Ile wiesz o twardości materiału?

Aby zapewnić wydajność i żywotność, materiał narzędzi tnących, pomiarowychnarzędzi i formstosowanych w produkcji mechanicznej, powinien charakteryzować się wystarczającą twardością.

Dzisiaj omówię z Państwem twardość materiału.

Twardość to miara zdolności materiału do opierania się lokalnym odkształceniom, zwłaszcza odkształceniom plastycznym, wgnieceniom lub zarysowaniom. Ogólnie rzecz biorąc, im większa twardość materiału, tym lepsza jego odporność na zużycie, na przykład koła zębate i inne części mechaniczne będą wymagać pewnej twardości, aby zapewnić wystarczającą odporność na zużycie i żywotność.

Rodzaje twardości

Jak pokazano powyżej, istniało tak wiele rodzajów twardości. Przedstawię Państwu powszechnie stosowane i praktyczne metody badania twardości przez wciskanie w przypadku metali.

Definicja twardości

1. Twardość Brinella

Metoda badania twardości Brinella (symbol HB), która stała się zaakceptowaną specyfikacją twardości, jest jedną z pierwszych opracowanych i podsumowanych metod, która przyczyniła się do powstania innych metod badania twardości.

Zasada badania twardości Brinella polega na tym, że wgłębnik (kulka stalowa lub kulka z węglika spiekanego, o średnicy D mm) wywiera siłę próby F, po wciśnięciu próbki oblicza się pole styku S (mm²) między wgłębnikiem kulkowym a próbką na podstawie średnicy d (mm) wgniecenia pozostawionego przez wgłębnik, a wartość uzyskaną przez siłę próby odejmuje się. Gdy wgłębnikiem jest kulka stalowa, symbol to HBS, a gdy kulka z węglika spiekanego, to HBW. k jest stałą (1/g = 1/9,80665 = 0,102).

2. Twardość Vickersa

Twardość Vickersa (symbol HV) jest najczęściej stosowaną metodą badawczą, którą można badać przy dowolnej sile próby, zwłaszcza w zakresie małych twardości poniżej 9,807 N.

Twardość Vickersa to wartość uzyskana przez podzielenie siły próby F (N) przez pole styku S (mm²) między płytką wzorcową a wgłębnikiem, obliczona na podstawie długości przekątnej d (mm, średnia długość w obu kierunkach) wgniecenia utworzonego na płytce wzorcowej przez wgłębnik (czworokątny stożkowy diament, kąt powierzchni względnej = 136°) przy sile próby F (N). k jest stałą (1/g = 1/9,80665).

3. Twardość Knoopa

Twardość Knoopa (symbol HK), jak pokazano w poniższym wzorze, jest obliczana przez podzielenie siły próby przez pole projekcji wgniecenia A (mm²) na podstawie dłuższej długości przekątnej d (mm) wgniecenia utworzonego na płytce wzorcowej przy sile próby F przez wciśnięcie długiego wgłębnika diamentowego o kątach bocznych 172°30' i 130°.

Twardość Knoopa można również mierzyć, zastępując wgłębnik Vickersa w mikrotwardościomierzu wgłębnikiem Knoopa.

4. Twardość Rockwella

Twardość Rockwella (symbol HR) lub twardość powierzchniowa Rockwella jest mierzona przez przyłożenie siły wstępnej do płytki wzorcowej za pomocą wgłębnika diamentowego (kąt wierzchołka stożka: 120°, promień wierzchołka: 0,2 mm) lub wgłębnika kulistego (kulka stalowa lub kulka z węglika spiekanego), a następnie przyłożenie siły próby i przywrócenie siły wstępnej.

Ta wartość twardości pochodzi ze wzoru twardości, który jest wyrażony jako różnica między głębokością wgniecenia h (µm) między siłą wstępną a siłą próby. Badanie twardości Rockwella wykorzystuje siłę wstępną 98,07 N, a badanie twardości powierzchniowej Rockwella wykorzystuje siłę wstępną 29,42 N. Konkretny symbol podany w połączeniu z typem wgłębnika, siłą próby i wzorem twardości nazywany jest skalą. Japońskie Normy Przemysłowe (JIS) definiują różne powiązane skale twardości.

