A keménység nem alapvető anyagtulajdonság, hanem egy meghatározott bemélyedési módszerre adott mért válasz. A közvetlen gyakorlati válasz az A Rockwell, a Brinell és a Vickers három különálló benyomódási keménységi teszt, amelyek mindegyike más-más behúzást és terhelést használ, és különböző mértékegységekben vagy skálákban állítja elő az értékeket. . A Rockwell mélységmérést használ, és dimenzió nélküli számot jelent olyan skálákon, mint a HRC vagy a HRB. Brinell keményfém golyót nyom a felületbe, és megadja az értéket HBW (kgf/mm²) . Vickers gyémánt piramist használ, és keménységét mint HV (kgf/mm²-ben is) , így sokoldalúan használható a vékony bevonatoktól az ömlesztett anyagokig. A univerzális keménységmérő gép ezeket a módszereket egyetlen műszerbe integrálja, gyakran hozzáadva egy mélységérzékelő Martens keménységi képességet. Nincs egyetlen keménységmérő egység; a "keménység mértékegysége" skálafüggő, és a vizsgálatok közötti választás az anyag típusától, a minta geometriájától és a szükséges konkrét információktól függ.
Univerzális keménységmérő gép
A univerzális keménységmérő Egyetlen műszer, amelyet úgy terveztek, hogy több szabványos keménységi vizsgálati módszert (jellemzően Rockwell, Brinell és Vickers) hajtson végre a behúzók, az objektívlencsék és a terhelési profilok felcserélésével. Így nincs szükség külön dedikált tesztelőkre. A hagyományos optikai módszereken túl a fejlett univerzális gépek mélységérzékelő technológiát használnak a méréshez Martens keménység (HM) és az ISO 14577 szerinti benyomódási modulus. Ezt a folyamatos erő-elmozdulás görbe rögzítésével érik el a bemélyedési ciklus során, így biztosítva a nagy sebességű kompressziós vizsgálattal egyenértékű anyagparamétereket. Egy modern univerzális gép például képes próbaerőket kifejteni 1 gf-től 3000 kgf-ig , amely lefedi a Vickers, Brinell, Rockwell, sőt a Knoop és a műanyag tesztek mikro-, alacsony terhelésű és makro tartományait. Zárt hurkú erőszabályozási rendszerek, gyakran a mintavételi gyakorisággal 1-2 kHz , győződjön meg arról, hogy a töltési sebesség és a várakozási idő szigorúan megfelel az olyan szabványoknak, mint az ASTM E92 és az ISO 6506.
Rockwell, Brinell és Vickers keménységteszt alapjai
Mindhárom teszt számszerűsíti az anyag tartós képlékeny alakváltozással szembeni ellenállását, de alapvetően különböznek a bemélyedés geometriájában, a terhelés alkalmazásában és a mérési elvben.
Rockwell keménységi teszt
A Rockwell-módszer azt méri differenciális behatolási mélység egy behúzás egy előzetes kisebb terhelés alatt, amelyet egy nagyobb terhelés követ. A kisebb terhelés (általában 10 kgf vagy 3 kgf) referenciahelyzetet hoz létre, elnyeli a felületi hibákat és a rugalmas deformációt. Ezután a fő terhelést (60, 100 vagy 150 kgf) alkalmazzák és eltávolítják, és megmérik a behatolási mélység tartós növekedését. A keménységszám fordítottan aránylik ehhez a mélységhez, és közvetlenül egy tárcsáról vagy digitális kijelzőről olvasható le. A Rockwell HRC értéke 60 , például körülbelül 0,080 mm-es mélységnek felel meg. A gyakori mérlegek közé tartozik a HRC (gyémánt kúp, 150 kgf) az edzett acélokhoz és a HRB (1/16 hüvelykes golyó, 100 kgf) a lágyabb ötvözetekhez. A fő előny a sebesség, mivel az eredmény optikai mérés nélkül másodpercek alatt érhető el.
Brinell keménységi teszt
A Brinell teszt a volfrámkarbid golyós behúzó , jellemzően 10 mm átmérőjű, nagy próbaerővel (általában 3000 kgf vasfémeknél) a felületbe préselve. A terhelés eltávolítása után optikailag megmérjük a maradandó lenyomat átmérőjét. A Brinell-keménységi szám (HBW) az alkalmazott terhelés és a bemélyedés gömbfelületének hányadosaként kerül kiszámításra. Egy tipikus eredményt így írnak le 350 HBW 10/3000 350-es Brinell-keménységet jelezve 10 mm-es golyóval és 3000 kgf terheléssel 10-15 másodperces várakozási idő mellett. A nagy bemélyedés a helyi mikroszerkezeti eltéréseket átlagolja, így a Brinell ideális öntvényekhez, kovácsolt anyagokhoz és durva szemcsés szerkezetű anyagokhoz. Nem alkalmas nagyon kemény anyagokhoz (650 HBW felett) vagy vékony szakaszokhoz, mivel a labda deformálódhat vagy a minta megsérülhet.
