Tipy

Metody stanovení tvrdosti ocelí

Vickersova metoda (HV) zahrnuje zavedení diamantového jehlanu s vrcholovým úhlem mezi protilehlými plochami 136° do testovaného kovu. Vtlačovací síla se volí v závislosti na tloušťce a tvrdosti vzorku a pohybuje se od 1 do 100 kgf. Hodnota tvrdosti se získá vydělením zatížení působícího na indentor plochou pyramidového prohlubně, která je určena podél úhlopříčky prohlubně. Metoda je poměrně univerzální, protože umožňuje měřit tvrdost téměř jakéhokoli kovu a slitiny. Touto metodou lze měřit tvrdost tenkých desek a vrstev (až 6,05 mm). Metoda vyžaduje velmi pečlivou přípravu povrchu – jemné broušení nebo leštění.
Při měření tvrdosti hrubozrnných a heterogenních struktur je nežádoucí používat Vickersovu metodu, protože při malé velikosti vtisku (srovnatelné s velikostí zrna) lze získat velký rozptyl dat.

Mikrotvrdost (Hμ) je v podstatě stejná Vickersova metoda. Rozdíl spočívá ve velikosti zatížení aplikovaného na pyramidu – od 5 do 200 kgf. Tato metoda je určena pro měření tvrdosti velmi tenkých a rovnoměrně strukturovaných vrstev i jednotlivých zrn kovu (slitiny). Tvrdost se měří pod mikroskopem při 200 až 400násobném zvětšení. Metoda se používá v laboratorních podmínkách a zpravidla pro výzkumné účely. Pro měření tvrdosti pomocí této metody musí být povrch vzorku vyleštěn.

Metoda Poldi (HP) – spočívá v umístění tvrzené ocelové kuličky o průměru 5 mm mezi zkušební povrch a referenční vzorek. Poté se do standardu udeří kladivem (ze strany protilehlé ke kouli), což má za následek otisky na zkušebním vzorku a na standardu tvrdosti. Měření průměrů otisků a znalost tvrdosti standardu HB_Э (v jednotkách Brinell), vypočítejte tvrdost vzorku NV (také v jednotkách Brinell). Tato metoda se obvykle používá pro přibližné posouzení tvrdosti a při nemožnosti použití standardních metod, například na skladech kovů, na velkých dílech atd.

Shoreova metoda (HSD) spočívá ve volném puštění úderníku o hmotnosti 19 g na zkušební plochu z výšky 36 mm. Působením pružného zpětného rázu materiálu se útočník odrazí do výšky h. Tvrdost materiálu je úměrná výšce odrazu. Ve stupnici Shore je 100 jednotek tvrdosti považováno za maximální tvrdost eutektoidní oceli kalené martenzitem, což odpovídá výšce odrazu úderníku 13,6 mm. Touto metodou lze přímo na součásti změřit tvrdost dílů o hmotnosti minimálně 5 kg. Můžete měřit tvrdost výrobků do hmotnosti 100 g, ale výrobek musí mít tloušťku alespoň 10 mm a musí být umístěn na stole přístroje. Touto metodou je možné řídit tvrdost kovu zahřátého na vysokou teplotu.

Nejběžnějšími metodami měření tvrdosti kovových materiálů jsou metody Brinell a Rockwell, které souvisí s metodou indentace (impregnace). Kombinované použití těchto metod umožňuje měřit tvrdost kovů a na nich založených slitin jakékoli tvrdosti.

MĚŘENÍ TVRDOSTI POMOCÍ BRINELLOVÉ METODY (HB)
Při měření tvrdosti touto metodou se silou P po určitou dobu vtlačí do povrchu výrobku kulička z kalené oceli nebo tvrdokovu o průměru 10,5 nebo 2,5 mm. Na povrchu vzorku se získá otisk o průměru d.

Přečtěte si více

Kachny domácí ★ Která plemena je lepší mít na farmě?

