Metallin kovuuden testausopas: Rockwell, Shore ja menetelmät

Kovuus mittaa materiaalin kestävyyttä pysyvää painaumaa vastaan. Metallin kovuustestauksessa vastaus kovuuden mittaamiseen on yksinkertainen: stjaardoitu sisennys puristetaan pintaan tarkalla kuormituksella ja jäljennöksen koko tai syvyys muunnetaan kovuusluvuksi . Teräksen kovuustestaukseen tuotantolattialla Rockwell-menetelmä on ylivoimainen valinta 60 HRC edustaa tyypillistä karkaistua työkaluterästä ja 25 HRC edustaa pehmeää, työstettävää pehmeää terästä . A United Rockwell kovuusmittari on erityinen digitaalinen instrumentti, joka automatisoi tämän testin ja tuottaa tulokset sekunneissa. Pehmeämmille, ei-metallisille materiaaleille, Shore-kovuusmittarit mittaavat jousikuormitetun indentorin tunkeutumisen ja ovat välttämättömiä elastomeereille ja polymeereille. Tämä artikkeli tarjoaa käytännön, menetelmä-menetelmältä tutkimisen kovuuden tarkistusmenetelmistä klassisista Brinell- ja Vickers-tekniikoista kannettaviin rebound-testajiin, ja esimerkkejä betoniteräksen kovuuskovuudesta.

Kuinka kovuus mitataan: perusperiaatteet

Kaikilla staattisen kovuuden mittausmenetelmillä on yhteinen järjestys: tunnetun geometrian sisennys painetaan materiaaliin kontrolloidulla voimalla ja nopeudella, voimaa pidetään yllä määritellyn viiveajan ja sitten mitataan sisennys. Kovuusluku saadaan joko tunkeutumissyvyydestä tai jäljennöksen pinta-alasta. Kolme yleisintä sisennystyyppiä ovat timanttikartio, karkaistu teräs- tai karbidikuula ja timanttipyramidi. Olennainen ero menetelmien välillä on sisennyksen, käytetyn voiman ja mittaustavan yhdistelmässä.

Metallurgisessa kovuustestauksessa prosessi tuottaa enemmän kuin vain luvun. Se kuvastaa materiaalin myötörajaa, työstökovettuvuutta ja mikrorakennetta. A Brinell-testi karkearakeisella valulla esimerkiksi laskee useiden rakeiden kovuuden keskiarvon, kun taas a Vickersin mikrosisännys 0,5 kgf voi eristää yhden raerajakarbidin kovuuden. Mittausperiaatteen ymmärtäminen on ensimmäinen askel oikean testin valinnassa.

Rockwellin kovuustestaus: Metallin alan stjaardi

Rockwell-kovuustestaus on hallitseva metallikovuuden testausmenetelmä tuotantoympäristöissä, koska se on nopea, makromittakaavassa hajoamaton eikä vaadi optista mittausta. Testi toimii kohdistamalla ensin pieni kuorma (tyypillisesti 10 kgf) sisennyksen sijoittamiseksi ja nollavertailun luomiseksi. Sitten lisätään suuri kuorma (60, 100 tai 150 kgf) ja poistetaan sen jälkeen, jolloin jäljelle jää vain pieni kuorma. Kovuus luetaan suoraan valitsimesta tai digitaalisesta näytöstä pysyvän syvyyden lisäyksen käänteisenä funktiona . Tyypillinen testisykli kestää alle viisi sekuntia.

Yleisimmät vaa'at ovat HRC ja HRB. HRC käyttää timanttikartion sisennystä ja 150 kgf:n pääkuormaa ja sitä käytetään karkaistuille teräksille ja titaaniseoksille. HRB käyttää 1/16 tuuman kovametallipalloa ja 100 kgf:n pääkuormaa pehmeämmille materiaaleille, kuten kupariseoksille ja karkaisemattomalle teräkselle. Rockwellin kovuusesimerkki, joka ohjaa suurta osaa teollisuudesta, on kotelokarkaistujen hammaspyörien erittely 58–62 HRC , joka tarjoaa optimaalisen kulutuskestävyyden ilman liiallista haurautta.

