Smjernice za ispitivanje tvrdoće

1 OPĆENITO O ISPITIVANJU TVRDOĆE

U usporedbi sa drugim ispitivanjima koja se provode u laboratoriju za ispitivanje mehaničkih svojstava, ispitivanje tvrdoće jedno je od najkompleksnijih.

S jedne strane, postoje različite metode ispitivanja tvrdoće; s druge strane, potrebno je ispitati uzorke koji mogu biti veliki, mali, tvrdi, mekani, tanki ili debeli.

Imajući na umu različite postupke ispitivanja i višestruke skale koje iskazuju rezultate, razumljivo je kako i iskusni ispitivači mogu imati poteškoća pri ispitivanju tvrdoće.

Razvoj elektronike doveo je do velikih napredaka u ispitivanju tvrdoće. Uz KB Prüftechnik GmbH kompjuterski potpomognute uređaje za ispitivanje tvrdoće, preciznije očitavanje rezultata, mogućnost spremanja podataka, statistička analiza i grafički prikazi postali su standard pri provođenju ispitivanja.

Ipak, elektronika se još uvijek koristi samo za krajnje očitavanje rezultata (i prema potrebi, za automatizaciju i upravljanje mjerenjem), dok je samo ispitivanje i dalje mehanički postupak utiskivanja indentera za mjerenje tvrdoće.

Općenito, u strojarskoj praksi najčešće se koriste tri različite metode ispitivanja tvrdoće:

Tvrdomjeri za
ispitivanje po
Brinellu
Tvrdomjeri za ispitivanje po Rockwellu
Tvrdomjeri za ispitivanje po
Vickersu
Univerzalni
tvrdomjeri
TOPOMATIKA d.o.o. prodaje KB Prüftechnik GmbH tvrdomjere u Hrvatskoj i regiji. Sve informacije o proizvodima možete zatražiti na telefon +385 1 3496 010 ili e-mail deformacije@topomatika.hr 
Za razumijevanje postupaka ispitivanja, različitosti između metoda i prednosti, odnosno nedostataka svake pojedine metode, ključno je razumijevanje sljedećih pojmova:
  1. Opterećenje (Total test load)

Općenito pravilo glasi da se prilikom isptivanja koristi najveće moguće opterećenje. Ovo omogućuje veću preciznost (jer je ispitivanje manje osjetljivo na teksturu površine uzorka).

S druge strane, indentacija ne bi smjela biti dublja od 1/10 debljine uzorka ili kaljene površine.

Homogenost materijala je također važan kriterij pri određivanju opterećenja. Dobar primjer je lijevano željezo, koje se općenito ispituje pri maksimalnom dozvoljenom opterećenju, osim u slučajevima kada je indukcijski kaljeno, npr. kućišta industrijskih strojeva.

 
  1. Raspon tvrdoće (Hardness range)

Iznad iznosa tvrdoće od, otprilike, 650 HB/30, potrebno je korisiti dijamantni penetrator, a za materijale tvrdoće ispod tog iznosa, mogu se koristiti i penetratori od čelika ili tvrdog metala.

Brinell metoda, koja ne koristi dijamantne penetratore, ne može se upotrijebiti za ispitivanje tvrdoće kaljenog čelika.

Rockwell metoda je univerzalnija jer dozvoljava korištenje penetratora u obliku dijamantnog stošca i čelične kuglice.

Vickers metoda koristi samo penetrator u obliku dijamantne piramide pa se može koristiti pri ispitivanju cijelog raspona tvrdoće materijala. Ipak, pogodnija je za ispitivanja u laboratorijima u odnosu na ispitivanja u radionama i u industrijskom okruženju.

 
  1. Točnost i preciznost

Ako se koriste starije varijante uređaja kod kojih mjerenje nije automatizirano (ručno pokretani “dead weight” uređaji) tada je preciznost ispitivanja iznimno ovisna o mjeritelju. Ostali faktori koji utječu na točnost ispitivanja su obrada površine, vrijeme izvođenja ispitivanja, česte revizije provedenih ispitivanja i ispitivanje adekvatnim uređajima (KB Prüftechnik GmbH proizvodi računalno upravljane uređaje pa ponovljivost mjerenja manje utječe o mjeritelju nego kod ručnih uređaja).

