Próby twardości

 Metoda Brinella.

 
Pomiar polega na zagłębianiu w badany materiał penetratora w postaci. Wg. Normy PN-EN-ISO 6506:12002 stosuje się wyłącznie kulki z węglików spiekanych oraz oznaczenie HBW.
Czas działanie siły powinien wynosić od 10 do 60 sekund w zależności od rodzaju materiału i spodziewanej jego twardości.

Twardość Brinella obliczamy wg wzoru:

 

gdzie: D- średnia średnica odcisku             
          d – średnica kulki
Pomiaru dokonuje się na twardościomierzu hydraulicznym. Zalety metody Brinella to: powtarzalność wyników, jedna skala twardości dla wszystkich materiałów, duża powierzchnia odcisku pozwalająca przeprowadzać pomiary stopów wielofazowych.
Wady to konieczność dokonywania pomiarów średnic odcisków i dalsze odczytywanie twardości z tablic, oraz niemożność stosowania tej metody do bardzo twardych próbek o małych wymiarach.
 
Metoda Rockwella.
 
Polega na dwustopniowym zagłębianiu penetratora w badany materiał i pomiarze głębokości trwałego odcisku przy danym obciążeniu. Parametry próby określa norma PN-EN-ISO 6508-1:2002. Jako penetratory stosuje się tu: stożek diamentowy o kącie wierzchołkowym 120o(dla skali C i A) lub kulkę stalową o średnicy 1/16” (dla skali B i F).

Trwały przyrost głębokości mierzony jest w jednostkach e` i wyrażany w jednostkach odkształcenia trwałego równych 0,002mm zgodnie z równaniem:

 

 

gdzie: K=100 (przy użyciu stożka), K=130 (przy użyciu kulki).
 
Twardościomierz Rockwella pozwala na bezpośredni odczyt twardości. Oznaczenie w zależności od skali np. 60HRC lub 98HRB.
Zaletą tej metody jest szybki pomiar zarówno materiałów miękkich jak i twardych, możliwość badania twardości cienkich taśm. Wadą jest nierównomierność skali twardości
i związane z tym trudności w porównaniu wyników uzyskanych w różnych skalach.
 
 
 
 
 
Metoda Vickersa.
 
Pomiar twardości metodą Vickersa zawarty jest w normie PN-EN-ISO 6507-1:1999.
Penetratorem jest diamentowy ostrosłup o podstawie kwadratu o kącie pomiędzy przeciwległymi ścianami a=136°, przy obciążeniu z zakresu od 9,8 do 980N.
Miarą twardości w tej metodzie jest stosunek siły obciążającej F do pola powierzchni bocznej odcisku, obliczonej w funkcji średniej arytmetycznej wartości przekątnych d1 i d2.
Twardość Vickersa:
 
gdzie: d- średnia arytmetyczna przekątnych odcisku, [mm]
            F – siła obciążająca, [N]]
Odpowiednio do zastosowanego obciążenia stosuje się oznaczenia twardości od HV1 do HV100. Pomiary przeprowadza się na twardościomierzach z hydrauliczną regulacją szybkości obciążania wyposażonymi w mikroskop pomiarowy.
Zaletami tej metody są: możliwość stosowania jej zarówno do materiałów miękkich, jak i twardych, duża dokładność pomiaru, jedna skala dla całego zakresu twardości, możliwość badania zarówno cienkich warstw przypowierzchniowych, jak i dużych elementów. Metoda Vickersa, jako jedyna ze znormalizowanych metod nadaje się do pomiaru mikrotwardości.
 
 
 
 
Zdjęcia przedstawiające próbkę po badaniu twardości
 
Mikrotwardość jest to twardość, której pomiary przeprowadzamy przy obciążeniach mniejszych niż 2N. Pomiar ten wykonuje się w przypadku, gdy potrzebne jest określenie twardości poszczególnych składników strukturalnych powłok, cienkich warstw dyfuzyjnych, folii, cienkich drutów oraz wszelkich przedmiotów o niewielkich wymiarach.
 
 Dynamiczne metody pomiaru twardości.
 Młotek Poldi.
 
Penetrator, którym jest kulka stalowa o średnicy 10mm obciążany jest dynamicznie.
Kulkę odciskamy w badanej próbce jak i w próbce wzorcowej, a następnie mierzymy średnice odcisków. Przy uwzględnieniu wielkości kulki i znanej wartości twardości próbki wzorcowej, wzór na twardość uzyskaną tą metodą ma postać:
 
 
gdzie: Dw – średnica odcisku we wzorcu, dw – średnica odcisku w badanej próbce,
           HBw – twardość wzorca.
Twardość otrzymujemy w skali Brinella.
 
 
Metoda Shore`a.
 

Polega na pomiarze wysokości odbicia od powierzchni badanego materiału spadającego swobodnie z określonej wysokości stalowego obciążnika z diamentową końcówką.