Fémek és acélok keménysége – mérési módszerek, keménységi skálák és átváltás

Keménység Ez a fémek és ötvözetek egyik alapvető mechanikai tulajdonsága. Meghatározza az anyag ellenállását a keményebb behatolótest hatása által kiváltott lokalizált képlékeny alakváltozással szemben. A keménységmérés lehetővé teszi többek között az anyag hőkezelés utáni állapotának felmérését, a különböző anyagtételek összehasonlítását, a keményedés hatásainak nyomon követését és bizonyos mechanikai tulajdonságok közvetett becslését.
Az ipari gyakorlatban a leggyakrabban használt módszerek a következők: Brinell (HBW), Rockwell (HRA, HRB, HRC) oraz Vickers (HV)A módszert mikrokeménység- és nagyon vékonyréteg-vizsgálatokban is alkalmazzák. Knoop (HK).

Mi az anyag keménysége?

A keménység nem egyetlen, független anyagállandó a sűrűség értelmében. A mérési eredmény többek között az alkalmazott módszertől, a behatolótest típusától és geometriájától, a terheléstől, a felület előkészítésétől és a vizsgált anyag szerkezetétől függ.
Ezért a keménységi eredményt mindig a használt skálával együtt kell megadni, például:

• 220 HBW – Brinell-keménység,
• 35 HRC – Rockwell-keménység a C-skálán,
• 280 HV – Vickers-keménység,
• 450 HQ – Knoop-keménység.

Ne hasonlítsa össze a numerikus értékeket önmagában anélkül, hogy figyelembe venné az alkalmazott mérési módszert.

A keménységmérés legfontosabb módszerei

A leggyakrabban használt módszerek a következők:

• Brinell – HBW,
• Rockwell – HRA, HRB, HRC és egyéb Rockwell-skálák,
• Vickers – HV,
• Knoop – HK.

Ezen módszerek mindegyike eltérő módszert alkalmaz a keménység meghatározására, és eltérő alkalmazásokkal rendelkezik.

Brinell-módszer – HBW keménység

A Brinell-módszernél nyomást alkalmaznak a vizsgált anyag felületére. egy labda, amiből készült volfrám-karbidA terhelés eltávolítása után megmérik a kapott lenyomat átmérőjét.
A lenyomat átmérője, a golyó átmérője és az alkalmazott erő alapján kiszámítják az értéket. Brinell-keménység a szimbólummal jelölve H.B.W..
Egy példabejegyzés így nézhet ki:
250 HBW 10/3000
ahol a megnevezés tartalmazza a keménységi értéket és az elvégzett vizsgálat paramétereit.
A Brinell-módszer különösen hasznos a következők vizsgálatára:

• szerkezeti acél,
• acél lágyítás és normalizálás után,
• öntöttvas,
• ötvözetek alumínium,
• ötvözetek réz,
• nagy kovácsolt tárgyak és öntvények,
• heterogén szerkezetű anyagok.

A viszonylag nagy bemélyedés azt jelenti, hogy az eredmény jól reprezentálhatja egy különböző szerkezeti komponenseket tartalmazó anyag átlagos keménységét.

Rockwell-módszer – HRC, HRB és HRA

A Rockwell-módszer különbözik a Brinell i Vickers elsősorban a mérési módszerrel. A keménységet a következők alapján határozzák meg: a maradandó benyomódás mélysége bizonyos terhelés alatt létrejövő.
Ezáltal a teszt gyors és nagyon alkalmas a sorozatgyártás ellenőrzésére.
Az anyag típusától függően különböző módszereket alkalmaznak Rockwell-skála.

Az edzett acélok leggyakoribb skálája a HRC.

Vickers-módszer – HV keménység

A Vickers-módszerben a behúzó a következő: gyémánt piramis négyzet alakú alappalA lenyomat elkészítése után megmérik a két átlóját, amelyek alapján meghatározzák a keménységi értéket.
Példa jelölésekre:

• 200 HV 10,
• 350 HV 30,
• 650 HV 10.

Nagy előny Vickers-módszerek nagyon széles keménységi tartományban használható.
A HV-módszert többek között a következők vizsgálatakor alkalmazzák:

• szerkezeti acél,
• edzett acélok,
• rozsdamentes acél,
• nikkelötvözetek,
• karbonizált és nitridált rétegek,
• hegesztések és hőhatásövezetek,
• az anyagok mikroszerkezete.

Alacsony terhelések esetén a Vickers-módszerrel mérhető a mikrokeménység.

Knoop-módszer – HK keménység

A Knoop-módszer egy megnyújtott gyémánt bemélyítőt használ, hogy jellegzetes, sekély lenyomatot hozzon létre.
A kis behatolási mélység miatt ez a módszer különösen hasznos a következők vizsgálatára:

• nagyon vékony rétegek,
• bevonatok,
• kis mikroszerkezeti területek,
• törékeny anyagok,
• felületkeményített rétegek.

A Knoop-módszer elsősorban laboratóriumi módszer, amelyet a mikrokeménység vizsgálatában használnak.

A Brinell-, Rockwell- és Vickers-módszerek összehasonlítása

HBW, HV és HRC keménység átváltás

A gyakorlatban gyakran szükséges a különböző módszerekkel kapott eredmények összehasonlítása. A keménységátváltási táblázatokat a következők közelítésére használják:

• HBW a HRC-n,
• HBW nagyfeszültségen,
• HV a HRC-n,
• HRC HV-n,
• HRB-ről HBW-re vagy HV-re.

Tartsd észben, hogy A keménység átváltása nem egyszerű matematikai számításA skálák közötti kapcsolatok az anyag típusától, szerkezetétől és feldolgozási állapotától függenek.
Az acél hozzávetőleges értékeit az alábbiakban mutatjuk be.

