Czy kiedykolwiek miałeś takie doświadczenie?
Bierzesz plan i widzisz „Hartowanie i odpuszczanie: 220-255 HBW”. Kiedy już myślisz, że już wszystko gotowe, na następnym rysunku widnieje informacja „Hartowanie: 58-62 HRC”. Następnie na następnej stronie – niespodzianka – widnieje informacja „Twardość powierzchniowa > 700 HV”. Czy zaczyna ci się kręcić w głowie? Litery wyglądają podobnie, a jednak są w jakiś sposób inne.
Nie jesteś jedyną osobą, która jest zdezorientowana. Wiele osób po prostu zapamiętuje litery na pamięć, nie rozumiejąc, w jaki sposób dokonuje się pomiarów ani gdzie najlepiej zastosować daną metodę.
Dziś użyjmy prostego, prostego języka, aby ujawnić prawdziwą naturę tych czterech „ciężkich zawodników wagi ciężkiej”. Dzięki temu następnym razem będziesz dokładnie wiedział, na co patrzysz.
Maszyny testujące|Twardościomierze|Dane techniczne przygotowania próbek metalograficznych – fabryka produkująca instrumenty Zhongyan w Szanghaju
Obraz porównawczy czterech typów twardościomierzy
I. Twardość Brinella (HBW): Naciśnięcie dużego wcięcia, patrząc na cały obraz
Mówiąc prościej, test twardości Brinella opiera się na „brutalnej sile”.
Kulkę z węglika spiekanego (wgłębnik) wciska się mocno w powierzchnię metalu i mierzy się wielkość powstałego okrągłego wgłębienia. Im mniejsze wcięcie, tym twardszy materiał.
Pomyśl o tym jak o wciśnięciu dużej żelaznej kulki w bryłę ciasta: im płytsze i mniejsze wgłębienie, tym „twardsze” (bardziej elastyczne/twarde) jest ciasto i tym trudniej je skompresować.
Zaletą tej metody jest to, że ocenia materiał jako całość. Ponieważ wgłębienie jest stosunkowo duże, zmierzona twardość reprezentuje średnią wartość na określonym obszarze, dokładnie odzwierciedlając rzeczywistą ogólną wytrzymałość materiału. Nie zakłócają go drobne wewnętrzne niespójności, dzięki czemu wyniki są bardzo stabilne.
Gdzie zatem najlepiej stosować twardość Brinella?
Duże komponenty i surowe odlewy: takie jak odlewane bloki silników lub duże półfabrykaty przekładni.
Miękkie materiały: takie jak nieobrobiona stal, żeliwo oraz stopy miedzi i aluminium.
Części wymagające ogólnej wydajności: takie jak elementy wału, które zostały poddane hartowaniu i odpuszczaniu.
Typowy zapis: 220-255 HBW (najczęściej spotykany w przypadku stali hartowanych i odpuszczanych, takich jak stal 45). Badanie twardości Brinella jest powszechnie stosowane w przypadku materiałów o twardości nieprzekraczającej 650 HBW.
II. Twardość Rockwella (HRC): Zrób małe wcięcie, zmierz głębokość
Metoda twardości Rockwella działa dokładnie odwrotnie niż metoda Brinella. Zamiast mierzyć średnicę wcięcia, mierzy głębokość penetracji.
Rozpoczyna się od przyłożenia małej siły napięcia wstępnego do powierzchni, po której następuje większe obciążenie główne; na koniec usuwa się główne obciążenie i mierzy wielkość powrotu sprężystego (jak bardzo wgłębnik odskakuje). Im mniej odskakuje, tym głębsza penetracja, co wskazuje na bardziej miękki materiał.
Można to sobie wyobrazić w ten sposób: wbijanie igły w drewno. Im płytiej wbija się igła, tym twardsze jest drewno. W naszym teście HRC wykorzystujemy „igłę” (stożkowy wgłębnik) wykonaną z diamentu.
Zaletami tej metody są szybkość, dokładność i wydajność. Wyniki uzyskuje się w ciągu kilku sekund, a wgłębienie jest na tyle małe, że praktycznie nie powoduje uszkodzeń powierzchni przedmiotu obrabianego.
