Hardhet av metaller og stål – målemetoder, hardhetsskalaer og konvertering

Hardhet Det er en av de grunnleggende mekaniske egenskapene til metaller og legeringer. Den bestemmer materialets motstand mot lokalisert plastisk deformasjon indusert av virkningen av en hardere inntrykker. Hardhetsmåling tillater blant annet vurdering av materialets tilstand etter varmebehandling, sammenligning av forskjellige materialpartier, overvåking av effekten av herding og indirekte estimering av visse mekaniske egenskaper.
I industriell praksis er de mest brukte metodene: Brinell (HBW), Rockwell (HRA, HRB, HRC) oraz Vickers (HV)Metoden brukes også i mikrohardhet og tester av svært tynne lag. Knoop (HK).

Hva er materialhardhet?

Hardhet er ikke en enkeltstående, uavhengig materialkonstant i form av tetthet. Måleresultatet avhenger blant annet av metoden som brukes, typen og geometrien til inntrykkingsstykket, belastningen, overflatebehandlingen og strukturen til materialet som testes.
Derfor bør hardhetsresultatet alltid oppgis sammen med skalaen som brukes, for eksempel:

• 220 HBW – Brinell-hardhet,
• 35 HRC – Rockwell-hardhet på C-skalaen,
• 280 HV – Vickers-hardhet,
• 450 HK – Knoophardhet.

Ikke sammenlign bare numeriske verdier uten å ta hensyn til målemetoden som brukes.

De viktigste metodene for å måle hardhet

De mest brukte metodene inkluderer:

• Brinell – HBW,
• Rockwell – HRA, HRB, HRC og andre Rockwell-skalaer,
• Vickers – HV,
• Knoop – HK.

Hver av disse metodene bruker en annen metode for å bestemme hardhet og har forskjellige bruksområder.

Brinell-metoden – HBW-hardhet

I Brinell-metoden påføres et trykk på overflaten av materialet som testes. en ball laget av wolframkarbidEtter at lasten er fjernet, måles diameteren på det resulterende avtrykket.
Verdien beregnes basert på avtrykkets diameter, kulens diameter og den påførte kraften. Brinell-hardhet merket med symbolet H.B.W..
En eksempeloppføring kan se slik ut:
250 HBW 10/3000
hvor betegnelsen inkluderer hardhetsverdien og parametrene for den utførte testen.
Brinell-metoden er spesielt nyttig for å undersøke:

• konstruksjonsstål,
• stål etter gløding og normalisering,
• støpejern,
• legeringer aluminium,
• legeringer kopper,
• stor smivarer og støpegods,
• materialer med en heterogen struktur.

Den relativt store inntrykkingen gjør at resultatet godt kan representere den gjennomsnittlige hardheten til et materiale som inneholder forskjellige strukturelle komponenter.

Rockwell-metoden – HRC, HRB og HRA

Rockwell-metoden er forskjellig fra Brinell i Vickers primært ved målemetoden. Hardhet bestemmes på grunnlag av dybden på det permanente innrykkavtrykket skapt under en viss belastning.
Dette gjør testen rask og svært egnet for serieproduksjonskontroll.
Avhengig av materialtype brukes forskjellige metoder Rockwell-skalaen.

Den vanligste skalaen for herdet stål er HRC.

Vickers-metoden – HV-hardhet

I Vickers-metoden er innrykkeren diamantpyramide med firkantet baseEtter at avtrykket er laget, måles de to diagonalene, som brukes til å bestemme hardhetsverdien.
Eksempel på markeringer:

• 200 HV 10,
• 350 HV 30,
• 650 HV10.

En stor fordel Vickers-metoder det er mulig å bruke den i et veldig bredt spekter av hardhet.
HV-metoden brukes blant annet ved undersøkelse av:

• konstruksjonsstål,
• herdet stål,
• rustfritt stål,
• nikkellegeringer,
• karburiserte og nitrerte lag,
• sveiser og varmepåvirkede soner,
• mikrostruktur av materialer.

Ved lave belastninger kan Vickers-metoden brukes til å måle mikrohardhet.

Knoop-metoden – HK-hardhet

Knoop-metoden bruker en langstrakt diamantindenter for å skape et karakteristisk, grunt avtrykk.
På grunn av den lave penetrasjonsdybden er denne metoden spesielt nyttig for å undersøke:

• veldig tynne lag,
• belegg,
• små områder med mikrostruktur,
• sprø materialer,
• overflateherdede lag.

Knoop er først og fremst en laboratoriemetode og en metode som brukes i mikrohardhetstesting.

Sammenligning av Brinell-, Rockwell- og Vickers-metodene

HBW-, HV- og HRC-hardhetskonvertering

I praksis er det ofte nødvendig å sammenligne resultater oppnådd ved bruk av ulike metoder. Hardhetskonverteringstabeller brukes til å tilnærme følgende:

• HBW på HRC,
• HBW på HV,
• HV på HRC,
• HRC på HV,
• HRB til HBW eller HV.

Husk det Hardhetskonvertering er ikke en enkel matematisk beregningForholdet mellom skalaer avhenger av materialtype, struktur og prosesseringstilstand.
Omtrentlige verdier for stål er vist nedenfor.

Verdiene ovenfor er veiledende . For teknisk hardhetskonvertering , bruk passende tabeller og standarder for spesifikke materialgrupper.

