Alapvető
Keménységmérési módszerek
A külső hatások sokfélék lehetnek, így a keménység pontos meghatározását azzal a módszerrel adhatjuk meg, amivel meg is mérjük.
SENSELEKTRO Szolgáltató,
Műszaki Fejlesztő és Kereskedelmi Kft
Telefon
címünk
1141 Budapest, Komócsy u. 15.
Nyitvatartás
H-Cs: 8:00-16:00
P: 8:00-15:00
Alapvető keménységmérési módszerek
A keménység pontos meghatározását azzal a módszerrel adhatjuk meg, amivel meg is mérjük
A karcolási keménység meghatározását ásványok keménységének a meghatározására használják. Azon alapul, hogy a Mohs-féle keménységi sorba besorolt ásványok karcolják a sorban alattuk elhelyezkedő, kisebb sorszámú ásványokat. Ugyanakkor az egyes ásványfajtákon belül szerepel még a körömmel, tűvel, reszelővel stb. való karcolhatóság is. Nem túl egzakt, nem számszerűsíthető mérési módszer. A Mohs-féle keménységi skála: talk, gipsz, kalcit, fluorit, apatit, földpát, kvarc, topáz, korund, gyémánt.
A nyomási keménységet jellemzően, de nem kizárólagosan, fémek keménységének megállapítására használják. Ennél a módszernél valamilyen behatoló testet (golyót, gúlát, kúpot) nyomnak a vizsgált anyag felületébe, és a benyomódás mértékéből állapítják meg a keménységet. A leggyakrabban alkalmazott eljárások a Brinell-, a Vickers-, a Knoop– és a Rockwell-féle keménységmérő módszerek. Ezen eredményeket főleg telepített keménységmérő készülékkel határozzák meg. Hordozható berendezések: Webster fogó, Brinell szorító, Sklerográf, ultrahangos hordozható keménységmérő és Poldi kalapács.
A csiszolási keménységet jellemzően ásványok (de fémek, kerámiatermékek stb. is) koptató, csiszoló hatás ellen kifejtett ellenállásának mérésére használják. A vizsgált anyagtól függően valamilyen csiszolóporral addig csiszolják az anyag felületét, amíg a por el nem veszíti hatását (esetleg adott ideig). A minta kiinduló és kísérlet utáni tömegnek a különbsége (tömegveszteség) adja az eredményt.
A fúrási keménység meghatározásakor adott fordulatszámmal forgó, adott terheléssel ható gyémánthegyű fúró behatolási idejét mérik. Ásványok esetén alkalmazzák.
Nyomásos elven mérő eljárások
Rockwell-féle keménységmérés
A Rockwell-módszer esetén a behatolás mélysége alapján határozzák meg a keménység mérőszámát. Általában 120° csúcsszögű gyémántkúpot (ilyenkor a keménység jele HRC vagy HRA), vagy 1,59 milliméter átmérőjű edzett acélgolyót használnak (ekkor HRB a jele). A vizsgálat úgy történik, hogy a behatoló testet először egy adott előterheléssel nyomják a felületre, itt nullázzák a mérőórát, majd ezután adják rá a módszertől függő nagyságú fő terhelőerőt. A terhelést akkor szüntetik meg, amikor az óra mozgása megállt.
A Vickers-féle keménységmérés
Ennél a módszernél egy 136° csúcsszögű gyémántgúlát nyomnak a vizsgált anyagba, hasonló módon, mint a Brinell-vizsgálatnál. A gúla négyzet alakú nyomot hagy a darab felületén, ennek az átlóját mérik le, és ennek falhasználásával állapítják meg a Vickers-keménységet (ami a Brinell-vizsgálathoz hasonlóan nyomás jellegű mérőszám). Jele: HV. Az eljárás előnye a Brinell-módszerhez képest, hogy keményebb anyagok is vizsgálhatók, kisebb nyomot hagy a darab felületén, ezért kész darabok esetén is használhatók, és vékonyabb darabok keménységmérésére is alkalmas.
