Kovuus ei ole materiaalin perustavanlaatuinen ominaisuus, vaan mitattu vaste tiettyyn sisennysmenetelmään. Suora käytännön vastaus on, että Rockwell, Brinell ja Vickers ovat kolme erillistä painaumakovuustestiä, joista jokainen käyttää eri sisennystä ja kuormaa ja tuottavat arvot eri yksiköissä tai asteikoissa. . Rockwell käyttää syvyysmittausta ja raportoi mittaamattoman luvun asteikoissa, kuten HRC tai HRB. Brinell painaa kovametallipallon pintaan ja ilmoittaa arvon HBW (kgf/mm²) . Vickers käyttää timanttipyramidia ja raportoi kovuuden muodossa HV (myös kgf/mm²) , mikä tekee siitä monipuolisen kaikkeen ohuista pinnoitteista bulkkimateriaaleihin. A yleinen kovuustestauskone integroi nämä menetelmät yhdeksi instrumentiksi ja lisää usein syvyyttä mittaavan Martensin kovuuden. Ei ole olemassa yhtä kovuuden mittayksikköä; "kovuuden yksikkö" on mittakaavasta riippuvainen, ja valinta testien välillä riippuu materiaalityypistä, näytteen geometriasta ja vaadituista tiedoista.
Universaali kovuustestauskone
A yleinen kovuusmittari on yksi instrumentti, joka on suunniteltu suorittamaan useita standardoituja kovuustestimenetelmiä, tyypillisesti Rockwell, Brinell ja Vickers, vaihtamalla sisennyksiä, objektiivilinssejä ja latausprofiileja. Tämä eliminoi erillisten testaajien tarpeen. Perinteisten optisten menetelmien lisäksi kehittyneet yleiskoneet käyttävät mittaamiseen syvyystunnistustekniikkaa Martensin kovuus (HM) ja sisennysmoduuli ISO 14577:n mukaisesti. Tämä saavutetaan tallentamalla jatkuva voima-siirtymäkäyrä sisennysjakson aikana, jolloin saadaan materiaaliparametrit, jotka vastaavat nopeaa puristustestiä. Esimerkiksi nykyaikainen yleiskone voi kohdistaa testivoimia 1 gf - 3000 kgf , joka kattaa Vickers-, Brinell-, Rockwell- ja jopa Knoop- ja muovitestien mikro-, matalakuormitus- ja makrotestit. Suljetun silmukan voimanohjausjärjestelmät, joiden näytteenottotaajuus on usein 1-2 kHz , varmista, että latausnopeus ja viipymäaika ovat tiukasti standardien, kuten ASTM E92 ja ISO 6506, mukaisia.
Rockwellin, Brinellin ja Vickersin kovuustestin perusteet
Kaikki kolme testiä mittaavat materiaalin kestävyyttä pysyvää plastista muodonmuutosta vastaan, mutta ne eroavat olennaisesti sisennysgeometrian, kuormituksen ja mittausperiaatteen osalta.
Rockwellin kovuustesti
Rockwellin menetelmä mittaa erillinen tunkeutumissyvyys sisennys alustavassa pienessä kuormassa, jota seuraa suuri kuorma. Pieni kuormitus (tyypillisesti 10 kgf tai 3 kgf) muodostaa vertailuasennon, joka vaimentaa pinnan epätasaisuudet ja elastiset muodonmuutokset. Suurin kuormitus (60, 100 tai 150 kgf) kohdistetaan ja poistetaan, ja tunkeutumissyvyyden pysyvä kasvu mitataan. Kovuusluku on käänteisesti verrannollinen tähän syvyyteen, ja se luetaan suoraan valitsimesta tai digitaalisesta näytöstä. A Rockwell HRC arvo 60 , esimerkiksi vastaa noin 0,080 mm:n syvyyttä. Yleisiä vaakoja ovat HRC (timanttikartio, 150 kgf) karkaistuille teräksille ja HRB (1/16 tuuman pallo, 100 kgf) pehmeämmille seoksille. Suurin etu on nopeus, sillä tulos saadaan sekunneissa ilman optista mittausta.
Brinellin kovuustesti
Brinell-testissä käytetään a volframikarbidipallon sisennys , tyypillisesti 10 mm halkaisijaltaan, puristettu pintaan suurella testivoimalla (yleensä 3000 kgf rautametallien osalta). Kuorman poistamisen jälkeen pysyvän jäljen halkaisija mitataan optisesti. Brinell-kovuusluku (HBW) lasketaan kohdistamalla kuormituksella jaettuna sisennyksen pallomaisella pinta-alalla. Tyypillinen tulos kirjoitetaan muodossa 350 HBW 10/3000 , joka osoittaa Brinell-kovuuden 350 käyttämällä 10 mm:n palloa ja 3000 kgf:n kuormaa 10-15 sekunnin viipymäajalla. Suuri syvennys laskee paikallisia mikrorakenteiden vaihteluita, mikä tekee Brinellistä ihanteellisen valukappaleille, takomoille ja materiaaleille, joissa on karkea rakeisuus. Se ei sovellu erittäin koville materiaaleille (yli 650 HBW) tai ohuille osille, koska pallo voi vääntyä tai näyte voi vaurioitua.
