Ispitivač tvrdoće Vodič: objašnjenje metoda Rockwell i Vickers
A mjerač tvrdoće mjeri otpornost materijala na lokaliziranu plastičnu deformaciju, obično utiskivanjem stvrdnutog utiskivača na površinu materijala pod kontroliranim opterećenjem i procjenom dubine ili veličine rezultirajućeg udubljenja. Ispitivanje tvrdoće jedna je od najčešće korištenih provjera kontrole kvalitete u obradi metala, toplinskoj obradi i inženjerstvu materijala, budući da je tvrdoća usko povezana s otpornošću na habanje, vlačnom čvrstoćom i obradivošću, dajući proizvođačima brz, uglavnom nedestruktivan način provjere zadovoljava li dio specifikaciju materijala.
Dok postoje deseci metoda i ljestvica za ispitivanje tvrdoće, Rockwell i Vickers ostaju dvije najčešće specificirane u industrijskim i laboratorijskim postavkama, a svaka je prilagođena različitim vrstama materijala, geometriji dijelova i zahtjevima za preciznošću. Ovaj vodič pokriva kako općenito radi mjerač tvrdoće, kako koristiti Rockwell mjerač tvrdoće korak po korak i što izdvaja Vickersov uređaj za mjerenje tvrdoće od ostalih metoda ispitivanja.
Kako radi mjerač tvrdoće
Svaki mjerač tvrdoće, bez obzira na metodu, radi na istom osnovnom principu: primijenite poznatu silu kroz utiskivač određenog oblika i materijala, zatim izmjerite rezultirajuću deformaciju da biste dobili vrijednost tvrdoće. Ono što se razlikuje između metoda ispitivanja je geometrija utiskivača, primijenjeno opterećenje i temelji li se mjerenje na dubini udubljenja, koju izravno mjeri stroj, ili veličini utiskivanja, koja se optički mjeri nakon uklanjanja opterećenja.
Rockwell ispitivanje mjeri dubinu udubljenja izravno, pomoću dijamantnog stošca ili kuglice od kaljenog čelika, ovisno o specifičnoj ljestvici koja se koristi, i daje očitanje tvrdoće gotovo trenutačno budući da stroj automatski izračunava vrijednost iz razlike dubine između manjeg i velikog opterećenja. Nasuprot tome, Vickersovo i Brinellovo ispitivanje oslanja se na mjerenje fizičkih dimenzija udubljenja na površini materijala, obično pod mikroskopom ili pomoću integriranog optičkog mjernog sustava, i izračunavanje tvrdoće iz tog izmjerenog područja udubljenja.
Odabir pravog mjerača tvrdoće i ljestvice za određeni materijal i primjenu ovisi o čimbenicima uključujući očekivani raspon tvrdoće materijala, debljinu i završnu obradu površine uzorka za ispitivanje te zahtijeva li primjena brzu provjeru proizvodnog poda ili precizno mjerenje u laboratoriju. Standardi ispitivanja kao što su ASTM E18 za Rockwell i ASTM E92 za Vickers definiraju točne postupke, opterećenja i zahtjeve za kalibraciju koje proizvođači i laboratoriji trebaju slijediti za sljedive, ponovljive rezultate.
Kako koristiti Rockwellov tester tvrdoće
Ispravna uporaba uređaja za mjerenje tvrdoće Rockwell počinje pripremom ispitnog uzorka: površina koja se ispituje mora biti čista, ravna i bez kamenca, oksidacije ili površinskih nepravilnosti koje bi mogle iskriviti očitanje, jer čak i manja površinska kontaminacija može značajno iskriviti rezultate. Ispitni komad se postavlja na nakovanj stroja, a odgovarajući utiskivač, bilo dijamantni konus za tvrđe materijale ili čelična kugla za mekše, zajedno s ispravnim opterećenjem specifičnim za skalu, odabire se na temelju vrste materijala i očekivanog raspona tvrdoće koji se ispituje.
