Trdota kovinskih materialov

Trdota kovinskih materialov se nanaša na sposobnost materiala, da se upre lokalnim deformacijam, zlasti plastičnim deformacijam, vdolbinam ali praskam. Je pokazatelj mehkobe ali trdote materiala.

Glede na metode testiranja trdoto delimo na tri vrste.

Trdota na praske: Uporablja se predvsem za primerjavo trdote različnih mineralov. Metoda vključuje uporabo palice, pri kateri je en konec trd, drugi pa mehak, in nato vlečenje palice po preskušanem materialu. Mesto, kjer se pojavijo praske, določa trdoto materiala. Kakovostno gledano trši predmet pusti daljšo, mehkejši predmet pa krajšo prasko.

Trdota vdolbine: Uporablja se predvsem za kovinske materiale. Metoda vključuje uporabo določene obremenitve za pritisk določenega vdolbina v material, ki se preskuša. Trdota materiala je določena z obsegom lokalne plastične deformacije na površini. Zaradi razlik v vdolbincu, obremenitvi in ​​trajanju obremenitve obstaja več vrst preskusov trdote vdolbine, vključno s trdoto po Brinellu, trdoto po Rockwellu, trdoto po Vickersu in mikrotrdoto, med drugim.

Odbojna trdota: Uporablja se predvsem za kovinske materiale. Metoda vključuje dovolitev, da posebej zasnovano kladivo prosto pade z določene višine in udari v vzorec preskušanega materiala. Trdota materiala je določena s količino deformacijske energije, ki jo vzorec absorbira (in nato sprosti) med udarcem, ki se meri z višino, na katero se kladivo odbije.

Najpogostejši preskusi trdote za kovinske materiale - trdota po Brinellu, trdota po Rockwellu in trdota po Vickersu - spadajo v kategorijo trdote vdolbine. Vrednost trdote predstavlja sposobnost materiala, da se upre plastični deformaciji, ko drug predmet pritisnemo na njegovo površino. Preskusi odbojne trdote (Shore, Leeb) merijo trdoto na podlagi obsega elastične deformacije kovine, pri čemer vrednost trdote kaže sposobnost materiala za elastično deformacijo.

Trdota po Brinellu

Indener s premeromDkroglica iz kaljenega jekla ali karbida se vtisne v površino vzorca z ustrezno preskusno siloF. Po določenem času zadrževanja se preskusna sila odstrani in ostane vdolbina s premeromd. Vrednost trdote po Brinellu se izračuna tako, da se preskusna sila deli s površino vdolbine. Dobljena vrednost je Brinellova trdota, označena kotHBSozHBW.

H Razlika medHBSinHBWje odvisno od vrste uporabljenega vdolbina.HBSse nanaša na preskus z uporabo kaljene jeklene krogle kot vdolbine, ki se običajno uporablja za merjenje vrednosti trdote po Brinellu v materialih s trdoto pod 450, kot so mehka jekla, siva litina in neželezne kovine.HBW, na drugi strani pa uporablja kroglico iz karbidne trdine kot vdolbino in se uporablja za merjenje Brinellove trdote v materialih s trdoto pod 650.

Za isti preskušanec in pod enakimi preskusnimi pogoji se bodo rezultati obeh metod razlikovali, pri čemerHBWvrednosti pogosto višje odHBSvrednosti. Vendar pa med obema ni fiksnega kvantitativnega razmerja.

Od leta 2003 je Kitajska sprejela mednarodni standard in zamenjala uporabo kaljenih jeklenih kroglic s karbidnimi kroglicami za testiranje trdote po Brinellu. Kot rezultat,HBSse ne uporablja več inHBWje postala standardna oznaka za trdoto po Brinellu. V mnogih primerih,HBse uporablja samo za predstavitev Brinellove trdote, ki se običajno nanaša naHBW. vendarHBSše vedno lahko vidimo v nekaterih literaturi in akademskih člankih.

Preskus trdote po Brinellu je primeren za materiale, kot so lito železo, neželezne zlitine in različna žarjena ali kaljena jekla. Ni primeren za preizkušanje pretrdih, premajhnih, pretankih materialov ali vzorcev, ki ne prenesejo velikih vdolbin na svojih površinah.