Dlatego twardość Rockwella (HRC) została zaprojektowana specjalnie dla „materiałów-o wysokiej twardości”, szczególnie tych powszechnie stosowanych w produkcji:
Hartowane elementy stalowe: formy, narzędzia skrawające, łożyska i zęby kół zębatych.
Kontrola-po-obróbce cieplnej: szybka-kontrola na miejscu w warsztacie natychmiast ujawnia, czy obróbka cieplna jest zgodna ze specyfikacjami.
Typowa notacja: 58–62 HRC (najczęściej stosowana w przypadku hartowanej stali formierskiej i stali łożyskowej).
Istnieje wiele skal Rockwella. Skala HRC wykorzystuje obciążenie 150 kg i obejmuje zakres od 20 HRC do 70 HRC. Jeśli materiał jest zbyt miękki (<20 HRC), measurements are inaccurate, requiring a switch to the HRB scale; if it is too hard (>67 HRC), wgłębnik diamentowy jest narażony na uszkodzenie, co wymaga przejścia na skalę HRA.
Skala HRA jest odpowiednia dla węglików spiekanych i stali nawęglanej, natomiast HRB jest odpowiednia dla stali miękkiej, stopów aluminium i stopów miedzi. Wybór niewłaściwej skali powoduje, że uzyskane dane stają się bezużyteczne.
Zasady badania i zastosowania różnych metod pomiaru twardości materiałów – TestDog (Scientific Research Services)
III. Twardość Vickersa (HV): Zastosuj lekki nacisk, sprawdź cienkie warstwy
Twardość Vickersa przypomina metodę Brinella, ale zapewnia niezwykłą precyzję. Wykorzystuje diamentowy wgłębnik w kształcie-kwadratowej piramidy; po naciśnięciu pozostawia schludne-kwadratowe wgłębienie na powierzchni materiału. Następnie za pomocą mikroskopu mierzy się długość przekątnej kwadratu, co pozwala na obliczenie wartości twardości.
Można to sobie wyobrazić jako delikatne naciśnięcie małego diamentu na powierzchnię materiału. Ten ślad jest tak mały, że ledwo widoczny gołym okiem.
Największą zaletą testu twardości Vickersa jest jego wszechstronność i precyzja.
Szeroki zakres: umożliwia badanie materiałów od bardzo miękkich do bardzo twardych i wykorzystuje ujednoliconą skalę-w przeciwieństwie do testu Rockwella, który jest podzielony na kilka różnych skal.
Regulowane obciążenie: Można zastosować dużą siłę, aby przetestować materiał sypki, lub bardzo małą siłę, aby przetestować określony obszar lokalny.
Wysoka precyzja: Ponieważ wcięcie jest małe, pozwala na wysoce ukierunkowane testowanie.
Skala twardości Vickersa obejmuje szeroki zakres-od kilku HV do 3000 HV-co czyni ją najbardziej precyzyjną spośród powszechnie stosowanych testów twardości.
W związku z tym doskonale analizuje „charakterystyki powierzchni” krytyczne dla zaawansowanej produkcji:
Cienkie arkusze i komponenty o cienkich-ściankach: takie jak aluminiowe ścianki puszek po napojach lub obudowy telefonów komórkowych.
Warstwy-obrobione powierzchniowo: dokładnie mierzy twardość warstw nawęglanych, azotowanych i galwanizowanych.
Mikro-komponenty: precyzyjne części wielkości paznokcia; podczas gdy inni twardościomierze mogą mieć trudności z dostępem do nich, test Vickersa radzi sobie z nimi z łatwością.
Typical notation: >700HV0,5 („0,5” oznacza siłę testową 0,5 kg, powszechnie stosowaną w przypadku powierzchni azotowanych).
Wpływ wgłębień Vickersa na właściwości mechaniczne bezciśnieniowej ceramiki ze spiekanego węglika krzemu-w stanie stałym
IV. Twardość Shore’a (HS): odbijająca się piłka-obserwacja odbicia
Poprzednie trzy metody obejmują wcięcie „statyczne”, podczas gdy twardość Shore'a jest „dynamiczna”.
Metoda jest dość interesująca: ciężarek zawierający małą diamentową końcówkę spada swobodnie z określonej wysokości na powierzchnię materiału i mierzona jest wysokość jego odbicia. Im wyższe odbicie, tym twardszy materiał.
