Zdolność materiału metalowego do przeciwstawienia się wgnieceniom powierzchni przez twarde przedmioty nazywa się twardością. Według różnych metod badawczych i zakresu zastosowania, twardość można podzielić na twardość Brinella, twardość Rockwella, twardość Vickersa, twardość Shore'a, mikrotwardość i twardość wysokotemperaturową. Istnieją trzy powszechnie stosowane twardości rur: twardość Brinella, Rockwella i Vickersa.
A. Twardość Brinella (HB)
Użyj kulki stalowej lub kulki węglikowej o określonej średnicy, aby wcisnąć ją w powierzchnię próbki z określoną siłą testową (F). Po określonym czasie trzymania należy usunąć siłę testową i zmierzyć średnicę wcięcia (L) na powierzchni próbki. Wartość twardości Brinella jest ilorazem uzyskanym przez podzielenie siły testowej przez pole powierzchni wciętej kuli. Wyrażoną w HBS (kulka stalowa) jednostką jest N/mm2 (MPa).
Wzór obliczeniowy to:
We wzorze: F – siła badawcza wciśnięta w powierzchnię próbki metalu, N;
D – średnica stalowej kulki do badania, mm;
d – średnia średnica wcięcia, mm.
Pomiar twardości Brinella jest dokładniejszy i bardziej niezawodny, ale ogólnie HBS nadaje się tylko do materiałów metalowych poniżej 450 N/mm2 (MPa) i nie nadaje się do twardszej stali lub cieńszych blach. Wśród standardów rur stalowych najczęściej stosowana jest twardość Brinella. Średnica wcięcia d jest często używana do wyrażenia twardości materiału, co jest zarówno intuicyjne, jak i wygodne.
Przykład: 120HBS10/1000130: Oznacza to, że wartość twardości Brinella zmierzona przy użyciu stalowej kuli o średnicy 10 mm pod siłą testową 1000 Kgf (9,807 KN) przez 30 s (sekund) wynosi 120 N/mm2 (MPa).
B. Twardość Rockwella (HR)
Test twardości Rockwella, podobnie jak test twardości Brinella, jest metodą badania wcięcia. Różnica polega na tym, że mierzy głębokość wcięcia. Oznacza to, że pod wpływem sekwencyjnego działania początkowej siły badawczej (Fo) i całkowitej siły badawczej (F) wgłębnik (stożek lub stalowa kula stalowni) jest wciskany w powierzchnię próbki. Po określonym czasie trzymania główna siła zostaje usunięta. Siła testowa, użyć zmierzonego resztkowego przyrostu głębokości wcięcia (e) do obliczenia wartości twardości. Jego wartością jest liczba anonimowa, reprezentowana przez symbol HR, a stosowane skale obejmują 9 skal, w tym A, B, C, D, E, F, G, H i K. Wśród nich skale powszechnie stosowane do stali testy twardości to zazwyczaj A, B i C, a mianowicie HRA, HRB i HRC.
Wartość twardości oblicza się według następującego wzoru:
Podczas badania skalami A i C HR=100-e
Przy badaniu w skali B HR=130-e
We wzorze e – resztkowy przyrost głębokości wgłębienia wyraża się w określonej jednostce 0,002 mm, czyli gdy przemieszczenie osiowe wgłębnika wynosi jedną jednostkę (0,002 mm), jest to równoznaczne ze zmianą twardości Rockwella o jeden numer. Im większa wartość e, tym niższa twardość metalu i odwrotnie.
Obowiązujący zakres powyższych trzech skal jest następujący:
HRA (wgłębnik stożkowy diamentowy) 20-88
HRC (wgłębnik stożkowy diamentowy) 20-70
HRB (wgłębnik z kulką stalową o średnicy 1,588 mm) 20-100
Test twardości Rockwella jest obecnie szeroko stosowaną metodą, wśród której HRC jest stosowany w normach rur stalowych, ustępując jedynie twardości Brinella HB. Twardość Rockwella może być stosowana do pomiaru materiałów metalowych od wyjątkowo miękkich do wyjątkowo twardych. Nadrabia to niedociągnięcia metody Brinella. Jest prostsza niż metoda Brinella, a wartość twardości można odczytać bezpośrednio z tarczy twardościomierza. Jednak ze względu na małe wcięcie wartość twardości nie jest tak dokładna jak metoda Brinella.
C. Twardość Vickersa (HV)
Test twardości Vickersa jest również metodą badania wcięcia. Wciska kwadratowy piramidalny wgłębnik diamentowy o kącie 1360 pomiędzy przeciwległymi powierzchniami w powierzchnię badaną z wybraną siłą testową (F) i usuwa go po określonym czasie przetrzymywania. Siła, zmierz długość dwóch przekątnych wcięcia.
Wartość twardości Vickersa jest ilorazem siły badawczej podzielonej przez pole powierzchni wcięcia. Jego wzór obliczeniowy to:
We wzorze: symbol twardości HV – Vickersa, N/mm2 (MPa);
F – siła próbna, N;
d – średnia arytmetyczna dwóch przekątnych wcięcia, mm.
Siła testowa F stosowana w twardości Vickersa wynosi 5 (49,03), 10 (98,07), 20 (196,1), 30 (294,2), 50 (490,3), 100 (980,7) Kgf (N) i pozostałych sześć poziomów. Można zmierzyć wartość twardości. Zakres wynosi 5 ~ 1000HV.
Przykład metody wyrażania: 640HV30/20 oznacza, że wartość twardości Vickersa zmierzona siłą testową 30Hgf (294,2N) przez 20S (sekund) wynosi 640N/mm2 (MPa).
Metodę twardości Vickersa można zastosować do określenia twardości bardzo cienkich materiałów metalicznych i warstw powierzchniowych. Ma główne zalety metod Brinella i Rockwella i przezwycięża ich podstawowe wady, ale nie jest tak prosta jak metoda Rockwella. Metoda Vickersa jest rzadko stosowana w normach dotyczących rur stalowych.
Czas publikacji: 03 kwietnia 2024 r