Vickers keménységi teszt
A Vickers teszt a gyémánt négyzet alapú piramis behúzás 136 fokos csúcsszöggel. Az alapelv a teljes terhelési tartományban azonos: a behúzót precíz erővel a mintába nyomják, és a kapott négyzet alakú lenyomat két átlóját optikailag megmérik és átlagolják. A Vickers-keménység a jelentések szerint HV , ezt követi például a teszterő kgf-ban kifejezve 640 HV 30 . A Vickers keménység mértékegysége technikailag kgf/mm² , de konvencionálisan dimenzió nélküli számként fejezik ki. Mivel ugyanazt a behúzó formát használják 1 gf és 120 kgf közötti erőkhöz, a Vickers egyedülállóan képes a skálák keménységének mérésére, a vékony fóliáktól és a keményített rétegektől az ömlesztett anyagokig, és az eredmények általában terheléstől függetlenek néhány száz gramm erő felett.
Keménység mérési egységek a módszerek között
A "keménységi egység" fogalma módszer-specifikus. Minden tesztnek megvan a maga jelentési konvenciója, és az értékek nem vihetők át közvetlenül az ASTM E140 és az ISO 18265 szabványban meghatározott konverziós táblázatok nélkül. Az alábbi táblázat tisztázza a fő vizsgálati módszerek mértékegységét és skálaszerkezetét.
| Vizsgálati módszer | Szimbólum | Fizikai egység | Példa megnevezés |
|---|---|---|---|
| Rockwell | HR skála | Mérettelen | 60 HRC |
| Brinell | HBW | kgf/mm² | 350 HBW 10/3000 |
| Vickers | HV | kgf/mm² | 640 HV 30 |
| Knoop | HK | kgf/mm² | 1000 HK 0.1 |
| Martens (univerzális) | HM | N/mm² | 4500 HM 0,5/20/15 |
A három módszer átfogó összehasonlítása
A Brinell, Rockwell és Vickers keménységi tesztek közötti különbségek nem csupán eljárási jellegűek; meghatározzák, hogy az adott ipari feladathoz melyik módszer alkalmas. Az alábbi táblázat közvetlen, alkalmazásorientált összehasonlítást ad.
| Funkció | Rockwell | Brinell | Vickers |
|---|---|---|---|
| Behúzás | Gyémánt kúp vagy keményfém golyó | 10 mm-es keményfém golyó (vagy 5/2,5 mm) | Gyémánt piramis (136 fok) |
| Mérés | A behatolás mélysége | A lenyomat átmérője | A benyomás átlója |
| Sebesség | Nagyon gyors (3-5 másodperc) | Lassú (30 másodperc optikai) | Mérsékelttől lassúig |
| Alkalmasság | Gyártási minőségbiztosítás, edzett acélok, ötvözetek | Öntvények, kovácsolt anyagok, durva szemcsés fémek | All materials, coatings, thin layers, R&D |
| Kulcs korlátozás | Nem vékony vagy keményített rétegekhez | Legfeljebb 650 HBW; nagy kárterület | Lassú, kritikus felületkezelés |
Mi az a Vickers Keménységi teszt Használt
A Vickers keménységi teszt az előnyben részesített módszer, ha egyetlen keménységi skálának le kell fednie a termék anyagkeménységének teljes tartományát. Elsődleges alkalmazásai közé tartozik karburált vagy nitridált acélok eset-mélységű elemzése , ahol a felület szélétől a magig tartó mikro-mélyedések sorozata képezi le a keménységi gradienst. Egy tipikus specifikáció, mint pl HV 550 0,5 mm-es tokmélységnél , csak Vickers mikrokeménységű traverzével ellenőrizhető. A teszt azért is elengedhetetlen minősítő hegesztések , ahol a hő által érintett zóna, az alapfém és a hegesztési fém különböző tulajdonságokkal rendelkezik, és a kis bemélyedés elkülönítheti ezeket a területeket. A kutatás és fejlesztés során a Vickers-t kerámiák, kompozitok és vékonyréteg-bevonatok jellemzésére használják, ahol más bemélyedések összetörnének vagy túl nagy felületet igényelnének. Például egy 3 mikron vastagságú TiN kemény bevonat megbízhatóan tesztelhető 0,025 kgf (25 gf) körülbelül 0,5 mikron mélységű bemélyedést hoz létre, anélkül, hogy a hordozó befolyásolná.
