Vodič za ispitivanje tvrdoće metala: Rockwell, Shore i metode

Tvrdoća je mjera otpornosti materijala na trajno udubljenje. U ispitivanju tvrdoće metala, odgovor na to kako se mjeri tvrdoća je jednostavan: stiardizirani indenter se utiskuje u površinu pod preciznim opterećenjem, a veličina ili dubina otiska se pretvara u broj tvrdoće . Za ispitivanje tvrdoće čelika u proizvodnom pogonu, Rockwellova metoda je nadmoćan izbor, s 60 HRC predstavlja tipični kaljeni alatni čelik i 25 HRC predstavlja mekani meki čelik koji se može obraditi . A United Rockwell mjerač tvrdoće je poseban digitalni instrument koji automatizira ovaj test, dajući rezultate u nekoliko sekundi. Za mekše, nemetalne materijale, Ispitivači tvrdoće po Shoru mjere penetraciju indentora s oprugom i bitni su za elastomere i polimere. Ovaj članak pruža praktično, metodu po metodu, istraživanje metoda provjere tvrdoće, od klasičnih tehnika po Brinellu i Vickersu do prijenosnih uređaja za ispitivanje odskoka, s konkretnim primjerima tvrdoće čelika.

Kako se mjeri tvrdoća: temeljna načela

Sve statičke metode mjerenja tvrdoće dijele zajednički slijed: utiskivač poznate geometrije se utisne u materijal kontroliranom silom i brzinom, sila se održava određeno vrijeme zadržavanja, a zatim se mjeri utiskivanje. Broj tvrdoće se izvodi ili iz dubine prodiranja ili površine otiska. Tri najčešća tipa utiskivača su dijamantni konus, kuglica od kaljenog čelika ili karbida i dijamantna piramida. Bitna razlika između metoda leži u kombinaciji utiskivača, primijenjene sile i pristupa mjerenju.

U metalurškom ispitivanju tvrdoće, proces daje više od pukog broja. Odražava granicu tečenja materijala, brzinu otvrdnjavanja i mikrostrukturu. A Brinellov test na krupnozrnatom odljevku , na primjer, daje prosjek tvrdoće više zrna, dok a Vickersovo mikroudubljenje pri 0,5 kgf može izolirati tvrdoću karbida s jednom granicom zrna. Razumijevanje principa mjerenja prvi je korak u odabiru ispravnog testa.

Ispitivanje tvrdoće po Rockwellu: industrijski stiard za metal

Ispitivanje tvrdoće po Rockwellu dominantna je metoda ispitivanja tvrdoće metala za proizvodna okruženja jer je brza, bez razaranja na makro skali i ne zahtijeva optičko mjerenje. Test radi tako da se najprije primijeni manje opterećenje (obično 10 kgf) kako bi se utiskivač smjestio i uspostavila nulta referenca. Zatim se primjenjuje veliko opterećenje (60, 100 ili 150 kgf) koje se zatim uklanja, ostavljajući samo manje opterećenje. Tvrdoća se očitava izravno s brojčanika ili digitalnog zaslona kao inverzna funkcija trajnog povećanja dubine . Tipični testni ciklus traje manje od pet sekundi.

Najčešće ljestvice su HRC i HRB. HRC koristi utiskivač s dijamantnim konusom i glavno opterećenje od 150 kgf a koristi se za kaljene čelike i legure titana. HRB koristi karbidnu kuglu od 1/16 inča i veliko opterećenje od 100 kgf za mekše materijale poput bakrenih legura i neotvrdnutog čelika. Primjer tvrdoće po Rockwellu koji vodi veliki dio industrije je specifikacija zupčanika otvrdnutih na 58–62 HRC , koji pruža optimalnu otpornost na trošenje bez pretjerane lomljivosti.

Ispitivanje tvrdoće čelika i tipični primjeri tvrdoće po Rockwellu

Ispitivanje tvrdoće čelika najčešća je primjena stolnih mjerila tvrdoće, a Rockwellove vrijednosti služe kao univerzalni jezik za određivanje toplinske obrade. Donja tablica daje izravne, praktične primjere tvrdoće za uobičajene uvjete čelika. Te su vrijednosti ono što inženjer kvalitete očekuje kada stavlja uzorak na United Rockwell mjerač tvrdoće .

Ujedinjeni Rockwell Ispitivač tvrdoće : Praktično rješenje za stol

The United Rockwell mjerač tvrdoće je posebna robna marka digitalnog stolnog ispitivača tvrdoće koji se široko koristi u metalurškom ispitivanju tvrdoće i osiguranju kvalitete. Modeli u seriji United TRU izvode sva obična i površinska Rockwellova mjerila, uključujući HRC, HRB i HRN/T, sa sustavom primjene sile zatvorene petlje koji osigurava točnost bolja od plus ili minus 0,5 HRC . Instrument automatizira sjedenje manjeg opterećenja, primjenu većeg opterećenja, zadržavanje i slijed pražnjenja pritiskom na gumb, eliminirajući utjecaj operatera na rezultat. Za ispitivanje tvrdoće čelika, to znači da tehničar može testirati seriju od 50 uzoraka osovine i dobiti dosljedne, ponovljive brojeve bez optičkog mjerenja. Digitalni zaslon ispitivača izravno prikazuje vrijednost tvrdoće, a podaci se mogu izvesti za statističku kontrolu procesa, što ga čini središnjim alatom u bilo kojoj biblioteci metoda provjere tvrdoće za metale.

