Metalinių medžiagų kietumas reiškia medžiagos gebėjimą atsispirti vietinei deformacijai, ypač plastinei deformacijai, įdubimams ar įbrėžimams. Tai yra medžiagos minkštumo arba kietumo rodiklis.
Pagal bandymo metodus kietumas skirstomas į tris tipus.
Įbrėžimų kietumas: Tai visų pirma naudojama skirtingų mineralų kietumui palyginti. Metodas apima strypo, kurio vienas galas yra kietas, o kitas minkštas, naudojimą, o po to strypo tempimas per bandomą medžiagą. Vieta, kurioje atsiranda įbrėžimų, lemia medžiagos kietumą. Kokybiškai kietesnis objektas palieka ilgesnį įbrėžimą, o minkštesnis – trumpesnį.
Įspaudimo kietumas: Tai daugiausia naudojama metalinėms medžiagoms. Metodas apima tam tikros apkrovos taikymą, kad bandomoje medžiagoje būtų įspausta paskirta įtrauka. Medžiagos kietumą lemia vietinės plastinės deformacijos mastas paviršiuje. Dėl įlenkimo, apkrovos ir apkrovos trukmės skirtumų yra kelių tipų įdubimo kietumo bandymai, įskaitant Brinelio kietumą, Rokvelo kietumą, Vickerso kietumą ir mikrokietumą.
Atšokimo kietumas: Tai daugiausia naudojama metalinėms medžiagoms. Šis metodas apima leidimą specialiai suprojektuotam plaktukui laisvai kristi iš tam tikro aukščio ir smūgiuoti į bandomos medžiagos pavyzdį. Medžiagos kietumas nustatomas pagal deformacijos energijos kiekį, kurį mėginys sugeria (ir po to išskiria) smūgio metu, kuris matuojamas pagal aukštį, iki kurio plaktukas atsimuša.
Dažniausi metalinių medžiagų kietumo testai – Brinelio kietumas, Rokvelo kietumas ir Vickerso kietumas – patenka į įdubimo kietumo kategoriją. Kietumo vertė parodo medžiagos gebėjimą atsispirti plastinei deformacijai, kai į jos paviršių įspaudžiamas kitas objektas. Atšokimo kietumo testai (Shore, Leeb) matuoja kietumą pagal metalo elastinės deformacijos mastą, o kietumo vertė parodo medžiagos gebėjimą deformuotis elastingai.
Brinelio kietumas
Įtrauka su skersmeniuDpagamintas iš grūdinto plieno arba karbido rutulys įspaudžiamas į bandinio paviršių atitinkama bandymo jėgaF. Praėjus nurodytam laikymo laikui, bandymo jėga pašalinama, paliekant skersmens įdubąd. Brinelio kietumo vertė apskaičiuojama padalijus bandymo jėgą iš įdubos paviršiaus ploto. Gauta vertė yra Brinelio kietumas, žymimas kaipHBSarbaHBW.
H Skirtumas tarpHBSirHBWpriklauso nuo naudojamos įtraukos tipo.HBSreiškia bandymą, naudojant grūdintą plieninį rutulį kaip įtrauką, paprastai naudojamą matuojant Brinelio kietumo vertes medžiagose, kurių kietumas mažesnis nei 450, pvz., minkštas plienas, pilkasis ketus ir spalvotieji metalai.HBWKita vertus, kaip įpjovą naudojamas karbido rutulys ir naudojamas Brinelio kietumo vertėms matuoti medžiagose, kurių kietumas mažesnis nei 650.
Taikant tą patį bandinį ir esant identiškoms bandymo sąlygoms, abiejų metodų rezultatai skirsisHBWvertės dažnai yra didesnės neiHBSvertybes. Tačiau tarp jų nėra fiksuoto kiekybinio ryšio.
Nuo 2003 m. Kinija priėmė tarptautinį standartą ir Brinelio kietumo bandymams grūdinto plieno rutulius pakeitė karbido rutuliais. Dėl toHBSnebenaudojamas irHBWtapo standartiniu Brinelio kietumo žymėjimu. Daugeliu atvejųHBnaudojamas vienas Brinelio kietumui, kuris paprastai reiškiaHBW. TačiauHBSvis dar gali būti matoma kai kuriose literatūroje ir akademiniuose straipsniuose.
Brinelio kietumo testas tinka tokioms medžiagoms kaip ketus, spalvotųjų metalų lydiniai ir įvairūs atkaitinti arba grūdinti plienai. Jis netinka tirti medžiagas, kurios yra per kietos, per mažos, per plonos, arba mėginiams, kurių paviršius netoleruoja didelių įdubimų.
Rokvelo kietumas
Metodas naudoja deimantinį kūgio įdubą su 120 laipsnių viršūnės kampu arba grūdintą plieninį rutulį kaip įpjovą kartu su specifine apkrovos konfigūracija. Bandymas pradedamas nuo pradinės 10 kgf apkrovos, po to taikoma bendra apkrova (tai yra pradinės ir pagrindinės apkrovos suma) 60, 100 arba 150 kgf. Esant šioms apkrovoms, paeiliui įspaudžiamas įdubimas. Pritaikius bendrą apkrovą, kietumas nustatomas pagal įspaudimo gylio skirtumą tarp gylio esant pradinei apkrovai ir gylio esant bendrai apkrovai pašalinus pagrindinę apkrovą, o pradinė apkrova išlieka.