Ako je moguće, ispitivanje bi trebalo provoditi na statičkim, a ne na dinamičkim sustavima.

Potrebno je obratiti posebnu pozornost na pravilan odabir opterećenja ispitivanja.

 
  1. Fleksibilnost mjernih uređaja obzirom na oblik i dimenzije uzoraka

U ovisnosti o dimenzijama uzorka moguće je uzorak postaviti na mjerni uređaj ili mjerni uređaj postaviti na uzorak. U prvom slučaju radi se o stacionarnim uređajima koji imaju dovoljno prostora za uzorak. Zbog toga su pogodni za ispitivanje malih i srednje velikih uzoraka.

Prenosivi mjerni uređaji mogu se učvrstiti na ispitni uzorak (npr. steznim čeljustima) ili, kada se ispituju veliki i nepomični uzorci, samo staviti na uzorak.

Prenosivi mjerni uređaji za velika opterećenja ispitivanja moraju biti dinamički. U slučaju korištenja malih opterećenja ispitivanja, mogu biti i statički. Za specifične slučajeve, moguće je pronaći rješenja po narudžbi i željama kupca.

 
  1. Ekonomski aspekti

Ekonomski aspekti uključuju:

  • Kupnju mjernog uređaja
  • Univerzalnost primjene uređaja
  • Vrijeme izvođenja ispitivanja
  • Potrebne kvalifikacije za upravljanje uređajem

Prva dva aspekta su važna kada se ispituju uzorci različitih oblika i različito obrađenih površina. Obično je to slučaj kod tvrtki s područja tehnike i malih industrija.

Kod tvrtki koje serijski izvode ispitivanja i mjerenja, veoma je važna brzina ispitivanja te stručno osoblje koje izvodi ispitivanja. U ovom slučaju, potrebni su uređaji koja ne zahtjevaju posebnu opremu za stezanje.

 

2. MJERENJE TVRDOĆE ROCKWELL METODOM

Rockwell metodu patentirali su 1914 Hugh M. Rockwell i Stanley P. Rockwell za potrebe brzog mjerenja utjecaja toplinske obrade na kuglice za kuglične ležajeve. Procedura je definirana normom ISO 6508-1.

U nastavku donosimo objašnjenje postupka mjerenja tvrdoće Rockwell metodom. Radi lakšeg razumijevanja, postupak je ilustriran pojednostavnjenim uređajima na kojima je kazaljkama ilustrirana trenutna dubinama penetracije.

  1. Dijamantni penetrator u obliku stošca prisloni se uz površinu uzorka i aplicira se pred opterećenje silom F0. Pritom dolazi do male indentacije i tada nuliramo poziciju mjerača dubine.
  2. U slijedećem koraku, polako i bez udara (tijekom 1 do 8 sekundi), aplicira se opterećenje F1. Zajedno sa predopterećenjem F0 ovo ukupno opterećenje predstavlja ispitno opterećenje F. Pri ukupnom opterećenju penetrator ulazi manje ili više duboko u ispitni uzorak, ovisno o tvrdoći materijala koji se ispituje. Pri ukupnom opterećenju, potrebno je penetrator zadržati u krajnjoj točki 4 s ± 2 s; kod tvrdih materijala indentacija je gotovo trenutna, no kod mekših materijala potrebno je pričekati nekoliko sekundi. Postupak penetracije moguće je pratiti na indikatoru uređaja.
  3. Kada se indikator na brojaču umiri, opterećenje F1 se otpušta sve dok uzorak ne ostane samo pod predopterećenjem F0. Na ovaj način, penetrator ostaje u otisku unutar uzorka te su eliminirane sve elastične deformacije nastale apliciranjem ukupnog opterećenja. Stoga brojač pokazuje samo preostalu dubinu penetracije (kao razliku između predopterećenja i ukupnog opterećenja ispitivanja).

Penetrator, predopterećenje, opterećenje i mjerne jedinice standardizirane su unutar Rockwellove metode i mogu se podijeliti u dvije osnovne skupine: standardnu Rockwell metodu (metoda N) i površinsku Rockwell metodu (metoda T).

 

2.1 Standardna Rockwell metoda

Kao penetrator u standardnoj Rockwellovoj metodi koristi se dijamantni stožac vršnog kuta u iznosu od 120°, te sa zaobljenjem vrha od 0.2 mm u radijusu, kao što je moguće vidjeti na skici. Također se kao penetratori koriste kuglice od tvrdog metala promjera 1/16, 1/8, ¼ ili ½ inča.

