Jeste li ikada imali ovakvo iskustvo?
Uzmete nacrt i vidite "Kaljenje i kaljenje: 220-255 HBW." Baš kad pomislite da ste ga shvatili, sljedeći crtež specificira "Kaljenje: 58-62 HRC." Zatim, na sljedećoj stranici - iznenađenje - traži "Tvrdoća površine > 700 HV." Počne li vam se malo vrtjeti u glavi? Slova izgledaju slično, ali nekako drugačije.
Niste jedini koji se zbuni. Mnogi ljudi jednostavno pamte slova napamet, a da zapravo ne razumiju kako se vrše mjerenja ili gdje se koja metoda najbolje primjenjuje.
Danas, koristimo se jednostavnim, izravnim jezikom kako bismo otkrili pravu prirodu ova četiri "teškaša tvrdoće". Tako ćete sljedeći put kad ih vidite točno znati u što gledate.
Strojevi za testiranje|Mjerač tvrdoće|Tehnički podaci o metalografskoj pripremi uzorka – Tvornica za proizvodnju instrumenata u Šangaju Zhongyan
Usporedna slika četiri vrste mjerača tvrdoće
I. Tvrdoća po Brinellu (HBW): Pritiskom velikog udubljenja, gledajući cijelu sliku
Jednostavno rečeno, Brinellov test tvrdoće oslanja se na "grubu silu".
Kuglica od cementnog karbida (utiskivač) čvrsto se utisne u metalnu površinu i mjeri se veličina dobivenog kružnog udubljenja. Što je udubljenje manje, materijal je tvrđi.
Zamislite to kao da utiskujete veliku željeznu kuglu u grudu tijesta: što je udubljenje pliće i manje, to je tijesto "žilavije" (elastičnije/čvršće) i teže ga je sabiti.
Prednost ove metode je što procjenjuje materijal u cjelini. Budući da je udubljenje relativno veliko, izmjerena tvrdoća predstavlja prosječnu vrijednost na određenom području, točno odražavajući stvarnu ukupnu čvrstoću materijala. Ne odbacuju ga manje unutarnje nedosljednosti, što rezultate čini vrlo stabilnima.
Dakle, gdje se Brinellova tvrdoća najbolje koristi?
Velike komponente i sirovi odljevci: kao što su lijevani blokovi motora ili veliki prazni dijelovi zupčanika.
Meki materijali: kao što su neobrađeni čelik, lijevano željezo i legure bakra ili aluminija.
Dijelovi koji zahtijevaju cjelokupnu izvedbu: kao što su komponente osovine koje su prošle kaljenje i kaljenje.
Uobičajena oznaka: 220-255 HBW (najčešće se vidi kod kaljenih i poboljšanih čelika, kao što je čelik 45). Ispitivanje tvrdoće po Brinellu općenito se koristi za materijale čija tvrdoća ne prelazi 650 HBW.
II. Tvrdoća po Rockwellu (HRC): Napravite malo udubljenje, izmjerite dubinu
Metoda utvrđivanja tvrdoće po Rockwellu djeluje potpuno suprotno od metode po Brinellu. Umjesto mjerenja promjera udubljenja, mjeri se dubina prodiranja.
Započinje primjenom male sile predopterećenja na površinu, nakon čega slijedi veće glavno opterećenje; konačno, glavno opterećenje se uklanja i mjeri se količina elastičnog oporavka (koliko se utiskivač vraća). Što manje odskače, to je dublji prodor, što ukazuje na mekši materijal.
Možete to vizualizirati ovako: utiskivanje igle u drvo. Što igla pliće prodire, to je drvo tvrđe. Naš HRC test koristi "iglu" (konusni utiskivač) izrađenu od dijamanta.
Prednosti ove metode su brzina, točnost i učinkovitost. Rezultati se postižu u nekoliko sekundi, a udubljenje je toliko malo da ne uzrokuje gotovo nikakvu štetu na površini obratka.
