Tribotestery - Technolutions

Nasza oferta:

Galeria

Teoria

Twardość jest jedną z właściwości, których nie można jednoznacznie zdefiniować opierając się na znanych wielkościach fizycznych. Przez twardość rozumie się odporność na odkształcenie plastyczne materiału poddanego naciskowi określonego wgłębnika.
Badania twardości są popularne ze względu na szybkość i względną łatwość wykonania samego pomiaru. Ten typ pomiarów zaliczany jest do pomiarów nieniszczących, ze względu na znikome odkształcenia generowane w materiale, jak również możliwość dokonywania pomiarów na gotowych elementach.
Pierwszą skalą twardości była skala Mohsa 1822r., która wzięła swoją nazwę od nazwiska twórcy Friedricha Mohsa. Jest to 10-stopniowa skala, orientacyjna, charakteryzująca twardość minerałów. Klasyfikacja opiera się na założeniu, że jeżeli badany minerał będzie w stanie zarysować powierzchnię minerału wzorcowego, będzie zaklasyfikowany z jego twardością.

Metody pomiaru twardości ze względu na charakter oporu stawianego przez materiał podczas próby, można podzielić na:
– statyczne– metody Rockwella, Brinella, Vickersa, Knoopa
– dynamiczne– metoda Poldi, Shore’a
– ryskowe- Mohsa. Twardość jest określana w oparciu o wymiary rysy otrzymywanej w wyniku przesuwania się po powierzchni materiału ostrego i twardego wgłębnika ze ściśle określonym dociskiem.

Najczęściej rozpowszechnionymi metodami pomiaru twardości są metody statyczne.

Metoda Brinella polega na wgniataniu w materiał badany stalowej kulki (lub z węglików spiekanych). Twardość jest proporcjonalna do stosunku obciążenia do powierzchni czaszy kulistej trwałego odcisku i obliczona na podstawie pomiaru średnicy trwałego odcisku, dokonanego po odciążeniu. Warunki badania określa PN 91/H 04350.
Metoda Rockwella polega na dwustopniowym wciskaniu w badany materiał stożka diamentowego o kącie wierzchołkowym 120° lub kulki salowej o średnicy 1/16” (ew.1/8”) oraz pomiarze trwałego przyrostu głębokości odcisku po odciążeniu. Warunki badania określa PN EN ISO 6508-1.
Metoda Vickersa określa twardość jako stosunek obciążenia F do powierzchni S pobocznicy odcisku wgłębnika. Wgłębnikiem jest ostrosłup diamentowy o podstawie kwadratowej i kącie 136˚ między przeciwległymi ścianami. Nacisk wywierany, zależnie od rodzaju powierzchni badanej, może być dobierany w zakresie od 9,8 do 981 N (od 1 do 100 kG). Po dokonaniu pomiaru mierzy się długości przekątnych, powstającego odcisku przyjmując do dalszych obliczeń wartość średnią

HV = F/S

Zakres pomiaru twardości metodą Vickersa jest bardzo szeroki i umożliwia pomiar twardości zarówno metali miękkich jak i bardzo twardych. W metodzie tej stosuje się jedną skalę dla całego zakresu twardości. Zasady pomiaru twardości metodą Vickersa określa norma PN-EN ISO 6507-1:1999

Bardzo często w badaniach materiałów zachodzi konieczność wyznaczania twardości:
– warstw wierzchnich,
– cienkich drutów oraz blach,
– składników strukturalnych stopów,
– ostrzy.

W takim przypadku zalecane jest stosowanie obciążeń niższych niż w klasycznych metodach oraz posługiwanie się precyzyjnymi układami pomiarowymi, otrzymane w tym przypadku wartości twardości noszą nazwę mikrotwardości (lub nanotwardości). Urządzenia pomiarowe umożliwiające realizację takich badań nazywane są mikrotwardościomierzami i nanotwardościomierzami instrumentalnymi.

Twardość instrumentalna
Zasada pomiaru jest podobna, jak makrotwardości opisana powyżej z tą różnicą, że pole powierzchni liczone jest automatycznie ze znanej geometrii wgłębnika oraz głębokości jego wnikania w badany materiał przy zadanym obciążeniu. Przy takich badaniach kluczowa jest precyzja pomiaru głębokości oraz siły.
Do pomiaru mikrotwardości powierzchnie badanego metalu musi być starannie przygotowana; szlifowana na papierach o ziarnistości minimum 600, polerowana, a w przypadku badania składników strukturalnych również wytrawiona.
Zaletami tej metody są:
1) uniwersalność – twardość nie zależy od wartości siły,
2) nadaje się do pomiaru materiałów o różnych twardościach,
3) nadaje się do pomiaru próbek lub przedmiotów o małych rozmiarach i cienkich warstw,

4) praktycznie nie niszczy przedmiotu (odcisk jest zupełnie niewidoczny gołym okiem),
5) duża dokładność pomiarów

6) nadaje się do badań wydzieleń,

7) nadaje się do badań w trybach indywidualnych, w tym w także badań dynamicznych
Nanotwardościomierze i mikrotwardościomierze pozwalają mierzyć głębokość na której znajduje się wgłębnik (h) pod zadaną siłą (F), podczas każdego cyklu. Dzięki temu można obserwować zarówno plastyczne, jak i sprężyste odkształcenie badanego materiału.

Maksymalne obciążenie Fm obserwowane jest zarówno na krzywej obciążania jak i odciążania. Twardość wyliczana jest ze wzoru.

HIT=Fm/Ap

Podczas wykonywanych badań twardości warstw znajdujących się na podłożu maksymalna głębokość pomiaru nie powinna przekraczać 10% całkowitej grubości warstwy aby uniknąć wpływu podłoża na wynik pomiaru (norma ISO 14577).

Zalety pomiarów twardości instrumentalnej twardościomierzami:
-zautomatyzowane pomiary ze statystyką (matryca, matryca wizualna)
-oprócz twardości: moduł Younga, praca plastyczna, sprężysta, pełzanie, relaksacja, odporność na kruche pękanie
-profile głębokości (zmiany właściwości mechanicznych w funkcji głębokości)
-i wiele więcej.