Predopterećenje je konstantno: 98.07 N. Ukupno opterećenje (predopterećenje F0 + opterećenje F1) može iznositi 588.4 N, 980.7 N ili 1 471 N. Standardna mjerna jedinica prilikom mjerenja tvrdoće Rockwell metodom odgovara penetraciji od 0.002 mm.

Što je veći iznos na Rockwellovoj skali, veća je tvrdoća materijala, no istovremeno se s tvrdoćom materijala smanjuje razlika između predopterećenja i apliciranog ukupnog opterećenja. Stoga se iznosi tvrdoća po Rockwellu računaju tako da se dubina penetracije (u iznosima po 0.002 mm) oduzima od 100 (kada se koristi dijamantni penetrator), odnosno od 130 (kada se koriste kuglični penetratori).

Na primjer:

Uz dijamantni penetrator i izmjerenu dubinu penetracije od 0.082 mm dobivamo:

100-0.082/0.002=59 Rockwella

Ista dubina penetracije mjerena kugličnim penetratorima iznosi:

130-0.082/0.002=89 Rockwella

Kada se koriste analogni uređaji sa mjernim kazaljkama, koji obično imaju 100 odjeljaka (jedna rotacija = 0.2 mm), iznosi se mogu očitati direktno sa brojača. Obično uređaj ima dvije skale: jednu za dijamantni, a drugu za kuglične penetratore.

Kada se koristi digitalni Rockwell tvrdomjer, dobiveni rezultati prikazuju se na zaslonu nakon što je izvršen kompletan mjerni postupak.

Zbog različitih kombinacija penetratora i ispitnih opterećenja, postoji velik broj skala, označenih različitim slovima, kao što je vidljivo iz tablice.

 

 HR SKALA

Penetrator:Dijamant Kuglica 1/16″
1,5875mm
Kuglica 1/8″
3,175mm
Kuglica
1/4
*
Kuglica 1/2″
*
Brojke na skali:crnecrvene
F=1471NCGKPV
F=980,7NDBEMS
F=588,4NAFHLR


Tabela 2 – površinske Rockwell skale, F=ukupna sila (Newton)
*) W, X, Y nisu standardizirane

 

2.2 Površinska Rockwell metoda

Iako metoda površinskog ispitivanja tvrdoće po Rockwellu koristi iste penetratore kao standardna Rockwell metoda, zahtjeva preciznije izrađen dijamantni penetrator. Ovo se odnosi ne samo na koničnost penetratora sa vrhom od 120°, već i vršni radijus do 0.2mm.

Ovom metodom, primjenjuje se manja ukupna sila kako bi se napravile manje indentacije, tako da i mnogo manji rezultati utiskivanja omoguće mjerenje tvrdoće površine.
Predopterećenje ostaje nepromijenjeno: 29.42 N.
Ukupno ispitno opterećenje (predopterećenje F0 + opterećenje F1) iznosi: 147.1 N, 294.2 N ili 441.3 N.

Jedna mjerna jedinica površinske Rockwell metode jednaka je 0.001 mm indentacije. Početak skale u površinskoj Rockwellovoj metodi (oznaka 0 na brojčaniku) nalazi se na iznosu od 100 po skali standardne Rockwellove metode (pri ispitivanju bilo dijamantnim ili kugličnim penetratorom). Skala je podijeljena na 100 dijelova. Jedan puni krug kojeg napravi kazaljka na uređajima starije generacije s analognim mjerenjima jednak je 0.1 mm dubine penetracije.

Primjer:
Uz dijamantni ili kuglični penetrator i dubinu penetracije od 0.082 mm iznos površinske Rockwellove metode iznosi 18, što se dobije sljedećim računom: 100-0.082/0.001=18.

Zbog različitih kombinacija penetratora i ispitnih opterećenja, postoji više različitih skala za ispitivanje Rockwell metodom, i svaki je označen različitim slovom. Sama oznaka također sadrži i brojku koja označava ukupno opterećenje korišteno u ispitivanju.