A Brinell-féle keménységmérés
A módszer alkalmazásakor egy nagyon keményre edzett acélgolyót adott erővel (és adott ideig) nyomnak a darab felületéhez. A golyó a darab keménységétől függő mértékben behatol a darabba, és ott kör alakú nyomot (bemélyedést) hagy. A nyom átmérőjét lemérik, és a golyóátmérő, valamint a ható erő figyelembe vételével táblázatból meghatározzák a mérőszámot, amit HB-vel jelölnek (a Brinell-keménység valójában nyomást jelöl, amit az alkalmazott erő (F) és a nyom felületének (A) a hányadosaként értelmezünk: HB = F/A). A golyók a következő méretekben használatosak: ∅10, 5, 2,5 és 2,1 milliméter. A 400 HB-nél nagyobb keménységű anyagok vizsgálatakor már a golyó is benyomódik, ami meghamisítja a mérést, ezért ilyenkor más módszert kell választani.
Zwick/Roell csoportról
A több, mint 150 éves Zwick/Roell név ma már egyet jelent a kiváló szakértelemmel, innovációval, minőséggel és megbízhatósággal az anyagok és alkatrészek vizsgálata terén. Ügyfeleink a Zwick anyagvizsgáló berendezésekre támaszkodnak, mert mi világelsők vagyunk a statikus vizsgálatok területén és jelentős növekedéssel rendelkezünk a dinamikus, fárasztó vizsgálati rendszerek területén is.
ALKALMAZOTT
IPARÁG
ÉV SZAKÉRTELEM
Zwick/Roell
Keménységmérők
A Zwick/Roell vállalatcsoport fémek, műanyagok, gumik és speciális anyagok a világon előforduló fontosabb szabványok szerinti keménységmérésére kínál gépeket. Zwick/Roell az egyszerű kézi keménységmérőtől az automata keménységmérőig gyárt keménységmérőket.
Rockwell keménységmérők
A Rockwell-keménység olyan anyagtulajdonság, amely azt fejezi ki, hogy egy anyag felülete mennyire szilárd, milyen mértékben ellenálló a külső mechanikai behatásokkal szemben.
Általában anyagok kiválasztásakor, azok felhasználásának tervezésekor, kopások számítása esetén van jelentősége.
Vickers keménységmérők
A keménységmérők alkalmasak az optikai kiértékelésre, különböző terhelést képesek leadni mindezt a lehető legkényelmesebb működtetés mellett. A Vickers-keménység anyagok, elsősorban fémek, ezen belül is acélok keménységének összehasonlítására szolgáló empirikus mérőszámok egyike .A Vickers-keménységmérés bármilyen fémen elvégezhető, a mérési tartománya az egyik legszélesebb a keménységvizsgálati módszerek közül.
Keménységmérő etalonok
Az összes etalon UKAS akkreditált kalibrációval érkezik.
Az alábbi keménységmérő etalonok érhetők el:
Rockwell (HR) A, B, C, D, E, F, G, H, K, L, M, N, P, R, S, T, W, X, Y
Vickers (HV) 0.010 – 100
Knoop (HK) 0.010 – 1
Brinell (HB) 1/1 – 10/3000
Univerzális keménységmérők
Az univerzális keménységmérők több vizsgálati módszer szerint is használhatók – a variálhatóságuk teszi lehetővé azt, hogy széles körben használhatók legyenek
Mérőfejes behatolás vizsgáló
A modern mérőfejes behatolás vizsgálók egyre fontosabbá válnak (pl: Martens keménység vizsgálat).
Nano keménységmérők
A Nano keménységmérők főleg bevonatok vizsgálatára alkalmasak.
ZHU zwickiLine 0.5/Z2.5 és ZHU zwickiLine 2.5/Z2.5 keménységmérő berendezések
Univerzális keménységmérők
Szereljünk fel egy keménységmérő fejet a zwicki sorozatú vizsgálógépekre és az eredmény a ZHU/Z2.5 – a legjobban varáiálható, legsokoldalúbb keménységmérő a világon. A fej használható más Zwick anyagvizsgáló gépen is és alkalmas automatizált felhasználásra is. Mivel a feltétek cserélhetők, ezért a berendezés használható egyéb vizsgálatokra is, például nyomásra vagy hajlításra.
