Duritatea materialelor metalice se referă la capacitatea materialului de a rezista la deformarea locală, în special la deformarea plastică, indentarea sau zgârierea. Este un indicator al moliciunii sau durității materialului.
Duritatea este împărțită în trei tipuri în funcție de metodele de testare.
Duritate la zgârieturi: Acesta este folosit în primul rând pentru a compara duritatea diferitelor minerale. Metoda implică utilizarea unei tije cu un capăt dur și celălalt moale și apoi tragerea tijei peste materialul testat. Locația în care apar zgârieturile determină duritatea materialului. Calitativ, un obiect mai dur lasă o zgârietură mai lungă, în timp ce un obiect mai moale lasă o zgârietură mai scurtă.
Duritatea indentării: Acesta este utilizat în principal pentru materiale metalice. Metoda implică aplicarea unei sarcini specifice pentru a apăsa un indentor desemnat în materialul testat. Duritatea materialului este determinată de gradul de deformare plastică locală pe suprafață. Datorită variațiilor de indentor, de sarcină și de durata sarcinii, există mai multe tipuri de teste de duritate a indentației, inclusiv duritatea Brinell, duritatea Rockwell, duritatea Vickers și microduritatea, printre altele.
Duritate de rebound: Acesta este utilizat în principal pentru materiale metalice. Metoda presupune ca un ciocan special conceput să cadă liber de la o anumită înălțime și să afecteze eșantionul de material testat. Duritatea materialului este determinată de cantitatea de energie de deformare pe care o absoarbe (și apoi o eliberează) în timpul impactului, care este măsurată prin înălțimea la care ciocanul revine.
Cele mai frecvente teste de duritate pentru materialele metalice - duritatea Brinell, duritatea Rockwell și duritatea Vickers - se încadrează în categoria durității de indentare. Valoarea durității reprezintă capacitatea materialului de a rezista la deformarea plastică atunci când un alt obiect este presat în suprafața acestuia. Testele de duritate la rebound (Shore, Leeb) măsoară duritatea pe baza gradului de deformare elastică a metalului, valoarea durității indicând capacitatea materialului de deformare elastică.
Duritatea Brinell
Un indentor cu un diametruDdin oțel călit sau bilă din carbură este presată în suprafața probei cu forța de încercare corespunzătoareF. După timpul de menținere specificat, forța de testare este îndepărtată, lăsând o adâncitură cu un diametrud. Valoarea durității Brinell este calculată prin împărțirea forței de testare la aria suprafeței indentării. Valoarea rezultată este duritatea Brinell, notată caHBSsauHBW.
H Diferența dintreHBSşiHBWrezidă în tipul de indentor folosit.HBSse referă la un test care utilizează o bilă de oțel călită ca indentor, folosită de obicei pentru măsurarea valorilor de duritate Brinell în materiale cu duritate sub 450, cum ar fi oțelurile moi, fonta cenușie și metalele neferoase.HBW, pe de altă parte, folosește o bilă de carbură ca indentor și este folosit pentru a măsura valorile durității Brinell în materiale cu duritate sub 650.
Pentru aceeași piesă de testare și în condiții de testare identice, rezultatele celor două metode vor diferi, cuHBWvalorile fiind adesea mai mari decâtHBSvalorile. Cu toate acestea, nu există o relație cantitativă fixă între cele două.
Din 2003, China a adoptat standardul internațional și a înlocuit utilizarea bilelor de oțel călit cu bile de carbură pentru testarea durității Brinell. Ca urmare,HBSnu se mai folosește șiHBWa devenit notația standard pentru duritatea Brinell. În multe cazuri,HBeste folosit singur pentru a reprezenta duritatea Brinell, care se referă de obicei laHBW. Cu toate acestea,HBSpoate fi încă văzut în unele literaturi și lucrări academice.
Testul de duritate Brinell este potrivit pentru materiale precum fonta, aliajele neferoase și diverse oțeluri recoapte sau călite. Nu este potrivit pentru testarea materialelor care sunt prea dure, prea mici, prea subțiri sau eșantioane care nu pot tolera adâncituri mari pe suprafețele lor.
Duritatea Rockwell
Metoda folosește un indentor de con de diamant cu un unghi de vârf de 120 de grade sau o bilă de oțel călit ca indentor, în combinație cu o configurație specifică de sarcină. Testul începe cu o sarcină inițială de 10 kgf, urmată de aplicarea unei sarcini totale (care este suma sarcinii inițiale și a sarcinii principale) de 60, 100 sau 150 kgf. Indentatorul este presat în eșantion sub aceste sarcini secvenţial. După aplicarea sarcinii totale, duritatea este determinată de diferența de adâncime a adâncimii dintre adâncimea sub sarcina inițială și adâncimea sub sarcina totală odată ce sarcina principală este îndepărtată, în timp ce încărcarea inițială rămâne.