 

 
HR skala ispitivanja tvrdoće po površinskoj Rockwell metodi
PenetratorDijamantni stožacKuglica 1/16″ 1,5875mmKuglica 1/8″ *Kuglica 1/4″ *Kuglica 1/2″ *
F=441,3N45 N45 T45 W45 X45 Y
F=294,2N30 N30 T30 W30 X30 Y
F=147,1N15 N15 T15 W15 X15 Y
* W, X i Y nisu standardizirani

2.3 Područje primjene različitih skala po Rockwell-u

Za Rockwell metodu moguće je koristiti veći broj skala vrijednosti tvrdoće. Koju ljestvicu koristiti ovisi o tvrdoći materijala i debljini uzorka ili otvrdnute površine (u slučaju površinske obrade poput karbonizacije, nitriranja i sl.). Tvrdoća materijala određuje izbor penetratora: dijamantni konus ili kuglica.

Dijamantni konus koristi se isključivo za kaljeni ili očvrsnuli čelik i tvrde materijale.

Dijamantni konus koristi se isključivo za kaljeni ili očvrsnuli čelik i tvrde metale. Ne preporučuje se za čelik čija je čvrstoća ispod 785 N/ mm2 (20 HRC, 230 HB/30).

Penetrator od čelične kuglice koristi se za mekše materijale. Što je materijal mekši, to je veći promjer kuglice i/ili što je manje ukupno ispitno opterećenje. Naprimjer, materijali koji se mogu testirati na HRB ljestvici su tvrđi od materijala testiranih s HRL skalom.
Veće kuglice koriste se isključivo za ispitivanje plastike i sličnih materijala. Uz određenu pripremu, može se testirati i tečna plastika, uz pomoć ukupnog opterećenja. Kod ispitivanja tvrdoće važan je i uvjet minimalne debljine uzorka. Točna granična vrijednost ne postoji, no obično se minimalna debljina računa kao 10x dubina prodora (tablica 3). Ovo načelo vrijedi i za očvrsnule površine koje se obično mjere s najmanjim ukupnim ispitnim opterećenjem.

  F 
HRC
  20  30  40  50  60  70
  147,1N  0.41  0.33  0.26  0.19  0.14  0.09
  294,2N  0.69  0.58  0.47  0.36  0.26  0.17
  441,3N  0.91  0.77  0.63  0.50  0.37  0.25
  588,4N  1.0  0.9  0.8  0.7  0.6  0.5
  1471N  1.8  1.6  1.4  1.2  1.0  0.8

Tablica 3: minimalna mjerljiva debljina za Rockwell testove s dijamantnim penetratorima

 

Najčešće se koriste sljedeće Rockwell skale:

  1. HRC ( dijamantni konus – 1471 N).
    HRC je najkarakterističnija Rockwell- ova ljestvica za ispitivanje kaljenih, kaljenih i karboniranih utoraka. Obično se pod nazivom Rockwell tvrdoća podrazumijeva HRC skala. Zbog toga može doći do pomutnje kod ispitivanja uzoraka manjih dimenzija. Kod malih dimenzija nije moguće ispitivanje s ukupnim ispitinim opterećenjem od 1471N pa se u tim slučajevima za utvrđivanje tvrdoće koriste druge Rockwell-ove skale ili drugi postupci mjerenja koji se zatim preračunavaju u HRC uz pomoć grafikona. Tablicama za preračunavanje dobivaju se samo približne vrijednosti pa se preporučuje korištenje samo vrijednosti tvrdoće koje se mogu mjeriti u stvarnosti.

  2. HRA ( dijamantni konus – 588,4N)
    Uglavnom se koristi za karbonizirane materijale i tvrde metale čija visoka tvrdoća karbida može oštetiti dijamant.

  3. HRB ( kugla, 980,7 N)
    U Europi se ova skala obično koristi za legure bakra (mesing, bronco, itd); u SAD-u se koristi i za čelik do cca. 686N/mm2.

  4. Rockwell N i T ( površni Rockwell)
    Skale HR 15N, HR 30N, HR 45N (dijamantni konus) koriste se za uzorke s tankim karbonizacijom; za tanke metalne ploče koriste se ljestvice HR 15T, HR 30T, HR 45T. Bitno je pridržavati se općih preporuka o izboru ukupnog ispitnog opterećenja.

