metoder og skalaer til test af hårdheden af metaller

guider

Billedkredit: /Thavesak Thipphamon

der er flere forskellige testmetoder og skalaer, der bruges til at måle den relative hårdhed af materialer som metaller. Nedenfor er en oversigt over de mere almindelige af disse metoder.

Brinell hårdhedstest

Brinell-testen til bestemmelse af hårdheden af metalliske materialer består i at påføre en kendt belastning på overfladen af det materiale, der skal testes gennem en hærdet stålkugle med kendt diameter. Diameteren af det resulterende permanente indtryk i metallet måles, og Brinell-Hårdhedsnummeret (BHN) beregnes derefter ud fra følgende formel, hvor D = kuglens diameter i millimeter, d = målt diameter ved kanten af indtrykket i millimeter og P = påført belastning i kg.

hvis stålkuglen ikke blev deformeret under den påførte belastning, og hvis indtrykket virkelig var sfærisk, ville den foregående formel være en generel, og enhver kombination af påført belastning og kuglens størrelse kunne bruges. Indtrykket er imidlertid ikke helt en sfærisk overflade, fordi der altid skal være en vis deformation af stålkuglen og en vis genopretning af metalformen i indtrykket; derfor skal kuglens størrelse og egenskaber og størrelsen af den påførte belastning standardiseres for en standard Brinell-test. I standard Brinell-testen anvendes en kugle på 10 millimeter i diameter og en belastning på 3000, 1500 eller 500 kg. Det er ønskeligt, men ikke obligatorisk, at testbelastningen er af en sådan størrelse, at indtrykets diameter ligger i området fra 2,50 til 4,75 millimeter. Følgende testbelastninger og omtrentlige Brinell-tal for dette interval af indtryksdiametre er: 3000 kg, 160 til 600 BHN; 1500 kg, 80 til 300 BHN; 500 kg, 26 til 100 BHN. Ved fremstilling af en Brinell-test skal belastningen påføres støt og uden rykk i mindst 15 sekunder for jern og stål og mindst 30 sekunder ved test af andre metaller. En minimumsperiode på 2 minutter er for eksempel blevet anbefalet til magnesium og magnesiumlegeringer. (Til de blødere metaller bruges undertiden belastninger på 250, 125 eller 100 kg.)

ifølge American Society for Testing and Materials Standard E10-66 kan en stålkugle anvendes på materiale, der har en BHN ikke over 450, en Hultgren-kugle på materiale, der ikke er over 500, eller en hårdmetalkugle på materiale, der ikke er over 630. Brinell hårdhedstest anbefales ikke til materiale med en BHN over 630.

hårdhedstest

hårdhedstesteren er i det væsentlige en maskine, der måler hårdhed ved at bestemme dybden af penetration af en penetrator i prøven under visse faste testbetingelser. Penetratoren kan enten være en stålkugle eller en diamant sfærokonisk penetrator. Hårdhedsnummeret er relateret til dybden af indrykning, og antallet er højere, jo hårdere materialet er. En mindre belastning på 10 kg påføres først, hvilket forårsager en indledende penetration; skiven er indstillet til nul på sortfigurskalaen, og den største belastning påføres. Denne store belastning er normalt 60 eller 100 kg, når en stålkugle bruges som penetrator, men andre belastninger kan bruges, når det er nødvendigt. Bolden penetrator er 1 tomme i diameter normalt, men andre penetratorer af større diameter, såsom 18 tommer, kan anvendes til bløde metaller. Når en diamant sfærokonisk penetrator er ansat, er belastningen normalt 150 kg. Erfaring bestemmer den bedste kombination af belastning og penetrator til brug. Efter at den store belastning er påført og fjernet, i henhold til standardproceduren, aflæses aflæsningen, mens den mindre belastning stadig påføres.

Stenbrøndens hårdhedsskalaer

de forskellige Stenbrøndsskalaer og deres anvendelser er vist i nedenstående tabel. Den type penetrator og belastning, der anvendes med hver, er vist i tabel 5 og 6, som giver sammenlignende hårdhedsværdier for forskellige hårdhedsskalaer.

hvor der ønskes et lavt indtryk eller et lille område for materialer, der er blødere end hærdet stål.

