Vejledning til test af metalhårdhed: Rockwell, Shore og metoder

Hårdhed er et mål for et materiales modstog mod permanent fordybning. I metalhårdhedstestning er svaret på, hvordan hårdhed måles, enkelt: en stogardiseret indenter presses ind i overfladen under en præcis belastning, og størrelsen eller dybden af aftrykket konverteres til et hårdhedstal . Til stålhårdhedstestning på produktionsgulvet er Rockwell-metoden det overvældende valg, med 60 HRC repræsenterer et typisk hærdet værktøjsstål og 25 HRC repræsenterer et blødt, bearbejdeligt blødt stål . A United Rockwell hårdhedstester er et specifikt digitalt instrument, der automatiserer denne test og leverer resultater på få sekunder. Til blødere, ikke-metalliske materialer, Shore hårdhed testere måle penetrationen af en fjederbelastet indentor og er afgørende for elastomerer og polymerer. Denne artikel giver en praktisk, metode-for-metode udforskning af hårdhedskontrolmetoder, fra de klassiske Brinell- og Vickers-teknikker til bærbare rebound-testere med eksempler på hårdhed i betonstål.

Hvordan hårdhed måles: de grundlæggende principper

Alle metoder til måling af statisk hårdhed deler en fælles sekvens: en indrykning med en kendt geometri presses ind i materialet med en kontrolleret kraft og hastighed, kraften holdes i en defineret opholdstid, og derefter måles fordybningen. Hårdhedstallet udledes af enten indtrængningsdybden eller overfladearealet af aftrykket. De tre mest almindelige indentertyper er en diamantkegle, en hærdet stål- eller karbidkugle og en diamantpyramide. Den væsentlige forskel mellem metoder ligger i kombinationen af ​​indenter, påført kraft og målemetode.

I metallurgisk hårdhedstest giver processen mere end blot et tal. Det afspejler materialets flydespænding, hærdningsgrad og mikrostruktur. A Brinell test på en grovkornet støbning , for eksempel gennemsnit af hårdheden af flere korn, mens en Vickers mikroindrykning ved 0,5 kgf kan isolere hårdheden af et enkelt korngrænsekarbid. At forstå måleprincippet er det første skridt til at vælge den korrekte test.

Rockwell hårdhedstestning: Industristandarden for metal

Rockwell hårdhedstestning er den dominerende metalhårdhedstestmetode til produktionsmiljøer, fordi den er hurtig, ikke-destruktiv i makroskala og ikke kræver optisk måling. Testen fungerer ved først at påføre en mindre belastning (typisk 10 kgf) for at sætte indrykningen på plads og etablere en nulreference. En større belastning (60, 100 eller 150 kgf) påføres derefter og fjernes efterfølgende, hvilket kun efterlader den mindre belastning. Hårdhed aflæses direkte fra en skive eller digitalt display som en omvendt funktion af den permanente dybdestigning . En typisk testcyklus tager mindre end fem sekunder.

De mest almindelige skalaer er HRC og HRB. HRC bruger en diamantkegleindrykker og en hovedbelastning på 150 kgf og bruges til hærdet stål og titanlegeringer. HRB bruger en 1/16-tommer hårdmetalkugle og en 100 kgf stor belastning til blødere materialer som kobberlegeringer og uhærdet stål. Et Rockwell-hårdhedseksempel, der styrer store dele af industrien, er specifikationen af kassehærdede gear ved 58–62 HRC , som giver optimal slidstyrke uden overdreven skørhed.

Test af stålhårdhed og typiske Rockwell-hårdhedseksempler

Stålhårdhedstestning er den hyppigste anvendelse af bænkhårdhedstestere, og Rockwell-værdier tjener som det universelle sprog til at specificere varmebehandling. Tabellen nedenfor giver direkte, praktiske eksempler på hårdhed til almindelige stålforhold. Disse værdier er, hvad en kvalitetsingeniør forventer, når han placerer en prøve på en United Rockwell hårdhedstester .

Det forenede Rockwell Hårdhedstester : En praktisk bænkløsning

Den United Rockwell hårdhedstester er et specifikt mærke af digital bænk hårdhed tester meget udbredt i metallurgi hårdhedstestning og kvalitetssikring. Modeller i United TRU-serien udfører alle almindelige og overfladiske Rockwell-vægte, inklusive HRC, HRB og HRN/T, med et lukket-sløjfe kraftpåføringssystem, der sikrer nøjagtighed bedre end plus eller minus 0,5 HRC . Instrumentet automatiserer sædet med mindre belastning, påføring af større belastning, dvæle- og aflæsningssekvens ved et tryk på en knap, hvilket eliminerer operatørens indflydelse på resultatet. Til stålhårdhedstestning betyder det, at en tekniker kan teste en batch på 50 akselprøver og opnå konsistente, repeterbare tal uden optisk måling. Testerens digitale display viser hårdhedsværdien direkte, og data kan eksporteres til statistisk proceskontrol, hvilket gør det til et centralt værktøj i ethvert bibliotek med hårdhedskontrolmetoder for metaller.