Šis metodas paprastai naudojamasRokvelo kietumastestavimas. Kietumo vertei apskaičiuoti naudojamas įspaudimo gylis esant pradinei apkrovai ir bendra apkrova, kuri atspindi medžiagos atsparumą įspaudimui esant abiem apkrovoms.
Atliekant Rokvelo kietumo testą naudojamos trys skirtingos bandymo jėgos ir trijų tipų įdubimai, todėl gaunami devyni galimi deriniai, kurių kiekvienas atitinka vieną iš devynių Rokvelo kietumo skalių. Šios devynios svarstyklės apima beveik visas dažniausiai naudojamas metalines medžiagas. Dažniausiai naudojamos svarstyklės yraHRA, HRB, irHRC, suHRCyra plačiausiai taikomas.
Bendra Rokvelo kietumo bandymo standartinė lentelė
|
Kietumo simboliai |
Indenterių tipai |
F/N(kgf) |
Kietumo apimtis |
Programos |
|
HRA |
120 laipsnių deimantinis kūgis |
588.4(60) |
20~88 |
Karbidas, kermetas ir paviršiuje grūdintas plienas |
|
HRB |
Ø1,588 mm Grūdinto plieno rutulys |
980.7(100) |
20~100 |
Atkaitintas ir normalizuotas plienas, aliuminio lydiniai, vario lydiniai, ketus |
|
HRC |
120 laipsnių deimantinis kūgis |
1471(150) |
20~70 |
Grūdintas plienas, grūdintas plienas ir giliai grūdintas plienas |
TheHRC skalėpaprastai naudojamas kietumo vertėms nuo 20 iki 70 HRC. Kai kietumo vertė yra mažesnė nei 20 HRC, bandymo jautrumas sumažėja, nes kūginis įdubos galas per giliai įsiskverbia į medžiagą. Šiuo atveju,HRB skalėvietoj jo reikėtų naudoti, nes jis labiau tinka minkštesnėms medžiagoms.
Kai bandinio kietumas viršija 67 HRC, slėgis įpjovos gale tampa per didelis, o tai gali sugadinti deimantą ir žymiai sutrumpinti įdubos tarnavimo laiką. Todėl paprastai rekomenduojama pereiti prieHRA skalėmedžiagoms, kurių kietumas didesnis nei 67 HRC.
Rockwell kietumo testas yra paprastas, greitas ir sukuria nedidelius įdubimus, todėl tinka gatavo gaminio paviršiams, taip pat kietesniems ir plonesniems ruošiniams tikrinti. Dėl mažo įdubimo kietumo vertė gali svyruoti labiau, jei medžiaga yra nelygios mikrostruktūros ar kietumo, todėl tikslumas yra mažesnis, palyginti su Brinell kietumo testu. Rokvelo kietumo testas dažniausiai naudojamas plieno, spalvotųjų metalų, karbidinių medžiagų ir kitų lydinių kietumui matuoti.
Vickerso kietumas
Vickerso kietumo matavimo principas yra panašus į Brinelio kietumo matavimo principą. Naudojamas deimantinis piramidės įdubimas su įtrauktu 136 laipsnių kampu ir nurodyta bandymo jėgaFtepamas ant medžiagos paviršiaus. Išlaikius apkrovą tam tikrą laikotarpį, bandymo jėga pašalinama. Kietumo vertė nustatoma pagal vidutinį slėgį, veikiantį kvadratinės piramidės įdubos paviršiaus ploto vienetą, o kietumo vertė žymima simboliuHV.
Vickers kietumo testas turi platų matavimo diapazoną, galintį išmatuoti medžiagas, kurių kietumo vertės svyruoja nuoNuo 10 iki 1000 HV. Įdubimas yra mažas, todėl ypač tinka matuoti plonesnes medžiagas ir paviršiuje sukietėjusius sluoksnius, pvz., karbonizuotus arba nitriduotus paviršius.
Leebo kietumas
Atliekant Leebo kietumo testą, smūginis korpusas su volframo karbido rutuliniu įdubimu naudojamas bandinio paviršiui, veikiant tam tikra jėga, atsitrenkti, todėl jis atsimuša. Dėl skirtingo medžiagos kietumo skiriasi atšokimo greitis. Smūgio įtaisas turi nuolatinį magnetą, o smūgio korpusui judant aukštyn ir žemyn, aplinkinė ritė generuoja elektromagnetinį signalą, proporcingą atšokimo greičiui. Tada šis signalas per elektroninę grandinę paverčiamas Leebo kietumo verte, o reikšmė žymima simboliuHL.
Leeb kietumo matuokliui nereikia darbastalio; jo kietumo jutiklis yra toks pat mažas kaip rašiklis ir gali būti valdomas tiesiogiai ranka. Tai leidžia lengvai be vargo išbandyti didelius, sunkius ruošinius arba geometriškai sudėtingus pavyzdžius.
Kitas Leeb kietumo matuoklio privalumas yra tai, kad jis labai minimaliai pažeidžia gaminio paviršių ir kai kuriais atvejais gali būti naudojamasneardomieji bandymai. Jis ypač unikalus atliekant kietumo bandymus įvairiomis kryptimis, siaurose erdvėse ir specializuotose srityse, kur gali būti sudėtinga taikyti kitus metodus.
