Testowanie (mikro) twardości

Badanie twardości jest kluczowym procesem w przemyśle metalowym, służącym do pomiaru odporności materiału na odkształcenia. Pozwala to na określenie takich właściwości jak wytrzymałość, ciągliwość i odporność na ścieranie, które mają kluczowe znaczenie przy wyborze i przetwarzaniu materiałów. Różne metody testowania umożliwiają precyzyjny pomiar twardości materiału, co stanowi podstawę do dalszej obróbki i zastosowania materiału.

Metody badania twardości

Aby ocenić twardość próbki, penetrator jest dociskany do powierzchni materiału z określoną siłą testową. Powstały trwały odcisk pozostawiony przez penetrator jest mierzony w celu obliczenia głębokości penetracji, a następnie twardości materiału. Istnieją różne metody, z których każda jest odpowiednia dla różnych rodzajów materiałów i wymagań:

• Badanie twardości metodą Vickersa: Najczęściej stosowaną metodą badania twardości jest metoda Vickersa: jest ona bardzo wszechstronna i odpowiednia zarówno dla dużych, jak i małych próbek materiału. Wykorzystuje ona piramidę diamentową i jest często stosowana do badania spoin i cienkich elementów.
• Badanie twardości metodą Brinella: Metoda ta jest idealna dla materiałów o gruboziarnistej strukturze. Wykorzystuje kulkę z węglika wolframu i dobrze nadaje się do testowania dużych próbek materiału.
• Badanie twardości metodą Rockwella: Metoda ta jest szczególnie wydajna i odpowiednia dla szerokiej gamy materiałów. Umożliwia szybkie pomiary i zapewnia natychmiast czytelne wyniki. Jest często stosowana w przypadku stali hartowanej i żeliwa. Jako penetrator używana jest stalowa kulka.
• Badanie twardości metodą Knoopa: Metoda Knoopa jest szczególnie przydatna w przypadku kruchych materiałów lub cienkich powłok, ponieważ działa przy niskim ciśnieniu, zapobiegając powstawaniu pęknięć. Stosowany jest romboedryczny wgłębnik diamentowy.

Procedury testowe opierają się na międzynarodowych standardach, zapewniając porównywalne wyniki:

• ISO 4545: Materiały metalowe - test twardości Knoopa
• ISO 6506: Materiały metalowe - test twardości Brinella
• ISO 6507: Materiały metalowe - test twardości Vickersa
• ISO 6508: Materiały metalowe - test twardości Rockwella
• DIN 51917: Testowanie materiałów węglowych - test twardości Rockwella
• ASTM C886: Standardowa metoda badania twardości materiałów węglowych i grafitowych
• ASTM E10: Standardowa metoda badania twardości Brinella materiałów metalowych
• ASTM E18: Standardowa metoda badania twardości Rockwella materiałów metalowych
• ASTM E92: Twardość Vickersa i twardość Knoopa w zakresie niskich sił
• ASTM E384: Standardowa metoda badania twardości materiałów metodą mikrotwardości wg Vickersa i Knoopa

Wybór odpowiedniej metody badania twardości i zastosowanego obciążenia zależy od kilku czynników, w tym rodzaju materiału, jego twardości i wymagań dotyczących precyzji. W przypadku materiałów o niejednorodnej strukturze może być wymagany większy zakres testowania, podczas gdy testy mikrotwardości są preferowane w przypadku bardzo cienkich elementów lub powłok.

W zależności od metody, mogą być wymagane określone procedury przygotowania powierzchni w celu optymalizacji powierzchni materiału do pomiaru. W przypadku testów makrotwardości zwykle wystarczające jest dokładne szlifowanie, podczas gdy testy mikrotwardości mogą wymagać polerowania lub elektropolerowania w celu uzyskania czystej i wyraźnie widocznej krawędzi pomiarowej oraz właściwej oceny wynikowej twardości.

Pomiar twardości w AAC

Nowoczesny, najnowocześniejszy sprzęt dostępny w AAC umożliwia (w pełni zautomatyzowane) badanie twardości przy obciążeniach w zakresie od 0,25 g do 62,5 kg. Ponadto można wykonać mapowanie uprzęży (np. skany liniowe, skany matrycowe) w celu oceny bocznego rozkładu właściwości mechanicznych. Kluczowe cechy twardościomierza dostępnego w AAC obejmują:

• Szeroki zakres siły testowej (0,25 g - 62,5 kg)
• Dynamiczna głowica testowa z 8-pozycyjnym zmieniaczem narzędzi
• Białe światło LED ze zmotoryzowaną przesłoną
• W pełni zautomatyzowane, bezzałogowe cykle testowe i analityczne
• Sterowanie osią XYZ z bezpośrednim systemem pomiaru ścieżki optycznej
• Kamera obrazu próbki z automatyczną akwizycją obrazu (rozdzielczość 0,5 µm)

Zastosowania testów twardości

Badanie twardości jest szeroko stosowane w wielu sektorach przemysłu, w szczególności w obróbce metali, zapewnianiu jakości i kontroli materiałów. Kluczowe zastosowania obejmują:

• Zapewnienie jakości: Badanie twardości zapewnia, że materiały posiadają wymagane właściwości mechaniczne do wykonywania zamierzonej funkcji. Jest to szczególnie istotne podczas kontroli spoin i oceny obróbki cieplnej.
• Identyfikacja materiału: Testy twardości mogą być wykorzystywane do identyfikacji i rozróżniania różnych materiałów.
• Badania i rozwój: W badaniach materiałowych testy twardości są wykorzystywane do opracowywania i testowania nowych materiałów i procesów.

Chociaż test twardości może być wykonywany jako samodzielny test, jest on zwykle przeprowadzany w połączeniu z innymi testami mechanicznymi w celu uzyskania ogólnej oceny właściwości materiału.