INFORMACE
TVRDOMĚRY Přehled
Tvrdost |
 |
 |
 |
| Pondělí, 18 Duben 2011 16:47 | ||||||||||||||||
Tvrdost [H]je mechanická vlastnost, která je velmi důležitá v technické praxi především pro kovové materiály. Tvrdost lze zjistit velmi snadno pomocí řady mechanických zkoušek. Používané metody měření tvrdosti prakticky neporušují měřenou součást. Podle hodnoty tvrdosti lze odhadnout také další vlastnosti materiálu. V hojné míře se pro tyto účely používají empirické koeficienty. Definice tvrdosti Tvrdost je definována jako odpor, který klade materiál proti vnikání cizího tělesa. Hodnoty tvrdosti se uvádějí bezrozměrně, nebo jednotkou N.mm-2. Použití jednotky N.mm-2 může vést k záměně za pevnost. Proto se často tvrdost uvádí bezrozměrně s udáním způsobu měření nebo stupnice. Zkoušky tvrdosti rozdělujeme na: statické (tvrdost podle Brinella, Knoopa, Rockwella, Vickerse) dynamické (Poldi kladívko, Baumanovo kladívko, Shoreho skleroskop, duroskop) Další dělení: zkoušky vrypové (Martens), vnikací (Brinell, Knoop, Rockwell, Vickers), odrazové (Shore). Tvrdost podle Shore
- pro měření tvrdosti nekovových materiálů - patří mezi dynamicko-elastické zkoušky. Jedná se o zkoušku odrazem zkušebního tělesa, kdy se zjišťuje výška jeho odskoku od měřené plochy. Zkouška odrazem podle Shorea - touto metodou zjišťujeme tvrdost z velikosti odskoku závaží (kulička, diamantový hrot) spuštěného z určité výše od zkoušeného materiálu. Působením závaží dojde k plastické deformaci zkoušeného materiálu a ke spotřebování části energie závaží. To se pak neodrazí do původní výšky. Shoreův skleroskop je přístroj pro stanovení tvrdosti podle Shorea [HSh]. Tohoto způsobu zjišťování tvrdosti se používá velmi málo, většinou jen pro měření tvrdosti velkých výrobků, konstrukcí apod. Skleroskop Shore (schéma) Empiricky sestavená stupnice skleroskopu udává přímo hodnotu tvrdosti. Tato metoda je oproti jiným způsobům zjišťování tvrdosti značně nespolehlivá.
H - pádová výška [mm] h - výška odskoku [mm] Stupnice Shore HSD
H - pádová výška [mm] h - výška odskoku [mm] Normy
Tvrdost podle Brinella (ČSN 42 0371) se zjišťuje vtlačováním ocelové kalené kuličky o průměru D do zkušebního tělesa silou F, která směřuje kolmo k povrchu tělesa po stanovenou dobu. Následně po odlehčení se změří průměr vtisku d. Průměr D bývá 1 mm, 2,5 mm, 5 mm a 10 mm. Průměr kuličky závisí na tloušťce t měřeného materiálů. Platí, že minimální tloušťka materiálu je desetinásobek hloubky vtisku. V opačném případě by se mohla projevit tvrdost podložky. Zkouška tvrdosti podle BrinellaDoba působení síly o dané velikosti závisí na struktuře materiálu. Měkčí materiály se zatěžují delší dobu. U slitin železa je zatížení od 10 do 15 s. U neželezných slitin od 10 do 180 s. Přesnost měření závisí na správném proměření vtisku. U Brinellovy zkoušky je měření vtisku poměrně nepřesné. Vtisk bývá někdy nezřetelný a nesouměrný. Na průměr vtisku má velký vliv i vtažení materiálu po kraji vtisku (u materiálu nezpevněného) nebo naopak vytlačení obvodového valu (u materiálu zpevněného). Příčinou další chyby je deformace použité vtlačované kuličky (je z kalené oceli). Pro materiály tvrdší než HB=400 není ocelová kulička vhodná a používají se kuličky ze slinutých karbidů. Brinellův tvrdoměr Pro zkoušku se používá Brinellův tvrdoměr. Kulička vytvoří na zkušebním vzorku kulovitý vtisk. Tvrdost se určuje aritmetickým průměrem změřených průměrů vtisku měřených dvakrát kolmo na sebe.
