Тврдоћа металних материјала

Тврдоћа металних материјала се односи на способност материјала да се одупре локалним деформацијама, посебно пластичној деформацији, удубљењима или огреботинама. То је показатељ мекоће или тврдоће материјала.

Тврдоћа се дели на три типа на основу метода испитивања.

Тврдоћа гребања: Ово се првенствено користи за упоређивање тврдоће различитих минерала. Метода укључује коришћење штапа са једним крајем тврдим, а другим меким, а затим превлачење штапа преко материјала који се тестира. Место на коме се појављују огреботине одређује тврдоћу материјала. Квалитативно, тврђи предмет оставља дужу огреботину, док мекши предмет оставља краћу огреботину.

Тврдоћа удубљења: Ово се углавном користи за металне материјале. Метода укључује примену специфичног оптерећења за утискивање одређеног индентера у материјал који се испитује. Тврдоћа материјала је одређена обимом локалне пластичне деформације на површини. Због варијација у утискивачу, оптерећењу и трајању оптерећења, постоји неколико типова тестова тврдоће удубљења, укључујући тврдоћу по Бринелу, тврдоћу по Роквелу, тврдоћу по Викерсу и микротврдоћу, између осталог.

Ребоунд Харднесс: Ово се углавном користи за металне материјале. Метода укључује омогућавање специјално дизајнираног чекића да слободно пада са одређене висине и удара на узорак материјала који се испитује. Тврдоћа материјала одређена је количином енергије напрезања коју узорак апсорбује (а затим ослобађа) током удара, а која се мери висином на коју се чекић одбија.

Најчешћи тестови тврдоће за металне материјале – тврдоћа по Бринелу, тврдоћа по Роквелу и тврдоћа по Викерсу – спадају у категорију тврдоће удубљења. Вредност тврдоће представља способност материјала да се одупре пластичној деформацији када се други предмет утисне у његову површину. Тестови тврдоће одскока (Схоре, Лееб) мере тврдоћу на основу степена еластичне деформације метала, при чему вредност тврдоће указује на способност материјала за еластичну деформацију.

Тврдоћа по Бринелу

Индентер са пречникомDод каљеног челика или карбидне куглице се утискује у површину узорка одговарајућом испитном силомF. Након наведеног времена држања, тестна сила се уклања, остављајући удубљење пречникаd. Вредност тврдоће по Бринелу се израчунава тако што се тестна сила подели са површином удубљења. Добијена вредност је тврдоћа по Бринелу, означена каоХБСилиХБВ.

Х Разлика измеђуХБСиХБВлежи у врсти индентера који се користи.ХБСодноси се на тест коришћењем каљене челичне кугле као индентера, који се обично користи за мерење вредности тврдоће по Бринелу у материјалима са тврдоћом испод 450, као што су меки челици, сиви ливени гвожђе и обојени метали.ХБВ, с друге стране, користи карбидну куглу као индентер и користи се за мерење вредности тврдоће по Бринелу у материјалима са тврдоћом испод 650.

За исти испитни комад и под идентичним условима испитивања, резултати две методе ће се разликовати, саХБВвредности често веће одХБСвредности. Међутим, не постоји фиксни квантитативни однос између њих.

Од 2003. године Кина је усвојила међународни стандард и заменила употребу каљених челичних куглица са карбидним куглицама за испитивање тврдоће по Бринелу. као резултат,ХБСсе више не користи, иХБВје постала стандардна ознака тврдоће по Бринелу. У многим случајевима,ХБсе користи сам за представљање тврдоће по Бринелу, што се обично односи наХБВ. међутим,ХБСјош увек се може видети у некој литератури и академским радовима.

Бринелов тест тврдоће је погодан за материјале као што су ливено гвожђе, легуре обојених гвожђа и различити жарени или каљени челици. Није погодан за испитивање материјала који су превише тврди, премали, претанки или узорци који не могу да толеришу велика удубљења на својим површинама.

