Tvrdosť kovových materiálov Tvrdosť označuje schopnosť materiálu odolávať lokálnej deformácii, najmä plastickej deformácii, vtlačeniu alebo poškriabaniu. Je to indikátor na meranie tvrdosti materiálu. Podľa rôznych testovacích metód je tvrdosť rozdelená do troch typov.
① Tvrdosť proti poškriabaniu. Používa sa hlavne na porovnanie tvrdosti a mäkkosti rôznych minerálov. Metódou je vybrať tyč s jedným koncom tvrdým a druhým mäkkým a poškriabať testovaný materiál pozdĺž tyče a určiť tvrdosť a mäkkosť testovaného materiálu podľa polohy vrypu. Kvalitatívne povedané, škrabanec spôsobený tvrdým predmetom je dlhý a škrabanec mäkkým predmetom je krátky.
② Tvrdosť vtlačenia. Používa sa hlavne na kovové materiály. Metóda spočíva v vtlačení špecifikovaného indentoru do testovaného materiálu s určitým zaťažením a porovnanie tvrdosti a mäkkosti testovaného materiálu s veľkosťou lokálnej plastickej deformácie na povrchu materiálu. Kvôli rozdielom v indentoroch, zaťaženiach a trvaní zaťaženia existuje veľa druhov vtlačovacej tvrdosti, hlavne tvrdosť podľa Brinella, tvrdosť podľa Rockwella, tvrdosť podľa Vickersa a mikrotvrdosť.
③ Odrazová tvrdosť. Používa sa hlavne na kovové materiály. Metóda spočíva v tom, že špeciálne malé kladivo voľne spadne z určitej výšky, aby zasiahlo vzorku testovaného materiálu, a tvrdosť materiálu je určená množstvom deformačnej energie uloženej (a potom uvoľnenej) vzorkou počas náraz (meraný výškou odrazu malého kladiva).
Najbežnejšia tvrdosť podľa Brinella, tvrdosť podľa Rockwella a tvrdosť podľa Vickersa z kovových materiálov patrí medzi vtláčaciu tvrdosť. Hodnota tvrdosti udáva schopnosť povrchu materiálu odolávať plastickej deformácii spôsobenej iným predmetom pri jeho vtlačení do povrchu. Metóda odrazu (Shore, Leeb) meria tvrdosť a hodnota tvrdosti predstavuje veľkosť funkcie elastickej deformácie kovu.
Tvrdosť podľa Brinella Tvrdosť podľa Brinella používa kalenú oceľovú guľôčku alebo karbidovú guľôčku s priemerom D ako indentor a vtláča ju do povrchu vzorky zodpovedajúcou skúšobnou silou F. Po určenom čase držania sa skúšobná sila odstráni a získa sa priehlbina s priemerom d. Skúšobná sila je vydelená povrchovou plochou vtlačenia a získaná hodnota je hodnota tvrdosti podľa Brinella a symbol je HBS alebo HBW.
Rozdiel medzi HBS a HBW je rozdiel v indentore. HBS znamená, že indentor je kalená oceľová gulička, ktorá sa používa na meranie materiálov s hodnotou tvrdosti podľa Brinella pod 450, ako je mäkká oceľ, sivá liatina a neželezné kovy. HBW znamená, že indentor je karbid, ktorý sa používa na meranie materiálov s hodnotou tvrdosti podľa Brinella pod 650.
Pre ten istý testovací blok, keď sú ostatné testovacie podmienky úplne rovnaké, sú tieto dva výsledky testu odlišné a hodnota HBW je často väčšia ako hodnota HBS a neexistuje žiadne kvantitatívne pravidlo, ktoré by sa malo dodržiavať.
Po roku 2003 moja krajina ekvivalentne prijala medzinárodné normy, zrušila indentor s oceľovými guľôčkami a prijala guľové hlavy z karbidu. Preto sa už nepoužíva HBS a na označenie symbolu tvrdosti podľa Brinella sa používa HBW. V mnohých prípadoch je tvrdosť podľa Brinella reprezentovaná iba HB, čo znamená HBW. HBS sa však stále vyskytuje v literárnych dokumentoch.