KB Prüftechnik GmbH Rockwell tvrdomjeri

Rockwell tvrdomjer KB 150 R

Imate li pitanja? Opremu i proizvode možemo vam demonstrirati uživo u TOPOMATIKA mjernom laboratoriju i demo centru, u Industrijskoj ulici 3, Novaki HR-10431, Sveta Nedelja ili online npr. preko Webex platforme.

Javite nam se za sve informacije ili prezentaciju proizvoda na +385 1 3496 010 ili deformacije@topomatika.hr


3. Brinell metoda

3.1 Princip Brinell metode

Brinell metoda mjeri tvrdoču površine korištenjem kugličnih penetratora različitih dimenzija (dimenzija uvijek izraženih u mm, za razliku od penetratora za Rockwell metodu čije se dimenzije izražavaju u inčima), koji se utiskuju pri određenim opterećenjem u glatku, ravnu površinu uzorka određeno vrijeme (10 do 15 sekundi).

Nakon aplikacije sile ostaje indentacija oblika polusfere, čiji se promjer mjeri s optičkim uređajima (mikroskopom ili projektorom).

Tvrdoća po Brinellu (HBW) određuje se kao odnos ispitnog opterećenja i površine indentacije, prema formuli:

  • F [N] je ispitno opterećenje
  • D [mm] je promjer penetratora
  • d [mm] je promjer indentacije

U praksi se koriste i tablice iz kojih se izravno iščitavaju rezultati tvrdoće po Brinellu prema ispitnom opterećenju i promjeru indentacije. Brinellova metoda koristi standardizirane penetratore:

Promjeri kuglice:10mm5mm2,5mm1mm

3.2 Standardizirana ispitna opterećenja prema promjerima kuglica:

HBW 10Promjer kugliceSila (N) HBW 5Promjer kugliceSila (N)
HBW 10/300010 mm29420HBW 5/7505 mm7335
HBW 10/150010 mm14710HBW 5/2505 mm2452
HBW 10/100010 mm9807HBW 5/1255 mm1226
HBW 10/50010 mm4903HBW 5/62,55 mm612,9
HBW 10/25010 mm2452HBW 5/255 mm245,2
HBW 10/10010 mm980,7
HBW2.5Promjer kugliceSila (N)HBW 1Promjer kugliceSila (N)
HBW 2,5/ 187,52,5 mm1839HBW 1/301 mm294,2
HBW 2,5/ 62,52,5 mm612,9HBW 1/101 mm98,07
HBW 2,5/ 31,252,5 mm306,5HBW 1/51 mm49,03
HBW 2,5/ 15,6252,5 mm153,2HBW 1/2,51 mm24,52
HBW 2,5/ 6,252,5 mm61,29HBW 1/11 mm9,807
Prilikom ispitivanja tvrdoće po Brinell metodi treba voditi računa o sljedećem:
  1. Standard (EN ISO 6506-1) zahtijeva da promjer indentacije bude između 0,24 i 0.6 promjera kugličnog penetratora. Da bi se postigao ovaj uvjet, potrebno je ispravno odabrati i aplicirati silu na kuglicu. Ako se malena kuglica utisne u mekani materijal uz visoko opterećenje, indentacija će biti preduboka. U obrnutom slučaju, može se desiti da indentacija bude manja od 0,24*D i mjerenje neće odgovarati standardu.
  2. Zbog toga za Brinell metodu postoji formula za određivanje omjera opterećenja i promjera kuglice koja glasi . Što je tvrđi metal ispitivanog uzorka, potrebno je veće opterećenje ispitivanja.

Označavanje tvrdoće po Brinell metodi

Kratica HBW označava tvrdoću mjerenu Brinell metodom.

Vrijednost izmjerene tvrdoće stoji ispred kratice te joj slijedi promjer kuglice u mm, korišteno ispitno opterećenje prema tablici i vrijeme ispitivanja u sekundama, ako se razlikuje od standardnog vremena (10-15 s).

Primjer: 305 HBW 2,5/ 187,5

Vrijednost tvrdoće po Brinell-u 305 određena s kugličnim intendorom promjera 2,5 mm, 1,839N testnim opterećenjem u vremenu od 10-15s.

Primjer: 305 HBW 2,5/ 187,5/20

Vrijednost tvrdoće po Brinell-u 305 određena s kugličnim intendorom promjera 2,5 mm, 1,839N testnim opterećenjem u vremenu od 20s.