Vickersin kovuustesti
Vickers-testissä käytetään a timanttineliöpohjainen pyramidin sisennys jonka huippukulma on 136 astetta. Periaate on identtinen koko kuormitusalueella: sisennys painetaan näytteeseen tarkalla voimalla, ja tuloksena olevan neliömäisen jäljennöksen kaksi diagonaalia mitataan optisesti ja lasketaan keskiarvo. Vickersin kovuus ilmoitetaan muodossa HV , jota seuraa esimerkiksi testivoima kgf 640 HV 30 . Vickersin kovuuden yksikkö on teknisesti kgf/mm² , mutta se ilmaistaan tavanomaisesti dimensiottomana lukuna. Koska samaa sisennysmuotoa käytetään voimille 1 gf - 120 kgf, Vickers pystyy ainutlaatuisella tavalla mittaamaan kovuutta eri asteikoissa ohuista kalvoista ja kotelokarkaistuista kerroksista bulkkimateriaaleihin, ja tulokset ovat yleensä kuormituksesta riippumattomia yli muutaman sadan gramman voiman.
Kovuuden mittayksiköt eri menetelmissä
Käsite "kovuusyksikkö" on menetelmäkohtainen. Jokaisella testillä on oma raportointikäytäntönsä, eivätkä arvot ole suoraan siirrettävissä ilman ASTM E140:n ja ISO 18265:n määrittelemiä muunnostaulukoita. Alla oleva taulukko selventää tärkeimpien testimenetelmien yksikkö- ja asteikkorakennetta.
| Testimenetelmä | Symboli | Fyysinen yksikkö | Esimerkkinimitys |
|---|---|---|---|
| Rockwell | HR-asteikko | Mitattomat | 60 HRC |
| Brinell | HBW | kgf/mm² | 350 HBW 10/3000 |
| Vickers | HV | kgf/mm² | 640 HV 30 |
| Knoop | HK | kgf/mm² | 1000 HK 0.1 |
| Martens (universaali) | HM | N/mm² | 4500 HM 0,5/20/15 |
Kolmen menetelmän kattava vertailu
Erot Brinell-, Rockwell- ja Vickers-kovuustestien välillä eivät ole vain menettelyllisiä; ne määrittävät, mikä menetelmä on sopiva tiettyyn teolliseen tehtävään. Seuraava taulukko tarjoaa suoran, sovelluskohtaisen vertailun.
| Ominaisuus | Rockwell | Brinell | Vickers |
|---|---|---|---|
| Sisennä | Timanttikartio tai kovametallipallo | 10 mm kovametallikuula (tai 5/2,5 mm) | Timanttipyramidi (136 astetta) |
| Mittaus | Tunkeutumissyvyys | Jäljennöksen halkaisija | Vaikutuksen diagonaali |
| Nopeus | Erittäin nopea (3-5 sekuntia) | Hidas (optinen 30 sekuntia) | Kohtalaista hitaaseen |
| Sopivuus | Tuotannon laadunvarmistus, karkaistu teräs, metalliseokset | Valukappaleet, takeet, karkearakeiset metallit | All materials, coatings, thin layers, R&D |
| Näppäinrajoitus | Ei ohuille tai karkaistuille kerroksille | Ei yli 650 HBW; suuri vaurioalue | Hidas, pinnan viimeistely kriittinen |
Mikä on Vickers Kovuustesti Käytetty
Vickersin kovuustesti on suositeltava menetelmä, kun yhden kovuusasteikon on katettava tuotteen koko materiaalin kovuusalue. Sen ensisijaisia sovelluksia ovat mm koteloitujen tai nitridoitujen terästen syväanalyysi , jossa sarja mikrosyvennyksiä pinnan reunasta ytimeen kartoittaa kovuusgradientin. Tyypillinen erittely, esim HV 550 kotelon syvyydessä 0,5 mm , voidaan todentaa vain Vickersin mikrokovuuden traversilla. Testi on myös välttämätön päteviä hitsejä , jossa lämmön vaikutusalueella, perusmetallilla ja hitsausmetallilla on kullakin erilaiset ominaisuudet, ja pieni sisennys voi eristää nämä alueet. Tutkimus- ja kehitystyössä Vickersiä käytetään luonnehtimaan keramiikkaa, komposiittia ja ohutkalvopinnoitteita, joissa muut sisennykset rikkoutuvat tai vaativat liian suuren jalanjäljen. Esimerkiksi 3 mikronin paksuinen TiN-kovapinnoite voidaan testata luotettavasti 0,025 kgf (25 gf) , joka tuottaa noin 0,5 mikronia syvän painauma ilman substraatin vaikutusta.