HR (wgłębnik diamentowy, twardość Rockwella) = 100-h/0,002 h:mm

HR (wgłębnik kulisty, twardość Rockwella) = 130-h/0,002 h:mm

HR (wgłębnik diamentowy/kulisty, twardość powierzchniowa Rockwella) = 100-h/0,001 h:mm

Twardościomierzesą szeroko stosowane, ponieważ są proste i szybkie w obsłudze i mogą być badane bezpośrednio na powierzchni surowców lub części.

Przewodnik wyboru twardości

Przewodnik wyboru metod badania twardości do Państwa wiadomości:

Konwersja wyboru twardości

• Konwersja Knoopa na Vickersa

• Opierając się na fakcie, że obiekty o tej samej twardości mają równe opory dla dwóch typów wgłębników Knoopa i Vickersa, naprężenia dwóch typów wgłębników Vickersa i Knoopa pod obciążeniem są odpowiednio wyprowadzone, a następnie zgodnie z σHK=σHV, otrzymuje się HV=0,968HK. Wzór ten jest mierzony przy niskim obciążeniu, a błąd jest stosunkowo duży. Ponadto, gdy wartość twardości jest większa niż HV900, błąd tego wzoru jest bardzo duży, a wartość referencyjna jest tracona.
• Po wyprowadzeniu i korekcie zaproponowano wzór konwersji twardości Knoopa i twardości Vickersa.

Zweryfikowany na podstawie rzeczywistych danych, maksymalny względny błąd konwersji wzoru wynosi 0,75%, co ma wysoką wartość referencyjną.

• Konwersja Rockwella na Vickersa

• Zmodyfikowano wzór konwersji Hansa. Qvarnstorma zaproponowany przez Qvarnstorma, aby uzyskać wzór konwersji twardości Rockwella na twardość Vickersa:

Wzór ten jest konwertowany na podstawie standardowych danych dotyczących twardości metali żelaznych opublikowanych w Chinach, a jego błąd HRC mieści się zasadniczo w zakresie ±0,4 HRC, jego maksymalny błąd wynosi tylko 0,9 HRC, a maksymalny obliczony błąd HV wynosi ±15 HV.

• Zgodnie z naprężeniem σHRC=σHV różnych wgłębników, wzór jest uzyskiwany przez analizę krzywej zależności między głębokością wgniecenia twardości Rockwella a twardości Vickersa.

Wzór ten jest porównywany z eksperymentalną wartością konwersji zgodnie z normą krajową, a błąd między wynikiem obliczenia wzoru konwersji a standardową wartością eksperymentalną wynosi ±0,1 HRC.

• Na podstawie rzeczywistych danych eksperymentalnych omówiono konwersję twardości Rockwella na twardość Vickersa za pomocą regresji liniowej i uzyskano wzór:

Wzór ten ma mały zakres zastosowania i duży błąd, ale jest łatwy do obliczenia i może być używany, gdy dokładność nie jest wysoka.

• Konwersja Rockwella na twardość Brinella

• Przeanalizowano zależność między wgnieceniem Brinella a głębokością wgniecenia Rockwella i uzyskano wzór konwersji zgodnie z naprężeniem σHRC=σHB wgłębnika.

Błąd między obliczonymi wynikami a standardowymi wartościami eksperymentalnymi wynosi ±0,1 HRC.

• Na podstawie rzeczywistych danych eksperymentalnych wzór uzyskano metodą regresji liniowej.

Błąd wzoru jest duży, a zakres zastosowania mały, ale obliczenie jest proste i może być używane, gdy dokładność nie jest wysoka.

• Konwersja Brinella na Vickersa

Zależność między twardością Brinella a twardością Vickersa również opiera się na σHB=σHV.

Wynik konwersji tego wzoru jest porównywany z wartością konwersji normy krajowej, a błąd konwersji wynosi ±2 HV.

• Konwersja Knoopa na Rockwella

Ponieważ odpowiadające krzywe Knoopa i Rockwella są podobne do parabol, przybliżony wzór konwersji jest wyprowadzany z krzywych.

Wzór ten jest dokładny i może być używany jako odniesienie.