Primjena Brinell metode

Opterećenje koje se primjenjuje u testovima određuje tvrdoća materijala. Kad je izabran najprikladniji stupanj, ispitno opterećenje se određuje prema sljedećim elementima:

  • Debljina uzorka – minimalna debljina trebala bi biti 10x dubina prodiranja (vidi tablicu 7)
Ball D in mmCentered indentation diameter
0,51,01,52,03,04,05,06,0
10,54
20,251,07
2,50,832,00
50,921,674,00
101,843,345,368,00

Tablica 7 – minimalna debljina za testove po Brinell metodi

  • Homogenost materijala – Za manje homogene materijala preporučuje se korištenje visokih ispitnih opterećenja
  • Jačina otiska – Otisak intendora je bolji što je veći intendor

 

Za sljedeće materijale postoje standardni Brinell testovi :

 

Čelik: skoro uvijek HBW x/3000 (x = promjer kuglice)
Za čelik je metoda po Brinell-u vrlo važna zbog veze između tvrdoće po Brinell-u i vlačne čvrstoće (za ugljični čelik omjer iznosi 3,53)

Primjer : 225 HBW x/3000 225×3,53 = 794,3 N/mm2 (DIN 50150)

Ispitivanje tvrdoće po Brinellu je jedina nerazorna opcija kojom se može odrediti vlačna čvrstoća čelika. Međutim, Brinell-ova metoda ne može se koristiti za kaljeni čelik. Kako ne postoji dijamantni penetrator za Briniell metodu, ispitivanja tretiranog čelika s više od 1765 N/mm2 nisu moguća. Meko željezo obično se testira s HBx/3000, iako promjer udubljenja prelazi 0,6 promjera kuglice.

 

Lijevano željezo: uvijek se koristi HBW x/3000. Zbog manje homogenosti preporučuje se korištenje najvećeg ukupnog ispitnog opterećenja od 29,420 N.

 

Meki metali: obično HBW x/10 ili HBW x/5. Za vrlo meke legure moguće je koristiti i HBW x/2,5. Za srednje vrijednosti tvrdoće moguće je koristiti različite stupnjeve opterećenja pa je važno naznačiti koji stupanj je korišten tijekom ispitivanja.

 

Legure bakra: Za broncu koristiti HBWx/10 i HBW, a ako je veće tvrdoće može i HBW x/30. Za mesing koristiti HBW x/10 ili HBWx/5. Također, moguće je koristiti i opterećenja kao za meke metale.

Prednosti i nedostaci metode po Brinell-u

  • Glavna prednost je ta što se ispitivanja provode velikim opterećenjima pa je moguće koristiti jednostavne i robusne uređaje
  • Odstupanje se može mjeriti pomoću jednostavnog mikroskopa ili mjerne lupe
  • Mjerenja se mogu provoditi i kada uvjeti nisu idealni (kao kod Rockwell metode) jer moguće greške u otisku ne utječu na rezultat
  • Nerazorno određivanje vlačne čvrstoće materijala. Vrijednost tvrdoće po Brinell-u pomnoži se s određenim koeficijentom specifičnim za svaki materijal.
  • Jedan od najvećih nedostataka Brinell-ove metode je mjerenje otiska optički, gdje može doći do veće pogreške. Ova pogreška smanjuje se korištenjem modernih, automatiziranih računalnih sustava za optičko mjerenje
  • Iako se koriste velika ispitna opterećenja, površina mora biti dobro pripremljena kako bi se postigla visoka točnost potrebna za mjerenje udubljenja.
  • Dakle, ispitivanja tvrdoće po Brinell metodi nisu brza i nisu prikladna za rutinske testove. Kako bi se izbjegao ovaj nedostatak, često se koristi Rockwell metoda s Brinell penetratorima i ispitnim opterećenjima.
  • Nije moguće ispitivanje cilindričnih površina. Kod ispitivanja cilindričnih uzoraka potrebna je priprema površine tako da se osigura površina na koju će penetrator jednoliko prianjati.

Preporučeni KB Prüftechnik GmbH Brinell tvrdomjeri:

Samostojeći Brinell tvrdomjer KB 250 – 3000 BVZ Standalone

Univerzalni mjerač tvrdoće KB 250 – 3000 Video

Imate li pitanja? Opremu i proizvode možemo vam demonstrirati uživo u TOPOMATIKA mjernom laboratoriju i demo centru, u Industrijskoj ulici 3, Novaki HR-10431, Sveta Nedelja ili online npr. preko Webex platforme.

