Σκληρότητα μεταλλικών υλικών Η σκληρότητα αναφέρεται στην ικανότητα ενός υλικού να αντιστέκεται σε τοπική παραμόρφωση, ιδιαίτερα πλαστική παραμόρφωση, εσοχή ή γρατσουνιά. Είναι ένας δείκτης για τη μέτρηση της σκληρότητας ενός υλικού. Σύμφωνα με διαφορετικές μεθόδους δοκιμής, η σκληρότητα χωρίζεται σε τρεις τύπους.
① Σκληρότητα γρατσουνιών. Χρησιμοποιείται κυρίως για τη σύγκριση της σκληρότητας και της απαλότητας διαφορετικών ορυκτών. Η μέθοδος είναι να επιλέξετε μια ράβδο με το ένα άκρο σκληρό και το άλλο άκρο μαλακό, και να ξύσετε το προς δοκιμή υλικό κατά μήκος της ράβδου και να καθορίσετε τη σκληρότητα και την απαλότητα του υλικού που θα δοκιμαστεί ανάλογα με τη θέση της γρατσουνιάς. Από ποιοτική άποψη, η γρατσουνιά που δημιουργείται από ένα σκληρό αντικείμενο είναι μεγάλη και η γρατσουνιά που δημιουργείται από ένα μαλακό αντικείμενο είναι μικρή.
② Σκληρότητα εσοχής. Χρησιμοποιείται κυρίως για μεταλλικά υλικά. Η μέθοδος είναι να πιέσετε την καθορισμένη εσοχή στο υλικό που πρόκειται να δοκιμαστεί με ένα συγκεκριμένο φορτίο και να συγκρίνετε τη σκληρότητα και την απαλότητα του υλικού που θα δοκιμαστεί με το μέγεθος της τοπικής πλαστικής παραμόρφωσης στην επιφάνεια του υλικού. Λόγω των διαφορών σε εσοχές, φορτία και διάρκεια φορτίου, υπάρχουν πολλοί τύποι σκληρότητας εσοχής, κυρίως σκληρότητα Brinell, σκληρότητα Rockwell, σκληρότητα Vickers και μικροσκληρότητα.
③ Σκληρότητα επαναφοράς. Χρησιμοποιείται κυρίως για μεταλλικά υλικά. Η μέθοδος είναι να κάνουμε ένα ειδικό μικρό σφυρί να πέφτει ελεύθερα από ένα ορισμένο ύψος για να χτυπήσει το δείγμα του υλικού που δοκιμάζεται και η σκληρότητα του υλικού καθορίζεται από την ποσότητα της ενέργειας παραμόρφωσης που αποθηκεύεται (και στη συνέχεια απελευθερώνεται) από το δείγμα κατά τη διάρκεια της κρούση (μετρούμενη από το ύψος ανάκαμψης του μικρού σφυριού).
Η πιο κοινή σκληρότητα Brinell, σκληρότητα Rockwell και σκληρότητα Vickers μεταλλικών υλικών ανήκουν στη σκληρότητα εσοχής. Η τιμή σκληρότητας υποδεικνύει την ικανότητα της επιφάνειας του υλικού να αντιστέκεται στην πλαστική παραμόρφωση που προκαλείται από άλλο αντικείμενο όταν πιέζεται στην επιφάνεια. Η μέθοδος ανάκαμψης (Shore, Leeb) μετρά τη σκληρότητα και η τιμή σκληρότητας αντιπροσωπεύει το μέγεθος της συνάρτησης ελαστικής παραμόρφωσης του μετάλλου.
Σκληρότητα Brinell Το Brinell Hardness χρησιμοποιεί μια σφαίρα από σκληρυμένο χάλυβα ή μπάλα καρβιδίου με διάμετρο D ως εσοχή και την πιέζει στην επιφάνεια του δείγματος με την αντίστοιχη δύναμη δοκιμής F. Μετά τον καθορισμένο χρόνο συγκράτησης, η δύναμη δοκιμής αφαιρείται για να ληφθεί μια εσοχή με διάμετρο d. Η δύναμη δοκιμής διαιρείται με την επιφάνεια της εσοχής και η τιμή που λαμβάνεται είναι η τιμή σκληρότητας Brinell και το σύμβολο είναι HBS ή HBW.