Stoga je tvrdoća po Rockwellu (HRC) dizajnirana posebno za "materijale visoke-tvrdoće," posebno one uobičajene u proizvodnji:
Komponente od kaljenog čelika: kalupi, alati za rezanje, ležajevi i zubi zupčanika.
Inspekcija nakon -toplinske-obrade: brza-provjera na licu mjesta u radionici odmah otkriva zadovoljava li toplinska obrada specifikacije.
Tipična oznaka: 58–62 HRC (najčešće za kaljeni kalupni čelik i čelik za ležajeve).
Postoji više Rockwellovih ljestvica. HRC vaga koristi opterećenje od 150 kg i pokriva raspon od 20 HRC do 70 HRC. Ako je materijal premekan (<20 HRC), measurements are inaccurate, requiring a switch to the HRB scale; if it is too hard (>67 HRC), dijamantni indenter riskira oštećenje, što zahtijeva prebacivanje na HRA ljestvicu.
HRA ljestvica je prikladna za cementne karbide i karburizirani čelik, dok je HRB prikladna za meki čelik, aluminijske legure i bakrene legure. Odabir krivog mjerila čini dobivene podatke beskorisnim.
Načela ispitivanja i primjene različitih metoda mjerenja tvrdoće materijala – TestDog (Scientific Research Services)
III. Vickersova tvrdoća (HV): Primijenite lagani pritisak, pregledajte tanke slojeve
Tvrdoća po Vickersu nalikuje Brinellovoj metodi, ali nudi minucioznu preciznost. Koristi dijamantni utiskivač u obliku kvadratne-piramide; kada se pritisne prema dolje, ostavlja urednu udubinu-u obliku kvadrata na površini materijala. Zatim se koristi mikroskop za mjerenje duljine dijagonale kvadrata, čime se može izračunati vrijednost tvrdoće.
Možete to zamisliti kao da pomoću sićušnog dijamanta nježno pritisnete četvrtastu oznaku na površinu materijala. Ova oznaka je tako mala da je jedva vidljiva golim okom.
Najveće prednosti Vickersovog testa tvrdoće su njegova svestranost i preciznost.
Široki raspon: može testirati materijale u rasponu od vrlo mekih do vrlo tvrdih, a koristi jedinstvenu ljestvicu-za razliku od Rockwellovog testa koji je podijeljen na nekoliko različitih ljestvica.
Podesivo opterećenje: možete primijeniti veliku silu za testiranje rasutog materijala ili vrlo malu silu za testiranje određenog lokalnog područja.
Visoka preciznost: budući da je udubljenje malo, omogućuje visoko ciljano testiranje.
Vickersova ljestvica tvrdoće pokriva širok raspon-od nekoliko HV do 3000 HV-što je čini najpreciznijom među uobičajenim ispitivanjima tvrdoće.
Posljedično, izvrstan je u analizi "karakteristika površine" kritičnih za naprednu proizvodnju:
Tanke ploče i komponente tankih{0}}stjenki: kao što su aluminijske stijenke limenki za piće ili kućišta mobilnih telefona.
Površinski-tretirani slojevi: precizno mjeri tvrdoću karburiranih, nitriranih ili galvaniziranih slojeva.
Mikro-komponente: Precizni dijelovi veličine nokta; dok bi im drugi uređaji za mjerenje tvrdoće mogli teško pristupiti, Vickersov test s njima se nosi s lakoćom.
Typical notation: >700HV0,5 ("0,5" označava ispitnu silu od 0,5 kg, obično se koristi za nitrirane površine).
Učinak Vickersovih udubljenja na mehanička svojstva sinterirane keramike od silicij-karbida u čvrstom-stanju bez pritiska
IV. Tvrdoća po Shoru (HS): lopta koja odskače-promatranje odskoka
Prethodne tri metode uključuju "statičko" utiskivanje, dok je Shoreova tvrdoća "dinamička".
Metoda je vrlo zanimljiva: uteg koji sadrži mali dijamantni vrh pusti se da slobodno padne s određene visine na površinu materijala i mjeri se visina njegovog odskoka. Što je veći odskok, to je tvrđi materijal.