Роцквелл Харднесс

Метода користи утискивач са дијамантским конусом са углом на врху од 120 степени или каљену челичну куглу као индентер, у комбинацији са специфичном конфигурацијом оптерећења. Тест почиње са почетним оптерећењем од 10 кгф, након чега следи примена укупног оптерећења (које је збир почетног оптерећења и главног оптерећења) од 60, 100 или 150 кгф. Индентер се утискује у узорак под овим оптерећењима узастопно. Након примене укупног оптерећења, тврдоћа се одређује разликом у дубини удубљења између дубине под почетним оптерећењем и дубине под укупним оптерећењем када се главно оптерећење уклони, док почетно оптерећење остаје.

Овај метод се обично користи уРоцквелл тврдоћатестирање. Дубина удубљења под почетним оптерећењем и укупно оптерећење се користи за израчунавање вредности тврдоће, која одражава отпорност материјала на удубљење под оба оптерећења.

Тест тврдоће по Роквелу користи три различите испитне силе и три типа индентера, што резултира у девет могућих комбинација, од којих свака одговара једној од девет Роцквелл скала тврдоће. Ових девет скала покривају скоро све уобичајено коришћене металне материјале. Најчешће коришћене ваге суХРА, ХРБ, иХРЦ, витхХРЦбудући да се највише примењује.

Заједничка стандардна табела за испитивање тврдоће по Роцквеллу

ТхеХРЦ скаласе обично користи за вредности тврдоће у распону од 20 до 70 ХРЦ. Када је вредност тврдоће испод 20 ХРЦ, осетљивост теста се смањује јер конусни врх индентера продире сувише дубоко у материјал. У овом случају,ХРБ скалауместо тога треба користити, јер је погоднији за мекше материјале.

Када тврдоћа узорка пређе 67 ХРЦ, притисак на врху индентера постаје превисок, што може оштетити дијамант и значајно скратити животни век индентора. Због тога се генерално препоручује прелазак наХРА скалаза материјале са тврдоћом већом од 67 ХРЦ.

Роцквелл тест тврдоће је једноставан за руковање, брз и производи мала удубљења, што га чини погодним за тестирање готових површина производа, као и тврђих и тањих радних комада. Због малог удубљења, вредност тврдоће може знатно да варира за материјале са неуједначеном микроструктуром или тврдоћом, што резултира мањом прецизношћу у поређењу са тестом тврдоће по Бринелу. Роквелов тест тврдоће се обично користи за мерење тврдоће челика, обојених метала, карбидних материјала и других легура.

Вицкерс Харднесс

Принцип мерења тврдоће по Викерсу је сличан оном код Бринелове тврдоће. Користи се дијамантски пирамидални индентор са укљученим углом од 136 степени и одређеном тестном силомFнаноси се на површину материјала. Након одржавања оптерећења током одређеног периода, сила испитивања се уклања. Вредност тврдоће је одређена средњим притиском који се врши на јединичну површину удубљења квадратне пирамиде, а вредност тврдоће је означена симболомХВ.

Викерсов тест тврдоће има широк опсег мерења, способан да мери материјале са вредностима тврдоће у распону од10 до 1000 ХВ. Удубљење је мало, што га чини посебно погодним за мерење тањих материјала и површински каљених слојева, као што су угљенисане или нитриране површине.

Лееб Харднесс

У тесту тврдоће по Лееб-у, ударно тело са индентером кугле од волфрам-карбида се користи да удари површину узорка под одређеном силом, узрокујући његово одбијање. Због различите тврдоће материјала, брзина одбијања се разликује. Ударни уређај је опремљен трајним магнетом, а како се ударно тело креће горе-доле, околни калем генерише електромагнетни сигнал који је пропорционалан брзини одбијања. Овај сигнал се затим конвертује у Лееб вредност тврдоће преко електронског кола, а вредност се означава симболомХЛ.

Лееб тестер тврдоће не захтева радни сто; његов сензор тврдоће је мали као оловка и њиме се може управљати директно руком. Ово олакшава тестирање великих, тешких радних комада или геометријски сложених узорака без потешкоћа.

Још једна предност Лееб тестера тврдоће је што узрокује врло минимално површинско оштећење производа, ау неким случајевима се може користити заиспитивање без разарања. Посебно је јединствен за испитивање тврдоће у различитим правцима, уским просторима и специјализованим областима, где друге методе могу бити изазовне за примену.