Duritatea nu este o proprietate fundamentală a materialului, ci un răspuns măsurat la o metodă specifică de indentare. Răspunsul practic direct este că Rockwell, Brinell și Vickers sunt trei teste distincte de duritate a indentației, fiecare folosind un indentor și o sarcină diferite și producând valori în unități sau scale diferite. . Rockwell folosește o măsurare a adâncimii și raportează un număr fără dimensiuni pe scale precum HRC sau HRB. Brinell apasă o minge de carbură în suprafață și raportează o valoare în HBW (kgf/mm²) . Vickers folosește o piramidă de diamant și raportează duritatea ca HV (de asemenea în kgf/mm²) , făcându-l versatil pentru orice, de la acoperiri subțiri la materiale în vrac. A mașină universală de testare a durității integrează aceste metode într-un singur instrument, adăugând adesea o capacitate de duritate Martens de detectare a adâncimii. Nu există o singură unitate de măsură a durității; „unitatea pentru duritate” este dependentă de scară, iar alegerea dintre teste depinde de tipul de material, geometria probei și informațiile specifice necesare.
Mașina universală de testare a durității
A tester de duritate universal este un singur instrument proiectat pentru a efectua mai multe metode standardizate de testare a durității, de obicei Rockwell, Brinell și Vickers, prin schimbarea indentatoarelor, a lentilelor obiectivului și a profilelor de încărcare. Acest lucru elimină nevoia de testere dedicate separate. Dincolo de metodele optice tradiționale, mașinile universale avansate folosesc tehnologia de detectare a adâncimii pentru a măsura Duritatea jderului (HM) și modulul de indentare conform ISO 14577. Acest lucru se realizează prin înregistrarea curbei forță-deplasare continuă în timpul ciclului de indentare, oferind parametrii materialului echivalent cu un test de compresie de mare viteză. O mașină universală modernă, de exemplu, poate aplica forțe de testare din 1 gf până la 3000 kgf , care acoperă gamele micro, cu sarcină mică și macro pentru testele Vickers, Brinell, Rockwell și chiar Knoop și plastic. Sisteme de control al forței în buclă închisă, adesea cu o rată de eșantionare de 1 până la 2 kHz , asigurați-vă că rata de încărcare și timpul de așteptare sunt strict conforme cu standardele precum ASTM E92 și ISO 6506.
Fundamentele testelor de duritate Rockwell, Brinell și Vickers
Toate cele trei teste cuantifică rezistența unui material la deformarea plastică permanentă, dar diferă fundamental în geometria indentorului, aplicarea sarcinii și principiul de măsurare.
Test de duritate Rockwell
Metoda Rockwell măsoară adâncimea diferenţială de penetrare a unui indentor sub o sarcină mică preliminară urmată de o sarcină majoră. Sarcina minoră (de obicei 10 kgf sau 3 kgf) stabilește o poziție de referință, absorbind imperfecțiunile suprafeței și deformarea elastică. Sarcina majoră (60, 100 sau 150 kgf) este apoi aplicată și îndepărtată și se măsoară creșterea permanentă a adâncimii de penetrare. Numărul durității este invers raportat la această adâncime și este citit direct de pe un cadran sau afișaj digital. A Valoarea Rockwell HRC de 60 , de exemplu, corespunde unei adâncimi de aproximativ 0,080 mm. Cântarele obișnuite includ HRC (con de diamant, 150 kgf) pentru oțeluri călite și HRB (bile de 1/16 inch, 100 kgf) pentru aliaje mai moi. Principalul avantaj este viteza, deoarece rezultatul se obține în câteva secunde fără măsurare optică.
Test de duritate Brinell
Testul Brinell utilizează a indentor cu bilă din carbură de tungsten , de obicei cu un diametru de 10 mm, presat în suprafață cu o forță de testare mare (de obicei 3000 kgf pentru metale feroase). După îndepărtarea sarcinii, se măsoară optic diametrul amprentei permanente. Numărul de duritate Brinell (HBW) este calculat ca sarcina aplicată împărțită la aria suprafeței sferice a indentării. Un rezultat tipic este scris ca 350 HBW 10/3000 , indicând o duritate Brinell de 350 folosind o bilă de 10 mm și o sarcină de 3000 kgf pentru un timp de stație de 10 până la 15 secunde. Indentația mare face o medie a variațiilor microstructurale locale, făcând Brinell ideal pentru piese turnate, forjate și materiale cu structuri cu granulație grosieră. Nu este potrivit pentru materiale foarte dure (peste 650 HBW) sau secțiuni subțiri, deoarece bila se poate deforma sau proba poate fi deteriorată.