Brinell hårdhedstestning for bulk og grove materialer

Brinell er den foretrukne hårdhedsmålingsmetode for materialer med en grov eller heterogen mikrostruktur, såsom jernstøbegods, smedede dele og kobberlegeringer. A 10 mm kugle af wolframkarbid presses ind i overfladen under en høj belastning, almindeligvis 3000 kgf for stål og 500 kgf for bløde ikke-jernholdige metaller . Efter belastningsfjernelse måles aftrykkets diameter med et kalibreret mikroskop. Hårdhedstallet, angivet som HBW 10/3000 for eksempel er den påførte belastning divideret med overfladearealet af fordybningen. Fordi den store kugle prøver mange korn, er resultatet en pålidelig bulkhårdhed, der korrelerer godt med trækstyrken for mange metaller. Et typisk eksempel på hårdhed fra denne metode er 200 HBW for et gråt støbejern .

Vickers hårdhedstest: Præcision på tværs af alle skalaer

Vickers er unik blandt hårdhedsmålingsmetoder, fordi det samme firkantet diamantbaseret pyramideindrykker bruges til kræfter fra 1 gf til 120 kgf, hvilket gør testen anvendelig til alt fra en 3-mikron belægning til en tyk stålplade. Indrykningsdiagonalerne måles optisk, og hårdheden er udtrykt som HV , er belastningsuafhængig over en bred vifte. I metallurgisk hårdhedstestning er Vickers afgørende for sagsdybdebestemmelse , hvor der laves en række fordybninger på 0,5 eller 1 kgf fra overfladen til kernen for at kortlægge hårdhedsgradienten. Det er også referencemetoden til at kvalificere svejsezoner og tynde folier, hvor Rockwell og Brinell ville savne kritiske variationer. Et eksempel på hårdhed for en nitreret overflade er 1000 HV 0,5 , faldende til 300 HV i kernen.

Shore hårdhedstestere til elastomerer og polymerer

Shore hårdhed testere er bærbare instrumenter, der måler modstanden af gummi, plast og andre ikke-metalliske materialer til fordybning af en fjederbelastet indentor. De to mest almindelige skalaer er Shore A til blødt gummi og Shore D til hård plast . En durometeraflæsning på 60 Shore A er typisk for et gummidæks slidbane, mens 80 Shore D indikerer et sikkerhedshjelmmateriale. Målingen er hurtig og ikke-destruktiv, hvilket gør det til en standard hårdhedskontrolmetode på produktionsgulvet og i marken. Selvom de ikke bruges til metaller, er Shore-testere en kritisk komponent i en komplet hårdhedstestevne for hybridkomponenter som f.eks. bundne gummi-til-metal-beslag.

Sådan udføres en hårdhedstest: En trin-for-trin guide

Den following practical procedure illustrates how to hardness test using a Rockwell bench tester, the most common industrial scenario. The same principles of sample preparation, machine verification, and indentation spacing apply across all methods.

1. Bekræft testeren. Kør et dagligt kalibreringstjek på en certificeret testblok med kendt hårdhed. Aflæsningen skal ligge inden for den angivne tolerance, typisk plus eller minus 1,0 HRC for HRC-skalaen.
2. Forbered prøveoverfladen. Den test surface and the anvil seat must be clean, dry, and free of scale or decarburization. For thin or irregular parts, use the correct elevating screw and anvil insert to ensure stability.
3. Vælg den korrekte skala og indrykning. For hærdet stål over 20 HRC skal du installere diamantkegleindrykkeren og vælge HRC-skalaen. Til messing eller uhærdet stål skal du bruge 1/16-tommer kugle og HRB-skalaen.
4. Påfør den mindre belastning. Løft langsomt løfteskruen, indtil indrykket kommer i kontakt med prøven, og den mindre belastning er fuldt ud påført, angivet med et referencemærke eller bip.
5. Påfør den største belastning og dvæl. Aktiver testcyklussen. Maskinen påfører den fulde større belastning, holder den i den specificerede opholdstid (typisk 3-6 sekunder) og frigiver automatisk tilbage til den mindre belastning.
6. Aflæs hårdhedsværdien. Den Rockwell number is displayed directly. Record the value and the scale, e.g., 58,5 HRC .
7. Oprethold passende afstand. Den distance between indentations must be at least tre gange diameteren af fordybningen , og hver fordybning skal være mindst 2,5 gange diameteren fra kanten af prøven for at undgå arbejdshærdende interferens.

Valg af den rigtige hårdhedskontrolmetode

Den choice of hardness measuring method is driven by material type, part geometry, the scale of the microstructure, and whether the test is for production release or failure analysis. The table below summarizes the primary hardness checking methods for metal and non-metal applications, providing a practical selection guide.

En sidste praktisk pointe: ingen enkelt hårdhedstest er universel. Et veludstyret metallurgilaboratorium bruger en United Rockwell hårdhedstester til daglige kontrol af stålproduktionen, en Vickers mikrohårdhedstester til fejlanalyse og en bærbar Shore-måler til indgående gummiinspektioner. At matche metoden til materialet og den nødvendige information er grundlaget for pålidelig hårdhedstestning.