Zdolność materiału metalowego do opierania się wgnieceniom powierzchni przez twarde przedmioty nazywa się twardością. Zgodnie z różnymi metodami testowymi i zakresem zastosowania, twardość można podzielić na twardość Brinella, twardość Rockwella, twardość Vickersa, twardość Shore'a, mikrotwardość i twardość wysokotemperaturową. Istnieją trzy powszechnie stosowane twardości dla rur: twardość Brinella, Rockwella i Vickersa.
A. Twardość Brinella (HB)
Użyj stalowej lub węglikowej kuli o określonej średnicy, aby wcisnąć ją w powierzchnię próbki z określoną siłą testową (F). Po określonym czasie trzymania usuń siłę testową i zmierz średnicę wgłębienia (L) na powierzchni próbki. Wartość twardości Brinella to iloraz uzyskany przez podzielenie siły testowej przez powierzchnię wgłębionej kuli. Wyrażona w HBS (stalowa kula), jednostka to N/mm2 (MPa).
Wzór obliczeniowy jest następujący:
We wzorze: F – siła nacisku na powierzchnię próbki metalu, N;
D – Średnica stalowej kuli do testu, mm;
d – średnia średnica wgłębienia, mm.
Pomiar twardości Brinella jest dokładniejszy i bardziej niezawodny, ale ogólnie rzecz biorąc HBS nadaje się tylko do materiałów metalowych poniżej 450 N/mm2 (MPa) i nie nadaje się do twardszej stali lub cieńszych płyt. Spośród norm dotyczących rur stalowych twardość Brinella jest najszerzej stosowana. Średnica wgłębienia d jest często używana do wyrażania twardości materiału, co jest zarówno intuicyjne, jak i wygodne.
Przykład: 120HBS10/1000130: Oznacza to, że wartość twardości Brinella mierzona przy użyciu kulki stalowej o średnicy 10 mm pod wpływem siły pomiarowej 1000 Kgf (9,807 KN) przez 30 sekund wynosi 120 N/mm2 (MPa).
B. Twardość Rockwella (HR)
Test twardości Rockwella, podobnie jak test twardości Brinella, jest metodą pomiaru wciskania. Różnica polega na tym, że mierzy głębokość wciskania. Oznacza to, że pod wpływem sekwencyjnego działania początkowej siły testowej (Fo) i całkowitej siły testowej (F) wciskacz (stożek lub stalowa kula stalowni) jest wciskany w powierzchnię próbki. Po określonym czasie trzymania główna siła jest usuwana. Siła testowa, użyj zmierzonego przyrostu głębokości wciskania resztkowego (e), aby obliczyć wartość twardości. Jej wartość jest anonimową liczbą, reprezentowaną przez symbol HR, a używane skale obejmują 9 skal, w tym A, B, C, D, E, F, G, H i K. Spośród nich skale powszechnie stosowane do badania twardości stali to na ogół A, B i C, a mianowicie HRA, HRB i HRC.
Wartość twardości oblicza się według następującego wzoru:
Podczas badania skalą A i C HR=100-e
Podczas badania w skali B HR=130-e
We wzorze e – resztkowy przyrost głębokości wciskania wyrażony jest w określonej jednostce 0,002 mm, tj. gdy przesunięcie osiowe wciskacza wynosi jedną jednostkę (0,002 mm), jest to równoważne zmianie twardości Rockwella o jedną liczbę. Im większa wartość e, tym niższa twardość metalu i odwrotnie.
Zakres stosowania powyższych trzech skal jest następujący:
HRA (wgłębnik stożkowy diamentowy) 20-88
HRC (wgłębnik stożkowy diamentowy) 20-70
HRB (średnica 1,588mm, wgłębnik kulkowy ze stali) 20-100
Badanie twardości metodą Rockwella jest obecnie szeroko stosowaną metodą, wśród której HRC jest stosowany w normach dotyczących rur stalowych, ustępując jedynie twardości Brinella HB. Twardość Rockwella może być stosowana do pomiaru materiałów metalowych od ekstremalnie miękkich do ekstremalnie twardych. Rekompensuje ona niedociągnięcia metody Brinella. Jest prostsza od metody Brinella, a wartość twardości można odczytać bezpośrednio z tarczy twardościomierza. Jednak ze względu na małe wgłębienie wartość twardości nie jest tak dokładna jak metoda Brinella.
C. Twardość Vickersa (HV)
Test twardości Vickersa jest również metodą testowania wciskania. Wciska kwadratowy wgłębnik diamentowy w kształcie piramidy z kątem zawartym 1360 między przeciwległymi powierzchniami w powierzchnię testową przy wybranej sile testowej (F) i usuwa go po określonym czasie trzymania. Siła, zmierz długość dwóch przekątnych wgłębienia.
Wartość twardości Vickersa to iloraz siły testowej podzielonej przez powierzchnię wgniecenia. Wzór obliczeniowy jest następujący:
We wzorze: HV–symbol twardości Vickersa, N/mm2 (MPa);
F – siła testowa, 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 sześć innych poziomów. Wartość twardości można zmierzyć w zakresie 5~1000HV.
Przykład metody wyrażania: 640HV30/20 oznacza, że wartość twardości Vickersa mierzona siłą pomiarową 30Hgf (294,2N) przez 20S (sekund) wynosi 640N/mm2 (MPa).
Metoda twardości Vickersa może być stosowana do określania twardości bardzo cienkich materiałów metalowych i warstw powierzchniowych. Ma ona główne zalety metod Brinella i Rockwella i pokonuje ich podstawowe niedociągnięcia, ale nie jest tak prosta jak metoda Rockwella. Metoda Vickersa jest rzadko stosowana w normach dotyczących rur stalowych.
Czas publikacji: 03-kwi-2024