Materialhårdhet – typer, testmetoder och enheter

olika hårdhetsenheter

SI-enheten för hårdhet är N/mm2. Enheten Pascal används således också för hårdhet men hårdhet får inte förväxlas med tryck.

de olika typerna av hårdhet som diskuterats ovan har olika mätskalor. För repor, indrag och reboundhårdhet varierar mätmetoderna (t.ex. Brinell, Rockwell, Knoop, Leeb och Meyer). Eftersom enheterna härrör från dessa mätmetoder är de inte lämpliga för direkt jämförelse.

Du kan dock alltid använda en konverteringstabell för att jämföra Rockwell (B & C), Vickers och Brinell värden. Tabeller som dessa är inte 100% korrekta men ger en bra indikation.

i alla dessa skalor kommer ett hårt material att ha ett högre hårdhetsnummer.

de vanliga enheterna för hårdhetsmätning är:

• Brinell Hårdhetsnummer (HB)
• Vickers hårdhetsnummer (HV)
• Rockwell hårdhetsnummer (HRA, HRB, HRC, etc)
• Leeb hårdhetsvärde (HLD, HLS, HLE, etc)

mätning hårdhet

de olika typerna av hårdhet mäts med hjälp av olika testmetoder. En gemensamhet bland alla metoder är användningen av en indenter för att skapa indragningen på testdelens yta. Indragningen ger en påtaglig representation av materialets hårdhet och det är lätt att mäta och replikera.

hårdare material kommer att ha grunda fördjupningar och mjukare material kommer att ha djupare fördjupningar.

Brinell hårdhetstest

Brinell-testet var ett av de första allmänt accepterade hårdhetstesterna för mätning av indenteringshårdhet. I Brinell test används en stålkula med en diameter på 10 mm som indenter för att skapa ett intryck på teststycket för att beräkna dess Brinell hårdhetsnummer.

bollen hålls på plats under en förutbestämd tid, vanligtvis 30 sekunder, och en kraft appliceras på bollen. Denna kraft varierar beroende på testmetallen som mäts.

standardbelastningen är 3000 kg, men den kan minskas till 500 kg för mjukare metaller. För hårdare metaller kan en volframkarbidkula användas för att förhindra förvrängning av bollen. Hårdhetsenheten HB (eller HBN) kommer att ändras till HBW vid volfram för att meddela dess användning (volfram=Wolfram på tyska/svenska).

vid avlägsnande av indenteret observeras bucklan med ett lågeffektmikroskop och storleken beräknas genom att medelvärdet av mätningarna tas i rät vinkel.

Efter avslutad Brinell-test beräknas hårdhetsnumret enligt följande:

, där

F – kraft, N

d – indenterdiameter, mm

D – indenteringsdiameter, mm

Rockwell hårdhetstest

Rockwell hårdhetstest är den vanligaste metoden för indragningshårdhetsmätningar. Värdet av Rockwell hårdhet åtföljs av den använda skalan.

beroende på vilket material som testas måste en lämplig skala väljas. Denna hårdhetsskala ger information om vilken typ av indenter-load-kombination som används.

det finns totalt 30 skalor att välja mellan. Det här gör Rockwell till ett måttstickstest för att mäta hårdheten hos ett brett utbud av material. Även mätningar av hårdhet i keramik och kompositmaterial är möjliga. De vanligaste skalorna är ”B”och ” C”.

i Rockwell hårdhetstest, före applicering av testbelastningen, appliceras en liten mindre belastning för att sätta in indentern i teststycket och ta bort effekten av eventuella ojämnheter i ytan. Detta ger bättre noggrannhet.

då liknar Brinell-testet används indentern för att skapa ett intryck på materialet genom att applicera testbelastningen även känd som en stor belastning. Intrycket mäts sedan för att bestämma hårdheten. En ringmätare används för att registrera deformationen.

nettoökningen i dent-dimensionen (mellan applicering av mindre och större belastning) beaktas för beräkning av hårdhetsvärdet.

Ange laddningshastigheten är nödvändig. I mjuka metaller kan varierande belastningshastigheter ge en märkbar skillnad i slutvärdet. Det är viktigt att noggrant övervaka att laddningshastigheten är enligt standarden.

formeln för Rockwell hårdhet är:

, där

N – skala faktor beroende på den skala som används

s – skala faktor beroende på den skala som används

d – djup permanent indrag jämfört med mindre belastning, mm

Vickers hårdhetstest

det tredje sättet för mätning av materialhårdhet är att använda Vickers-testet. Detta är särskilt lämpligt för mjukare material som inte behöver höga belastningar. Med mjuka material ger Vickers-metoden bättre noggrannhet.

det är också lättare att beräkna hårdhetsvärdet, eftersom Vickers använder samma diamantindenter för alla material. Således är det inte nödvändigt att justera formeln.

en annan viktig funktion är användningen av en förstoringsglas, vilket gör det möjligt att testa områden med en specifik mikrostruktur.

först måste testaren placera delen på maskinen och använda mikroskopet för att hitta lämplig höjd. Sedan bestäms rätt plats med hjälp av bilderna.

diamantindentern är i form av en fyrsidig pyramid. Efter att ha berört delen når maskinen snart det förutbestämda kraftvärdet. Den stannar vid samma belastning under en viss tid.

därefter sker mätningen av indragningen. Beräkning av Vickers hårdhetsvärde använder följande formel:

, där

F – kraft, n

d – indrag diagonal, mm

Mohs hårdhetstest

tyska mineralogist Mohs utformade först Mohs hårdhetstest för att mäta materialets Rephårdhet. I detta test repas materialet med ett referensmaterial som har en definierad hårdhet.

ett numeriskt hårdhetsvärde tilldelas testmaterialet baserat på testresultaten. Mohs hårdhetstest använder 10 referensmaterial med varierande hårdhet som skalan för testet.

det mjukaste materialet som används är talk (värde=1) och det hårdaste materialet är diamant (värde=10). Med tanke på att referenserna som används för Mohs-skalan inte har en graderad ökning, saknar Mohs-skalan noggrannhet och är bara ett grovt mått på hårdhet.

idag utförs moderna reptester med Rockwell diamond indenters genom att skrapa teststycket för en viss längd pressad av valt belastningsvärde.

Scleroscope Test

ett scleroscope är en anordning som används för att mäta rebound eller dynamisk hårdhet av material. Installationen består av ett ihåligt vertikalt glasrör anslutet till ett stativ. Genom detta rör släpps en diamanthammare på teststycket och hammarens studs registreras.

diamanthammaren tappas från en fast höjd under sin egen vikt. När du kommer i kontakt med teststycket studsar hammaren tillbaka. Denna studs blir högre för material med högre hårdhet.

studsen blir lägre för en mjuk metall eftersom en del av stötenergin kommer att vara uttömd för att skapa en buckla på testytan. Glasröret har lutningar för att mäta studsens höjd. Rebound hårdhet mäts i shore enheter.