Metallimateriaalien kovuus

Metallimateriaalien kovuus viittaa materiaalin kykyyn vastustaa paikallista muodonmuutosta, erityisesti plastista muodonmuutosta, painaumaa tai naarmuuntumista. Se on materiaalin pehmeyden tai kovuuden indikaattori.

Kovuus on jaettu kolmeen tyyppiin testausmenetelmien perusteella.

Naarmun kovuus: Tätä käytetään ensisijaisesti vertaamaan eri mineraalien kovuutta. Menetelmässä käytetään sauvaa, jonka toinen pää on kova ja toinen pehmeä, ja vedetään sitten sauvaa testattavan materiaalin poikki. Naarmujen sijainti määrittää materiaalin kovuuden. Laadullisesti kovempi esine jättää pidemmän naarmun, kun taas pehmeämpi esine jättää lyhyemmän naarmun.

Sisennyskovuus: Tätä käytetään pääasiassa metallimateriaaleille. Menetelmässä käytetään tiettyä kuormaa, jotta testattavaan materiaaliin painetaan määrätty sisennys. Materiaalin kovuuden määrää pinnan paikallisen plastisen muodonmuutoksen laajuus. Sisennyskohdan, kuorman ja kuormituksen keston vaihteluiden vuoksi on olemassa useita erityyppisiä painumakovuustestejä, mukaan lukien Brinell-kovuus, Rockwell-kovuus, Vickers-kovuus ja mikrokovuus.

Rebound-kovuus: Tätä käytetään pääasiassa metallimateriaaleille. Menetelmässä erityisesti suunnitellun vasaran annetaan pudota vapaasti tietyltä korkeudelta ja iskeä testattavan materiaalin näytettä. Materiaalin kovuus määräytyy jännitysenergian määrällä, jonka näyte absorboi (ja sitten vapauttaa) iskun aikana, mikä mitataan korkeudella, johon vasara pomppaa.

Yleisimmät metallimateriaalien kovuustestit - Brinell-kovuus, Rockwell-kovuus ja Vickers-kovuus - kuuluvat painumakovuuden luokkaan. Kovuusarvo edustaa materiaalin kykyä vastustaa plastista muodonmuutosta, kun toinen esine painetaan sen pintaan. Rebound-kovuustestit (Shore, Leeb) mittaavat kovuutta metallin elastisen muodonmuutoksen laajuuden perusteella, ja kovuusarvo ilmaisee materiaalin elastisen muodonmuutoskyvyn.

Brinell-kovuus

Halkaisijaltaan sisennysDkarkaistua terästä tai kovametallikuulaa painetaan näytteen pintaan vastaavalla testivoimallaF. Määritellyn pitoajan jälkeen testivoima poistetaan, jolloin jäljelle jää halkaisijaltaan oleva syvennysd. Brinell-kovuusarvo lasketaan jakamalla testivoima syvennyksen pinta-alalla. Tuloksena oleva arvo on Brinell-kovuus, jota merkitäänHBStaiHBW.

H EroHBSjaHBWriippuu käytetyn sisennyksen tyypistä.HBSViittaa kokeeseen, jossa käytetään karkaistua teräspalloa sisennyksenä, jota tyypillisesti käytetään Brinell-kovuusarvojen mittaamiseen materiaaleissa, joiden kovuus on alle 450, kuten pehmeät teräkset, harmaa valurauta ja ei-rautametallit.HBWtoisaalta käyttää kovametallipalloa sisennyksenä ja sitä käytetään Brinell-kovuusarvojen mittaamiseen materiaaleissa, joiden kovuus on alle 650.

Saman testikappaleen ja samanlaisissa testausolosuhteissa näiden kahden menetelmän tulokset eroavat toisistaanHBWarvot ovat usein korkeampia kuinHBSarvot. Näiden kahden välillä ei kuitenkaan ole kiinteää määrällistä suhdetta.

Vuodesta 2003 lähtien Kiina on ottanut käyttöön kansainvälisen standardin ja korvannut karkaistujen teräskuulien käytön kovametallikuulilla Brinell-kovuustestauksessa. Seurauksena,HBSei ole enää käytössä, jaHBWon tullut Brinell-kovuuden standardimerkintä. Monissa tapauksissaHBkäytetään yksinään edustamaan Brinell-kovuutta, joka tyypillisesti viittaaHBW. Kuitenkin,HBSsaattaa silti näkyä joissakin kirjallisissa ja akateemisissa julkaisuissa.

Brinell-kovuustesti sopii materiaaleille, kuten valuraudalle, ei-rautametalliseoksille ja erilaisille hehkutetuille tai karkaistuille teräksille. Se ei sovellu liian kovien, liian pienten, liian ohuiden materiaalien tai näytteiden testaamiseen, jotka eivät kestä suuria painaumia pinnoillaan.