Teräksen kovuustestaus ja tyypillisiä Rockwell-kovuusesimerkkejä

Teräksen kovuustestaus on yleisin kovuusmittauspenkkimittaussovellus, ja Rockwell-arvot toimivat yleisenä kielenä lämpökäsittelyn määrittelyssä. Alla olevassa taulukossa on suoria, käytännöllisiä esimerkkejä kovuudesta yleisissä teräsolosuhteissa. Näitä arvoja laatuinsinööri odottaa sijoittaessaan näytteen a United Rockwell kovuusmittari .

United Rockwell Kovuustesteri : Käytännöllinen penkkiratkaisu

The United Rockwell kovuusmittari on erityinen digitaalinen kovuuskovuusmittari, jota käytetään laajalti metallurgiassa kovuustestauksessa ja laadunvarmistuksessa. United TRU -sarjan mallit suorittavat kaikki tavalliset ja pinnalliset Rockwell-vaa'at, mukaan lukien HRC, HRB ja HRN/T, suljetulla voimankäyttöjärjestelmällä, joka varmistaa tarkkuus parempi kuin plus tai miinus 0,5 HRC . Laite automatisoi pienen kuorman asettamisen, suuren kuorman asettamisen, viipymisen ja purkamisen painikkeen painalluksella, mikä eliminoi käyttäjän vaikutuksen tulokseen. Teräksen kovuustestauksessa tämä tarkoittaa, että teknikko voi testata 50 akselinäytteen erän ja saada yhdenmukaiset, toistettavat luvut ilman optista mittausta. Testerin digitaalinen näyttö näyttää kovuusarvon suoraan, ja tiedot voidaan viedä tilastolliseen prosessinhallintaan, mikä tekee siitä keskeisen työkalun kaikissa metallien kovuuden mittausmenetelmäkirjastoissa.

Brinell-kovuustestaus irto- ja karkeille materiaaleille

Brinell on suositeltu kovuuden mittausmenetelmä materiaaleille, joilla on karkea tai heterogeeninen mikrorakenne, kuten rautavalut, taotut osat ja kupariseokset. A 10 mm volframikarbidipallo puristetaan pintaan suurella kuormituksella, yleensä 3000 kgf teräkselle ja 500 kgf pehmeille ei-rautametallille . Kuorman poiston jälkeen jäljennöksen halkaisija mitataan kalibroidulla mikroskoopilla. Kovuusluku, ilmoitettu muodossa HBW 10/3000 esimerkiksi, onko käytetty kuorma jaettuna sisennyksen pinta-alalla. Koska suuri pallo ottaa näytteitä monista rakeista, tuloksena on luotettava bulkkikovuus, joka korreloi hyvin monien metallien vetolujuuden kanssa. Tyypillinen esimerkki tämän menetelmän kovuudesta on 200 HBW harmaalle valuraudalle .

Vickers-kovuustestaus: tarkkuus kaikissa asteikoissa

Vickers on ainutlaatuinen kovuuden mittausmenetelmien joukossa, koska se on sama timanttineliöpohjainen pyramidin sisennys käytetään voimille 1 gf - 120 kgf, joten testi soveltuu kaikkeen 3 mikronin pinnoitteesta paksuun teräslevyyn. Sisennyslävistäjät mitataan optisesti ja kovuus ilmaistuna HV , on kuormituksesta riippumaton laajalla alueella. Metallurgisessa kovuustestauksessa Vickers on välttämätön tapauksen syvyyden määritys , jossa pinnasta ytimeen tehdään sarja 0,5 tai 1 kgf:n syvennyksiä kovuusgradientin kartoittamiseksi. Se on myös vertailumenetelmä hitsausvyöhykkeiden ja ohuiden kalvojen määrittämisessä, kun Rockwell ja Brinell eivät osanneet kriittisiä vaihteluita. Esimerkki nitridoidun pinnan kovuudesta on 1000 HV 0,5 , laskee 300 HV:iin ytimessä.