Javite nam se za sve informacije ili prezentaciju proizvoda na +385 1 3496 010 ili deformacije@topomatika.hr

4. Vickers metoda

  • 4.1 Princip Vickers metode

 

(NAPOMENA! Neki detalji ovog poglavlja su zastarjeli. Trenutno se prepravljaju.)

Ova metoda slična je Brinell metodi, no koristi dijamantni penetrator u obliku pravilne četverostrane piramide i vršnog kuta od 136°. Stoga indentacija izgleda poput konkavne (negativne) piramide kvadratične osnovice. Mjeri se duljina dvaju dijagonala indentacije, a kao referentna vrijednost uzima se njihova aritmetička sredina.

Slika – princip ispitivanja tvrdoće po Vickersu (vidi ISO 6507-1, -2, -3)

Slično Brinell metodi, iznos tvrdoće po Vickersu računa se prema razmjeru između ispitne sile i indentacije nastale na površini.

Ispitne sile koje se najčešće koriste su: 9.81, 19.62, 49.05, 98.10 i 294.30 N. Također, moguće je koristiti ispitne sile manje od 9.81 N, čime ulazimo u domenu mikrotvrdoće i uporabu u metalografskim laboratorijima.

Vickers tvrdoća računa se preko formule (točnost ±0.002 mm):

Gdje je:

      • HV – oznaka tvrdoće po Vickersovoj skali
      • F – ispitna sila
      • A – površina indentacije
      • d – aritmetička sredina dijagonala indentacije

Prilikom označavanja ispitivanja tvrdoće po Vickersu upisuje se HV (H=hardness – tvrdoća, V=Vickers), zatim ispitna sila i vrijeme ispitivanja.

Mjerna sila izražava se u kilopondima, stoga je potrebno silu u Newtonima podijeliti sa 9.81

npr. HV50: 50 = 490.5N / 9.81. 

 

Prema tome, oznaka tvrdoće po Vickersu može izgledati ovako:

210 HV50/30 što znači da:

            • Vickers tvrdoća iznosi 210,
            • pri ispitnoj sili od 490.5N i
            • vremenu ispitivanja 30 s.

Vrijeme aplikacije sile:

Uobičajeno, ispitna sila primjenjuje se na uzorak kroz 15 sekundi, te još sljedećih 30 s ostaje primjenjena. Meki materijali zahtijevaju dulje vrijeme ispitivanja. Čelik tvrdoće 140 HV zahtjeva primjenu sile od samo 10 sekundi.

Preporučeni KB Prüftechnik GmbH Vickers tvrdomjeri

KB 30 S Video SA (poluautomatski) / FA (potpuno automatiziran)

KB 30 SR Video SA / FA

4.2. Provođenje ispitivanja tvrdoće Vickers metodom različitim ispitnim opterećenjima

Vrijednost tvrdoće po Vickersu je specifično opterećenje po površini, mm2, a za određivanje tvrdoće koristi se samo jedna vrsta intendora. Zbog navedenog vrijednosti dobivene različitim ispitnim opterećenjima mogu se uspoređivati. Naprimjer, ako se materijal ispituje s ispitnim opterećenjem od 294,30 N,a zatim s 9,81N vrijednosti tvrdoće biti će jednake (pri čemu materijal mora biti homogen i bez slojeva razlilčite tvrdoće).

Metoda po Vickersu pogodna je i za materijale sa slojevima različite tvrdoće. U takvim slučajevima postepeno se povećavaju ispitna opterećenja kako bi se odredila debljina pojedinih površinskih slojeva, npr. sloj nastao nitriranjem.

Za Vickers vrijede pravila kao i za ostale metode, minimalna debljina sloja je jednaka 10x vrijednosti dubine otiska, odnosno dijagonala intendora ne smije biti veća od 2/3 debljine uzorka.

Metoda po Vickersu pogodna je za ispitivanje malih i tankih dijelova te dijelova koji se površinski obrađuju. Primjenjuje se za ispitivanja s malim ispitnim opterećenjima. Međutim, ne preporuča se korištenje ove metode za nehomogene materijale, poput lijevanog željeza.