Această metodă este utilizată de obicei înDuritatea Rockwelltestarea. Adâncimea de adâncime sub sarcina inițială și sarcina totală sunt utilizate pentru a calcula valoarea durității, care reflectă rezistența materialului la indentare sub ambele sarcini.
Testul de duritate Rockwell utilizează trei forțe de testare diferite și trei tipuri de indentatoare, rezultând nouă combinații posibile, fiecare corespunzând uneia dintre cele nouă scale de duritate Rockwell. Aceste nouă solzi acoperă aproape toate materialele metalice utilizate în mod obișnuit. Cele mai frecvent utilizate cântare suntHRA, HRB, șiHRC, cuHRCfiind cel mai larg aplicat.
Tabel standard de testare a durității Rockwell comun
|
Simboluri de duritate |
Tipuri de indentatoare |
F/N(kgf) |
Domeniul de duritate |
Aplicații |
|
HRA |
Con diamant de 120 de grade |
588.4(60) |
20~88 |
Carbură, cermet și oțeluri călite la suprafață |
|
HRB |
Ø1.588mm Bilă de oțel călit |
980.7(100) |
20~100 |
Oteluri recoapte si normalizate, aliaje de aluminiu, aliaje de cupru, fonta |
|
HRC |
Con diamant de 120 de grade |
1471(150) |
20~70 |
Oțel călit, oțel călit și oțel călit la suprafață adânc |
TheScara HRCeste utilizat de obicei pentru valori de duritate cuprinse între 20 și 70 HRC. Când valoarea durității este sub 20 HRC, sensibilitatea testului scade deoarece vârful conic al indentorului pătrunde prea adânc în material. În acest caz,Scara HRBar trebui folosit în schimb, deoarece este mai potrivit pentru materiale mai moi.
Când duritatea probei depășește 67 HRC, presiunea la vârful indentorului devine prea mare, ceea ce poate deteriora diamantul și poate scurta semnificativ durata de viață a indentorului. Prin urmare, se recomandă, în general, să treceți laScara HRApentru materiale cu o duritate mai mare de 67 HRC.
Testul de duritate Rockwell este simplu de utilizat, rapid și produce mici adâncituri, ceea ce îl face potrivit pentru testarea suprafețelor produsului finit, precum și a pieselor de prelucrat mai dure și mai subțiri. Datorită adânciturii mici, valoarea durității poate fluctua mai semnificativ pentru materialele cu microstructuri sau duritate inegale, rezultând o precizie mai mică în comparație cu testul de duritate Brinell. Testul de duritate Rockwell este utilizat în mod obișnuit pentru a măsura duritatea oțelurilor, a metalelor neferoase, a materialelor cu carbură și a altor aliaje.
Duritatea Vickers
Principiul de măsurare a durității Vickers este similar cu cel al durității Brinell. Se folosește un indentor piramidal de diamant cu un unghi inclus de 136 de grade și o forță de testare specificatăFse aplică pe suprafața materialului. După menținerea sarcinii pentru o perioadă specificată, forța de testare este îndepărtată. Valoarea durității este determinată de presiunea medie exercitată pe suprafața unitară a indentării piramidei pătrate, iar valoarea durității este notă cu simbolulHV.
Testul de duritate Vickers are o gamă largă de măsurare, capabilă să măsoare materiale cu valori de duritate cuprinse între10 până la 1000 HV. Indentarea este mică, ceea ce o face deosebit de potrivită pentru măsurarea materialelor mai subțiri și a straturilor întărite la suprafață, cum ar fi suprafețele carburate sau nitrurate.
Duritate Leeb
În testul de duritate Leeb, un corp de impact cu o indentatoare cu bilă din carbură de tungsten este folosit pentru a lovi suprafața specimenului sub o forță specifică, determinând-o să revină. Datorită durității diferite a materialului, viteza de rebound diferă. Dispozitivul de impact este echipat cu un magnet permanent, iar pe măsură ce corpul de impact se mișcă în sus și în jos, bobina din jur generează un semnal electromagnetic care este proporțional cu viteza de rebound. Acest semnal este apoi convertit în valoarea durității Leeb printr-un circuit electronic, iar valoarea este notă cu simbolulHL.
Testerul de duritate Leeb nu necesită un banc de lucru; senzorul său de duritate este la fel de mic ca un stilou și poate fi acționat direct cu mâna. Acest lucru facilitează testarea fără dificultate a pieselor mari, grele sau a eșantioanelor complexe din punct de vedere geometric.
Un alt avantaj al testerului de duritate Leeb este că provoacă o deteriorare foarte mică a suprafeței produsului și, în unele cazuri, poate fi utilizat pentrutestare nedistructivă. Este deosebit de unic pentru testarea durității în diferite direcții, spații înguste și zone specializate, unde alte metode pot fi dificil de aplicat.
