Testveiledning for metallhardhet: Rockwell, Shore og metoder

Hardhet er et mål på et materiales motstog mot permanent innrykk. I metallhardhetstesting er svaret på hvordan hardheten måles enkelt: en stogardisert indenter presses inn i overflaten under en presis belastning, og størrelsen eller dybden på avtrykket konverteres til et hardhetstall . For hardhetstesting av stål på produksjonsgulvet er Rockwell-metoden det overveldende valget, med 60 HRC som representerer et typisk herdet verktøystål og 25 HRC som representerer et mykt, bearbeidbart bløtt stål . A United Rockwell hardhetstester er et spesifikt digitalt instrument som automatiserer denne testen, og leverer resultater på sekunder. For mykere, ikke-metalliske materialer, Shore hardhet testere måle penetrasjonen til en fjærbelastet innrykker og er avgjørende for elastomerer og polymerer. Denne artikkelen gir en praktisk, metode-for-metode utforskning av hardhetskontrollmetoder, fra de klassiske Brinell- og Vickers-teknikkene til bærbare returtestere, med eksempler på hardhet i betongstål.

Hvordan hardhet måles: de grunnleggende prinsippene

Alle metoder for måling av statisk hardhet deler en felles sekvens: en innrykk med kjent geometri presses inn i materialet med en kontrollert kraft og hastighet, kraften holdes i en definert oppholdstid, og deretter måles inntrykket. Hardhetstallet er utledet fra enten penetreringsdybden eller overflatearealet til avtrykket. De tre vanligste innrykktypene er en diamantkjegle, en herdet stål- eller karbidkule og en diamantpyramide. Den vesentlige forskjellen mellom metodene ligger i kombinasjonen av innrykk, påført kraft og målemetode.

I metallurgisk hardhetstesting gir prosessen mer enn bare et tall. Det gjenspeiler materialets flytestyrke, arbeidsherdingsgrad og mikrostruktur. A Brinell test på en grovkornet støping , for eksempel, gjennomsnitt av hardheten til flere korn, mens en Vickers mikroinnrykk ved 0,5 kgf kan isolere hardheten til et enkelt korngrensekarbid. Å forstå måleprinsippet er det første trinnet for å velge riktig test.

Rockwell hardhetstesting: industristandarden for metall

Rockwell hardhetstesting er den dominerende metallhardhetstestmetoden for produksjonsmiljøer fordi den er rask, ikke-destruktiv i makroskala og ikke krever optisk måling. Testen fungerer ved først å påføre en mindre belastning (vanligvis 10 kgf) for å sette innrykk og etablere en nullreferanse. En større belastning (60, 100 eller 150 kgf) påføres deretter og fjernes deretter, og bare den mindre belastningen blir igjen. Hardhet leses direkte fra en skive eller digital skjerm som en invers funksjon av den permanente dybdeøkningen . En typisk testsyklus tar mindre enn fem sekunder.

De vanligste skalaene er HRC og HRB. HRC bruker en diamantkjegleinnrykk og en hovedbelastning på 150 kgf og brukes til herdet stål og titanlegeringer. HRB bruker en 1/16-tommers karbidkule og en 100 kgf stor belastning for mykere materialer som kobberlegeringer og uherdet stål. Et Rockwell-hardhetseksempel som styrer mye av industrien er spesifikasjonen av kasseherdede gir ved 58–62 HRC , som gir optimal slitestyrke uten overdreven sprøhet.

Testing av stålhardhet og typiske Rockwell-hardhetseksempler

Stålhardhetstesting er den hyppigste bruken av benkehardhetstestere, og Rockwell-verdier fungerer som det universelle språket for å spesifisere varmebehandling. Tabellen nedenfor gir direkte, praktiske eksempler på hardhet for vanlige stålforhold. Disse verdiene er hva en kvalitetsingeniør forventer når han plasserer en prøve på en United Rockwell hardhetstester .

United Rockwell Hardhetstester : En praktisk benkløsning

Den United Rockwell hardhetstester er et spesifikt merke av digital benkehardhetstester som er mye brukt i metallurgihardhetstesting og kvalitetssikring. Modeller i United TRU-serien utfører alle vanlige og overfladiske Rockwell-vekter, inkludert HRC, HRB og HRN/T, med et kraftpåføringssystem med lukket sløyfe som sikrer nøyaktighet bedre enn pluss eller minus 0,5 HRC . Instrumentet automatiserer plassering av mindre belastninger, påføring av større belastninger, hvile- og lossesekvenser ved å trykke på en knapp, og eliminerer operatørens innflytelse på resultatet. For hardhetstesting av stål betyr dette at en tekniker kan teste en batch med 50 akselprøver og oppnå konsistente, repeterbare tall uten optisk måling. Testerens digitale display viser hardhetsverdien direkte, og data kan eksporteres for statistisk prosesskontroll, noe som gjør det til et sentralt verktøy i ethvert bibliotek for hardhetskontrollmetoder for metaller.

