Materialhardhet – Typer, Testmetoder og Enheter

Hardhet Er et materialets kvalitet for å motstå lokalisert deformasjon. Det kan være spesielt viktig når man ser etter et egnet materiale for et miljø som inneholder små partikler som kan forårsake slitasje på materialet. Myke materialer lider innrykk mens harde de motstå enhver endring i form.

Hardhet bør ses i sammenheng med andre materielle egenskaper som styrke, elastisitet, etc. For eksempel har mange harde materialer en tendens til å være sprø, og begrenser bruken av dem.

i denne artikkelen vil vi se nærmere på hvilken materialhardhet som er, hvordan den måles og hvordan man sammenligner de forskjellige enhetene.

Hva Er Materialhardhet?

Hardhet er et Mål på materialets motstand mot lokalisert permanent deformasjon. Permanent deformasjon kalles også plastisk deformasjon. Mens elastisk deformasjon betyr at et materiale endrer sin form bare under påføring av kraft, betyr en resulterende plastisk deformasjon at materialet ikke vil gå tilbake til sin opprinnelige form.

noen materialer er naturlig vanskelig. For eksempel er wolfram et utrolig hardt metall som finner bruk som legeringselement i verktøystål. Dette sikrer at denne gruppen av stål kan motstå slitasje selv ved høye temperaturer under skjæreoperasjoner.

Sementert karbid, som finner mye bruk i fresemaskiner, inneholder også ofte wolfram. Disse utskiftbare skjæreverktøyene forlenger levetiden til skjæreverktøyene betydelig.på den annen side er noen materialer, inkludert metaller, myke til det punktet som gjør dem ubrukelige for mange applikasjoner. Rent gull er så mykt at det ikke trenger mye innsats å skrape eller bøye det. Derfor er det viktig å legge til andre metaller som sølv, kobber og aluminium for å forbedre hardheten.

med noen materialer er varmebehandling en mulighet til å indusere større overflatehardhet samtidig som de andre egenskapene til metallet i kjernen opprettholdes. Maskinaksler gjennomgår ofte denne prosessen for å garantere en lengre levetid.

en ingeniør må også vurdere forholdet mellom hardhet når man lager et produktdesign konsept. For eksempel, i et lager og aksel passform, lageret må være mykere fordi de er lettere å erstatte. Med konstant bevegelse må en del ha på seg og valget er opp til ingeniøren.

Typer Hardhet

Materialer oppfører seg annerledes under ulike typer lasting. For eksempel kan et metall som kan ta en stor engangspåvirkning ekstremt godt, ikke virke det samme under kontinuerlig lasting.

Hardhetstesting må utføres for hvert tilfelle, slik at et velinformert valg kan gjøres for søknaden.

de tre typer hardhet er scratch, rebound, og innrykk hardhet. Måling av hver type hardhet krever et annet sett med verktøy. Det samme materialet vil også ha forskjellige hardhetsverdier for hver av de ovennevnte typer.

Indentation Hardness

denne hardhetstypen refererer til motstanden mot permanent deformasjon når et materiale utsettes for en kontinuerlig belastning.Indentation hardness er hva ingeniører og metallurger vanligvis refererer til når de snakker om hardhet. Måling av verdien er av primær interesse, da kontinuerlig lasting er den vanligste formen for lasting av metaller blir utsatt for.

Scratch Hardness

denne typen hardhet refererer til et materiale evne til å motstå riper på overflaten. Riper er smale kontinuerlige innrykk i det øvre laget på grunn av kontakt med et skarpt, hardere materiale.Scratch testing er også ofte brukt for sprø materialer som keramikk som de ikke gjennomgår betydelig plastisk deformasjon. Det er viktig å vurdere scratch hardhet som noen materielle programmer er svært følsomme for scoring.

