- You are here:
- Home »
- Umiejętności inżynierskie »
- Pomiar Twardości – 10 metod. Znasz wszystkie?
Pomiar Twardości – 10 metod. Znasz wszystkie?
Pamiętam, jak na pierwszym roku studiów wszystkie laboratoria dotyczące inżynierii materiałowej rozpoczynały się od badań twardości oraz udarności. Każda z metod pomiaru wiązała się zapamiętaniem regułek, wzorów. Jednak warto zobaczyć, czym się różnią. W kolejnym wpisie z serii BADANIA MATERIAŁOWE przybliżę najważniejsze informacje- z czym się je POMIAR TWARDOŚCI. Jeśli przyswoisz tę wiedzę i będziesz zainteresowany szerszymi informacjami, kliknij w linki znajdujące się pod artykułem. Umieściłam tam wzory i schematy. Nie wiem, czy wiesz, ale jest sporo metod pomiarów twardości. Dla różnych materiałów niezbędne jest dobranie odpowiedniej metody badawczej. Poniżej opisuję najbardziej znane metody wykorzystujące w przedsiębiorstwach produkcyjnych, laboratoriach bądź na uczelniach. Zapraszam na gościnny wpis Syntii Maciuk
Witam po raz pierwszy na blogu inżynierjakości.pl. Nazywam się Syntia Maciuk- absolwentka Politechniki Śląskiej Wydziału Mechanicznego-Technologicznego na kierunku Nanotechnologia i Technologie Procesów Materiałowych. Od ponad dwóch lat Laborant materiałowy w jednym z zakładów Katowickiej Specjalnej Strefy Ekonomicznej niedaleko Strzelec Opolskich.
Zanim przejdziemy do rodzajów pomiarów, warto zastanowić się co to w ogóle jest twardość? Encyklopedia PWN określa pojęcie jako: „zdolność materiału do przeciwstawiania się odkształceniom plastycznym (trwałym) przy lokalnym- statycznym lub dynamicznym wywieraniu nacisku na małą powierzchnię. Wyodrębnić można makrotwardość oraz mikrotwardość. Rozróżnia je m.in. wartość obciążenia- przy mikrotwardości obciążenie jest mniejsze niż 10N. Pomiary twardości odbywają poprzez użycie penetratora w głąb materiału, aż powstaną odkształcenia trwałe. Na podstawie uzyskanego odcisku, jego rozmiaru oraz siły działającej na materiał określamy twardość. Jednostka zależna jest od stosowanej metody pomiaru.
Metody można podzielić na badania statyczne oraz dynamiczne.
Pomiar Twardości — Metody Statyczne
Metoda Mohsa:
- metoda polegająca na przyrównaniu twardości materiału, który jest badany do twardości minerału;
- skala twardości od 1-10 (przyporządkowane nazwy minerałów);
- zarysowanie decyduje o określonej twardości.
Metoda Brinella:
- w badany materiał wciskana jest stalowa, hartowana kulka lub kulka z węglików spiekanych o określonej średnicy z określoną siłą;
- twardość wyznaczamy na podstawie średnicy odcisku kulki;
- jednostka: HB lub HBWC (gdy penetratorem jest kulka z węglików spiekanych)
- metoda stosowana do pomiarów twardości metali, jednak modyfikacje metody umożliwiają również badanie innych materiałów.
Metoda Knoopa:
- twardość określamy na podstawie długości przekątnych odcisku;
- wgłębnik: diament w kształcie piramidy z romboidalną podstawą (wzdłużny kąt krawędzi 172,5°, poprzeczny kąt krawędzi 130°);
- jednostka: HK
- badane materiały: cienkie warstwy, folie, materiały kruche.
Metoda Rockwella:
- metoda polega na wciśnięciu wgłębnika prostopadle do powierzchni najpierw z siłą wstępną, a następnie siłą główną, po czym ma miejsce odciążenie do siły wstępnej;
- mierzymy głębokość odcisku, gdzie penetratorem jest stożek diamentowy o kącie wierzchołkowym 120° (wierzchołek w postaci czaszy kulistej) lub kulka stalowa z węglika spiekanego;
- miara twardości: przyrost głębokości odcisku wgłębienia, który jest obciążony siłą wstępną po odciążeniu;
- dla różnych materiałów stosujemy różne skale twardości A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T;
- dlatego też stosujemy różne skale obciążenia
Metoda Vickersa:
- twardość wyznaczamy na podstawie stosunku obciążenia do pobocznicy odcisku wgłębnika;
- do określenia wartości twardości mierzymy długości przekątnych odcisku;
- wgłębnik: ostrosłup diamentowy o podstawie kwadratowej, kąt między przeciwległymi ścianami wynosi 136°;
- jednostka: HV;
- szeroki zakres materiałów, które można badać: metale miękkie, bardzo twarde, cienkie warstwy po azotowaniu oraz węgloazotowaniu.