Sam postupak testiranja slijedi slijed opterećenja u dva koraka: prvo se primjenjuje manje opterećenje kako bi se utiskivač čvrsto prislonio na površinu materijala i uspostavila stabilna referentna točka, nakon čega se primjenjuje glavno opterećenje i zadržava određeno vrijeme kako bi se omogućilo materijalu da u potpunosti odgovori na primijenjenu silu. Nakon što se glavno opterećenje ukloni, a manje opterećenje ostane, stroj mjeri razliku u dubini udubljenja između dva stupnja opterećenja, a ta se razlika dubine pretvara izravno u vrijednost tvrdoće po Rockwellu prikazanu na brojčaniku testera ili digitalnom očitanju.
Za dosljedne, točne rezultate, operateri bi trebali uzeti višestruka očitanja na različitim točkama na ispitnom komadu umjesto da se oslanjaju na jedno mjerenje, budući da manje nedosljednosti materijala ili površinske varijacije mogu uzrokovati razlike u pojedinačnim očitanjima. Razmak ispitnih točaka dovoljno udaljen da bi se izbjegle smetnje polja naprezanja koje stvaraju susjedna udubljenja i održavanje kalibracije ispitivača kroz redovitu provjeru s certificiranim ispitnim blokovima, bitne su prakse za proizvodnju pouzdanih podataka o tvrdoći po Rockwellu tijekom vremena.
Stroj za ispitivanje tvrdoće po Vickersu: po čemu se razlikuje
A Stroj za ispitivanje tvrdoće po Vickersu koristi precizno oblikovani dijamantni utiskivač u obliku kvadratne piramide, utisnut u površinu materijala pod odabranim opterećenjem, a za razliku od Rockwell testiranja, vrijednost tvrdoće izračunava se iz izmjerene dijagonalne duljine udubljenja zaostalog, a ne iz dubine udubljenja izmjerene tijekom samog ispitivanja. Ovaj optički pristup mjerenju zahtijeva integrirani mikroskop ili sustav kamera koji može mjeriti dijagonale udubljenja s visokom preciznošću, budući da se čak i male pogreške mjerenja izravno pretvaraju u netočnost vrijednosti tvrdoće.
Jedna od ključnih prednosti Vickersovog testiranja je njegov iznimno širok primjenjivi raspon tvrdoće i njegova sposobnost testiranja širokog spektra materijala, od vrlo mekih metala do iznimno tvrdih, lomljivih materijala, korištenjem iste geometrije utiskivača u cijelosti, što nije slučaj s Rockwellovim ispitivanjem, gdje različite ljestvice zahtijevaju različite indentere i opterećenja za različite raspone tvrdoće. Ova svestranost čini Vickers testere osobito vrijednima u istraživačkim okruženjima i okruženjima kontrole kvalitete u kojima se rukuje raznim vrstama materijala i razinama tvrdoće bez potrebe za promjenom konfiguracije opreme.
Moderni Vickersovi strojevi za mjerenje tvrdoće sve više uključuju softver za automatizirano optičko mjerenje koji snima sliku udubljenja i automatski izračunava dijagonalna mjerenja i rezultirajuću vrijednost tvrdoće, značajno smanjujući subjektivnost operatera koja je povijesno bila ograničenje ručnog mjerenja pomoću mikroskopa. Ova automatizacija učinila je Vickers testiranje znatno bržim i dosljednijim od ranijih pristupa ručnom mjerenju, dok je još uvijek očuvala finu preciznost i široku primjenjivost materijala koji čine Vickers testiranje preferiranom metodom za ispitivanje mikrotvrdoće tankih premaza, malih dijelova i površinskih slojeva očvrsnutih cementom.
Usporedba uobičajenih metoda ispitivanja tvrdoće prema vrsti utiskivača, osnovi mjerenja i tipičnoj primjeni.