|
Stupnice Shore HSC
Tvrdost podle Brinella
 Digitální stolní tvrdoměr Brinell Vickers s nízkým... |
 Přenosný tvrdoměr Brinell PIB-3000 |
 Optický měřící systém Brinell BriScan |
Tvrdost podle Rockwella (ČSN 42 0373)
se zjišťuje na Rockwellově tvrdoměru jako rozdíl hloubky vtisku vnikacího tělesa (ocelová kulička, diamantový kužel) mezi dvěma stupni zatížení (předběžného a celkového). Účelem předběžného zatížení je vyloučit z měřené hloubky nepřesnosti povrchových ploch.
Kužel má vrcholový úhel 120° a poloměr kulové části 0,2 mm (HRA, HRC). Kulička má průměr 1,5875 mm (HRB).
Zkouška tvrdosti podle Rockwella (HRB, HRC)
Diamantový kužel nebo ocelovou kulička, dotýkající se povrchu zkoušeného předmětu, se nejprve předběžně zatíží silou 100 N (výchozí poloha pro měření hloubky vtisku). Potom se pozvolna zvětšuje zatěžovací síla tak, aby se za 3 až 6 sekund dosáhlo zatížení předepsané normou (např. předběžné zatížení silou 100 N + zkušební zatížení silou 1400 N = celkové zatížení silou 1500 N). Pak se zatěžují síla opět zmenšuje až na 100 N a v tomto stavu se zjistí přírůstek h hloubky vtisku, který nastal proti výchozí poloze při 100 N. Zkouška tvrdosti podle Rockwella je rychlá, snadná a vpichy (důlky) jsou velmi malé (max. hloubka 0,2 mm). Je vhodná pro běžnou kontrolu velkých sérií výrobků a tam, kde HB již není použitelná.
Normalizované zkoušky tvrdosti
U nás jsou normalizovány tři zkoušky tvrdosti podle Rockwella. Tvrdost zjištěnou při těchto zkouškách označujeme HRA, HRB, HRC. Volba Rockwellovy stupnice (tj. druhu vnikacího tělíska) zavisí hlavně na předpokládané tvrdosti zkoušeného materiálu.
HRA
- Tvrdost určená diamantovým kuželem při celkovém zatížení 600 N.
- Pro slinuté karbidy a tenké povrchové vrstvy.
HRB
- Tvrdost určená ocelovou kuličkou (B = ball) při celkovém zatížení 1000 N.
- Pro měkčí kovy (25 - 100 HRB).
HRC
- Tvrdost určená diamantovým kuželem (C = cone) při celkovém zatížení 1500 N.
- Doporučuje se používat pro rozsah HRC = 20 - 67.
Zdroj: [16], Pavel Kryštůfek (zkráceno, upraveno)
Normy:
- ČSN EN ISO 6508-1 - Kovové materiály. Zkouška tvrdosti podle Rockwella - Část 1: Zkušební metoda (stupnice A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T).
- ČSN EN ISO 6508-2 - Kovové materiály. Zkouška tvrdosti podle Rockwella - Část 2: Ověřování a kalibrace zkušebních zařízení (stupnice A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T).
- ČSN EN ISO 6508-3 - Kovové materiály. Zkouška tvrdosti podle Rockwella - Část 3: Kalibrace referenčních destiček (stupnice A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T).
- ISO 6508-1 - Metallic materials. Rockwell hardness test - Part 1: Test method (scales A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T).
- ISO 6508-2 - Metallic materials. Rockwell hardness test - Part 2: Verification and calibration of testing machines (scales A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T).
- ISO 6508-3 - Metallic materials. Rockwell hardness test - Part 3: Calibration of reference blocks (scales A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T).
- ISO 3738-1:1982 - Hardmetals - Rockwell hardness test (scale A) - Part 1: Test method.
- ISO 3738-2:1982 - Hardmetals - Rockwell hardness test (scale A) - Part 2: Preparation and calibration of standard test blocks.
- ASTM E18 - Standard Test Method for Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness of Metallic Materials.