A berendezés sokoldalúságát mutatja az elvégezhető vizsgálatok sora, képes a lenyomat mélység mérésre, illetve Martens HM, Rockwell, Vickers HV és HVT és Brinell HB és HBT keménység meghatározására is. A műszer kiegészíthető egy motorizált tárgyasztallal, ami teljesen automata működést biztosít a rendszernek.
A költséghatékonyság érdekében a berendezés a testXpert® szoftverrel számítógéphez is csatlakoztatható.
Fémek, acélok
Vickers-keménység
A Vickers-keménység anyagok, elsősorban fémek, ezen belül is acélok keménységének összehasonlítására szolgáló empirikus mérőszámok egyike.
A Vickers-keménység mérését az angliai Vickers Ltd-nél dolgozó két kutató, Smith és Sandland mérnökök dolgozták ki 1924-ben a Brinell-keménységmérés alternatívájaként. A Vickers-keménységmérés gyakran egyszerűbben elvégezhető, mint más keménységmérési vizsgálat, mivel a szükéges számítások függetlenek a behatoló test méretétől, továbbá a ugyanaz a behatoló test használható minden típusú anyagra, függetlenül annak keménységétől. A mérési elv, mint általában minden keménységmérés esetén, annak vizsgálata, hogy egy standard erőforrást alkalmazva hogyan áll ellen a kérdéses anyag a plasztikus deformációnak. A Vickers-keménységmérés bármilyen fémen elvégezhető, a mérési tartománya az egyik legszélesebb a keménységvizsgálati módszerek közül. A keménység egysége a Vickers piramisszám (HV).
A mérés során egy 136°-os gyémántgúlát nyomnak meghatározott erővel a mérendő felületre. A kiértékeléshez megmérik a lenyomat átlóit, és a kettő átlagából kiszámítják a lenyomat felületét.
A keménység (HV):
Ahol
F = a behatoló test által kifejtett terhelőerő
A = lenyomat felülete
d = átlók átlaga
Fémek ellenállása
Brinnel-keménység
A Brinell-keménység méri a fémek ellenállását egy acélgolyó bemélyedésekor, amit egy megadott erővel préselünk a vizsgálandó fém felületére. Az eljárást a svéd Johan August Brinell mérnök vezette be 1900-ban, az acél hőkezelésén dolgozva és mint szabvány 1924-ben jelent meg.
Az eljárás
Az eredeti szabvány szerint egy 10 mm átmérőjű edzett acél golyót 3000 kilogrammsúly, vagyis 29 kilonewton erővel préselnek a tárgy felületére, majd megmérik a tárgy felületén hagyott bemélyedés átmérőjét. A kapott eredménnyel kiszámítják a Brinell-keménységet:
ahol:
- BHN Brinell-keménység, az angol Brinell Hardness Number rövidítése
- F a golyóra ható erő kilogrammsúlyban
- D a golyó átmérője milliméterben
- d a golyó által hagyott nyom átmérője milliméterben
A kapott érték dimenziója nyomás (erő osztva felszínnel), amelynek a mértékegysége Pascal. Az erő ebben az esetben az, amivel a golyót préseljük (kilogrammsúly), a felület pedig az érintkezési felület a golyó bemélyedése után (mm²), így a mértékegység kgf/mm². A kémiai elemek oldalain, a táblázatban a Brinell-keménység megapascalban (MPa) van megadva (az erő newtonban, a felszín négyzetméterben kifejezve).