A fenti értékek tájékoztató jellegűek . A műszaki keménység átváltásához használja a megfelelő táblázatokat és szabványokat az adott anyagcsoportokhoz.

Keménység és szakítószilárdság Rm

Néhány acél esetében hozzávetőleges összefüggés van a következők között: Brinell-keménység és szakítószilárdság Rm.
Sok szén- és alacsony ötvözetű acél esetében a következőket lehet irányadóként feltételezni:
Rm ≈ 3,4–3,6 × HBW
ahol Rm MPa-ban van kifejezve.
Például egy acél, amelynek keménysége körülbelül 200 HBW szakítószilárdsága körülbelül 700 MPa.
Ez a kapcsolat azonban hozzávetőleges, és nem alkalmazható kritikátlanul minden anyagraEgyéb függőségek is előfordulhatnak, többek között az ausztenites acélok esetében, duplex és szuperduplex, nikkelötvözetek, kiválásos edzésű acélok, öntöttvasak és ötvözetek alumínium.

A hőkezelés hatása az acél keménységére

Az acél keménysége az alkalmazott hőkezeléstől függően nagymértékben változhat.
A keménységet befolyásoló folyamatok a következők:

• keményedés,
• elengedés,
• lágyítás,
• normalizálás,
• túltelítettség,
• öregedés.

Jó példa erre a kicsapódással edzett rozsdamentes acél. 1.4542 / 17-4PHKeménysége és mechanikai tulajdonságai a hőkezelési állapottól függenek, például H900, H1025, H1075, H1100 vagy H1150.
A feldolgozási állapot változtatása lehetővé teszi a keménység, szilárdság, képlékenység és ütésállóság különböző kombinációinak elérését.

Felkeményedés és keménység

A fémek keménysége a hideg képlékeny deformáció következtében is növekedhet.
Ezt a jelenséget úgy emlegetik, deformáció általi keményedés.
A deformáció mértékének növekedésével általában:

• a keménység növekszik,
• a folyáshatár növekszik,
• a szakítószilárdság növekszik,
• a nyúlás és a plaszticitás csökken.

Ez a jelenség különösen fontos az ausztenites rozsdamentes acélok esetében, mint például a 1.4301 / AISI 304, 1.4307 / 304L, 1.4401 / 316 és 1.4404 / 316 liter.
Ezért ugyanazon acélminőség keménysége változhat attól függően, hogy az anyag lágyított, hidegen hengerelt, húzott vagy tovább edzett állapotban van-e.

A különböző rozsdamentes acélcsoportok keménysége

A rozsdamentes acélok egyes csoportjai a keménység elérésének mechanizmusában különböznek.

Felület-előkészítés keménységméréshez

A teszt pontossága nemcsak a mérőeszköztől, hanem a minta előkészítésétől is függ.
A felületnek a következőnek kell lennie:

• tiszta,
• vízkő- és szennyeződésmentes,
• megfelelően sima az alkalmazott módszerhez,
• stabilan alátámasztva a vizsgálat során.

Ez különösen fontos a módszerekben Vickers i Knoop, ahol a nyomatok nagyon aprók lehetnek.
Szükséges a megfelelő minta vastagságának, valamint a lenyomatok és a vizsgált elem széle közötti szükséges távolságok betartása is.

Keménységmérési szabványok

A keménységvizsgálatokat a nemzetközi ISO és ASTM szabványok írják le.

Átvételi, tanúsítási vagy minőségellenőrzési célú vizsgálatok elvégzésekor a vonatkozó szabvány hatályos kiadásának követelményeit kell alkalmazni.

A keménység határozza meg az acél összes tulajdonságát?

Nem. A keménység egy nagyon hasznos szabályozási paraméter, de nem helyettesíti a mechanikai tulajdonságok teljes körű vizsgálatát.
Két hasonló keménységű anyag többek között az alábbiakban térhet el:

• folyáshatár,
• szakítószilárdság,
• nyúlás,
• ütésállóság,
• fáradási ellenállás,
• repedésállóság.

Ezért a keménységmérési eredményt az anyag típusa, mikroszerkezete, szállítási állapota és az alkalmazott hő- vagy képlékeny kezelés függvényében kell értelmezni.
A keménységmérés az egyik leggyakrabban használt módszer a fémek és acélok tulajdonságainak ellenőrzésére. Brinell, Rockwell, Vickers i Knoop különböznek a bemélyedés típusában, a mérési módszerben és az alkalmazási körben.
H.B.W. különösen hasznos nagyobb elemek és heterogén szerkezetű anyagok esetén, HRC és HRB lehetővé teszi a nagyon gyors gyártási méréseket, miközben HV széleskörű alkalmazási lehetőségeket kínál, és lehetővé teszi kis területek mérését. HK Elsősorban mikrokeménység, vékonyrétegek és bevonatok vizsgálatára használják.
Értékek átváltása HBW, HV, HRC és más skálák között közelítő értékként kell kezelni, és az adott anyagcsoportra vonatkozó megfelelő táblázatoknak és szabványoknak megfelelően kell elvégezni.

Alkalmazás – Keménységváltó Brinell HB, Rockwell HRC, Vickers HV, Knoop, Mohs
Fémek és acélok keménysége – mérési módszerek, keménységi skálák és átváltás
Rockwell-keménység HRC, HRB és HRA – mérési módszer, skálák és alkalmazások
Brinell-keménység HBW – mérési módszer, skála, képlet és alkalmazás
Vickers-keménység HV – mérési módszer, képlet és alkalmazás
Knoop keménység HK – mérési módszer, mikrokeménység és alkalmazás
Mohs-skála – az ásványok és anyagok keménységi táblázata
HBW, HRC, HRB és HV keménység átváltás – átváltási táblázatok