Zdolność materiału metalowego do przeciwstawiania się wgnieceniom powierzchni przez twarde przedmioty nazywa się twardością. W zależności od metod badawczych i zakresu zastosowań, twardość można podzielić na twardość Brinella, twardość Rockwella, twardość Vickersa, twardość Shore'a, mikrotwardość oraz twardość wysokotemperaturową. W przypadku rur powszechnie stosuje się trzy twardości: twardość Brinella, twardość Rockwella i twardość Vickersa.
A. Twardość Brinella (HB)
Użyj kulki stalowej lub węglikowej o określonej średnicy, aby docisnąć ją do powierzchni próbki z określoną siłą nacisku (F). Po upływie określonego czasu nacisku usuń siłę nacisku i zmierz średnicę wgłębienia (L) na powierzchni próbki. Wartość twardości Brinella to iloraz uzyskany poprzez podzielenie siły nacisku przez powierzchnię wgłębionej kuli. Wyrażona w HBS (kule stalowe), 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 metodą Brinella jest dokładniejszy i bardziej wiarygodny, ale generalnie metoda HBS nadaje się tylko do materiałów metalowych o twardości poniżej 450 N/mm² (MPa) i nie nadaje się do twardszej stali ani cieńszych blach. Spośród norm dotyczących rur stalowych, twardość metodą Brinella jest najczęściej stosowana. Do określenia twardości materiału często używa się średnicy wgłębienia d, co jest zarówno intuicyjne, jak i wygodne.
Przykład: 120HBS10/1000130: Oznacza to, że wartość twardości Brinella mierzona 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)
Badanie twardości Rockwella, podobnie jak badanie twardości Brinella, jest metodą badania wciskowego. Różnica polega na tym, że mierzy głębokość wcisku. Oznacza to, że pod wpływem sekwencyjnego działania siły początkowej (Fo) i całkowitej siły wciskowej (F), wciskacz (stożek lub stalowa kula walcowni) jest wciskany w powierzchnię próbki. Po upływie określonego czasu nacisku główna siła jest usuwana. Siła wciskowa, użyj zmierzonego przyrostu głębokości wcisku resztkowego (e), aby obliczyć wartość twardości. Jej wartość jest anonimową liczbą, reprezentowaną przez symbol HR, a stosowane 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 obliczana jest według następującego wzoru:
Podczas badania przy użyciu skal A i C, HR=100-e
W przypadku badania w skali B, HR=130-e
We wzorze, e – przyrost głębokości wcisku resztkowego – jest wyrażony w określonej jednostce 0,002 mm, co oznacza, że gdy przesunięcie osiowe wgłębnika wynosi jedną jednostkę (0,002 mm), jest to równoważne zmianie twardości Rockwella o jedną liczbę. Im wyższa 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 (wgłębnik kulkowy ze stali o średnicy 1,588 mm) 20-100
Pomiar twardości metodą Rockwella jest obecnie powszechnie stosowaną metodą, a twardość metodą HRC jest stosowana w normach dotyczących rur stalowych, ustępując jedynie twardości metodą Brinella HB. Twardość metodą Rockwella można wykorzystywać do pomiaru twardości materiałów metalowych, od bardzo miękkich do bardzo twardych. Rekompensuje ona wady metody Brinella. Jest ona prostsza niż metoda 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)
Badanie twardości metodą Vickersa jest również metodą wciskania. Polega ona na wciśnięciu w badaną powierzchnię kwadratowego, piramidalnego wgłębnika diamentowego o kącie rozwarcia 1360° między przeciwległymi powierzchniami z zadaną siłą (F) i usunięciu go po upływie określonego czasu nacisku. Zmierz długość dwóch przekątnych wgłębienia.
Wartość twardości Vickersa to iloraz siły nacisku i powierzchni odcisku. Wzór na jej obliczenie jest następujący:
We wzorze: HV–symbol twardości Vickersa, N/mm2 (MPa);
F – siła testowa, N;
d – średnia arytmetyczna dwóch przekątnych wcięcia, mm.
Siła pomiarowa F stosowana w pomiarach twardości metodą 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 5–1000 HV.
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. Posiada ona główne zalety metod Brinella i Rockwella, a jednocześnie eliminuje ich podstawowe wady, ale nie jest tak prosta jak metoda Rockwella. Metoda Vickersa jest rzadko stosowana w normach dotyczących rur stalowych.
Czas publikacji: 03-04-2024
