napr. 58,5 HRC .
7. Dodržujte správne rozostupy. Vzdialenosť medzi zárezmi musí byť aspoň trojnásobok priemeru priehlbiny a každý zárez musí byť aspoň 2,5-násobok priemeru od okraja vzorky, aby sa predišlo interferencii pri deformácii.

Výber správnej metódy kontroly tvrdosti

Výber metódy merania tvrdosti závisí od typu materiálu, geometrie dielu, mierky mikroštruktúry a od toho, či ide o test na uvoľnenie z výroby alebo analýzu porúch. Nižšie uvedená tabuľka sumarizuje primárne metódy kontroly tvrdosti pre kovové a nekovové aplikácie a poskytuje praktický návod na výber.

Posledný praktický bod: žiadna skúška tvrdosti nie je univerzálna. Dobre vybavené hutnícke laboratórium využíva a United Rockwell tvrdomer pre denné kontroly výroby ocele, Vickers mikrotvrdomer na analýzu porúch a prenosný Shore meter na kontrolu prichádzajúcej gumy. Prispôsobenie metódy materiálu a požadovaným informáciám je základom spoľahlivého testovania tvrdosti.