Ispitivanje tvrdoće po Brinellu za rasute i grube materijale

Brinell je poželjna metoda mjerenja tvrdoće za materijale s grubom ili heterogenom mikrostrukturom, kao što su željezni odljevci, kovani dijelovi i legure bakra. A Kuglica od volfram karbida 10 mm utiskuje se u površinu pod velikim opterećenjem, uobičajen 3000 kgf za čelik i 500 kgf za meke obojene metale . Nakon uklanjanja opterećenja, promjer otiska se mjeri kalibriranim mikroskopom. Broj tvrdoće, prikazan kao HBW 10/3000 na primjer, je primijenjeno opterećenje podijeljeno s površinom udubljenja. Budući da velika kugla uzorkuje mnogo zrna, rezultat je pouzdana masovna tvrdoća koja dobro korelira s vlačnom čvrstoćom za mnoge metale. Tipičan primjer tvrdoće iz ove metode je 200 HBW za sivi lijev .

Ispitivanje tvrdoće po Vickersu: Preciznost na svim ljestvicama

Vickers je jedinstven među metodama mjerenja tvrdoće jer isti diamond square-based pyramid indenter koristi se za sile od 1 gf do 120 kgf, čineći test primjenjivim na sve, od premaza od 3 mikrona do debele čelične ploče. Dijagonale udubljenja mjere se optički, a tvrdoća se izražava kao HV , neovisan je o opterećenju u širokom rasponu. U metalurškom ispitivanju tvrdoće, Vickers je neophodan za određivanje dubine kućišta , gdje je napravljen niz udubljenja od 0,5 ili 1 kgf od površine do jezgre kako bi se mapirao gradijent tvrdoće. To je također referentna metoda za kvalifikaciju zavarenih zona i tankih folija gdje bi Rockwell i Brinell propustili kritične varijacije. Primjer tvrdoće nitrirane površine je 1000 HV 0,5 , padajući na 300 HV u jezgri.

Ispitivači tvrdoće po Shoru za elastomere i polimere

Ispitivači tvrdoće po Shoru prijenosni su instrumenti koji mjere otpor gume, plastike i drugih nemetalnih materijala na utiskivanje utiskivača s oprugom. Dvije najčešće ljestvice su Shore A za meku gumu i Shore D za tvrdu plastiku . Očitanje durometra od 60 Shore A tipično je za gazni sloj gume, dok 80 Shore D označava materijal zaštitnog pokrivača. Mjerenje je brzo i bez razaranja, što ga čini standardnom metodom provjere tvrdoće u proizvodnom pogonu i na terenu. Iako se ne koriste za metale, Shore testeri su kritična komponenta potpune sposobnosti ispitivanja tvrdoće za hibridne komponente kao što su gumeno-metalni nosači.

Kako provesti test tvrdoće: vodič korak po korak

Sljedeći praktični postupak ilustrira kako ispitati tvrdoću pomoću Rockwell stolnog ispitivača, što je najčešći industrijski scenarij. Isti principi pripreme uzorka, strojne provjere i razmaka udubljenja primjenjuju se na sve metode.

1. Provjerite tester. Izvršite dnevnu provjeru kalibracije na certificiranom ispitnom bloku poznate tvrdoće. Očitanje mora biti unutar navedene tolerancije, obično plus ili minus 1,0 HRC za HRC ljestvicu.
2. Pripremite površinu uzorka. Ispitna površina i sjedište nakovnja moraju biti čisti, suhi i bez kamenca ili odugljičenja. Za tanke ili nepravilne dijelove upotrijebite ispravan vijak za podizanje i umetak nakovnja kako biste osigurali stabilnost.
3. Odaberite ispravno mjerilo i uvlaku. Za kaljeni čelik iznad 20 HRC, ugradite dijamantni konusni utiskivač i odaberite HRC ljestvicu. Za mjed ili neotvrdnuti čelik koristite kuglicu od 1/16 inča i HRB ljestvicu.
4. Nanesite manje opterećenje. Polako podižite vijak za podizanje sve dok utiskivač ne dođe u dodir s uzorkom i dok se malo opterećenje ne primijeni u potpunosti, što je naznačeno referentnom oznakom ili zvučnim signalom.
5. Nanesite glavno opterećenje i ostanite. Aktivirajte ispitni ciklus. Stroj primjenjuje puno veće opterećenje, zadržava ga određeno vrijeme zadržavanja (obično 3–6 sekundi) i automatski se vraća na manje opterećenje.
6. Očitajte vrijednost tvrdoće. Rockwellov broj se prikazuje izravno. Zabilježite vrijednost i ljestvicu, npr. 58,5 HRC .
7. Održavajte pravilan razmak. Razmak između udubljenja mora biti najmanje tri puta veći od promjera udubljenja , a svako udubljenje mora biti najmanje 2,5 puta veće od promjera od ruba uzorka kako bi se izbjegle smetnje uslijed otvrdnjavanja.

Odabir odgovarajuće metode provjere tvrdoće

Odabir metode mjerenja tvrdoće ovisi o vrsti materijala, geometriji dijela, razmjeru mikrostrukture i je li test za puštanje u proizvodnju ili analizu kvara. Donja tablica sažima primarne metode provjere tvrdoće za metalne i nemetalne primjene, pružajući praktičan vodič za odabir.

Posljednja praktična točka: nijedno ispitivanje tvrdoće nije univerzalno. Dobro opremljen metalurški laboratorij koristi a United Rockwell mjerač tvrdoće za svakodnevne provjere proizvodnje čelika, Vickersov tester mikrotvrdoće za analizu kvarova i prijenosni Shore metar za ulazne inspekcije gume. Usklađivanje metode s materijalom i potrebnim informacijama temelj je pouzdanog ispitivanja tvrdoće.