- ASTM E1842 - Standard Test Method for Macro-Rockwell Hardness Testing of Metallic Materials.
- ASTM D785 - Standard Test Method for Rockwell Hardness of Plastic and Electrical Insulating Materials.
 Analogový stolní tvrdoměr Rockwell DigiRock HR1 |
 Digitální stolní tvrdoměr Rockwell iRock |
|
Tvrdost podle Vickerse (ČSN 42 0374)
- do materiálu se vtlačuje pod zatížením silou F (působí kolmo na povrch vzorku) diamantový pravidelný čtyřboký jehlan o daném vrcholovém úhlu mezi protilehlými stěnami po danou dobu. Následně se změří střední délka u obou úhlopříček vtisku. Zkušební zatěžující síla bývá od 10 do 1000 N. Doba zatížení se volí od 10 do 180 s. Použité zatížení píšeme do označení, např. HV 100 (HV 100 = 215).
Pro běžně zkušební zatížení 300 N a dobu od 10 do 15 s se používá označení HV.
Zkouška tvrdosti podle Vickerse
Tvrdost podle Vickerse
Tvrdost podle Vickerse se vyjadřuje bezrozměrně. Tvrdost podle Vickerse je určena poměrem vtlačovací síly F a povrchu vtisku.
HV = 0,189 . (F / d2)
F - síla vtlačování
d - úhlopříčka vtisku.
Pro praktickou potřebu používáme tabulek, kde podle délky úhlopříčky d a použité síly F je uvedena odpovídající tvrdost.
Metodu měření tvrdosti podle Vickerse lze použít pro všechny tvrdosti. Metoda je velmi přesná a je minimálně závislá na zatížení.
Diatester
Pro kontrolování tvrdosti po celou pracovní dobu se používá ve velkých závodech zdokonalených Vickersových tvrdoměrů, tzv. diatestorů. Obraz čtvercového vtisku je promítán ve zvětšeném měřítku na matnici. To umožňuje pohodlné a rychlé čtení délky úhlopříčky d.
Zdroj: [16], Pavel Kryštůfek (zkráceno, upraveno)
Normy
- ČSN EN ISO 6507-1 - Kovové materiály. Zkouška tvrdosti podle Vickerse - Část 1: Zkušební metoda.
- ČSN EN ISO 6507-2 - Kovové materiály. Zkouška tvrdosti podle Vickerse - Část 2: Ověřování tvrdoměrů Vickers.
- ČSN EN ISO 6507-3 - Kovové materiály. Zkoušení tvrdosti podle Vickerse - Část 3: Kalibrace tvrdoměrných destiček.
- ČSN EN 23878 - Tvrdokovy. Zkouška tvrdosti podle Vickerse (ISO 3878:1983).
- ISO 6507-1 - Metallic materials. Vickers hardness test - Part 1: Test method.
- ISO 6507-2 - Metallic materials. Vickers hardness test - Part 2: Verification of testing machines.
- ISO 6507-3 - Metallic materials. Vickers hardness test - Part 3: Calibration of reference blocks.
- ISO 3878:1983 - Hardmetals - Vickers hardness test.
- ASTM E92 - Standard Test Method for Vickers Hardness of Metallic Materials.
 Stolní tvrdoměr Macro Vickers HV10/30/50 |
Digitální stolní tvrdoměr Brinell Vickers s nízkým... |
Tvrdost podle Knoopa (HK)
Do povrchu materiálu se vtlačuje pod zatížením silou F (působí kolmo na povrch vzorku) čtyřboký diamantový jehlan (poměr úhlopříček 7:1, úhly 130° a 172,5°, poměr délky úhlopříčky k hloubce je 30).
Metoda podle Knoopa patří mezi metody měření mikrotvrdosti. Metoda je vhodná pro tenké plastové desky, tenké kovovvé desky, křehké materiály nebo pro materiály, u kterých nesmí být použita síla větší než 3,6 kgf.
Zátěžová síla u metody podle Knoopa pohybuje mezi 25 - 3600 gf.
Otisky u metody podle Knoopa jsou při stejném zatížení téměř trojnásobně delší a mělčí než u zkoušky podle Vickerse - mělkost otisku může působit problémy při odčítání velikosti otisku.