Pro získání hodnoty tvrdosti je nutné změřit průměr vtisku a vypočítat plochu F_otp sférický segment podle následujícího vzorce:

Tvrdost HB (kgf/mm2) se určí vydělením zatížení působícího na kouli plochou vtisku:

Průměr otisku se měří speciální měřicí lupou s přesností 0,05 mm. Pro získání přesnějšího výsledku by měl být průměr tisku měřen ve dvou vzájemně kolmých směrech. Doba zatížení závisí na materiálu vzorku a činí: 10 s – pro železné kovy, 30 nebo 60 s – pro neželezné slitiny, v závislosti na jejich tvrdosti (na značce slitiny). Při měření tenkých vzorků je třeba dodržet následující podmínku: tloušťka vzorku S musí být minimálně 10násobkem hloubky vtisku h. V opačném případě může být vzorek protlačen a výsledek testu bude nesprávný. Metodu Brinell lze použít ke zkoušení materiálů, jejichž tvrdost nepřesahuje 450 jednotek Brinell. S větší tvrdostí se nářadí – koule zdeformuje a měření nebude přesné.

TESTOVÁNÍ TVRDOSTI ROCKWELLOVOU METODOU (HRA, HRB, HRC)
Při měření tvrdosti podle Rockwella je nástrojem buď diamantový kužel s vrcholovým úhlem 120° a poloměrem zakřivení 0,2 mm, nebo kalená ocelová kulička o průměru 1,588 mm (1/16 palce). Nářadí je vtlačeno do zkušebního materiálu působením dvou postupně působících zatížení: předběžné P, rovnající se 10 kgf a základní P₁, takže celkové zatížení P na implementátoru v okamžiku zatížení se rovná P = P + P₁. Předběžné zatížení je vždy 10 kgf (bez ohledu na realizátora) a hlavní zatížení se liší v závislosti na implementátoru a testovaném materiálu. Pokud je implementátorem diamantový kužel, pak může být hlavní zatížení P1 buď 50 nebo 140 kgf (celkové zatížení 60 a 150 kgf), pokud je implementátorem koule, pak je hlavní zatížení vždy rovno 90 kgf (celkové zatížení 100 kgf).
Při použití diamantového kužele jako nástroje se tvrdost materiálu posuzuje na dvou stupnicích – A a C (maximální hodnota 100 jednotek). Když je zatížení indentoru 60 kgf, tvrdost je označena jako HRA, pokud je zatížení 150 kgf, pak je tvrdost v tomto případě označena jako HRC. Pokud je realizátorem míč (zatížení na něm je 100 kgf), pak se tvrdost měří na stupnici B (maximální hodnota 130 jednotek) a tvrdost je v tomto případě označena jako HRB. Měřítkem tvrdosti v Rockwellově metodě je hloubka průniku indentoru do testovaného materiálu: jedna jednotka tvrdosti odpovídá průniku indentoru o 0,002 mm.

Na začátku zkoušky je indentor vystaven předpětí P=10 kgf se vtlačí do povrchu do hloubky h_o. Poté se aplikuje hlavní zatížení P₁ a pod vlivem tohoto celkového zatížení P = P + P₁ indentor proniká do zkušebního povrchu do maximální hloubky a vytváří plastickou a elastickou deformaci materiálu. Po dokončení nakládání (asi 5 s) se hlavní zatížení odstraní a ponechá se předběžné zatížení. Působením pružných sil se realizátor částečně zvedá a zaujímá polohu odpovídající hloubce průniku h, která charakterizuje tvrdost kovu.
Výhodou této metody je možnost měření tvrdosti v široké škále jak velmi tvrdých, tak i relativně měkkých materiálů. Ale Rockwellova metoda se nedoporučuje pro měření například tvrdosti šedých litin a neželezných slitin obsahujících konstrukční součásti, které se výrazně liší svými mechanickými vlastnostmi. To se vysvětluje tím, že otisk získaný vtlačením kužele nebo koule o průměru 1,588 mm je poměrně malý a nemůže vždy rovnoměrně pokrýt všechny součásti, což povede k velkému rozptylu údajů o tvrdosti.
Při volbě režimů zkoušení tvrdosti je nutné přibližně znát přibližnou tvrdost slitiny (tvrdá, měkká) a tloušťku vzorku. Měření koulí na stupnici B se používá pro žíhané a normalizované oceli, měď a její slitiny, dural a další slitiny s tvrdostí HRB v rozsahu 25 jednotek. (HB100). Minimální tloušťka vzorku je 65 mm. Měření tvrdosti kužele na stupnici C se používá pro kalené a popouštěné oceli. Limity měření jsou v tomto případě přibližně 240 HRC (HB0,7). Minimální tloušťka vzorku je 20 mm. Měření tvrdosti kuželem na stupnici A se používá v případech, kdy nelze použít měření na stupnici C. Například když se měří tvrdost velmi tvrdých materiálů (tvrdé a minerálně-keramické slitiny a další nástrojové materiály), je použití v tomto případě stupnice C, tzn. zatížení kužele 67 kgf může vést k rozbití diamantu. Limity pro měření tvrdosti podle HRA jsou obvykle 220. 710 jednotek. (HB 0,7. 150).