Brinell hardhetstesting for bulk og grove materialer

Brinell er den foretrukne metoden for hardhetsmåling for materialer med grov eller heterogen mikrostruktur, som støpegods av jern, smidde deler og kobberlegeringer. A 10 mm wolframkarbidkule presses inn i overflaten under høy belastning, vanligvis 3000 kgf for stål og 500 kgf for myke ikke-jernholdige metaller . Etter lastfjerning måles avtrykkets diameter med et kalibrert mikroskop. Hardhetstallet, rapportert som HBW 10/3000 for eksempel er den påførte belastningen delt på overflatearealet til fordypningen. Fordi den store kulen prøver mange korn, er resultatet en pålitelig bulkhardhet som korrelerer godt med strekkfastheten for mange metaller. Et typisk eksempel på hardhet fra denne metoden er 200 HBW for a gray cast iron .

Vickers hardhetstesting: presisjon på tvers av alle skalaer

Vickers er unik blant hardhetsmålemetoder fordi det samme diamant-firkantbasert pyramideinnrykk brukes for krefter fra 1 gf til 120 kgf, noe som gjør testen anvendelig på alt fra et 3-mikrons belegg til en tykk stålplate. Innrykkdiagonalene måles optisk, og hardheten, uttrykt som HV , er lastuavhengig over et bredt spekter. I metallurgisk hardhetstesting er Vickers avgjørende for saksdybdebestemmelse , hvor en serie med fordypninger ved 0,5 eller 1 kgf lages fra overflaten til kjernen for å kartlegge hardhetsgradienten. Det er også referansemetoden for å kvalifisere sveisesoner og tynne folier der Rockwell og Brinell ville savne kritiske variasjoner. Et eksempel på hardhet for en nitrert overflate er 1000 HV 0,5 , fallende til 300 HV i kjernen.

Shore hardhetstestere for elastomerer og polymerer

Shore hardhetstestere er bærbare instrumenter som måler motstanden til gummi, plast og andre ikke-metalliske materialer mot innrykk av en fjærbelastet innrykker. De to vanligste skalaene er Shore A for myk gummi og Shore D for hardplast . En durometeravlesning på 60 Shore A er typisk for et gummidekk, mens 80 Shore D indikerer et hardhattmateriale. Målingen er rask og ikke-destruktiv, noe som gjør den til en standard hardhetskontrollmetode på produksjonsgulvet og i felten. Selv om de ikke brukes for metaller, er Shore-testere en kritisk komponent i en fullstendig hardhetstesting for hybridkomponenter som fester av gummi-til-metall.

Slik utfører du en hardhetstest: en trinn-for-trinn-veiledning

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. Bekreft testeren. Kjør en daglig kalibreringssjekk på en sertifisert testblokk med kjent hardhet. Avlesningen må være innenfor den angitte toleransen, typisk pluss eller minus 1,0 HRC for HRC-skalaen.
2. Forbered prøveoverflaten. 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. Velg riktig skala og innrykk. For herdet stål over 20 HRC, installer diamantkjeglen og velg HRC-skalaen. For messing eller uherdet stål, bruk 1/16-tommers kule og HRB-skala.
4. Påfør den mindre belastningen. Løft løfteskruen sakte til innrykket kommer i kontakt med prøven og den mindre belastningen er helt påført, indikert med et referansemerke eller et pip.
5. Påfør den største belastningen og dvel. Aktiver testsyklusen. Maskinen påfører hele hovedbelastningen, holder den i den angitte hviletiden (vanligvis 3–6 sekunder), og slipper automatisk tilbake til den mindre belastningen.
6. Les hardhetsverdien. Den Rockwell number is displayed directly. Record the value and the scale, e.g., 58,5 HRC .
7. Oppretthold riktig avstand. Den distance between indentations must be at least tre ganger diameteren på fordypningen , og hver fordypning må være minst 2,5 ganger diameteren fra kanten av prøven for å unngå arbeidsherdende interferens.

Velge riktig hardhetskontrollmetode

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.

Et siste praktisk poeng: ingen enkelt hardhetstest er universell. Et velutstyrt metallurgilaboratorium bruker en United Rockwell hardhetstester for daglige kontroller av stålproduksjon, en Vickers mikrohardhetstester for feilanalyse, og en bærbar Shore-måler for innkommende gummiinspeksjoner. Å matche metoden til materialet og den nødvendige informasjonen er grunnlaget for pålitelig hardhetstesting.