Η διαφορά μεταξύ HBS και HBW είναι η διαφορά στην εσοχή. Το HBS σημαίνει ότι η εσοχή είναι μια σφαίρα από σκληρυμένο χάλυβα, η οποία χρησιμοποιείται για τη μέτρηση υλικών με τιμή σκληρότητας Brinell κάτω από 450, όπως μαλακός χάλυβας, γκρίζος χυτοσίδηρος και μη σιδηρούχα μέταλλα. HBW σημαίνει ότι η εσοχή είναι ένα καρβίδιο, το οποίο χρησιμοποιείται για τη μέτρηση υλικών με τιμή σκληρότητας Brinell κάτω από 650.
Για το ίδιο μπλοκ δοκιμής, όταν άλλες συνθήκες δοκιμής είναι ακριβώς οι ίδιες, τα δύο αποτελέσματα της δοκιμής είναι διαφορετικά και η τιμή HBW είναι συχνά μεγαλύτερη από την τιμή HBS και δεν υπάρχει ποσοτικός κανόνας που πρέπει να ακολουθηθεί.
Μετά το 2003, η χώρα μου υιοθέτησε ισοδύναμα διεθνή πρότυπα, ακύρωσε τη χαλύβδινη εσοχή μπάλας και υιοθέτησε κεφαλές καρβιδίου. Επομένως, το HBS δεν χρησιμοποιείται πλέον και το HBW χρησιμοποιείται για να αντιπροσωπεύει το σύμβολο σκληρότητας Brinell. Σε πολλές περιπτώσεις, η σκληρότητα Brinell αντιπροσωπεύεται μόνο από το HB, το οποίο αναφέρεται σε HBW. Ωστόσο, το HBS εξακολουθεί να εμφανίζεται σε βιβλιογραφικές εργασίες.
Η μέθοδος μέτρησης σκληρότητας Brinell είναι κατάλληλη για χυτοσίδηρο, μη σιδηρούχα κράματα, διάφορους ανοπτημένους και σκληρυμένους χάλυβες. Δεν είναι κατάλληλο για τη μέτρηση δειγμάτων ή τεμαχίων που είναι πολύ σκληρά, πολύ μικρά, πολύ λεπτά και δεν επιτρέπουν μεγάλες εσοχές στην επιφάνεια. Η Rockwell Hardness χρησιμοποιεί έναν κώνο διαμαντιού με γωνία κορυφής κώνου 120 μοιρών ή μια σφαίρα από σκληρυμένο χάλυβα Ø1,588 mm και Ø3,176 mm ως εσοχή και φορτίο. Το δείγμα πιέζεται στο δοκίμιο υπό την επίδραση ενός αρχικού φορτίου 10kgf και ενός συνολικού φορτίου 60, 100 ή 150kgf (δηλαδή, αρχικό φορτίο συν το κύριο φορτίο). Μετά την εφαρμογή του συνολικού φορτίου, η σκληρότητα εκφράζεται με τη διαφορά μεταξύ του βάθους εσοχής όταν αφαιρείται το κύριο φορτίο αλλά διατηρείται το κύριο φορτίο και του βάθους εσοχής υπό την επίδραση του αρχικού φορτίου. Η δοκιμή σκληρότητας Rockwell χρησιμοποιεί τρεις δυνάμεις δοκιμής και τρεις εσοχές, οι οποίες έχουν συνολικά 9 συνδυασμούς, που αντιστοιχούν στις 9 κλίμακες σκληρότητας Rockwell. Η εφαρμογή αυτών των 9 ζυγαριών καλύπτει σχεδόν όλα τα ευρέως χρησιμοποιούμενα μεταλλικά υλικά. Τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα είναι τα HRA, HRB και HRC, μεταξύ των οποίων το HRC είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο. Το εύρος χρήσης της κλίμακας HRC είναι 20~70HRC. Όταν η τιμή σκληρότητας είναι μικρότερη από 20HRC, επειδή το κωνικό τμήμα της εσοχής πιέζεται πάρα πολύ, η ευαισθησία μειώνεται και θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί η κλίμακα HRB. όταν η σκληρότητα του δείγματος είναι μεγαλύτερη από 67HRC, η πίεση στο άκρο της εσοχής είναι πολύ μεγάλη, το διαμάντι καταστρέφεται εύκολα και η διάρκεια ζωής της εσοχής θα μειωθεί σημαντικά, επομένως θα πρέπει να χρησιμοποιείται γενικά η κλίμακα HRA.