Vurdere tilfelle av en motor sylinder liner som et eksempel. Skrape eller scoring kan skje på grunn av ulike årsaker. Linerens overflate kommer i kontakt med en rekke metaller som stempelringer, fremmede partikler i drivstoff eller smøreolje. Noen ganger kan feil sitteplasser av liner bidra til det.

slipepartiklene kan forårsake riper som til slutt reduserer motorens ytelse og koster mer i vedlikehold, reservedeler og drivstofforbruk i det lange løp.

på designstadiet vurderer det riktige metallvalget hardheten til materialer det kommer i kontakt med. Hardheten til liner må være større enn materialene den vil samhandle med. Dette bidrar til å avverge mange mulige problemer.

Rebound Eller Dynamisk Hardhet

Rebound hardhet har mer å gjøre med elastisk hardhet enn plast hardhet. Materialet absorberer energien ved støt og returnerer den til indenteret.

et indenter er et referansemateriale som brukes til hardhetstesting. Dynamisk hardhet måles vanligvis ved å slippe en diamant-tipped hammer på teststykket og registrere hammerens sprett etter at den treffer overflaten.

jo nærmere høyden til den opprinnelige fallhøyden, desto høyere er verdien for reboundhardhet.

ulike hardhetsenheter

si-enheten av hardhet er n / mm2. Enheten Pascal brukes således også til hardhet, men hardhet må ikke forveksles med trykk.

de forskjellige typer hardhet som er omtalt ovenfor, har forskjellige måleskalaer. For scratch, innrykk, og rebound hardhet, målemetodene varierer (F. Eks Brinell, Rockwell, Knoop, Leeb, Og Meyer). Da enhetene er avledet fra disse målemetodene, er de ikke egnet for direkte sammenligning.

Du kan imidlertid alltid bruke en konverteringstabell for å sammenligne Rockwell-verdiene (B & C), Vickers og Brinell. Tabeller som disse er ikke 100% nøyaktige, men gir en god indikasjon.

i alle disse skalaene vil et hardt materiale ha et høyere hardhetstall.Brinell Hardhet Nummer (HB)

Vickers hardhet nummer (HV)

Rockwell hardhet nummer (HRA, HRB, HRC, etc)

leeb hardhet verdi (HLD, HLS, HLE, etc)

Måling Hardhet

de ulike typer hardhet måles ved hjelp av ulike testmetoder. En felles blant alle metoder er bruken av et indenter for å lage innrykket på teststykkets overflateareal. Innrykket gir en konkret representasjon av materialets hardhet, og det er lett å måle og replikere.

Hardere materialer vil ha grunne fordypninger og mykere materialer vil ha dypere fordypninger.

Brinell Hardhet Test

Brinell testen var en av de første allment aksepterte hardhet tester for innrykk hardhet måling. I Brinell test brukes en stålkule med 10 mm diameter som et indenter for å skape et inntrykk på teststykket for å beregne Brinell hardhetsnummer.

ballen holdes på plass i en forhåndsbestemt tid, vanligvis 30 sekunder, og en kraft påføres ballen. Denne kraften vil variere avhengig av testmetallet som måles.

standardbelastningen er 3000 kg, men den kan reduseres til 500 kg for mykere metaller. For hardere metaller, kan en wolframkarbid ball brukes til å hindre forvrengning av ballen. Hardhetsenheten HB (ELLER HBN) vil bli endret TIL HBW ved wolfram for å varsle bruken (Wolfram=Wolfram på tysk / svensk).

ved fjerning av indenteret observeres pannen med et lavt effektmikroskop og størrelsen beregnes ved å ta gjennomsnittet av målingene i rette vinkler.

ved fullføring Av Brinell-testen beregnes hardhetsnummeret som følger:

, hvor

F – kraft, N

D – indenter diameter, mm

d – innrykk diameter, mm

Rockwell hardhet test

rockwell hardhet test er den mest brukte metoden for innrykk hardhet målinger. Verdien Av Rockwell hardhet er ledsaget av skalaen som brukes.

avhengig av materialet som testes, må en passende skala velges. Denne hardhetsskalaen gir informasjon om hvilken type indenter-load-kombinasjon som brukes.

det er totalt 30 skalaer tilgjengelig å velge mellom. Dette er Det Som gjør Rockwell til en målestokktest for å måle hardheten til et bredt utvalg av materialer. Selv hardhetsmålinger av keramikk og komposittmateriale er mulige. De mest brukte skalaene er » B » og «C».