4.3. Prednosti i nedostaci mjerenja tvrdoće po Vickersu

  • Glavna prednost metode je širina mjerne skale tvrdoće, u jednoj skali sadrži i najmanje i najveće vrijednosti tvrdoće što je čini vrlo pogodnom za laboratorijska ispitivanja
  • Glavni nedostatak metode mjerenja tvrdoće po Vickersu je trajanje samog postupka jer se otisak intendora treba mjeriti optički uz korištenje mikroskopa ili projektora što povećava i mogućnost pogreške u mjerenju. Greška mjerenja može se značajno smanjiti korištenjem modernih računalnih sustava za automatsko mjerenje.
  • Potrebna je priprema površine kako bi intendor prianjao ravnomjerno na površinu. U suprotnom, najmanji nagib uzrokuje nepravilnosti u otisku. Stoga, metoda nije prikladna za rutinske testove
  • Otisak intendera na nekim materijalima nije dobro vidljiv zbog nepravilne raspodjele opterećenja ( veća količina opterećenja na rubovima nego na stranicama piramide)

Vickers metoda prikladnija je za primjenu u laboratorijskim nego u industrijskom okruženju. Navedena ograničenja metode mogu se prevladati korištenjem automatskih sustava za mjerenje poput mikroskopa.

 


5. Ostali postupci ispitivanja tvrdoće

5.1. Shore procedura (za metale)

Shore metoda ispitivanja tvrdoće temelji se na principu da se kugla (ili osovina s okruglim vrhom) ispusti na uzorak i odbije. Visina odbijanja ovisi o tvrdoći materijala i visini s koje kugla pada. Preciznost metode ovisi o masi uzorka i okomitosti pada kuglice zbog čega se metoda rijetko koristi.

 

5.2. Knoop metoda

Postupak je sličan Vickers metodi, s dijamantnim indentorima u obliku piramide i bazom u obliku romba. Ispitivanja po Knoop-u provode se u laboratorijskim uvjetima s ispitnim opterećenjima od nekoliko grama.

 

 

6. Evaluacijske tablice i etalonske ploče za uspoređivanje tvrdoće

6.1 Upotreba evaluacijskih tablica

Budući da ne postoji matematička povezanost između različitih skala tvrdoće, evaluacijske tablice morale su se sastaviti pomoću empirijskih testova. Postoje značajne razlike između različitih evaluacijskih tablica pa se vrijednosti moraju smatrati tek orijentacijskima.

 

6.2 Uporaba ploča za usporedbu tvrdoće

Oprema uređaja za ispitivanje tvrdoće obično sadrži jedan ili više etalona za usporedbu tvrdoće. Etaloni su izrađene od homogenih i dodatno obrađenih materijala.

Vrlo je važno redovito testirati uređaj za mjerenje tvrdoće certificiranim etalonskim pločama za usporedbu tvrdoće (eng. hardness test block) kako bi se redovito provjeravala ispravnost uređaja.

Udaljenost između dva otiska mjeri se između sredine svakog udubljenja ili između sredine otiska i ruba uzorka. Udaljenost je različita za različite testove:

  • Za Rockwell testove:
    Min. 4x promjer otiska, ne manje od 2mm (rubna udaljenost najmanje 2,5 x promjer otiska)
  • Za Brinell:
    Min. 3x promjer otiska (rubna udaljenost: min 2,5 x promjer otiska)
  • Za Vickers:
    Min 3x promjer otiska (rubna udaljenost: min 3x promjer otiska)

Nije preporučeno brušenje postojećih otisaka na ploči kada se ploča popuni jer struktura materijala ploče ispod otiska (otprilike 8x dubina otiska) se mijenja zbog primjene opterećenja, pa rezultati mjerenja ne bi bili točni.

TOPOMATIKA D.O.O. je zastupnik KB Prüftechnik GmbH tvrdomjera u regiji. Imate li pitanja o uređajima za mjerenje tvrtoće površine? Javite nam se ili nas posjetite u TOPOMATIKA mjernom laboratoriju i demo centru, u Industrijskoj ulici 3, Novaki HR-10431, Sveta Nedelja.

Javite nam se za sve informacije ili prezentaciju proizvoda na +385 1 3496 010 ili deformacije@topomatika.hr