Test de duritate Vickers
Testul Vickers folosește a indentor piramidal cu forma pătrată de diamant cu un unghi de vârf de 136 de grade. Principiul este identic pe întregul domeniu de încărcare: indentatorul este presat în eșantion cu o forță precisă, iar cele două diagonale ale amprentei pătrate rezultate sunt măsurate optic și mediate. Duritatea Vickers este raportată ca HV , urmată de forța de încercare în kgf, de exemplu 640 HV 30 . Unitatea pentru duritatea Vickers este tehnic kgf/mm² , dar este exprimat convențional ca număr adimensional. Deoarece aceeași formă a indentorului este utilizată pentru forțe de la 1 gf până la 120 kgf, Vickers este capabil unic să măsoare duritatea pe scară, de la folii subțiri și straturi calite până la materiale în vrac, iar rezultatele sunt în general independente de sarcină peste câteva sute de grame de forță.
Unități de măsurare a durității prin metode
Conceptul de „unitate de duritate” este specific metodei. Fiecare test are propria convenție de raportare, iar valorile nu sunt direct transferabile fără tabele de conversie definite de ASTM E140 și ISO 18265. Tabelul de mai jos clarifică structura unității și a scalei pentru principalele metode de testare.
| Metoda de testare | Simbol | Unitatea fizică | Exemplu de denumire |
|---|---|---|---|
| Rockwell | Scala HR | Fără dimensiuni | 60 HRC |
| Brinell | HBW | kgf/mm² | 350 HBW 10/3000 |
| Vickers | HV | kgf/mm² | 640 HV 30 |
| Knoop | HK | kgf/mm² | 1000 HK 0,1 |
| Martens (universal) | HM | N/mm² | 4500 HM 0,5/20/15 |
Comparația cuprinzătoare a celor trei metode
Diferențele dintre testele de duritate Brinell, Rockwell și Vickers nu sunt doar procedurale; ele determină care metodă este adecvată pentru o anumită sarcină industrială. Următorul tabel oferă o comparație directă, orientată spre aplicație.
| Caracteristica | Rockwell | Brinell | Vickers |
|---|---|---|---|
| Indentor | Con diamant sau bilă din carbură | Bilă de carbură de 10 mm (sau 5/2,5 mm) | Piramida de diamant (136 de grade) |
| Măsurare | Adâncimea de penetrare | Diametrul amprentei | Diagonala de impresie |
| Viteza | Foarte rapid (3-5 secunde) | Lent (optic 30 de secunde) | Moderat spre lent |
| Adecvare | Productie QA, oteluri calite, aliaje | Piese turnate, forjate, metale cu granulație grosieră | All materials, coatings, thin layers, R&D |
| Limitare cheie | Nu pentru straturi subțiri sau întărite | Nu peste 650 HBW; zonă mare de deteriorare | Lentă, finisarea suprafeței critică |
Ce este Vickers Test de duritate Folosit pentru
Testul de duritate Vickers este metoda preferată atunci când o singură scară de duritate trebuie să acopere întreaga gamă de duritate a materialului unui produs. Aplicațiile sale principale includ analiza adancimii carcasei a otelurilor carburate sau nitrurate , unde o serie de micro-indentări de la marginea suprafeței la miez mapează gradientul de duritate. O specificație tipică, cum ar fi HV 550 la o adâncime a carcasei de 0,5 mm , poate fi verificat numai cu o traversă de microduritate Vickers. Testul este, de asemenea, esențial pentru suduri de calificare , unde zona afectată de căldură, metalul de bază și metalul de sudură au fiecare proprietăți diferite, iar indentatorul mic poate izola aceste regiuni. În cercetare și dezvoltare, Vickers este folosit pentru a caracteriza ceramica, compozitele și acoperirile cu peliculă subțire în cazul în care alte dispozitive de penetrare s-ar sparge sau necesită o amprentă prea mare. De exemplu, un strat dur TiN cu o grosime de 3 microni poate fi testat în mod fiabil 0,025 kgf (25 gf) , producând o adâncime de aproximativ 0,5 microni, fără influența substratului.