Hardhet og strekkfasthet Rm

For noen ståltyper er det et omtrentlig forhold mellom Brinell-hardhet og strekkfasthet Rm.
For mange karbon- og lavlegerte ståltyper kan følgende antas som en veiledning:
Rm ≈ 3,4–3,6 × HBW
hvor Rm uttrykkes i MPa.
For eksempel stål med en hardhet på omtrent 200 HBW kan ha en strekkfasthet på omtrent 700 MPa.
Dette forholdet er imidlertid omtrentlig, og kan ikke anvendes ukritisk på alle materialerAndre avhengigheter kan forekomme, blant annet for austenittiske ståltyper, dupleks og superdupleks, nikkellegeringer, utskillelsesherdet stål, støpejern og legeringer aluminium.

Effekten av varmebehandling på stålets hardhet

Hardheten til stål kan variere mye avhengig av hvilken varmebehandling som brukes.
Prosesser som påvirker hardhet inkluderer:

• herding,
• gi slipp,
• gløding,
• normalisering,
• overmetning,
• aldring.

Et godt eksempel er utfellingsherdet rustfritt stål. 1.4542 / 17-4PHHardheten og de mekaniske egenskapene avhenger av varmebehandlingstilstanden, for eksempel H900, H1025, H1075, H1100 eller H1150.
Endring av prosesseringstilstand gjør det mulig å oppnå forskjellige kombinasjoner av hardhet, styrke, duktilitet og slagfasthet.

Arbeidsherding og hardhet

Metaller kan også øke hardheten sin som følge av kaldplastisk deformasjon.
Dette fenomenet blir referert til som herding ved belastning.
Etter hvert som deformasjonsgraden øker, skjer det vanligvis:

• hardheten øker,
• flytegrensen øker,
• strekkfastheten øker,
• forlengelse og plastisitet avtar.

Dette fenomenet er spesielt viktig når det gjelder austenittiske rustfrie ståltyper, som f.eks. 1.4301 / AISI 304, 1.4307 / 304L, 1.4401 / 316 og 1.4404 / 316L.
Derfor kan hardheten til samme stålkvalitet variere avhengig av om materialet er i glødet, kaldvalset, trukket eller ytterligere herdet tilstand.

Hardhet av forskjellige grupper av rustfritt stål

Individuelle grupper av rustfritt stål varierer i mekanismen for å oppnå hardhet.

Overflateforberedelse for hardhetsmåling

Testens nøyaktighet avhenger ikke bare av måleinstrumentet, men også av prøveprepareringen.
Overflaten skal være:

• rengjøre,
• fri for skala og urenheter,
• passende glatt for metoden som brukes,
• stabilt støttet under eksamen.

Dette er spesielt viktig i metoder Vickers i Knoop, hvor utskriftene kan være svært små.
Det er også nødvendig å opprettholde riktig prøvetykkelse og de nødvendige avstandene mellom avtrykkene og kanten av det testede elementet.

Standarder for hardhetsmåling

Hardhetstester er beskrevet i internasjonale ISO- og ASTM-standarder.

Ved utførelse av tester for aksept-, sertifiserings- eller kvalitetskontrollformål, bør kravene i den relevante standarden i gjeldende utgave anvendes.

Definerer hardhet alle egenskapene til stål?

Nei. Hardhet er en svært nyttig kontrollparameter, men den erstatter ikke full testing av mekaniske egenskaper.
To materialer med lignende hardhet kan blant annet ha forskjellige egenskaper:

• flytegrense,
• strekkfasthet,
• forlengelse,
• slagstyrke,
• utmattelsesmotstand,
• motstand mot sprekkdannelser.

Derfor bør hardhetsmålingsresultatet tolkes i forhold til materialtypen, dens mikrostruktur, leveringsforhold og den anvendte varme- eller plastbehandlingen.
Hardhetsmåling er en av de mest brukte metodene for å kontrollere egenskapene til metaller og stål. Brinell, Rockwell, Vickers i Knoop de varierer i type indenter, målemetode og anvendelsesområde.
H.B.W. det er spesielt nyttig for større elementer og materialer med en heterogen struktur, HRC og HRB muliggjør svært raske produksjonsmålinger, samtidig som HV tilbyr et bredt spekter av bruksområder og lar deg måle små områder. HK Den brukes primært i studiet av mikrohardhet, tynne lag og belegg.
Konvertering av verdier mellom HBW, HV, HRC og andre skalaer bør behandles som en tilnærming og utføres i samsvar med relevante tabeller og standarder for en spesifikk materialgruppe.

Bruksområde – Hardhetskonverter Brinell HB, Rockwell HRC, Vickers HV, Knoop, Mohs
Hardhet av metaller og stål – målemetoder, hardhetsskalaer og konvertering
Rockwell-hardhet HRC, HRB og HRA – målemetode, skalaer og bruksområder
Brinell-hardhet HBW – målemetode, skala, formel og anvendelse
Vickers Hardness HV – Målemetode, formel og anvendelse
Knoop Hardness HK – Målemetode, mikrohardhet og anvendelse
Mohs skala – en tabell over hardheten til mineraler og materialer
HBW-, HRC-, HRB- og HV-hardhetskonvertering – konverteringstabeller