Kovuustesteri Opas: Rockwellin ja Vickersin menetelmät selitetty
A kovuusmittari mittaa materiaalin kestävyyttä paikallista plastista muodonmuutosta vastaan, tyypillisesti painamalla kovettunutta sisennystä materiaalin pintaan kontrolloidun kuormituksen alaisena ja arvioimalla joko syntyvän painauman syvyyttä tai kokoa. Kovuustestaus on yksi yleisimmin käytetyistä laadunvalvontatarkastuksista metallintyöstössä, lämpökäsittelyssä ja materiaalitekniikassa, koska kovuus korreloi läheisesti kulutuskestävyyden, vetolujuuden ja työstettävyyden kanssa, mikä antaa valmistajille nopean ja pitkälti tuhoamattoman tavan varmistaa, että osa täyttää materiaalispesifikaatioidensa.
Vaikka kovuustestausmenetelmiä ja -asteikkoja on kymmeniä, Rockwell ja Vickers ovat edelleen kaksi laajimmin määriteltyä teollisuus- ja laboratorioympäristöä, jotka kumpikin sopivat erilaisiin materiaalityyppeihin, osien geometrioihin ja tarkkuusvaatimuksiin. Tässä oppaassa kerrotaan, miten kovuusmittari toimii yleensä, kuinka Rockwell-kovuusmittaria käytetään vaihe vaiheelta ja mikä erottaa Vickersin kovuusmittarin muista testausmenetelmistä.
Kuinka kovuusmittari toimii
Jokainen kovuusmittari, menetelmästä riippumatta, toimii samalla perusperiaatteella: kohdistaa tunnettu voima tietyn muotoisen ja materiaalin sisennyksen läpi ja mittaa sitten tuloksena oleva muodonmuutos kovuusarvon saamiseksi. Testausmenetelmien eroa on sisennyksen geometria, kohdistettu kuorma ja se, perustuuko mittaus suoraan koneen mittaamaan syvennyssyvyyteen vai optisesti mitattuun painaumakokoon kuorman poistamisen jälkeen.
Rockwell-testaus mittaa syvennyssyvyyden suoraan käyttämällä joko timanttikartiota tai karkaistua teräskuulaa käytettävästä asteikosta riippuen, ja tuottaa kovuuslukeman lähes välittömästi, koska kone laskee arvon automaattisesti pienen ja suuren kuormituksen välisestä syvyyserosta. Vickersin ja Brinellin testaus sitä vastoin luottaa materiaalin pintaan jätetyn painauma fyysisten mittojen mittaamiseen, tyypillisesti mikroskoopilla tai integroidulla optisella mittausjärjestelmällä, ja kovuuden laskemiseen mitatusta sisennysalueesta.
Tietylle materiaalille ja sovellukselle oikean kovuusmittarin ja asteikon valinta riippuu tekijöistä, kuten materiaalin odotetusta kovuusalueesta, koekappaleen paksuudesta ja pinnan viimeistelystä sekä siitä, vaatiiko sovellus nopean tuotantolattian tarkastuksen vai tarkan laboratoriotason mittauksen. Testausstandardit, kuten ASTM E18 for Rockwell ja ASTM E92 for Vickers, määrittelevät tarkat menettelyt, kuormitukset ja kalibrointivaatimukset, joita valmistajien ja laboratorioiden odotetaan noudattavan jäljitettävien ja toistettavien tulosten saamiseksi.
Kuinka käyttää Rockwellin kovuusmittaria
Rockwell-kovuusmittarin oikea käyttö alkaa testikappaleen valmistelusta: testattavan pinnan on oltava puhdas, tasainen ja vapaa hilseestä, hapettumisesta tai pinnan epätasaisuuksista, jotka voivat vääristää lukemaa, koska pienikin pinnan kontaminaatio voi vääristää tuloksia merkittävästi. Koekappale asetetaan koneen alasimelle ja sopiva syvennys, joko timanttikartio kovemmille materiaaleille tai teräskuula pehmeämmille materiaaleille, sekä oikea asteikkokohtainen kuormitus valitaan testattavan materiaalityypin ja odotetun kovuusalueen perusteella.
