Pomiary twardości metodą statyczną polegają na powolnym wgniataniu w badany materiał wgłębnika o określonym kształcie pod działaniem określonej siły. W ten sposób uzyskuje się miejscowe odkształcenie materiału, złożone ze składowej sprężystej oraz plastycznej. Wynik pomiaru zależy od wartości odkształcenia plastycznego, w szczególności zaś od wielkości powierzchni uzyskanego odcisku lub jego głębokości.
Do najczęściej stosowanych metod statycznych pomiaru twardości należą metody:

  • Brinella
  • Rockwella
  • Vickersa

Pomiar twardości Brinella:

Metodę ta przeprowadza się przy użyciu twardościomierza Brinella. Pomiar twardości sposobem Brinella polega na wciskaniu kulki stalowej hartowanej lub z węglików spiekanych o średnicy D w plaska, dostatecznie gładka powierzchnie przedmiotu pod obciążeniem F, prostopadłym do tej powierzchni oraz na zmierzeniu, po odciążeniu kulki, średnicy d pozostałego na powierzchni badanego przedmiotu trwałego odcisku kulki.

Zasada pomiaru twardości sposobem Brinella

Twardość Brinnela jest ilorazem siły obciążającej [kG] i pola powierzchni odcisku [mm2]

gdzie:

  • F – siła obciążająca [kG]
  • D – średnica kulki [mm]
  • średnia średnica odcisku [mm]
  • głębokość odcisku [mm]

 

Twardość Brinella oznacza się symbolem HBW.

Symbol HBW poprzedzony jest wartością twardości i uzupełniany przez indeks wskazujący przyjęte warunki próby, tj. średnice kulki, liczbę określającą sile obciążająca oraz czas działania pełnego obciążenia jeśli jest on dłuższy niż 15 sekund, np. 500 HBW 10/3000/20 oznacza twardość równa 500 jednostek, zmierzona za pomocą kulki z węglików spiekanych o średnicy 10 mm, przy zastosowaniu siły obciążającej 3000 kG i czasie obciążenia 20 sekund.

Pomiar twardości Rockwella:

Pomiar twardości sposobem Rockwella polega na dwustopniowym wciskaniu w badany przedmiot wgłębnika jakim jest stożek diamentowy o kacie 120° i promieniu krzywizny wierzchołka 0,2 [mm] lub kulka (stalowa lub z węglików spiekanych) o średnicy 1,5875 [mm] lub 3,175 [mm] i pomiarze trwałego przyrostu głębokości odcisku h pod działaniem określonej siły po usunięciu głównej siły obciążającej.

1. Głębokość odcisku pod wpływem wstępnej siły obciążającej F0
2. Głębokość odcisku pod wpływem głównej siły obciążającej F1
3. Sprężysty powrót po usunięciu głównej siły obciążającej F1
4. Trwały przyrost głębokości odcisku
5. Powierzchnia próbki
6. Płaszczyzna odniesienia

Twardość Rockwella oblicza się z wartości h i dwu wartości stałych N i S wg wzoru:

Twardość= N- (h/S)

gdzie:

    • N – stalla liczbowa, odpowiednia do skali
    • S – jednostka skali, odpowiednia do skali
    • h – trwały przyrost głębokości odcisku pod działaniem wstępnej siły obciążającej po usunięciu siły obciążającej głównej (wartości N i S podano w tabeli poniżej)
Symbol Wartość N Wartość S
HRA 100 0,002
HRC
HRD
HRB 130
HRE
HRF
HRG
HRH
HRK
HRN 100 0,001
HRT

Pomiar twardości Vickersa:

Pomiar twardości sposobem Vickersa polega na wciskaniu foremnego czworokątnego ostrosłupa diamentowego o kacie dwuściennym 136° w plaska dostatecznie gładka powierzchnie przedmiotu pod obciążeniem F prostopadłym do tej powierzchni oraz zmierzeniu (po odciążeniu ostrosłupa) przekątnych d1 i d2 powstałego kwadratu na badanej powierzchni.

 Zasada pomiaru twardości metoda Vickersa: a) wgłębnik, b) odcisk wgłębnika

 

W zależności od wartości obciążenia rozróżnia się trzy zakresy skali Vickersa

Zakres siły obciążającej F [N] Symbol twardości Oznaczenie
49,03 = F = HV 5 Próba twardości Vickersa
1,961 = F = 49,03 od HV 0,2 do < HV 5 Próba twardości Vickersa przy malej sile obciążającej
0,09807 = F < 1,961 od HV 0,01 do < HV 0,2 Próba mikrotwardości Vickersa

 

Twardość Vickersa jest proporcjonalna do ilorazu siły obciążającej i pola powierzchni odcisku, którego kształt przyjmuje się jako ostrosłup o podstawie kwadratowej, o takim samym kacie jaki ma wgłębnik.

gdzie:

d – średnia arytmetyczna dwóch przekątnych d1 i d2

Twardość Vickersa traktuje się jako wielkość bezwymiarowa, a zamiast jednostki twardości [kG/mm2] podaje się wprost symbol HV. Po symbolu HV należy podać wartość obciążenia w kG i czas działania w s w przypadkach, gdy obciążenie jest inne od 294 [N] (30 [Kg]) i czas działania obciążenia całkowitego jest inny niż 10 – 15 [s]. Przykładowo zapis postaci 640 HV 10/30 oznacza, że twardość Vickersa materiału wyniosła 640 zmierzona pod obciążeniem 10 [Kg] w czasie działania obciążenia 30 [s].

 

 

O autorze

Komentarze

  1. Pingback: Stale na noże | Stal Nierdzewna: Baza wiedzy

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *