Duritatea este o măsură a rezistenței unui material la indentarea permanentă. În testarea durității metalelor, răspunsul la modul în care se măsoară duritatea este simplu: un indentor stşiardizat este presat în suprafață sub o sarcină precisă, iar dimensiunea sau adâncimea amprentei este convertită într-un număr de duritate . Pentru testarea durității oțelului pe etajul de producție, metoda Rockwell este alegerea copleșitoare, cu 60 HRC reprezentând un oțel de scule întărit tipic şi 25 HRC reprezentând un oțel moale, ușor prelucrabil . A Tester de duritate United Rockwell este un instrument digital specific care automatizează acest test, oferind rezultate în câteva secunde. Pentru materiale mai moi, nemetalice, Testoare de duritate Shore măsoară penetrarea unui indentor cu arc și sunt esențiale pentru elastomeri și polimeri. Acest articol oferă o explorare practică, metodă cu metodă, a metodelor de verificare a durității, de la tehnicile clasice Brinell și Vickers până la testere portabile de rebound, cu exemple de duritate a oțelului din beton.
Cum se măsoară duritatea: principiile fundamentale
Toate metodele de măsurare a durității statice împărtășesc o secvență comună: un indentor cu o geometrie cunoscută este presat în material cu o forță și o viteză controlate, forța este menținută pentru un timp de stație definit și apoi indentația este măsurată. Numărul durității este derivat fie din adâncimea de penetrare, fie din suprafața amprentei. Cele mai comune trei tipuri de indentor sunt un con de diamant, o bilă din oțel întărit sau carbură și o piramidă de diamant. Diferența esențială dintre metode constă în combinația de indentor, forță aplicată și abordare de măsurare.
În testarea durității metalurgice, procesul dă mai mult decât un număr. Reflectă limita de curgere a materialului, rata de întărire prin muncă și microstructura. A Test Brinell pe o turnare cu granulație grosieră , de exemplu, face media durității mai multor boabe, în timp ce a Micro-indentație Vickers la 0,5 kgf poate izola duritatea unei singure carburi de graniță. Înțelegerea principiului de măsurare este primul pas pentru selectarea testului corect.
Testarea durității Rockwell: stşiardul industrial pentru metal
Testarea durității Rockwell este metoda dominantă de testare a durității metalelor pentru mediile de producție, deoarece este rapidă, nedistructivă la scară macro și nu necesită măsurare optică. Testul funcționează prin aplicarea mai întâi a unei sarcini minore (de obicei 10 kgf) pentru a așeza indentatorul și a stabili o referință zero. O sarcină majoră (60, 100 sau 150 kgf) este apoi aplicată și ulterior îndepărtată, lăsând doar sarcina minoră. Duritatea este citită direct de pe un cadran sau un afișaj digital ca o funcție inversă a creșterii permanente a adâncimii . Un ciclu de testare tipic durează mai puțin de cinci secunde.
Cele mai comune scale sunt HRC și HRB. HRC folosește un indentor conic de diamant și o sarcină majoră de 150 kgf și este utilizat pentru oțeluri călite și aliaje de titan. HRB folosește o bilă de carbură de 1/16 inch și o sarcină majoră de 100 kgf pentru materiale mai moi, cum ar fi aliajele de cupru și oțelul neîntărit. Un exemplu de duritate Rockwell care ghidează o mare parte din industrie este specificația angrenajelor cementate la 58–62 HRC , care oferă rezistență optimă la uzură fără fragilitate excesivă.
Testarea durității oțelului și exemplele tipice de duritate Rockwell
Testarea durității oțelului este cea mai frecventă aplicație a testerelor de duritate pe banc, iar valorile Rockwell servesc drept limbaj universal pentru specificarea tratamentului termic. Tabelul de mai jos oferă exemple directe și practice de duritate pentru condiții obișnuite de oțel. Aceste valori sunt la care se așteaptă un inginer de calitate când plasează o probă pe un Tester de duritate United Rockwell .
| Tipul și starea oțelului | Duritatea Rockwell | Vickers echivalent | Utilizare tipică |
|---|---|---|---|
| Oțel moale (AISI 1018), recoapt | 25 HRC | 260 HV | Componente structurale, arbori |
| Oțel cu carbon mediu (AISI 1045), călit și revenit | 40 HRC | 390 HV | Piese de mașini, arbori cotiți |
| Oțel aliat (AISI 4140), călit | 52 HRC | 545 HV | Roți dințate, osii, elemente de fixare cu solicitări ridicate |
| Oțel pentru scule (D2), călit și revenit | 60 HRC | 700 HV | Scule de tăiere, matrițe, poanson |
| Oțel pentru rulmenți (AISI 52100), călit integral | 64 HRC | 825 HV | Rulmenți pentru elemente de rulare |
The United Rockwell Tester de duritate : O soluție practică de bancă
The Tester de duritate United Rockwell este o marcă specifică de tester digital de duritate pe bancă utilizată pe scară largă în testarea durității metalurgice și asigurarea calității. Modelele din seria United TRU execută toate cântarile Rockwell obișnuite și superficiale, inclusiv HRC, HRB și HRN/T, cu un sistem de aplicare a forței în buclă închisă care asigură precizie mai bună decât plus sau minus 0,5 HRC . Instrumentul automatizează așezarea sarcinii minore, aplicarea sarcinii majore, staționarea și secvența de descărcare la apăsarea unui buton, eliminând influența operatorului asupra rezultatului. Pentru testarea durității oțelului, aceasta înseamnă că un tehnician poate testa un lot de 50 de mostre de arbore și poate obține numere consistente și repetabile fără măsurători optice. Afișajul digital al testerului arată direct valoarea durității, iar datele pot fi exportate pentru controlul statistic al procesului, făcându-l un instrument central în orice bibliotecă de metode de verificare a durității pentru metale.
Testarea durității Brinell pentru materiale în vrac și grosiere
Brinell este metoda preferată de măsurare a durității pentru materiale cu o microstructură grosieră sau eterogenă, cum ar fi piese turnate din fier, piese forjate și aliaje de cupru. A Bilă de carbură de tungsten de 10 mm este presat în suprafață sub o sarcină mare, de obicei 3000 kgf pentru oțel şi 500 kgf pentru metale moi neferoase . După îndepărtarea sarcinii, diametrul amprentei este măsurat cu un microscop calibrat. Numărul de duritate, raportat ca HBW 10/3000 de exemplu, este sarcina aplicată împărțită la suprafața indentării. Deoarece bila mare prelevează multe granule, rezultatul este o duritate în vrac fiabilă, care se corelează bine cu rezistența la tracțiune pentru multe metale. Un exemplu tipic de duritate din această metodă este 200 HBW pentru o fontă gri .
Testarea durității Vickers: Precizie la toate scalele
Vickers este unic printre metodele de măsurare a durității, deoarece același lucru indentor piramidal cu forma pătrată de diamant este utilizat pentru forțe de la 1 gf la 120 kgf, făcând testul aplicabil pentru orice, de la o acoperire de 3 microni la o placă groasă de oțel. Diagonalele de indentare sunt măsurate optic, iar duritatea, exprimată ca HV , este independent de sarcină pe o gamă largă. În testarea durității metalurgice, Vickers este esențial pentru determinarea adâncimii cazului , unde se face o serie de adâncituri la 0,5 sau 1 kgf de la suprafață la miez pentru a mapa gradientul de duritate. Este, de asemenea, metoda de referință pentru calificarea zonelor de sudură și a foliilor subțiri în care Rockwell și Brinell ar rata variații critice. Un exemplu de duritate pentru o suprafață nitrurata este 1000 HV 0,5 , scăzând la 300 HV în miez.
Testere de duritate Shore pentru elastomeri și polimeri
Testerele de duritate Shore sunt instrumente portabile care măsoară rezistența cauciucurilor, materialelor plastice și a altor materiale nemetalice la indentarea de către un indentor cu arc. Cele mai comune două scale sunt Shore A pentru cauciuc moale şi Shore D pentru materiale plastice dure . O citire a durometrului de 60 Shore A este tipică pentru banda de rulare a anvelopei din cauciuc, în timp ce 80 Shore D indică un material de tip cască. Măsurarea este rapidă și nedistructivă, ceea ce o face o metodă standard de verificare a durității la etajul de producție și pe teren. Deși nu sunt utilizate pentru metale, testele Shore sunt o componentă critică a unei capacități complete de testare a durității pentru componente hibride, cum ar fi suporturile de cauciuc pe metal.
Cum se efectuează un test de duritate: un ghid pas cu pas
Următoarea procedură practică ilustrează modul de testare a durității utilizând un tester de banc Rockwell, cel mai comun scenariu industrial. Aceleași principii de pregătire a probelor, verificare a mașinii și spațiere a indentărilor se aplică tuturor metodelor.
- Verificați testerul. Efectuați o verificare zilnică de calibrare pe un bloc de testare certificat de duritate cunoscută. Citirea trebuie să se încadreze în toleranța declarată, de obicei, plus sau minus 1,0 HRC pentru scala HRC.
- Pregătiți suprafața probei. Suprafața de testare și scaunul nicovalei trebuie să fie curate, uscate și fără calcar sau decarburare. Pentru piese subțiri sau neregulate, utilizați șurubul de ridicare corect și inserția de nicovală pentru a asigura stabilitatea.
- Selectați scara și indentatorul corecte. Pentru oțel călit peste 20 HRC, instalați indentatorul conic de diamant și selectați scara HRC. Pentru alamă sau oțel neîntărit, utilizați bila de 1/16 inch și scara HRB.
- Aplicați sarcina minoră. Ridicați încet șurubul de ridicare până când indentatorul intră în contact cu proba și sarcina minoră este aplicată complet, indicată printr-un semn de referință sau un semnal sonor.
- Aplicați sarcina majoră și opriți. Activați ciclul de testare. Mașina aplică sarcina majoră completă, o menține pentru timpul de stație specificat (de obicei 3-6 secunde) și se eliberează automat înapoi la sarcina minoră.
- Citiți valoarea durității. Numărul Rockwell este afișat direct. Înregistrați valoarea și scara, de exemplu, 58,5 HRC .
- Mențineți o distanță adecvată. Distanța dintre adâncituri trebuie să fie de cel puțin de trei ori diametrul indentării , iar fiecare indentare trebuie să fie de cel puțin 2,5 ori diametrul față de marginea probei pentru a evita interferența de întărire prin lucru.
Selectarea corectă a metodei de verificare a durității
Alegerea metodei de măsurare a durității este determinată de tipul materialului, geometria piesei, scara microstructurii și dacă testul este pentru eliberarea producției sau analiza defecțiunilor. Tabelul de mai jos rezumă metodele primare de verificare a durității pentru aplicații metalice și nemetalice, oferind un ghid practic de selecție.
| Metoda | Cel mai bun pentru | Indentor | Standard cheie |
|---|---|---|---|
| Rockwell (HRC, HRB) | Productie testare metal, oteluri | Con diamant sau bilă din carbură | ISO 6508, ASTM E18 |
| Brinell (HBW) | Piese turnate, forjate, metal în vrac | Bilă de carbură de 10 mm | ISO 6506, ASTM E10 |
| Vickers (HV) | Thin layers, coatings, welds, R&D | Piramida de diamant (136 de grade) | ISO 6507, ASTM E92 |
| țărm (A, D) | Elastomeri, materiale plastice, polimeri moi | Indentor cu arc | ISO 868, ASTM D2240 |
| Leeb (rebound) | Componente mari, instalate | Impact cu bila din carbură de tungsten | ISO 16859, ASTM A956 |
Un ultim punct practic: niciun test de duritate nu este universal. Un laborator de metalurgie bine echipat folosește a Tester de duritate United Rockwell pentru verificările zilnice ale producției de oțel, un tester de microduritate Vickers pentru analiza defecțiunilor și un contor portabil Shore pentru inspecțiile cauciucului primit. Potrivirea metodei cu materialul și cu informațiile necesare este fundamentul testării de duritate fiabile.