Metóda merania tvrdosti podľa Brinella je vhodná pre liatinu, neželezné zliatiny, rôzne žíhané a temperované ocele. Nie je vhodný na meranie vzoriek alebo obrobkov, ktoré sú príliš tvrdé, príliš malé, príliš tenké a neumožňujú veľké vrúbky na povrchu. Rockwell Hardness používa diamantový kužeľ s vrcholovým uhlom kužeľa 120 stupňov alebo kalenú oceľovú guľôčku Ø1,588 mm a Ø3,176 mm ako vtlačok a záťaž. Vzorka sa vtlačí do skúšobného kusu pôsobením počiatočného zaťaženia 10 kgf a celkového zaťaženia 60, 100 alebo 150 kgf (tj počiatočné zaťaženie plus hlavné zaťaženie). Po pôsobení celkového zaťaženia je tvrdosť vyjadrená rozdielom medzi hĺbkou vtlačenia, keď je hlavné zaťaženie odstránené, ale hlavné zaťaženie je zachované, a hĺbkou vtlačenia pri pôsobení počiatočného zaťaženia. Test tvrdosti podľa Rockwella využíva tri testovacie sily a tri indentory, ktoré majú celkovo 9 kombinácií, čo zodpovedá 9 stupniam tvrdosti podľa Rockwella. Aplikácia týchto 9 mierok pokrýva takmer všetky bežne používané kovové materiály. Bežne používané sú HRA, HRB a HRC, medzi ktorými je HRC najpoužívanejšia. Rozsah použitia stupnice HRC je 20~70HRC. Keď je hodnota tvrdosti menšia ako 20HRC, pretože kužeľová časť indentora je príliš stlačená, citlivosť sa zníži a namiesto toho by sa mala použiť stupnica HRB; keď je tvrdosť vzorky väčšia ako 67HRC, tlak na hrot indentora je príliš veľký, diamant sa ľahko poškodí a životnosť indentora sa výrazne skráti, preto by sa mala vo všeobecnosti používať stupnica HRA.
Rockwellova skúška tvrdosti je jednoduchá, rýchla a má malé vrúbkovanie. Dokáže otestovať povrch hotových výrobkov a tvrdších a tenších obrobkov. Kvôli malému prehĺbeniu hodnota tvrdosti značne kolíše pre materiály s nerovnomernou štruktúrou a tvrdosťou a presnosť nie je taká vysoká ako tvrdosť podľa Brinella. Tvrdosť podľa Rockwella sa používa na meranie tvrdosti ocele, neželezných kovov, slinutého karbidu atď.
Tvrdosť podľa Vickersa Tvrdosť podľa Vickersa Princíp merania tvrdosti podľa Vickersa je podobný tvrdosti podľa Brinella. Diamantový pravidelný štvorstenný indentor s relatívnym uhlom 136 stupňov sa používa na zatlačenie do povrchu materiálu špecifikovanou skúšobnou silou F. Skúšobná sila sa odstráni po jej udržiavaní počas stanoveného času. Hodnota tvrdosti je vyjadrená priemerným tlakom na jednotku plochy pravidelného štvorstenu a symbol je HV. Tvrdosť podľa Vickersa má široký rozsah merania a môže merať materiály s rozsahom tvrdosti 10 ~ 1000 HV. Má malé vrúbkovanie a vo všeobecnosti sa používa na meranie tenších materiálov a povrchových kaliacich vrstiev, ako je nauhličovanie a nitridovanie.
Tvrdosť Leeb používa určitú hmotnosť nárazového telesa vybaveného guľovou hlavou z karbidu volfrámu na dopad na povrch testovaného kusu pod určitou silou a potom sa odrazí. Vzhľadom na rôznu tvrdosť materiálov je rozdielna aj rýchlosť odrazu po dopade. Na nárazovom zariadení je inštalovaný permanentný magnetický materiál. Keď sa nárazové teleso pohybuje hore a dole, jeho periférna cievka indukuje elektromagnetický signál úmerný rýchlosti, ktorý sa potom prevedie na hodnotu tvrdosti podľa Leeba prostredníctvom elektronického obvodu a symbol je označený ako HL.
Tvrdomer Leeb nevyžaduje pracovný stôl. Jeho snímač tvrdosti je malý ako pero a dá sa ovládať priamo rukou. Dá sa ľahko odhaliť bez ohľadu na to, či ide o veľký, ťažký obrobok alebo obrobok so zložitými geometrickými rozmermi.
Ďalšou výhodou Leebovej tvrdosti je, že spôsobuje malé poškodenie povrchu výrobku a niekedy sa dá použiť ako nedeštruktívny test; je jedinečný v testovaní tvrdosti vo všetkých smeroch, úzkych priestoroch a špeciálnych častiach.
