Hardheten til metalliske materialer

Hardheten til metalliske materialer refererer til materialets evne til å motstå lokal deformasjon, spesielt plastisk deformasjon, innrykk eller riper. Det er en indikator på materialets mykhet eller hardhet.

Hardhet er delt inn i tre typer basert på testmetodene.

Skrapehardhet: Dette brukes først og fremst til å sammenligne hardheten til forskjellige mineraler. Metoden går ut på å bruke en stang med den ene enden hard og den andre myk, og deretter dra stangen over materialet som testes. Plasseringen der riper oppstår bestemmer hardheten til materialet. Kvalitativt sett etterlater en hardere gjenstand en lengre ripe, mens en mykere gjenstand etterlater en kortere ripe.

Innrykk hardhet: Dette brukes hovedsakelig for metalliske materialer. Metoden innebærer å påføre en spesifikk belastning for å presse en utpekt innrykk inn i materialet som testes. Materialets hardhet bestemmes av omfanget av lokal plastisk deformasjon på overflaten. På grunn av variasjoner i innrykk, belastning og varighet av lasten, finnes det flere typer innrykkhardhetstester, inkludert Brinell-hardhet, Rockwell-hardhet, Vickers-hardhet og mikrohardhet, blant andre.

Rebound hardhet: Dette brukes hovedsakelig for metalliske materialer. Metoden innebærer å la en spesialdesignet hammer falle fritt fra en viss høyde og påvirke prøven av materialet som testes. Hardheten til materialet bestemmes av mengden tøyningsenergi prøven absorberer (og deretter frigjør) under støtet, som måles av høyden som hammeren går tilbake til.

De vanligste hardhetstestene for metalliske materialer - Brinell-hardhet, Rockwell-hardhet og Vickers-hardhet - faller inn under kategorien innrykkhardhet. Hardhetsverdien representerer materialets evne til å motstå plastisk deformasjon når en annen gjenstand presses inn i overflaten. Rebound hardhetstester (Shore, Leeb) måler hardhet basert på graden av elastisk deformasjon av metallet, med hardhetsverdien som indikerer materialets evne til elastisk deformasjon.

Brinell hardhet

En innrykk med en diameterDlaget av herdet stål eller karbidkule presses inn i overflaten av prøven med tilsvarende testkraftF. Etter den angitte holdetiden fjernes testkraften, og etterlater en fordypning med en diameterd. Brinell-hardhetsverdien beregnes ved å dele testkraften med overflatearealet til fordypningen. Den resulterende verdien er Brinell-hardheten, betegnet somHBSellerHBW.

HForskjellen mellomHBSogHBWligger i typen innrykk som brukes.HBSrefererer til en test som bruker en herdet stålkule som indenter, vanligvis brukt for å måle Brinell-hardhetsverdier i materialer med hardhet under 450, for eksempel mykt stål, grått støpejern og ikke-jernholdige metaller.HBW, på den annen side, bruker en karbidkule som indenter og brukes til å måle Brinell-hardhetsverdier i materialer med hardhet under 650.

For samme prøvestykke og under identiske prøveforhold vil resultatene fra de to metodene være forskjellige, medHBWverdier er ofte høyere ennHBSverdier. Det er imidlertid ingen fast kvantitativ sammenheng mellom de to.

Siden 2003 har Kina tatt i bruk den internasjonale standarden og erstattet bruken av herdede stålkuler med karbidkuler for Brinell-hardhetstesting. Som et resultat,HBSbrukes ikke lenger, ogHBWhar blitt standardnotasjonen for Brinell-hardhet. I mange tilfeller,HBbrukes alene for å representere Brinell-hardhet, som vanligvis refererer tilHBW. ImidlertidHBSkan fortsatt sees i noen litteratur og akademiske artikler.

Brinell-hardhetstesten er egnet for materialer som støpejern, ikke-jernholdige legeringer og forskjellige glødede eller herdede stål. Den er ikke egnet for å teste materialer som er for harde, for små, for tynne, eller prøver som ikke tåler store fordypninger på overflaten.