Webster vs Rockwell keménység
A Webster keménységmérő egy hordozható, közvetlen leolvasású műszer, amely meghatározott behúzási módszert alkalmaz. Nem ekvivalens közvetlenül egy adott Rockwell-skálával, de A Webster keménységi értékek empirikusan korrelálnak az alumíniumötvözetek Rockwell B és Rockwell H skáláival . A Webster B skála például nagyjából a következőt takarja WB 0-tól WB 20-ig , ami megfelel körülbelül 25-100 HRB alumínium extrudálásokhoz és lemezekhez. A Webster teszter előnye abban rejlik, hogy hordozható, és képes tesztelni olyan nagy szerelvényeket, hőcserélőket és repülőgép-szerkezeteket, amelyeket nem lehet Rockwell próbapadi teszterbe vinni. Az összefüggés azonban anyagspecifikus. A 6061-T6 alumíniumhoz kalibrált Webster teszter nem ad pontos Rockwell-egyenértéket a 7075-höz vagy más fémekhez. A pontos anyagtanúsítványhoz Rockwell vagy Brinell próbapadi teszt szükséges, a Webster pedig kényelmes terepi átvilágítási eszközként szolgál.
Hogyan válasszuk ki a megfelelő keménységi tesztet az alkalmazáshoz
A teszt kiválasztását az anyag típusa, a minta geometriája, a gyártási mennyiség és a szükséges információk határozzák meg. Az alábbi, gyakorlati ipari forgatókönyveken alapuló döntési logika konstruktív útmutatást ad.
- Nagyméretű öntvényekhez vagy durva mikroszerkezetű kovácsolt anyagokhoz , válassza a Brinell-tesztet. A 10 mm-es golyós bemélyedés átlagolja a szemcsehatár- és fázisváltozásokat, így az alkatrész általános mechanikai tulajdonságaira jellemző térfogati keménységet ad. A vas- és acélöntvényeknél az alapértelmezett teszt 3000 kgf-nél 10 mm-es golyóval.
- Megmunkált alkatrészek nagy volumenű gyártási minőségellenőrzéséhez , a Rockwell a szabvány. Egy 3 másodperces HRC teszt képes fenntartani a hőkezelő sor folyamatképességi indexét anélkül, hogy szűk keresztmetszetet hozna létre. Használjon HRC-t a 20 HRC feletti edzett acélokhoz és HRB-t a lágyabb, színesfém ötvözetekhez.
- Edzett, vékony vagy bevonatos alkatrészekhez , a mikro-Vickers az egyetlen megfelelő választás. 500 gf vagy 1 kgf terhelés és egy Knoop vagy Vickers behúzó képes mérni a magtól a házig terjedő gradienst anélkül, hogy a bemélyedés átnyúlna az edzett rétegen.
- Hegesztésekhez, kötésekhez és hőhatású zónákhoz , A Vickers vagy a Knoop kis erejű vizsgálata (1-5 kgf) feloldhatja a keménységi ingadozásokat a hegesztési felület keskeny sávjában, ami kritikus a hidrogénrepedés vagy a rideg fázisképződés elkerülése érdekében.
- Amikor egyetlen keménységi számon túli anyagtulajdonságokra van szükség , egy univerzális keménységmérő Martens módban, egyetlen műszeres benyomódási tesztből biztosítja a benyomódási keménységet, a rugalmassági modulust, a kúszást és a relaxációs viselkedést, ami értékes a polimer-, kerámia- és fejlett anyagfejlesztéshez.
Átalakítás a keménységi skálák között
A keménységi skála átszámításai hozzávetőlegesek, és a felelős gyakorlat az csak összehasonlítás céljából használja őket, soha ne specifikációra . A Brinell, Rockwell és Vickers közötti konverziós kapcsolat az anyag keményedési viselkedésétől függ, ezért az ausztenites rozsdamentes acél ASTM E140 konverziós táblázata eltér a szén- és gyengén ötvözött acélétól. Gyakorlati példaként egy tipikus szénacél a 640 HV 30 megközelítőleg megfelel 56 HRC és 600 HBW . Egy teljesen megmunkálásra edzett ausztenites rozsdamentes acél esetében azonban ugyanaz az 56 HRC csak 250 HBW-nak felelhet meg. Ha egy specifikáció egy meghatározott léptékű jelentést ír elő, a vizsgálatot közvetlenül ebben a léptékben kell elvégezni. Egy univerzális keménységvizsgáló gép minimálisra csökkentheti ezt a bizonytalanságot, ha a vizsgálatot a kívánt módszerrel, átalakítás nélkül végzi el.