Při měření tvrdosti podle Knoopa jsou kladeny vysoké nároky na úpravu povrchu zkoušeného materiálu a na ostrost hran vnikacího tělesa.
Tvrdost podle Knoopa
Tvrdost podle Knoopa se vyjadřuje bezrozměrně.
HK = (1,4509 . F) / l2
F - zatížení (působící síla) [N],
l - délka delší úhlopříčky vtisku [mm].
Zdroj: Knoop Hardness (zkráceno, upraveno)
Normy
- ČSN ISO 4545 - Kovové materiály. Zkouška podle Knoopa.
- ČSN ISO 10250 - Kovové materiály. Zkouška tvrdosti. Tabulky hodnot tvrdosti podle Knoopa používané při zkouškách na rovných površích.
- ISO 4545 - Metallic material - Hardness test - Knoop test.
- ISO 4546 - Metallic material - Hardness test - Verification of Knoop hardness testing machines.
- ISO 4547 - Metallic material - Hardness test - Calibration of standardized blocks to be used for Knoop hardness testing machines.
Zkouška tvrdosti dle metody LEEB (LB)
Tato metoda měření tvrdosti Leeb je vhodná pro měření silných a těžkých dílů (výkovky, velké odlitky, stacionární stroje, komponenty). Mezi další výhodu patří malé nároky na drsnost a kvalitu povrchu.
Měření je prováděno pomocí tvrzené kuličky vystřelené směrem k testovanému objektu. Na povrch naráží definovanou rychlostí, resp. kinetickou energií. Nárazem vzniká deformace povrchu, díky které vnikací tělísko ztrácí část své energie. Ztráta energie je tím větší, čím větší je deformace, tedy čím je materiál měkčí. Jako vnikací tělísko se používá kulička ze slinutých karbidů, popř. u velmi tvrdých materiálů kulička diamantová, která je vystřelena k testovanému povrchu pružinou.
Rychlosti kuličky před a po dopadu jsou obě měřeny nekontaktně. V pouzdru vnikacího tělíska je proto umístěn permanentní magnet, který indukuje napětí při průchodu cívkou umístěnou ve spodní části sondy. Toto indukované napětí je úměrné rychlosti.
Minimální tloušťka měřeného dílu cca 5 - 15 mm Minimální doporučená hmotnost je cca 5 kg.
Narozdíl od UCI (ultrtazvukové metody) není důležitá nízká drsnost měřného povrchu. Drsnost cca Ra 6,3 a lepší.
|
|
 PŘENOSNÝ TVRDOMĚR S VESTAVĚNOU SONDOU DHT-300/DHT-310 |
Měření tvrdosti metodou TIV (Through Indenter Viewing)
Through Indenter Viewing - Měření dle pohledu "skrze" diamant.
Jedná se o nejnovější metodu měření tvrdosti-
Tato metoda měření je ideální pro měření tvrdosti malých dílů, nebo dílů s tenkou stěnou včetně trubek. Oproti dynamické (LEEB) metody nebo metody UCI nedochází k rozkmitání materiálu. Nároky na kvalitu materiálů (drsnost) je podobná jako u standardní metody Vickers.
Statická aplikace zatížení snižuje vibrace testovaného vzorku, a tedy vliv elastických vlastností materiálů
Tvrdoměr TIV lze měřit velmi tenkostěnné materiály (≥0.1mm) jako jsou např. cívky, plechy, kovové fólie které není možné měřit pomocí stolních a přenosných tvrdoměrů.
Měření tímto tvrdoměrem tedy není limitováno materiálem, tloušťkou, váhou a geometrií. Tvrdoměry TIV jsou tedy vhodné pro měření kvality všech materiálů s tloušťkou ≥0.1mm.
Diamantový hrot je vyleštěn i na svojí zadní straně, kde je umístěna miniaturní kamera. Obraz se snímá v reálném časté při vnikání tělíska do materiálu. Protože modul pružnosti nemá vliv na délku úhlopříček, je výsledná hodnota nezávislá na modulu pružnosti, přestože se měří při zatížení.
Ve spolupráci s webem Tloušťkoměry - Všechna práva vyhrazena 2005-2017