Jelölés
A BHN jelölés (rövidebben HB) a fent leírt körülményekre (golyó típusa, átmérője, erő nagysága) érvényes. Eredetileg az acéltípusok meghatározására volt bevezetve, de később különböző anyagoknak is mérték a Brinell-keménységét (keményebbeknek is, de sokkal puhábbaknak is). A nagyon kemény anyagoknál az edzett acél golyó helyett volfrámkarbid golyót használnak. A puhább anyagoknál az erő kisebb a standard 3000 kilogrammsúlynál. Ezért kiegészített jelöléssel találkozhatunk:
- HB – standard körülmények
- HBS – az S az angol steel (acél) rövidítése – edzett acél golyót használtak
- HBS10/100 – 10 a golyó átmérője, milliméterben; 100 az erő kilogrammsúlyban
- HBW10/3000 -W a golyó volfrámkarbid, 10 mm átmérőjű és 3000 kilogrammsúly az erő
- Példák
|
Anyag |
Brinell-keménység |
| Puhafa (fenyő) | 1,6 HBS10/100 |
| Keményfa | 2,6 – 7,0 HBS10/100 |
| Alumínium | 15 HB |
| Réz | 35 HB |
| Lágyacél | 120 HB |
| Rozsdamentes acél | 250 HB |
| Üveg | 550 HB |
| Edzett szerszámacél | 650 – 700 HB |
Szabványok
- EN ISO 6506-1
- EN ISO 6506-2
- EN ISO 6506-3
- ASTM E10
Mennyire szilárd az anyag felülete
Rockwell-keménység
A Rockwell-keménység olyan anyagtulajdonság, amely azt fejezi ki, hogy egy anyag felülete mennyire szilárd, milyen mértékben ellenálló a külső mechanikai behatásokkal szemben.
Általában anyagok kiválasztásakor, azok felhasználásának tervezésekor, kopások számítása esetén van jelentősége.
A Rockwell-keménység mérése
A mérési módszer hasonló a Brinell-keménység méréséhez. Apró kúpot sajtolnak meghatározott erővel a mintaanyag felületébe először előterhelésként, majd teljes terhelésen. A teljes terhelés és előterhelés lenyomatának mélységét mérik, és ezek hányadosa adja meg a keménység értékét.
A vizsgálat népszerűségét az egyszerűségének, gyorsaságának és megbízhatóságának köszönheti, amellett, hogy a vizsgálandó felületet csak kis mértékben és felületen roncsolja.
A mérési eljárás szabványosítva van, az ISO 6508 szabványsorozat taglalja.
Rockwell skála
Az anyagok eltérő keménységéhez alkalmazkodva a mérési módszerek is eltérnek. A puhább anyagoknál kisebb erővel nyomnak nagyobb testeket az anyagba.
|
Rockwell skálák |
||||
|
Skála |
Rövidítés |
Terhelés |
Mérőtest |
Felhasználása |
| A | HRA | 60 kp (588,4 N) | 120°-os gyémánt kúp† | wolfrámkarbid (vidia) |
| B | HRB | 100 kp (980,7N) | 1/16 hüvelyk (1,588 mm)-es acél golyó | alumínium, bronz, lágy acélok |
| C | HRC | 150 kp (1471N) | 120°-os gyémánt kúp | Kemény acélok |
| D | HRD | 100 kp (980,7N) | 120°-os gyémánt kúp | |
| E | HRE | 100 kp (980,7N) | 1/8 hüvelyk (3,175 mm)-es acél golyó | |
| F | HRF | 60 kp (588,4N) | 1/16 hüvelyk (1,588 mm)-es acél golyó | |
| G | HRG | 150 kp (1471N) | 1/16 hüvelyk (1,588 mm)-es acél golyó | |
| †Más néven Brale nyomótest | ||||
A Rockwell-keménység olyan anyagtulajdonság, amely azt fejezi ki, hogy egy anyag felülete mennyire szilárd, milyen mértékben ellenálló a külső mechanikai behatásokkal szemben.
Általában anyagok kiválasztásakor, azok felhasználásának tervezésekor, kopások számítása esetén van jelentősége.
A Rockwell-keménység mérése
A mérési módszer hasonló a Brinell-keménység méréséhez. Apró kúpot sajtolnak meghatározott erővel a mintaanyag felületébe először előterhelésként, majd teljes terhelésen. A teljes terhelés és előterhelés lenyomatának mélységét mérik, és ezek hányadosa adja meg a keménység értékét.
A vizsgálat népszerűségét az egyszerűségének, gyorsaságának és megbízhatóságának köszönheti, amellett, hogy a vizsgálandó felületet csak kis mértékben és felületen roncsolja.
A mérési eljárás szabványosítva van, az ISO 6508 szabványsorozat taglalja.
Rockwell skála
Az anyagok eltérő keménységéhez alkalmazkodva a mérési módszerek is eltérnek. A puhább anyagoknál kisebb erővel nyomnak nagyobb testeket az anyagba.