Možete to zamisliti ovako: ako ispustite skakutajuću loptu na betonski pod, ona će visoko odskočiti, ali ako je ispustite na pamuk, ona jedva da će odskočiti. Tvrdoća po Shoru radi na istom principu. Prednosti ove metode su da je vrlo prenosiva i ne-destruktivna. Instrument se lako prenosi i ne ostavlja značajne tragove na radnom predmetu.
Stoga se prvenstveno koristi za:
Iznimno-veliki, teški obradaci: kao što su masivni valjci valjaonice (teški stotine tona), velika turbinska vratila i ogromni otkovci. Jednostavno je nemoguće premjestiti ove predmete na stolni uređaj za mjerenje tvrdoće radi mjerenja.
Ispitivanje na -licu mjesta: Brzo određivanje tvrdoće materijala izravno na podu radionice ili tijekom održavanja opreme na otvorenom.
Ispitivač tvrdoće po Shoreu je ručni uređaj posebno prikladan za srednje{0}}do-velike obrade u metalurgiji i industriji teških strojeva, kao što su valjci, radilice i ekstra-veliki zupčanici.
Posebna napomena: Shore tvrdoća (HS) koja se koristi u proizvodnji potpuno je drugačija od Shore tvrdoće (HA/HB) koja se koristi za gumu i plastiku! Iako se nazivi razlikuju po samo jednom znaku, temeljna načela i materijali koji se testiraju potpuno su različiti-pa ih nemojte zamijeniti.
Kako odabrati prijenosni Leeb mjerač tvrdoće?
Kako točno odabrati? Postavite si tri pitanja.
Sada kada ste vidjeli specijalnosti ova četiri "stručnjaka", je li slika jasnija? Rezimirajmo kako brzo donijeti odluku u-stvarnom poslovnom scenariju:
1. Cijeli ili dio?
Ukupna izvedba, sirovi odljevci/otkovci, velike komponente → HBW
Visoka tvrdoća, kaljeni dijelovi, brze provjere gotovih proizvoda → HRC
2. Tanak sloj ili mali komad?
Površinski karburizirani slojevi, prevlake, tanki limovi, mali dijelovi → HV
3. Na-licu mjesta ili u laboratoriju?
Masivne komponente (stotine tona), hitno testiranje na-licu mjesta → HS
Problem koji mnogima zadaje glavobolju
Ponekad možete primijetiti da je isti materijal različito specificiran u istom nacrtu ili različitim tehničkim dokumentima-koji navode 220–255 HBW na jednom mjestu i 22–28 HRC na drugom. Znače li ove dvije specifikacije isto?
Evo prethodnog zaključka: za standardni kaljeni-i-kaljeni čelik (kao što je čelik 45), određivanje HBW je češća i poželjnija praksa.
Razlog je jednostavan: cilj kaljenja i kaljenja je postizanje stabilnih svojstava kroz cijeli dio-i površine i jezgre. Brinellov (HBW) test stvara veliko udubljenje i mjeri ukupno prosječno stanje materijala, što je savršeno usklađeno s ovim zahtjevom. Nadalje, nacionalni standardi preporučuju korištenje Brinellove metode ponajprije za materijale s tvrdoćom ispod 450 HBW.
Dakle, zašto neki ljudi još uvijek navode HRC?
Postoji nekoliko mogućih razloga: dio bi mogao biti premalen, zbog čega je Brinellova udubina prevelika za mjerenje; radionica bi mogla biti naviknuta na korištenje Rockwell testera (zbog njihove brzine); ili praksa može jednostavno proizaći iz starijih inženjerskih crteža. Što se tiče vrijednosti, raspon od 220–255 HBW pretvara se u otprilike 20–26 HRC, što se dobro slaže s rasponom od 22–28 HRC.
Evo kratkog referentnog vodiča: HRC 30 ≈ HV 300; HRC 40 ≈ HV 400; HRC 50 ≈ HV 500.
U konačnici, nijedna metoda nije apsolutno ispravna ili pogrešna; nego odražavaju različite pristupe inspekciji.