Rockwell hardhet

Metoden bruker en diamantkjegleinnrykker med 120 graders spissvinkel eller en herdet stålkule som innrykk, i kombinasjon med en spesifikk belastningskonfigurasjon. Testen starter med en startbelastning på 10 kgf, etterfulgt av påføring av en totallast (som er summen av startlasten og hovedlasten) på 60, ​​100 eller 150 kgf. Innrykkeren presses inn i prøven under disse belastningene sekvensielt. Etter at den totale belastningen er påført, bestemmes hardheten av forskjellen i fordypningsdybde mellom dybden under den opprinnelige belastningen og dybden under den totale belastningen når hovedbelastningen er fjernet, mens den opprinnelige belastningen forblir.

Denne metoden brukes vanligvis iRockwell hardhettesting. Innrykkdybden under startbelastningen og totallasten brukes til å beregne hardhetsverdien, som gjenspeiler materialets motstand mot innrykk under begge belastningene.

Rockwell-hardhetstesten bruker tre forskjellige testkrefter og tre typer innrykk, noe som resulterer i ni mulige kombinasjoner, som hver tilsvarer en av de ni Rockwell-hardhetsskalaene. Disse ni vektene dekker nesten alle vanlig brukte metalliske materialer. De mest brukte vektene erHRA, HRB, ogHRC, medHRCer den mest brukte.

Vanlig Rockwell Hardness Testing Standard Tabell

DeHRC skalabrukes vanligvis for hardhetsverdier fra 20 til 70 HRC. Når hardhetsverdien er under 20 HRC, reduseres testens følsomhet fordi den koniske tuppen av indenteren trenger for dypt inn i materialet. I dette tilfelletHRB skalabør brukes i stedet, da det er mer egnet for mykere materialer.

Når hardheten til prøven overstiger 67 HRC, blir trykket ved tuppen av indenteren for høyt, noe som kan skade diamanten og redusere levetiden til indenteren betydelig. Derfor anbefales det generelt å bytte tilHRA-skalafor materialer med hardhet over 67 HRC.

Rockwells hardhetstest er enkel å betjene, rask og gir små fordypninger, noe som gjør den egnet for testing av ferdige produktoverflater samt hardere og tynnere arbeidsstykker. På grunn av den lille fordypningen kan hardhetsverdien svinge mer betydelig for materialer med ujevn mikrostruktur eller hardhet, noe som resulterer i lavere nøyaktighet sammenlignet med Brinell-hardhetstesten. Rockwell-hardhetstesten brukes ofte til å måle hardheten til stål, ikke-jernholdige metaller, karbidmaterialer og andre legeringer.

Vickers hardhet

Prinsippet for Vickers hardhetsmåling ligner på Brinell hardhet. Det brukes en diamantpyramideinnrykk med en inkludert vinkel på 136 grader, og en spesifisert testkraftFpåføres materialets overflate. Etter å ha opprettholdt lasten i en spesifisert periode, fjernes testkraften. Hardhetsverdien bestemmes av det gjennomsnittlige trykket som utøves på enhetsoverflatearealet til den firkantbaserte pyramideinnrykket, og hardhetsverdien er angitt med symboletHV.

Vickers hardhetstest har et bredt måleområde, i stand til å måle materialer med hardhetsverdier fra10 til 1000 HV. Fordypningen er liten, noe som gjør den spesielt egnet for måling av tynnere materialer og overflateherdede lag, slik som karburerte eller nitrerte overflater.

Leeb hardhet

I Leeb-hardhetstesten brukes et slaglegeme med en wolframkarbidkuleinnrykk for å treffe overflaten av prøven under en spesifikk kraft, noe som får den til å sprette tilbake. På grunn av materialets varierende hardhet er returhastigheten forskjellig. Slaganordningen er utstyrt med en permanent magnet, og når støtkroppen beveger seg opp og ned, genererer den omkringliggende spolen et elektromagnetisk signal som er proporsjonalt med returhastigheten. Dette signalet konverteres deretter til Leeb-hardhetsverdien gjennom en elektronisk krets, og verdien er angitt med symboletHL.

Leeb hardhetstester krever ikke en arbeidsbenk; hardhetssensoren er så liten som en penn og kan betjenes direkte for hånd. Dette gjør det enkelt å teste store, tunge arbeidsstykker eller geometrisk komplekse prøver uten problemer.

En annen fordel med Leeb hardhetstester er at den forårsaker minimal overflateskade på produktet, og i noen tilfeller kan den brukes tilikke-destruktiv testing. Den er spesielt unik for hardhetstesting i ulike retninger, trange rom og spesialiserte områder, der andre metoder kan være utfordrende å bruke.