Hardhet er ikke en grunnleggende materialegenskap, men en målt respons på en spesifikk innrykkmetode. Det direkte praktiske svaret er det Rockwell, Brinell og Vickers er tre distinkte innrykkhardhetstester, som hver bruker en annen innrykk og belastning, og produserer verdier i forskjellige enheter eller skalaer . Rockwell bruker en dybdemåling og rapporterer et dimensjonsløst tall på skalaer som HRC eller HRB. Brinell presser en karbidkule inn i overflaten og rapporterer en verdi inn HBW (kgf/mm²) . Vickers bruker en diamantpyramide og rapporterer hardhet som HV (også i kgf/mm²) , noe som gjør den allsidig for alt fra tynne belegg til bulkmaterialer. A universell hardhetstestmaskin integrerer disse metodene i et enkelt instrument, og legger ofte til en dybdefølende Martens hardhetsevne. Det er ingen enkelt enhet for hardhetsmåling; "enheten for hardhet" er skalaavhengig, og valget mellom tester avhenger av materialtype, prøvegeometri og den spesifikke informasjonen som kreves.
Universal Hardhetstesting Machine
A universell hardhetstester er et enkelt instrument konstruert for å utføre flere standardiserte hardhetstestmetoder, typisk Rockwell, Brinell og Vickers, ved å bytte inntrykk, objektivlinser og lasteprofiler. Dette eliminerer behovet for separate dedikerte testere. Utover tradisjonelle optiske metoder, bruker avanserte universelle maskiner dybdefølende teknologi for å måle Martens hardhet (HM) og innrykkmodul i henhold til ISO 14577. Dette oppnås ved å registrere den kontinuerlige kraft-forskyvningskurven under innrykksyklusen, og gir materialparametere tilsvarende en høyhastighets kompresjonstest. En moderne universalmaskin kan for eksempel påføre testkrefter fra 1 gf til 3000 kgf , som dekker mikro-, lavbelastnings- og makroområdene for Vickers, Brinell, Rockwell og til og med Knoop og plasttester. Kraftkontrollsystemer med lukket sløyfe, ofte med en samplingshastighet på 1 til 2 kHz , sørg for at lastehastigheten og oppholdstiden er strengt i samsvar med standarder som ASTM E92 og ISO 6506.
Rockwell, Brinell og Vickers hardhetstest Fundamentals
Alle tre testene kvantifiserer et materiales motstand mot permanent plastisk deformasjon, men de skiller seg fundamentalt fra hverandre i innrykkgeometri, lastpåføring og måleprinsipp.
Rockwell hardhetstest
Rockwell-metoden måler differensiell penetrasjonsdybde av en innrykk under en foreløpig mindre belastning etterfulgt av en større belastning. Den mindre belastningen (typisk 10 kgf eller 3 kgf) etablerer en referanseposisjon, absorberer overflatefeil og elastisk deformasjon. Den største belastningen (60, 100 eller 150 kgf) påføres deretter og fjernes, og den permanente økningen i penetrasjonsdybden måles. Hardhetstallet er omvendt relatert til denne dybden og leses direkte fra en skive eller digital skjerm. A Rockwell HRC-verdi på 60 tilsvarer for eksempel en dybde på ca. 0,080 mm. Vanlige vekter inkluderer HRC (diamantkjegle, 150 kgf) for herdet stål og HRB (1/16-tommers kule, 100 kgf) for mykere legeringer. Den største fordelen er hastighet, da resultatet oppnås på sekunder uten optisk måling.
Brinell hardhetstest
Brinell-testen bruker en wolframkarbidkuleinnrykk , typisk 10 mm i diameter, presset inn i overflaten med en høy testkraft (vanligvis 3000 kgf for jernholdige metaller). Etter fjerning av lasten måles diameteren på det permanente avtrykket optisk. Brinell-hardhetstallet (HBW) beregnes som den påførte belastningen delt på det sfæriske overflatearealet til fordypningen. Et typisk resultat skrives som 350 HBW 10/3000 , som indikerer en Brinell-hardhet på 350 ved bruk av en 10 mm kule og en belastning på 3000 kgf for en hviletid på 10 til 15 sekunder. Den store fordypningen gir et gjennomsnitt av lokale mikrostrukturelle variasjoner, noe som gjør Brinell ideell for støpegods, smiing og materialer med grove kornstrukturer. Den er ikke egnet for veldig harde materialer (over 650 HBW) eller tynne seksjoner, da kulen kan deformeres eller prøven kan bli skadet.