Rockwellin kovuus

Menetelmässä käytetään timanttikartion sisennystä, jonka kärkikulma on 120 astetta, tai karkaistua teräskuulaa sisennyksenä yhdessä tietyn kuormituskonfiguraation kanssa. Testi alkaa alkukuormalla 10 kgf, jota seuraa kokonaiskuormitus (joka on alkukuorman ja pääkuorman summa) 60, 100 tai 150 kgf. Sisennin painetaan näytteeseen näiden kuormien alla peräkkäin. Kun kokonaiskuormitus on kohdistettu, kovuus määräytyy alkuperäisen kuormituksen alaisen syvyyden ja kokonaiskuormituksen alaisen syvyyden välisen eron perusteella, kun pääkuorma on poistettu, kun alkukuormitus säilyy.

Tätä menetelmää käytetään tyypillisesti mmRockwellin kovuustestaus. Kovuusarvo lasketaan alkukuormituksen ja kokonaiskuormituksen alaisen painumasyvyyden perusteella, joka kuvastaa materiaalin painuman kestävyyttä molemmilla kuormituksilla.

Rockwellin kovuustestissä käytetään kolmea erilaista testivoimaa ja kolmen tyyppistä sisennystä, mikä johtaa yhdeksään mahdolliseen yhdistelmään, joista jokainen vastaa yhtä yhdeksästä Rockwellin kovuusasteikosta. Nämä yhdeksän vaakaa kattavat lähes kaikki yleisesti käytetyt metallimateriaalit. Yleisimmin käytetyt vaa'at ovatHRA, HRB, jaHRC, kanssaHRCon laajimmin käytetty.

Yleinen Rockwellin kovuustestauksen standarditaulukko

TheHRC asteikkokäytetään tyypillisesti kovuusarvoille 20 - 70 HRC. Kun kovuusarvo on alle 20 HRC, testin herkkyys laskee, koska sisennyksen kartiomainen kärki tunkeutuu liian syvälle materiaaliin. Tässä tapauksessaHRB asteikkotulisi käyttää sen sijaan, koska se sopii paremmin pehmeämmille materiaaleille.

Kun näytteen kovuus ylittää 67 HRC, paine syvennyksen kärjessä nousee liian korkeaksi, mikä voi vahingoittaa timanttia ja lyhentää merkittävästi sisennyksen käyttöikää. Siksi on yleensä suositeltavaa vaihtaaHRA-asteikkomateriaaleille, joiden kovuus on yli 67 HRC.

Rockwell-kovuustesti on helppokäyttöinen, nopea ja tuottaa pieniä painaumia, joten se soveltuu sekä valmiiden tuotteiden pintojen että kovempien ja ohuempien työkappaleiden testaamiseen. Pienen sisennyksen vuoksi kovuusarvo voi vaihdella enemmän materiaaleissa, joissa on epätasainen mikrorakenne tai kovuus, mikä johtaa pienempään tarkkuuteen verrattuna Brinell-kovuustestiin. Rockwell-kovuustestiä käytetään yleisesti terästen, ei-rautametallien, kovametallimateriaalien ja muiden metalliseosten kovuuden mittaamiseen.

Vickersin kovuus

Vickersin kovuuden mittausperiaate on samanlainen kuin Brinell-kovuuden mittauksen periaate. Käytetään timanttipyramidin sisennystä, jonka kulma on 136 astetta, ja määritetty testivoimaFlevitetään materiaalin pinnalle. Kun kuormaa on pidetty yllä tietyn ajan, testivoima poistetaan. Kovuusarvo määräytyy neliöpohjaisen pyramidin sisennyksen pinta-alayksikköön kohdistuvan keskimääräisen paineen perusteella, ja kovuusarvo on merkitty symbolillaHV.

Vickersin kovuustestillä on laaja mittausalue, joka pystyy mittaamaan materiaaleja, joiden kovuusarvot vaihtelevat10-1000 HV. Sisennys on pieni, joten se soveltuu erityisen hyvin ohuempien materiaalien ja pintakarkaistujen kerrosten, kuten hiiltyneiden tai nitrattujen pintojen mittaamiseen.

Leebin kovuus

Leebin kovuustestissä iskukappaletta, jossa on volframikarbidipallon sisennys, käytetään iskemään näytteen pintaan tietyn voiman vaikutuksesta, jolloin se pomppaa. Materiaalin vaihtelevasta kovuudesta johtuen palautumisnopeus vaihtelee. Iskulaite on varustettu kestomagneetilla, ja kun iskukappale liikkuu ylös ja alas, ympäröivä kela muodostaa sähkömagneettisen signaalin, joka on verrannollinen palautusnopeuteen. Tämä signaali muunnetaan sitten Leebin kovuusarvoksi elektronisen piirin kautta, ja arvoa merkitään symbolillaHL.

Leeb-kovuusmittari ei vaadi työpöytää; sen kovuusanturi on niin pieni kuin kynä ja sitä voidaan käyttää suoraan käsin. Näin suuria, raskaita työkappaleita tai geometrisesti monimutkaisia ​​näytteitä on helppo testata ilman vaikeuksia.

Toinen Leeb-kovuusmittarin etu on, että se aiheuttaa erittäin vähän pintavaurioita tuotteelle ja joissain tapauksissa sitä voidaan käyttäärikkomaton testaus. Se on erityisen ainutlaatuinen kovuustestaukseen eri suuntiin, ahtaissa tiloissa ja erikoisalueilla, joissa muut menetelmät voivat olla haastavia soveltaa.