Shore-kovuustestit elastomeereille ja polymeereille

Shore-kovuusmittarit ovat kannettavia laitteita, jotka mittaavat kumien, muovien ja muiden ei-metallisten materiaalien kestävyyttä jousikuormitetulla indensorilla. Kaksi yleisintä asteikkoa ovat Shore A pehmeälle kumille ja Shore D koville muoveille . Durometrin lukema 60 Shore A on tyypillinen kumirenkaan kulutuspinnalle, kun taas 80 Shore D tarkoittaa suojakypärää. Mittaus on nopea ja hajoamaton, joten se on standardi kovuuden tarkastusmenetelmä tuotantokerroksessa ja pellolla. Vaikka Shore-testejä ei käytetä metalleille, ne ovat kriittinen komponentti hybridikomponenttien, kuten kumi-metalli-kiinnikkeiden, täydellisessä kovuustestauksessa.

Kovuustestin suorittaminen: Vaiheittainen opas

Seuraava käytännön menettelytapa havainnollistaa, kuinka kovuus testataan Rockwell-penkkitesterillä, joka on yleisin teollinen skenaario. Samat näytteen valmistelun, koneen tarkastuksen ja sisennysten välisen periaatteet koskevat kaikkia menetelmiä.

1. Tarkista testaaja. Suorita päivittäinen kalibrointitarkastus sertifioidulle testikappaleelle, jonka kovuus tunnetaan. Lukeman on oltava ilmoitetun toleranssin sisällä, tyypillisesti plus tai miinus 1,0 HRC HRC-asteikolla.
2. Valmistele näytepinta. Testipinnan ja alasimen istuimen on oltava puhtaat, kuivat ja hilsettömät. Käytä ohuille tai epäsäännöllisille osille oikeaa nostoruuvia ja alasimen sisäosaa vakauden varmistamiseksi.
3. Valitse oikea asteikko ja sisennys. Jos karkaistu teräs on yli 20 HRC, asenna timanttikartion sisennys ja valitse HRC-asteikko. Käytä messinkiä tai karkaisematonta terästä varten 1/16 tuuman kuula- ja HRB-asteikkoa.
4. Aseta pieni kuorma. Nosta nostoruuvia hitaasti, kunnes sisennys koskettaa näytettä ja pieni kuorma on kohdistettu kokonaan, mikä ilmaistaan ​​viitemerkillä tai piippauksella.
5. Aseta suurin kuormitus ja ole. Käynnistä testisykli. Kone käyttää täyden pääkuorman, pitää sen määritetyn viivytysajan (yleensä 3–6 sekuntia) ja vapauttaa sen automaattisesti takaisin pienempään kuormaan.
6. Lue kovuusarvo. Rockwellin numero näytetään suoraan. Kirjaa arvo ja asteikko, esim. 58,5 HRC .
7. Säilytä oikea välimatka. Syvennysten välisen etäisyyden on oltava vähintään kolme kertaa syvennyksen halkaisija , ja jokaisen sisennyksen on oltava vähintään 2,5 kertaa halkaisija näytteen reunasta, jotta vältetään työstökovettuminen.

Oikean kovuuden tarkistusmenetelmän valitseminen

Kovuuden mittausmenetelmän valinta riippuu materiaalityypistä, osan geometriasta, mikrorakenteen mittakaavasta ja siitä, onko testi tuotannon vapautumisen vai vikaantumisen analyysiä varten. Alla olevassa taulukossa on yhteenveto ensisijaiset kovuuden tarkistusmenetelmät metallisovelluksissa ja ei-metallisovelluksissa ja tarjoaa käytännön valintaoppaan.

Viimeinen käytännön seikka: mikään yksittäinen kovuustesti ei ole universaali. Hyvin varusteltu metallurgialaboratorio käyttää a United Rockwell kovuusmittari Päivittäisiin terästuotannon tarkastuksiin, Vickers-mikrokovuusmittari vikaanalyyseihin ja kannettava Shore-mittari saapuvien kumitarkastuksiin. Menetelmän sovittaminen materiaaliin ja vaadittuun tietoon on luotettavan kovuustestauksen perusta.