Webster vs Rockwell Hardness
Testerul de duritate Webster este un instrument portabil, cu citire directă, care aplică o metodă specifică de indentare. Nu este direct echivalent cu o scară specifică Rockwell, dar Valorile durității Webster sunt corelate empiric cu scalele Rockwell B și Rockwell H pentru aliajele de aluminiu . Scala Webster B, de exemplu, acoperă aproximativ de la WB 0 până la WB 20 , care corespunde aproximativ 25 până la 100 HRB pentru aluminiu extrudat și tablă. Avantajul testerului Webster constă în portabilitatea și capacitatea sa de a testa ansambluri mari, schimbătoare de căldură și structuri de aeronave care nu pot fi aduse la un tester Rockwell de banc. Cu toate acestea, corelația este specifică materialului. Un tester Webster calibrat pentru aluminiu 6061-T6 nu va oferi echivalente Rockwell exacte pentru 7075 sau pentru alte metale. Pentru certificarea precisă a materialelor, este necesar un test pe banc Rockwell sau Brinell, Webster servind ca instrument convenabil de verificare pe teren.
Cum să selectați testul de duritate corect pentru aplicația dvs
Alegerea testului este determinată de tipul de material, geometria probei, volumul de producție și informațiile necesare. Următoarea logică de decizie, bazată pe scenarii industriale practice, oferă un ghid constructiv.
- Pentru piese turnate mari sau forjate cu microstructuri grosiere , alegeți testul Brinell. Indentația bilei de 10 mm reprezintă o medie a variațiilor de granuță și de fază, oferind o duritate în vrac reprezentativă pentru proprietățile mecanice generale ale componentei. Un test standard la 3000 kgf cu o bilă de 10 mm este implicit pentru piese turnate din fier și oțel.
- Pentru controlul calității producției în volum mare al pieselor prelucrate , Rockwell este standardul. Un test HRC de 3 secunde poate menține indicele de capacitate de proces al unei linii de tratament termic fără a crea un blocaj. Utilizați HRC pentru oțeluri întărite peste 20 HRC și HRB pentru aliaje neferoase mai moi.
- Pentru componente cementate, subțiri sau acoperite , micro-Vickers este singura alegere potrivită. O sarcină de 500 gf sau 1 kgf și un indentor Knoop sau Vickers pot măsura gradientul de la miez la carcasă fără ca indentația să se extindă prin stratul întărit.
- Pentru suduri, îmbinări și zone afectate de căldură Testarea cu forță redusă Vickers sau Knoop (1-5 kgf) poate rezolva variațiile de duritate pe banda îngustă a unei interfețe de sudură, ceea ce este esențial pentru a evita fisurarea hidrogenului sau formarea fazei fragile.
- Când sunt necesare proprietăți ale materialului peste un singur număr de duritate , un tester de duritate universal în modul Martens oferă duritatea indentației, modulul elastic, curajul și comportamentul de relaxare dintr-un singur test de indentare instrumentat, care este valoros pentru polimeri, ceramică și dezvoltarea materialelor avansate.
Conversia între scalele de duritate
Conversiile la scară de duritate sunt aproximative, iar practica responsabilă este să folosiți-le doar pentru comparație, niciodată pentru specificații . Relația de conversie dintre Brinell, Rockwell și Vickers depinde de comportamentul materialului la întărire prin muncă, astfel încât un tabel de conversie ASTM E140 pentru oțel inoxidabil austenitic va diferi de cel pentru oțel carbon și slab aliat. Ca exemplu practic, un oțel carbon tipic cu 640 HV 30 corespunde cu aproximativ 56 HRC și 600 HBW . Cu toate acestea, pentru un oțel inoxidabil austenitic complet călit la lucru, același 56 HRC ar putea corespunde doar la 250 HBW. Atunci când o specificație necesită raportarea la o scară specifică, testul trebuie efectuat direct pe scara respectivă. O mașină universală de testare a durității poate minimiza această incertitudine prin efectuarea testului în metoda necesară, fără a recurge la conversie.