Η δοκιμή σκληρότητας Rockwell είναι απλή, γρήγορη και έχει μικρή εσοχή. Μπορεί να δοκιμάσει την επιφάνεια των τελικών προϊόντων και τα σκληρότερα και λεπτότερα τεμάχια εργασίας. Λόγω της μικρής εσοχής, η τιμή σκληρότητας παρουσιάζει μεγάλες διακυμάνσεις για υλικά με ανομοιόμορφη δομή και σκληρότητα και η ακρίβεια δεν είναι τόσο υψηλή όσο η σκληρότητα Brinell. Η σκληρότητα Rockwell χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της σκληρότητας του χάλυβα, των μη σιδηρούχων μετάλλων, του τσιμεντοειδούς καρβιδίου κ.λπ.
Σκληρότητα Vickers Σκληρότητα Vickers Η αρχή μέτρησης της σκληρότητας Vickers είναι παρόμοια με τη σκληρότητα Brinell. Ένα διαμαντένιο κανονικό τετραεδρικό εσοχή με σχετική γωνία 136 μοιρών χρησιμοποιείται για να πιέσει στην επιφάνεια του υλικού με καθορισμένη δύναμη δοκιμής F. Η δύναμη δοκιμής αφαιρείται αφού διατηρηθεί για καθορισμένο χρόνο. Η τιμή σκληρότητας εκφράζεται από τη μέση πίεση ανά μονάδα επιφάνειας της κανονικής εσοχής τετραέδρου και το σύμβολο είναι HV. Η σκληρότητα του Vickers έχει μεγάλο εύρος μέτρησης και μπορεί να μετρήσει υλικά με εύρος σκληρότητας 10~1000 HV. Έχει μια μικρή εσοχή και γενικά χρησιμοποιείται για τη μέτρηση λεπτότερων υλικών και επιφανειακών στρωμάτων σκλήρυνσης όπως η ενανθράκωση και η νιτρίωση.
Το Leeb Hardness χρησιμοποιεί μια ορισμένη μάζα κρουστικού σώματος εξοπλισμένου με σφαιρική κεφαλή καρβιδίου βολφραμίου για να προσκρούσει στην επιφάνεια του δοκιμίου υπό μια ορισμένη δύναμη και στη συνέχεια να αναπηδήσει. Λόγω της διαφορετικής σκληρότητας των υλικών, η ταχύτητα ανάκαμψης μετά την κρούση είναι επίσης διαφορετική. Στη συσκευή κρούσης τοποθετείται μόνιμο μαγνητικό υλικό. Όταν το σώμα κρούσης κινείται πάνω και κάτω, το περιφερειακό του πηνίο θα προκαλέσει ένα ηλεκτρομαγνητικό σήμα ανάλογο της ταχύτητας, το οποίο στη συνέχεια μετατρέπεται σε τιμή σκληρότητας Leeb μέσω ενός ηλεκτρονικού κυκλώματος και το σύμβολο επισημαίνεται ως HL.
Ο ελεγκτής σκληρότητας Leeb δεν απαιτεί πάγκο εργασίας. Ο αισθητήρας σκληρότητας του είναι τόσο μικρός όσο ένα στυλό και μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας με το χέρι. Μπορεί να εντοπιστεί εύκολα ανεξάρτητα από το αν πρόκειται για ένα μεγάλο, βαρύ τεμάχιο εργασίας ή για ένα τεμάχιο εργασίας με πολύπλοκες γεωμετρικές διαστάσεις.
Ένα άλλο πλεονέκτημα της σκληρότητας Leeb είναι ότι προκαλεί μικρή ζημιά στην επιφάνεια του προϊόντος και μερικές φορές μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μη καταστροφική δοκιμή. Είναι μοναδικό σε δοκιμές σκληρότητας προς όλες τις κατευθύνσεις, στενούς χώρους και ειδικά εξαρτήματα.