Vickers Hardness Test
Vickers-testen bruker en diamant-firkantbasert pyramideinnrykk med en spissvinkel på 136 grader. Prinsippet er identisk over hele belastningsområdet: Innenteren presses inn i prøven under en presis kraft, og de to diagonalene til det resulterende kvadratiske avtrykket måles optisk og gjennomsnittsberegnes. Vickers hardhet er rapportert som HV , etterfulgt av testkraften i kgf, for eksempel 640 HV 30 . Enheten for Vickers hardhet er teknisk kgf/mm² , men det er konvensjonelt uttrykt som et dimensjonsløst tall. Fordi den samme innrykkformen brukes for krefter fra 1 gf til 120 kgf, er Vickers unikt i stand til å måle hardhet på tvers av skalaer, fra tynne folier og kasseherdede lag til bulkmaterialer, og resultatene er generelt lastuavhengige over noen hundre gram kraft.
Hardhetsmåleenheter på tvers av metoder
Konseptet med en "hardhetsenhet" er metodespesifikk. Hver test har sin egen rapporteringskonvensjon, og verdier kan ikke overføres direkte uten konverteringstabeller definert av ASTM E140 og ISO 18265. Tabellen nedenfor tydeliggjør enhets- og skalastrukturen for de viktigste testmetodene.
| Testmetode | Symbol | Fysisk enhet | Eksempelbetegnelse |
|---|---|---|---|
| Rockwell | HR-skala | Dimensjonsløs | 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 (Universal) | HM | N/mm² | 4500 HM 0,5/20/15 |
Omfattende sammenligning av de tre metodene
Forskjellene mellom Brinell, Rockwell og Vickers hardhetstester er ikke bare prosedyremessige; de bestemmer hvilken metode som er passende for en gitt industriell oppgave. Tabellen nedenfor gir en direkte, applikasjonsorientert sammenligning.
| Funksjon | Rockwell | Brinell | Vickers |
|---|---|---|---|
| Innrykk | Diamantkjegle eller karbidkule | 10 mm karbidkule (eller 5/2,5 mm) | Diamantpyramide (136 grader) |
| Måling | Dybde av penetrasjon | Diameter på inntrykket | Diagonal av inntrykk |
| Hastighet | Veldig raskt (3-5 sekunder) | Sakte (30 sekunder optisk) | Moderat til sakte |
| Egnethet | Produksjon QA, herdet stål, legeringer | Støpegods, smiing, grovkornede metaller | All materials, coatings, thin layers, R&D |
| Nøkkelbegrensning | Ikke for tynne eller saksherdede lag | Ikke over 650 HBW; stort skadeområde | Sakte, overflatefinish kritisk |
Hva er Vickers Hardness Test Brukes til
Vickers hardhetstest er den foretrukne metoden når en enkelt hardhetsskala må dekke hele spekteret av et produkts materialhardhet. Dens primære applikasjoner inkluderer kassedybdeanalyse av karburerte eller nitrerte stål , hvor en serie med mikroinnrykk fra overflatekanten til kjernen kartlegger hardhetsgradienten. En typisk spesifikasjon, som f.eks HV 550 ved en kassedybde på 0,5 mm , kan kun verifiseres med en Vickers mikro-hardhet travers. Testen er også viktig for kvalifiserende sveiser , hvor den varmepåvirkede sonen, basismetallet og sveisemetallet hver har forskjellige egenskaper, og den lille innrykket kan isolere disse områdene. I forskning og utvikling brukes Vickers til å karakterisere keramikk, kompositter og tynnfilmbelegg der andre innrykkere vil knuses eller kreve for stort fotavtrykk. For eksempel kan et TiN hardt belegg på 3 mikron tykt testes pålitelig 0,025 kgf (25 gf) 0,5 mikron dyp, uten påvirkning fra substratet.