Możesz sobie to wyobrazić w ten sposób: jeśli upuścisz sprężystą piłkę na betonową podłogę, odbije się ona wysoko, ale jeśli upuścisz ją na bawełnę, prawie w ogóle się nie odbije. Twardość Shore'a działa na tej samej zasadzie. Zaletami tej metody jest to, że jest wysoce przenośna i nie-niszcząca. Narzędzie można łatwo przenosić i nie pozostawia znaczących śladów na obrabianym przedmiocie.
Dlatego używa się go przede wszystkim do:
Bardzo-bardzo duże i ciężkie przedmioty obrabiane: takie jak masywne walce walcownicze (ważące setki ton), duże wały turbin i gigantyczne odkuwki. Po prostu niemożliwe jest przeniesienie tych elementów do laboratoryjnego testera twardości w celu pomiaru.
Testowanie-na miejscu: szybkie określenie twardości materiału bezpośrednio w warsztacie lub podczas konserwacji sprzętu na zewnątrz.
Twardościomierz Shore'a to ręczne urządzenie szczególnie przydatne do pomiaru--średnich i dużych przedmiotów w metalurgii i przemyśle maszyn ciężkich, takich jak walce, wały korbowe i-bardzo duże koła zębate.
Uwaga specjalna: twardość Shore'a (HS) stosowana w produkcji jest zupełnie inna od twardości Shore'a (HA/HB) stosowanej w przypadku gumy i tworzyw sztucznych! Chociaż nazwy różnią się tylko jednym znakiem, podstawowe zasady i testowane materiały są zupełnie inne,-więc nie należy ich mylić.
Jak wybrać przenośny twardościomierz Leeba?
Jak dokładnie wybrać? Zadaj sobie trzy pytania.
Czy teraz, kiedy poznałeś specjalizacje tych czterech „ekspertów”, obraz jest wyraźniejszy? Podsumujmy, jak podjąć szybką decyzję w-rzeczywistym scenariuszu pracy:
1. Całość czy część?
Wydajność ogólna, surowe odlewy/odkuwki, duże elementy → HBW
Wysoka twardość, hartowane części, szybkie kontrole gotowych produktów → HRC
2. Cienka warstwa czy mały kawałek?
Warstwy nawęglane powierzchniowo, powłoki, cienkie blachy, drobne części → HV
3.-Na miejscu czy w laboratorium?
Masywne komponenty (setki ton), awaryjne-testy na miejscu → HS
Problem, który wielu osobom przyprawia o ból głowy
Czasami możesz zauważyć, że ten sam materiał jest określony inaczej w tym samym projekcie lub w różnych dokumentach technicznych-podających 220–255 HBW w jednym miejscu i 22–28 HRC w innym. Czy te dwie specyfikacje oznaczają to samo?
Oto wniosek z góry: w przypadku standardowej stali-i-odpuszczanej cieplnie (takiej jak stal 45) określanie HBW jest bardziej powszechną i preferowaną praktyką.
Powód jest prosty: celem hartowania i odpuszczania jest osiągnięcie stabilnych właściwości całej części,-zarówno powierzchni, jak i rdzenia. Test Brinella (HBW) tworzy duże wgłębienie i mierzy ogólny średni stan materiału, co doskonale spełnia ten wymóg. Ponadto normy krajowe zalecają preferencyjne stosowanie metody Brinella w przypadku materiałów o twardości poniżej 450 HBW.
Dlaczego więc niektórzy ludzie nadal określają HRC?
Istnieje kilka możliwych przyczyn: część może być za mała, co powoduje, że wgłębienie Brinella jest zbyt duże, aby można je było zmierzyć; warsztat może być przyzwyczajony do używania testerów Rockwella (ze względu na ich szybkość); lub praktyka może po prostu wynikać ze starszych rysunków technicznych. Pod względem wartości zakres 220–255 HBW można przeliczyć na około 20–26 HRC, co dobrze pokrywa się z zakresem 22–28 HRC.
Oto skrócona instrukcja obsługi: HRC 30 ≈ HV 300; HRC 40 ≈ HV 400; HRC 50 ≈ HV 500.
Ostatecznie żadna metoda nie jest całkowicie dobra ani zła; odzwierciedlają raczej różne podejścia do inspekcji.