Webster vs Rockwell Hardness
Webster-kovuusmittari on kannettava, suoralukulaite, joka käyttää tiettyä sisennysmenetelmää. Se ei vastaa suoraan tiettyä Rockwell-asteikkoa, mutta Websterin kovuusarvot korreloivat empiirisesti Rockwell B- ja Rockwell H -asteikkojen kanssa alumiiniseoksille . Esimerkiksi Webster B -asteikko kattaa suunnilleen alkaen WB 0 - WB 20 , joka vastaa noin 25-100 HRB alumiinipuristeille ja -levyille. Webster-testaajan etuna on sen siirrettävyys ja kyky testata suuria kokoonpanoja, lämmönvaihtimia ja lentokoneiden rakenteita, joita ei voi tuoda Rockwell-penkkitesteriin. Korrelaatio on kuitenkin materiaalikohtainen. 6061-T6-alumiinille kalibroitu Webster-testeri ei anna tarkkoja Rockwell-vastineita 7075:lle tai muille metalleille. Tarkkaa materiaalin sertifiointia varten vaaditaan Rockwell- tai Brinell-penkkitesti, ja Webster toimii kätevänä kenttäseulontatyökaluna.
Kuinka valita oikea kovuustesti sovelluksellesi
Testin valintaan vaikuttavat materiaalityyppi, näytteen geometria, tuotantomäärä ja vaaditut tiedot. Seuraava päätöslogiikka, joka perustuu käytännön teollisiin skenaarioihin, tarjoaa rakentavan oppaan.
- Suurille valukappaleille tai takomoille, joissa on karkea mikrorakenne , valitse Brinell-testi. 10 mm:n pallon syvennys laskee raeraja- ja faasivaihteluiden keskiarvoa, mikä antaa bulkkikovuuden, joka edustaa komponentin yleisiä mekaanisia ominaisuuksia. Vakiotesti 3000 kgf:lla 10 mm:n kuulalla on oletusarvo rauta- ja teräsvaluille.
- Koneistettujen osien suuren volyymin tuotannon laadunvalvontaan , Rockwell on standardi. Kolmen sekunnin HRC-testillä voidaan ylläpitää lämpökäsittelylinjan prosessikykyindeksiä ilman pullonkaulaa. Käytä HRC:tä karkaistuille teräksille, joiden HRC on yli 20 HRC, ja HRB:tä pehmeämmille ei-rautametalliseoksille.
- Kovakarkaistuille, ohuille tai pinnoitetuille komponenteille , mikro-Vickers on ainoa sopiva valinta. 500 gf:n tai 1 kgf:n kuormalla ja Knoop- tai Vickers-indenterillä voidaan mitata ytimen ja kotelon välinen gradientti ilman, että sisennys ulottuu kovetetun kerroksen läpi.
- Hitsauksille, liitoksille ja lämpövaurioalueille , Vickersin tai Knoopin matalavoimatestaus (1–5 kgf) voi ratkaista kovuusvaihtelut hitsausrajapinnan kapealla kaistalla, mikä on kriittistä vetyhalkeilun tai hauraiden faasien muodostumisen välttämiseksi.
- Kun tarvitaan materiaalin ominaisuuksia, jotka ylittävät yhden kovuusluvun , yleinen kovuusmittari Martens-tilassa tarjoaa painumakovuuden, kimmomoduulin, virumisen ja rentoutumiskäyttäytymisen yhdestä instrumentoidusta painaumatestistä, mikä on arvokasta polymeerien, keramiikan ja edistyneen materiaalin kehittämisessä.
Muuntaminen kovuusasteikkojen välillä
Kovuusasteikon muunnokset ovat likimääräisiä, ja vastuullinen käytäntö on käytä niitä vain vertailuun, älä koskaan määrittelyyn . Brinellin, Rockwellin ja Vickersin välinen muunnossuhde riippuu materiaalin kovettumiskäyttäytymisestä, joten austeniittisen ruostumattoman teräksen ASTM E140 -muunnostaulukko eroaa hiili- ja niukkaseosteisen teräksen taulukosta. Käytännön esimerkkinä tyypillinen hiiliteräs 640 HV 30 vastaa suunnilleen 56 HRC ja 600 HBW . Täysin työkarkaistulle austeniittiselle ruostumattomalle teräkselle sama 56 HRC saattaa kuitenkin vastata vain 250 HBW:tä. Kun eritelmä edellyttää raportointia tietyssä mittakaavassa, testi on suoritettava suoraan kyseisessä mittakaavassa. Universaali kovuustestauskone voi minimoida tämän epävarmuuden suorittamalla testin vaaditulla menetelmällä ilman muuntamista.