Trdota po Rockwellu

Metoda uporablja diamantni stožčasti indener s kotom vrha 120 stopinj ali kaljeno jekleno kroglo kot indener v kombinaciji s specifično konfiguracijo obremenitve. Preskus se začne z začetno obremenitvijo 10 kgf, ki ji sledi uporaba skupne obremenitve (ki je vsota začetne obremenitve in glavne obremenitve) 60, 100 ali 150 kgf. Indenter se pod temi obremenitvami zaporedoma pritisne v vzorec. Po uporabi celotne obremenitve se trdota določi z razliko v globini vdolbine med globino pod začetno obremenitvijo in globino pod skupno obremenitvijo, ko je glavna obremenitev odstranjena, medtem ko začetna obremenitev ostane.

Ta metoda se običajno uporablja vTrdota po Rockwellutestiranje. Globina vdolbine pri začetni obremenitvi in ​​skupna obremenitev se uporabljata za izračun vrednosti trdote, ki odraža odpornost materiala na vdolbino pod obema obremenitvama.

Preskus trdote po Rockwellu uporablja tri različne preskusne sile in tri vrste vdolbin, kar ima za posledico devet možnih kombinacij, od katerih vsaka ustreza eni od devetih lestvic trdote po Rockwellu. Teh devet lestvic zajema skoraj vse pogosto uporabljene kovinske materiale. Najpogosteje uporabljene lestvice soHRA, HRB, inHRC, zHRCki se najbolj uporablja.

Standardna tabela za testiranje trdote po Rockwellu

TheHRC lestvicase običajno uporablja za vrednosti trdote v razponu od 20 do 70 HRC. Ko je vrednost trdote pod 20 HRC, se občutljivost testa zmanjša, ker konična konica indenterja prodre pregloboko v material. V tem primeru jeHRB lestvicanamesto tega je treba uporabiti, saj je bolj primeren za mehkejše materiale.

Ko trdota preizkušanca preseže 67 HRC, postane tlak na konici indenterja previsok, kar lahko poškoduje diamant in bistveno skrajša življenjsko dobo indenterja. Zato je na splošno priporočljivo preiti naHRA lestvicaza materiale s trdoto nad 67 HRC.

Preskus trdote po Rockwellu je enostaven za uporabo, hiter in daje majhne vdolbine, zaradi česar je primeren za testiranje površin končnih izdelkov ter trših in tanjših obdelovancev. Zaradi majhne vdolbine lahko vrednost trdote bolj niha pri materialih z neenakomerno mikrostrukturo ali trdoto, kar ima za posledico manjšo natančnost v primerjavi s testom trdote po Brinellu. Preskus trdote po Rockwellu se običajno uporablja za merjenje trdote jekel, neželeznih kovin, karbidnih materialov in drugih zlitin.

Trdota po Vickersu

Načelo merjenja trdote po Vickersu je podobno kot pri trdoti po Brinellu. Uporabljen je diamantni piramidni indener z vključenim kotom 136 stopinj in določeno preskusno siloFse nanaša na površino materiala. Po vzdrževanju obremenitve za določen čas se preskusna sila odstrani. Vrednost trdote je določena s povprečnim pritiskom na enoto površine kvadratne piramidne vdolbine, vrednost trdote pa je označena s simbolomHV.

Preskus trdote po Vickersu ima širok merilni razpon in omogoča merjenje materialov z vrednostmi trdote v razponu od10 do 1000 HV. Vdolbina je majhna, zaradi česar je posebej primeren za merjenje tanjših materialov in površinsko utrjenih plasti, kot so naogljičene ali nitrirane površine.

Leebova trdota

Pri Leebovem preskusu trdote se uporabi udarno telo s krogličnim indentorjem iz volframovega karbida, ki pod določeno silo udari po površini vzorca in povzroči, da se odbije. Zaradi različne trdote materiala se hitrost odboja razlikuje. Naprava za udarce je opremljena s trajnim magnetom in ko se udarno telo premika gor in dol, okoliška tuljava ustvari elektromagnetni signal, ki je sorazmeren z odbojno hitrostjo. Ta signal se nato prek elektronskega vezja pretvori v vrednost Leebove trdote, vrednost pa je označena s simbolomHL.

Tester trdote Leeb ne potrebuje delovne mize; njegov senzor trdote je majhen kot pero in ga je mogoče upravljati neposredno z roko. To omogoča preprosto in brez težav testiranje velikih, težkih obdelovancev ali geometrijsko zapletenih vzorcev.

Druga prednost merilnika trdote Leeb je ta, da povzroča zelo minimalne površinske poškodbe izdelka, v nekaterih primerih pa se lahko uporablja zanedestruktivno testiranje. Posebej edinstven je za testiranje trdote v različnih smereh, ozkih prostorih in specializiranih območjih, kjer je uporaba drugih metod lahko zahtevna.