Itse testausprosessi noudattaa kaksivaiheista kuormitussekvenssiä: ensin kohdistetaan pieni kuorma, jotta sisennys asettuu lujasti materiaalin pintaa vasten ja luodaan vakaa vertailupiste, minkä jälkeen suurin kuormitus kohdistetaan ja sitä pidetään tietyn viipymäajan, jotta materiaali voi reagoida täysin kohdistettuun voimaan. Kun suurin kuorma on poistettu, kun pieni kuorma on jäljellä, kone mittaa kahden kuormitusasteen välisen sisennyssyvyyden eron, ja tämä syvyysero muunnetaan suoraan Rockwell-kovuusarvoksi, joka näkyy testerin kellotaulussa tai digitaalisessa lukemassa.
Johdonmukaisten ja tarkkojen tulosten saamiseksi käyttäjien tulee ottaa useita lukemia testikappaleen eri kohdista sen sijaan, että luottaisivat yhteen mittaukseen, koska pienet materiaalin epäjohdonmukaisuudet tai pinnan vaihtelut voivat aiheuttaa yksittäisten lukemien vaihtelua. Testipisteiden sijoittaminen riittävän kauas toisistaan, jotta vältetään vierekkäisten syvennysten aiheuttamat jännityskentän häiriöt, ja testerin kalibroinnin ylläpitäminen säännöllisen tarkastuksen avulla sertifioiduilla testilohkoilla ovat molemmat olennaisia käytäntöjä luotettavien Rockwell-kovuustietojen tuottamiseksi ajan mittaan.
Vickers Hardness Tester Machine: miten se eroaa
A Vickers kovuusmittari kone käyttää tarkasti muotoiltua neliömäisen pyramidin muodossa olevaa timanttisyvennystä, joka on puristettu materiaalin pintaan valitulla kuormituksella, ja toisin kuin Rockwell-testissä, kovuusarvo lasketaan jäljelle jääneen sisennyksen mitatusta diagonaalipituudesta eikä itse testin aikana mitatusta sisennyksen syvyydestä. Tämä optinen mittaustapa vaatii integroidun mikroskoopin tai kamerajärjestelmän, joka pystyy mittaamaan sisennysten diagonaalit erittäin tarkasti, koska pienetkin mittausvirheet johtavat suoraan kovuusarvon epätarkkuuteen.
Yksi Vickers-testauksen tärkeimmistä eduista on sen erittäin laaja käyttökelpoinen kovuusalue ja kyky testata monenlaisia materiaaleja erittäin pehmeistä metalleista erittäin koviin, hauraisiin materiaaleihin käyttämällä kaikkialla samaa sisennysgeometriaa, mikä ei päde Rockwell-testauksessa, jossa eri asteikot vaativat erilaisia sisennyksiä ja kuormia eri kovuusalueille. Tämä monipuolisuus tekee Vickersin testaajista erityisen arvokkaita tutkimus- ja laadunvalvontaympäristöissä, jotka käsittelevät monenlaisia materiaaleja ja kovuustasoja ilman, että tarvitsee vaihtaa laitekokoonpanoja.
Nykyaikaiset Vickersin kovuusmittauslaitteet sisältävät yhä useammin automaattisen optisen mittausohjelmiston, joka tallentaa sisennyskuvan ja laskee diagonaalimittaukset ja kovuusarvon automaattisesti, mikä vähentää merkittävästi käyttäjän subjektiivisuutta, joka oli historiallisesti rajoitus manuaaliselle mikroskooppipohjaiselle mittaukselle. Tämä automaatio on tehnyt Vickers-testauksesta huomattavasti nopeampia ja johdonmukaisempia kuin aikaisemmat manuaaliset mittausmenetelmät, mutta silti säilyttänyt hienon tarkkuuden ja laajan materiaalikäytettävyyden, mikä tekee Vickers-testauksesta suositellun menetelmän ohuiden pinnoitteiden, pienten osien ja kotelokarkaistujen pintakerrosten mikrokovuustestaukseen.
Yleisten kovuustestausmenetelmien vertailu sisennystyypin, mittausperusteen ja tyypillisen sovelluksen mukaan.