Přečtěte si více

Pěstování jahod ve skleníku

Tabulka srovnávající tvrdost materiálů stanovenou různými metodami.

Tvrdost podle Brinella		Rockwellova tvrdost			Tvrdost podle Vickerse, HV	Tvrdost Shore, HSD
Průměr potisk d, mm	D=10 mm P=3000 kgf	HRC	HRA	HRB	Tvrdost podle Vickerse, HV	Tvrdost Shore, HSD
2,20	782	72	89	–	1220	107
2,30	713	67	85	–	1021	96
2,40	652	63	83	–	867	88
2,50	600	59	81	–	746	81
2,55	578	58	80	–	694	78
2,60	555	56	79	–	649	75
2,65	532	54	78	–	606	72
2,70	512	52	77	–	587	70
2,75	495	51	76	–	551	68
2,80	477	49	76	–	534	66
2,85	460	48	75	–	502	64
2,90	444	47	74	–	474	61
2.95	430	45	73	–	460	59
3,00	415	44	73	–	435	57
3,05	402	43	72	–	423	55
3,10	387	41	71	–	401	53
3,15	375	40	71	–	390	52
3,20	364	39	70	–	380	50
3,25	351	38	69	–	361	49
3,30	340	37	69	–	344	47
3,35	332	36	68	–	335	46
3,40	321	35	68	–	320	45
3,45	311	34	67	–	312	44
3,50	302	33	67	–	305	42
3,55	293	31	66	–	291	41
3,60	286	30	66	–	285	40
3,65	277	29	65	–	278	39
3,70	269	28	63	–	272	38
3,75	262	27	64	–	261	37
3,80	255	26	64	–	255	36
3,85	248	25	63	–	250	36
3,90	241	24	63	100	240	35
3,95	235	23	62	99	235	34
4,00	238	22	62	98	226	33
4,05	223	21	61	97	221	33
4,10	241	20	61	97	217	32
4,15	212	19	60	96	213	31
4,20	207	18	60	95	209	30
4,25	202	–	59	94	201	30
4,30	196	–	58	93	197	29
4,35	192	–	58	92	190	29
4,40	187	–	57	91	186	28
4,45	183	–	56	89	183	28
4,50	179	–	56	88	177	27
4,55	174	–	55	87	174	27
4,60	170	–	55	86	170	26
4,65	166	–	54	85	166	26
4,70	163	–	53	84	163	25
4,75	159	–	53	83	159	25
4,80	156	–	52	82	156	24
4,85	153	–	52	81	153	24
4,90	149	–	51	80	149	23
4,95	146	–	50	79	146	23
5,00	143	–	50	78	143	22
5,05	140	–	–	77	140	21
5,10	137	–	–	75	137	21
5,15	134	–	–	74	134	19
5,20	131	–	–	73	131	19
5,25	128	–	–	72	128	19
5,30	126	–	–	71	126	19
5,35	124	–	–	70	124	19
5,40	121	–	–	68	121	19
5,45	118	–	–	67	118	19
5,50	116	–	–	65	116	19
5,55	114	–	–	64	114	18
5,60	112	–	–	63	112	18
5,65	109	–	–	61	109	18
5,70	107	–	–	60	107	18
5,75	105	–	–	58	105	18
5,80	103	–	–	57	103	18
5,85	101	–	–	56	101	17
5,90	99	–	–	55	99	17
5,95	97	–	–	53	97	17
6,00	95	–	–	51	95	17