Shore ‘ s Scleroscope

scleroscope er et instrument, der måler arbejdets hårdhed med hensyn til elasticitet. En diamantspidset hammer får lov til at falde fra en kendt højde på det metal, der skal testes. Da denne hammer rammer metallet, det rebounds, og jo hårdere metal, jo større rebound. Den ekstreme højde af rebound registreres, og et gennemsnit af et antal aflæsninger taget på et enkelt stykke vil give en god indikation af arbejdets hårdhed. Arbejdets overfladeglathed påvirker instrumentets læsning. Aflæsningerne påvirkes også af konturen og massen af arbejdet og dybden af sagen, og, i karbureret arbejde, den bløde kerne af lysdybde karburering, pakkehærdning, eller cyanidhærdning, absorbere hammerens kraft falder og mindsker rebound. Hammeren vejer omkring 40 korn, højden af rebound af hærdet stål er i nærheden af 100 på skalaen, eller omkring 614 inches (158.8 mm), og det samlede fald er omkring 10 inches eller 255 millimeter.

Vickers hårdhedstest

Vickers-testen ligner i princippet Brinell-testen. Standard Vickers penetrator er en firkantet diamantpyramide med en inkluderet punktvinkel på 136 grader. Den numeriske værdi af hårdhedsnummeret er lig med den påførte belastning i kg divideret med arealet af det pyramidale indtryk. En glat, fast understøttet, flad overflade er påkrævet. Belastningen, som normalt anvendes i 30 sekunder, kan være 5, 10, 20, 30, 50, eller 120 kg. Belastningen på 50 kg er den mest almindelige. Hårdhedsnummeret er baseret på den diagonale længde af det firkantede indtryk. Vickers-testen anses for at være meget nøjagtig og kan anvendes på tynde plader såvel som på større sektioner med korrekt belastningsregulering.

Knoop-Hårdhedsnumre

Knoop-hårdhedstesten gælder for ekstremt tynde metaloverflader, belagte overflader, usædvanligt hårde og sprøde materialer, meget lavvandede karburerede eller nitriderede overflader, eller når den påførte belastning skal holdes under 3600 gram. Knoop indentor er en diamant jorden til en langstrakt pyramideform og det producerer en fordybning med lange og korte diagonaler med et forhold på ca 7 til 1. Den langsgående vinkel på indentoren er 172 grader, 30 minutter og den tværgående vinkel 130 grader. Tukon-testeren, hvor Knoop indentor bruges, er fuldautomatisk under elektronisk kontrol. Knoop-hårdhedsnummeret er lig med belastningen i kg divideret med det projicerede område af indrykning i kvadratmillimeter. Indrykningsnummeret svarende til den lange diagonal og for en given belastning kan bestemmes ud fra en tabel beregnet til en teoretisk perfekt indentor. Belastningen, der kan varieres fra 25 til 3600 gram, påføres i en bestemt periode og altid normal til den testede overflade. Lappede plane overflader fri for ridser er påkrævet.

Monotron Hårdhedsindikator

med dette instrument tvinges et diamantkugleimpressorpunkt 34 mm i diameter ind i materialet til en dybde på 95000 tommer; det tryk, der kræves for at frembringe dette konstante indtryk, indikerer hårdheden. En af to skiver viser trykket i kg og pund, og den anden viser dybden af indtrykket i millimeter og tommer. Aflæsninger i Brinell-numre kan opnås ved hjælp af en skala betegnet som M-1.

Keep ‘ s Test

med dette apparat foretager en standardstålboremaskine et bestemt antal omdrejninger, mens den presses med standardkraft mod prøven, der skal testes. Hårdheden registreres automatisk på et diagram, hvorpå et dødt blødt materiale giver en vandret linje, og et materiale, der er så hårdt som selve boret, giver en lodret linje, idet mellemhårdheden repræsenteres af den tilsvarende vinkel mellem 0 og 90 grader.

Resume

denne artikel opsummerede de fælles metoder og skalaer til test af hårdheden af metaller, herunder Brinell, Rockbells og Vickers hårdhedstest. Lær mere om materialernes egenskaber fra Maskinhåndbogen, 30.udgave, som er offentliggjort og tilgængelig fra Industrial Press.

for at finde forsyningskilder til hårdhedstestinstrumenter, besøg Thomas Supplier Discovery Platform, hvor du kan finde potentielle forsyningskilder til over 70.000 forskellige produkt-og servicekategorier.

andre metaller artikler

• Top tungsten og Hårdmetalproducenter og leverandører i USA
• om trådvarer – en kort vejledning
• om trådvarer – en kort vejledning
• om Rustfrit Stål – en kort vejledning
• Titanium: densitet, andre egenskaber og anvendelser
• typer af aluminium og nikkellegeringer
• standard pladestørrelser
• top leverandører af metaller