Hårdhedstester Vejledning: Rockwell og Vickers metoder forklaret
A hårdhedstester måler et materiales modstand mod lokal plastisk deformation, typisk ved at trykke en hærdet indrykning ind i materialets overflade under en kontrolleret belastning og vurdere enten dybden eller størrelsen af den resulterende fordybning. Hårdhedstestning er en af de mest udbredte kvalitetskontrolkontroller inden for metalbearbejdning, varmebehandling og materialeteknik, da hårdhed korrelerer tæt med slidstyrke, trækstyrke og bearbejdelighed, hvilket giver producenterne en hurtig, stort set ikke-destruktiv måde at verificere, at en del opfylder dens materialespecifikation.
Mens der findes snesevis af hårdhedstestningsmetoder og skalaer, forbliver Rockwell og Vickers de to mest specificerede inden for industri- og laboratoriemiljøer, hver egnet til forskellige materialetyper, delegeometrier og præcisionskrav. Denne vejledning dækker, hvordan en hårdhedstester fungerer generelt, hvordan man bruger en Rockwell hårdhedstester trin for trin, og hvad der adskiller en Vickers hårdhedstestermaskine fra andre testmetoder.
Sådan fungerer en hårdhedstester
Enhver hårdhedstester, uanset metode, arbejder efter det samme grundlæggende princip: påfør en kendt kraft gennem en indrykning af en bestemt form og materiale, og mål derefter den resulterende deformation for at udlede en hårdhedsværdi. Det, der adskiller sig mellem testmetoderne, er indrykningsgeometrien, den påførte belastning, og om målingen er baseret på indrykningsdybde, målt direkte af maskinen, eller indrykningsstørrelse, målt optisk efter at belastningen er fjernet.
Rockwell-test måler indrykningsdybden direkte ved hjælp af enten en diamantkegle eller en hærdet stålkugle afhængigt af den specifikke skala, der anvendes, og producerer en hårdhedsaflæsning næsten øjeblikkeligt, da maskinen beregner værdien automatisk ud fra dybdeforskellen mellem en mindre og større belastning. Vickers og Brinell-tests er derimod afhængige af måling af de fysiske dimensioner af fordybningen, der er tilbage i materialets overflade, typisk under et mikroskop eller med et integreret optisk målesystem, og beregning af hårdhed ud fra det målte fordybningsområde.
Valget af den rigtige hårdhedstester og skala til et givet materiale og anvendelse afhænger af faktorer, herunder materialets forventede hårdhedsområde, tykkelsen og overfladefinishen af prøveemnet, og om anvendelsen kræver et hurtigt produktions-gulvkontrol eller en præcis måling af laboratoriekvalitet. Teststandarder såsom ASTM E18 for Rockwell og ASTM E92 for Vickers definerer de nøjagtige procedurer, belastninger og kalibreringskrav, som producenter og laboratorier forventes at følge for sporbare, gentagelige resultater.
Sådan bruger du en Rockwell hårdhedstester
Korrekt brug af en Rockwell hårdhedstester starter med at forberede prøveemnet: overfladen, der testes, skal være ren, flad og fri for kedelsten, oxidation eller overfladeuregelmæssigheder, der kan forvrænge aflæsningen, da selv mindre overfladeforurening kan forvride resultaterne betydeligt. Prøvestykket placeres på maskinens ambolt, og den passende indenter, enten en diamantkegle til hårdere materialer eller en stålkugle til de blødere, sammen med den korrekte skalaspecifikke belastning, vælges ud fra den materialetype og det forventede hårdhedsområde, der testes.
Selve afprøvningsprocessen følger en to-trins belastningssekvens: en mindre belastning påføres først for at sætte indrykket fast mod materialeoverfladen og etablere et stabilt referencepunkt, hvorefter den største belastning påføres og holdes i en specificeret opholdstid for at tillade materialet at reagere fuldt ud på den påførte kraft. Når den største belastning er fjernet, mens den mindre belastning forbliver, måler maskinen forskellen i indrykningsdybde mellem de to belastningstrin, og denne dybdeforskel konverteres direkte til en Rockwell-hårdhedsværdi, der vises på testerens urskive eller digitale udlæsning.
For at få ensartede, nøjagtige resultater bør operatører tage flere aflæsninger på tværs af forskellige punkter på prøveemnet i stedet for at stole på en enkelt måling, da mindre materialeuoverensstemmelser eller overfladevariationer kan forårsage, at individuelle aflæsninger varierer. Afstand mellem testpunkter langt nok fra hinanden til at undgå interferens fra spændingsfeltet skabt af tilstødende fordybninger, og opretholdelse af testerens kalibrering gennem regelmæssig verifikation med certificerede testblokke, er begge væsentlige metoder til at producere pålidelige Rockwell-hårdhedsdata over tid.
Vickers hårdhedstestermaskine: Hvordan det adskiller sig
A Vickers hårdhedstester maskine anvender en præcist formet diamantindrykker i form af en firkantbaseret pyramide, presset ind i materialeoverfladen under en valgt belastning, og i modsætning til Rockwell-testning beregnes hårdhedsværdien ud fra den målte diagonallængde af den efterladte fordybning frem for ud fra fordybningsdybden målt under selve testen. Denne optiske målemetode kræver et integreret mikroskop eller kamerasystem, der er i stand til at måle fordybningsdiagonalerne med høj præcision, da selv små målefejl oversættes direkte til unøjagtighed i hårdhedsværdien.
En af de vigtigste fordele ved Vickers-testning er dens ekstremt brede anvendelige hårdhedsområde og dens evne til at teste et bredt spektrum af materialer, fra meget bløde metaller til ekstremt hårde, skøre materialer, ved at bruge den samme indenter-geometri hele vejen igennem, hvilket ikke er tilfældet med Rockwell-testning, hvor forskellige skalaer kræver forskellige indenters og belastninger for forskellige hårdhedsintervaller. Denne alsidighed gør Vickers testere særligt værdifulde i forsknings- og kvalitetskontrolmiljøer, der håndterer en lang række materialetyper og hårdhedsniveauer uden at skulle skifte udstyrskonfigurationer.
Moderne Vickers hårdhedstestermaskiner inkorporerer i stigende grad automatiseret optisk målesoftware, der fanger indrykningsbilledet og beregner diagonalmålingerne og den resulterende hårdhedsværdi automatisk, hvilket væsentligt reducerer operatørens subjektivitet, som historisk set var en begrænsning af manuel mikroskopbaseret måling. Denne automatisering har gjort Vickers test betydeligt hurtigere og mere konsistent end tidligere manuelle målemetoder, mens den stadig har bevaret den fine præcision og brede materialeanvendelse, der gør Vickers test til den foretrukne metode til mikro-hårdhedstestning af tynde belægninger, små dele og kassehærdede overfladelag.
Sammenligning af almindelige hårdhedstestmetoder efter indenteringstype, målegrundlag og typisk anvendelse.