I Rockwell hardhetstest, før du bruker testbelastningen, påføres en liten mindre belastning for å sette indenteret inn i teststykket og fjerne effekten av eventuelle uregelmessigheter i overflaten. Dette gir bedre nøyaktighet.

så lik Brinell test, indenter brukes til å skape et inntrykk på materialet ved å bruke testbelastningen også kjent som en stor belastning. Inntrykket måles deretter for å bestemme hardheten. En dreiemåler brukes til å registrere deformasjonen.

netto økning i dent dimensjon (mellom påføring av mindre og større belastning) vurderes for beregning av hardhetsverdien.

Angi hastigheten på lasting er nødvendig. I myke metaller kan varierende belastningshastigheter gi en merkbar forskjell i sluttverdien. Det er viktig å nøye overvåke at lasthastigheten er i henhold til standarden.

Formelen For Rockwell hardhet er:

, hvor

N – skala faktor avhengig av skalaen som brukes

s – skala faktor avhengig av skalaen som brukes

d – dybde av permanent innrykk i forhold til mindre belastning, mm

vickers hardhetstest

den tredje måten å måle materialets hardhet på er å bruke vickers-testen. Dette er spesielt egnet for mykere materialer som ikke trenger høy belastning. Med myke materialer Gir Vickers-metoden bedre nøyaktighet.det er også lettere å beregne hardhetsverdien, Da Vickers bruker samme diamantinnretning for alle materialer. Dermed er det ikke nødvendig å justere formelen.

En annen viktig funksjon er bruken av en forstørrelsesglass, noe som gjør det mulig å teste områder med en bestemt mikrostruktur.

først må testeren plassere delen på maskinen og bruke mikroskopet for å finne riktig høyde. Deretter bestemmes det riktige stedet ved hjelp av bildene.

diamantindenteret er i form av en firesidig pyramide. Etter å ha berørt delen, når maskinen snart den forhåndsbestemte kraftverdien. Den forblir på samme last i en viss tid.

deretter finner måling av innrykket sted. Beregning Av Vickers hardhetsverdi bruker følgende formel:

, hvor

F – kraft, N

d – innrykk diagonal, mm

Mohs Hardhet Test

tysk mineralogist mohs først utviklet mohs hardhetstest for å måle scratch Hardheten av materialer. I denne testen er materialet riper med et referansemateriale som har en definert hardhet.

en numerisk hardhetsverdi tildeles testmaterialet basert på testens resultater. Mohs hardhetstest bruker 10 referansematerialer av varierende hardhet som skala for testen.

det mykeste materialet som brukes er talkum (verdi=1) og det hardeste materialet er diamant (verdi=10). Gitt at referansene som brukes Til Mohs-skalaen ikke har en gradert økning, mangler Mohs-skalaen nøyaktighet og er bare et grovt mål på hardhet.

i Dag utføres moderne skrapetester ved Hjelp Av Rockwell diamantinnrykk ved å skrape teststykket for en bestemt lengde presset av valgt lastverdi.

Scleroscope Test

en scleroscope er en enhet som brukes til å måle rebound eller dynamisk hardhet av materialer. Oppsettet består av et hul vertikalt glassrør koblet til et stativ. Gjennom dette røret slippes en diamant hammer på teststykket og hammerens sprett registreres.

diamanthammeren slippes fra en fast høyde under egen vekt. Når du kommer i kontakt med teststykket, spretter hammeren tilbake. Denne sprett vil være høyere for materialer med høyere hardhet.sprett vil være lavere for et mykt metall som en del av virkningen energi vil bli oppbrukt i å skape en bulk på testoverflaten. Glassrøret har gradienter for å måle høyden på sprett. Rebound hardhet måles i land enheter.