Metoda Chruszczowa-Berkowicza:
- w tej metodzie ważna jest siła obciążająca oraz wysokość trójkąta odcisku;
- stosujemy wgłębnik diamentowy (kształt: ostrosłup trójścienny, gdzie ściany względem osi ostrosłupa są pochylone pod kątem 65°);
- jednostka: HCH
- badane materiały: szczególnie twardy (węgliki spiekane).
Metoda Grodzińskiego:
- do wyznaczenia twardości niezbędna jest siła obciążająca oraz długość odcisku;
- wgłębnik: podwójny stożek;
- jednostka: HG
- badane materiały: bardzo twarde (np. węgliki)
Warto również zwrócić uwagę na badanie twardości kompozytów (połączenie żywicy oraz polimeru). W badany materiał wciskamy ścięty stożek. Dlaczego? Dzięki temu badamy twardość, stopień utwardzenia żywicy oraz jej własności użytkowe.
Pomiar Twardości — Metody Dynamiczne
Metoda młotka Poldi’ego
- metoda polega na uderzeniu młotkiem i wytworzeniu przez kulkę odcisku zarówno na płytce wzorcowej oraz na próbce;
- twardość obliczamy wg wzoru (mierzona jest średnia odcisków na wzorcu oraz na materiale badanym);
- wgłębnik: kulka stalowa, która jest umieszczona między badanych elementem, a płytkę wzorca;
- skala Brinella (HBp).
Metoda Shore’a
- metoda polegająca na pomiarze twardości wysokości odbicia stalowego ciężarka (dodatkowa końcówka rubinowa lub diamentowa), który jest opuszczany z określonej wysokości (112mm-130 działek);
- twardość określamy przez liczbę działek, która odpowiada wysokości odbicia ciężarka;
- badane materiały: stopy żelaza, materiały niemetaliczne (tworzywa sztuczne, elastomery, guma).
Metoda Leeba
- badanie polega na uderzeniu bijaka (zakończenie: kulka z węglików wolframu), który jest wystrzeliwany za pomocą sprężyny w kierunku przedmiotu, który jest badany;
- mierzymy prędkość zarówno przed uderzeniem, jak i po uderzeniu;
- twardość określana jest na podstawie wzoru i w jednostce skali Leeba HL.
Badanie udarności
Warto również zwrócić uwagę na próbę udarności. Udarność to odporność materiału na pękanie pod wpływem obciążenia dynamicznego. Określana jest jako iloraz pracy łamania i powierzchni przekroju poprzecznego próbki pod karbem. Najważniejsze informacje dotyczące tego badania:
- warunki otoczenia: temperatura pokojowa, temperatura obniżona do -60°C oraz temperatura -196°C. Im mniejsza temperatura, tym zwiększa się kruchość materiału, zmniejsza udarność oraz spada praca łamania.
- urządzenie: młot Charpy’ego (energia początkowa wahadła 300,m 450, 750J; bijak);
- próbki znormalizowane z naciętym karbem w kształcie litery „V” oraz „U”;
- próba określa pracę łamania, udarność, rozszerzenie boczne.
Pomiar Twardości – Podsumowanie
Wszystkie materiały, które nas otaczają cechują się określoną twardością, aby mogły spełniać swoje „zadania”. Ważne jest, aby na etapie produkcji spełnić określone wymagania. W innym wypadku jakość produktów może nie zostać osiągnięta…
Zapraszam na kolejny wpis, pozdrawiam!
Syntia Maciuk
Bibliografia:
http://www.wtc.wat.edu.pl/wp-content/uploads/2018/04/pomiary_twardosci.pdf
http://bc.pollub.pl/Content/13120/PDF/polimery.pdf
http://www.biomech.pwr.wroc.pl/wp-content/uploads/2019/02/POMIARY_TWARDO%C5%9ACI_.pdf