Webster vs Rockwell hardhet
Webster hardhetstester er et bærbart, direktelesende instrument som bruker en spesifikk innrykkmetode. Det er ikke direkte ekvivalent med en spesifikk Rockwell-skala, men Webster hardhetsverdier er empirisk korrelert til Rockwell B og Rockwell H skalaer for aluminiumslegeringer . Webster B-skalaen, for eksempel, dekker omtrent fra WB 0 til WB 20 , som tilsvarer ca. 25 til 100 HRB for aluminiumsprofiler og -plater. Webster-testerens fordel ligger i dens portabilitet og evne til å teste store enheter, varmevekslere og flystrukturer som ikke kan bringes til en benk Rockwell-tester. Korrelasjonen er imidlertid materialspesifikk. En Webster-tester kalibrert for 6061-T6 aluminium vil ikke gi nøyaktige Rockwell-ekvivalenter for 7075 eller for andre metaller. For nøyaktig materialsertifisering kreves det en Rockwell- eller Brinell-benktest, med Webster som et praktisk verktøy for feltscreening.
Hvordan velge den riktige hardhetstesten for applikasjonen din
Valget av test er drevet av materialtype, prøvegeometri, produksjonsvolum og nødvendig informasjon. Følgende beslutningslogikk, basert på praktiske industrielle scenarier, gir en konstruktiv veiledning.
- For store støpegods eller smiing med grove mikrostrukturer , velg Brinell-testen. Kuleinntrykket på 10 mm gir gjennomsnittlig korngrense- og fasevariasjoner, noe som gir en bulkhardhet som er representativ for komponentens generelle mekaniske egenskaper. En standardtest ved 3000 kgf med en 10 mm kule er standard for støpegods av jern og stål.
- For høyvolumsproduksjon kvalitetskontroll av maskinerte deler , Rockwell er standarden. En 3-sekunders HRC-test kan opprettholde prosesskapasitetsindeksen til en varmebehandlingslinje uten å skape en flaskehals. Bruk HRC for herdet stål over 20 HRC og HRB for mykere ikke-jernholdige legeringer.
- For kasseherdede, tynne eller belagte komponenter , micro-Vickers er det eneste passende valget. En belastning på 500 gf eller 1 kgf og en Knoop- eller Vickers-innrykk kan måle kjerne-til-kasse-gradienten uten at fordypningen strekker seg gjennom det herdede laget.
- For sveiser, skjøter og varmepåvirkede soner , Vickers eller Knoop lavkrafttesting (1-5 kgf) kan løse hardhetsvariasjoner over det smale båndet til et sveisegrensesnitt, noe som er avgjørende for å unngå hydrogensprekking eller sprø fasedannelse.
- Når materialegenskaper utover et enkelt hardhetstall er nødvendig , en universell hardhetstester i Martens-modus gir innrykkhardhet, elastisitetsmodul, krype- og avspenningsadferd fra en enkelt instrumentert innrykktest, som er verdifull for polymer-, keramikk- og avansert materialutvikling.
Konvertering mellom hardhetsskalaer
Hardhetsskalakonverteringer er omtrentlige, og ansvarlig praksis er å bruk dem kun for sammenligning, aldri for spesifikasjoner . Konverteringsforholdet mellom Brinell, Rockwell og Vickers avhenger av materialets arbeidsherdende oppførsel, så en ASTM E140 konverteringstabell for austenittisk rustfritt stål vil avvike fra den for karbon og lavlegert stål. Som et praktisk eksempel, et typisk karbonstål med 640 HV 30 tilsvarer ca 56 HRC og 600 HBW . For et fullstendig herdet austenittisk rustfritt stål kan imidlertid den samme 56 HRC tilsvare bare 250 HBW. Når en spesifikasjon krever rapportering i en bestemt skala, må testen utføres direkte i den skalaen. En universell hardhetstestmaskin kan minimere denne usikkerheten ved å utføre testen i den nødvendige metoden uten å ty til konvertering.
