Hardheidstester Gids: Rockwell en Vickers-methoden uitgelegd
A hardheid tester meet de weerstand van een materiaal tegen plaatselijke plastische vervorming, meestal door een geharde indenter onder een gecontroleerde belasting in het oppervlak van het materiaal te drukken en de diepte of de grootte van de resulterende indeuking te evalueren. Hardheidstesten zijn een van de meest gebruikte kwaliteitscontroles in de metaalbewerking, warmtebehandeling en materiaaltechniek, omdat hardheid nauw samenhangt met slijtvastheid, treksterkte en bewerkbaarheid, waardoor fabrikanten een snelle, grotendeels niet-destructieve manier hebben om te verifiëren dat een onderdeel voldoet aan de materiaalspecificaties.
Hoewel er tientallen hardheidstestmethoden en -schalen bestaan, blijven Rockwell en Vickers de twee meest gespecificeerde in industriële en laboratoriumomgevingen, elk geschikt voor verschillende materiaaltypen, onderdeelgeometrieën en precisie-eisen. Deze handleiding behandelt hoe een hardheidsmeter in het algemeen werkt, hoe u stap voor stap een Rockwell hardheidsmeter gebruikt en wat een Vickers hardheidsmeter onderscheidt van andere testmethoden.
Hoe een hardheidsmeter werkt
Elke hardheidsmeter, ongeacht de methode, werkt volgens hetzelfde basisprincipe: oefen een bekende kracht uit door een indenlichaam van een specifieke vorm en materiaal, en meet vervolgens de resulterende vervorming om een hardheidswaarde af te leiden. Wat tussen de testmethoden verschilt, is de geometrie van het indenter, de toegepaste belasting en of de meting gebaseerd is op de indeukdiepte, direct gemeten door de machine, of de indeukgrootte, optisch gemeten nadat de belasting is verwijderd.
Rockwell-tests meten de inkepingsdiepte direct, met behulp van een diamanten kegel of een gehard stalen kogel, afhankelijk van de specifieke schaal die wordt gebruikt, en produceren vrijwel onmiddellijk een hardheidsmeting omdat de machine de waarde automatisch berekent op basis van het diepteverschil tussen een kleine en grote belasting. De tests van Vickers en Brinell zijn daarentegen gebaseerd op het meten van de fysieke afmetingen van de inkeping in het materiaaloppervlak, meestal onder een microscoop of met een geïntegreerd optisch meetsysteem, en het berekenen van de hardheid op basis van dat gemeten inkepingsgebied.
Het kiezen van de juiste hardheidsmeter en schaal voor een bepaald materiaal en een bepaalde toepassing hangt af van factoren zoals het verwachte hardheidsbereik van het materiaal, de dikte en oppervlakteafwerking van het proefstuk, en of de toepassing een snelle controle op de productievloer of een nauwkeurige meting op laboratoriumniveau vereist. Testnormen zoals ASTM E18 voor Rockwell en ASTM E92 voor Vickers definiëren de exacte procedures, belastingen en kalibratie-eisen die fabrikanten en laboratoria geacht worden te volgen voor traceerbare, herhaalbare resultaten.
Hoe u een Rockwell-hardheidsmeter gebruikt
Het correct gebruiken van een Rockwell-hardheidsmeter begint met het voorbereiden van het proefstuk: het te testen oppervlak moet schoon, vlak en vrij zijn van aanslag, oxidatie of onregelmatigheden in het oppervlak die de aflezing zouden kunnen vertekenen, aangezien zelfs kleine oppervlaktevervuiling de resultaten aanzienlijk kan vertekenen. Het teststuk wordt op het aambeeld van de machine geplaatst en het juiste indruklichaam, ofwel een diamanten kegel voor hardere materialen of een stalen kogel voor zachtere materialen, samen met de juiste schaalspecifieke belasting, wordt geselecteerd op basis van het materiaaltype en het verwachte hardheidsbereik dat wordt getest.
Het testproces zelf volgt een laadvolgorde in twee stappen: eerst wordt een kleine belasting uitgeoefend om de indenter stevig tegen het materiaaloppervlak te plaatsen en een stabiel referentiepunt vast te stellen, waarna de hoofdbelasting wordt aangebracht en gedurende een bepaalde verblijftijd wordt vastgehouden om het materiaal volledig te laten reageren op de uitgeoefende kracht. Zodra de hoofdbelasting is verwijderd terwijl de kleine belasting overblijft, meet de machine het verschil in indrukkingsdiepte tussen de twee belastingsfasen, en dat diepteverschil wordt direct omgezet in een Rockwell-hardheidswaarde die wordt weergegeven op de wijzerplaat van de tester of op de digitale uitlezing.
Voor consistente, nauwkeurige resultaten moeten operators meerdere metingen uitvoeren op verschillende punten op het teststuk, in plaats van te vertrouwen op een enkele meting, omdat kleine materiaalinconsequenties of oppervlaktevariaties ervoor kunnen zorgen dat individuele metingen variëren. Het plaatsen van de testpunten ver genoeg uit elkaar om interferentie van het spanningsveld veroorzaakt door aangrenzende inkepingen te voorkomen, en het handhaven van de kalibratie van de tester door middel van regelmatige verificatie met gecertificeerde testblokken, zijn beide essentiële praktijken voor het produceren van betrouwbare Rockwell-hardheidsgegevens in de loop van de tijd.
Vickers hardheidstestermachine: hoe het verschilt
A Vickers hardheidsmeter gebruikt een nauwkeurig gevormde diamanten indenter in de vorm van een vierkante piramide, die onder een geselecteerde belasting in het materiaaloppervlak wordt gedrukt, en in tegenstelling tot Rockwell-tests wordt de hardheidswaarde berekend op basis van de gemeten diagonale lengte van de achtergelaten inkeping in plaats van op basis van de indeukingsdiepte gemeten tijdens de test zelf. Deze optische meetbenadering vereist een geïntegreerde microscoop of camerasysteem dat in staat is om de inkepingsdiagonalen met hoge precisie te meten, aangezien zelfs kleine meetfouten zich direct vertalen in onnauwkeurigheid van de hardheidswaarde.
Een van de belangrijkste voordelen van Vickers-testen is het extreem brede toepasbare hardheidsbereik en de mogelijkheid om een breed spectrum aan materialen te testen, van zeer zachte metalen tot extreem harde, brosse materialen, waarbij overal dezelfde indentergeometrie wordt gebruikt, wat niet het geval is bij Rockwell-testen, waarbij verschillende schalen verschillende indenters en belastingen vereisen voor verschillende hardheidsbereiken. Deze veelzijdigheid maakt Vickers-testers bijzonder waardevol in onderzoeks- en kwaliteitscontroleomgevingen waarin een grote verscheidenheid aan materiaalsoorten en hardheidsniveaus wordt gehanteerd zonder dat er van apparatuurconfiguratie hoeft te worden gewisseld.
Moderne Vickers-hardheidstesters bevatten steeds meer geautomatiseerde optische meetsoftware die het inkepingsbeeld vastlegt en de diagonale metingen en de resulterende hardheidswaarde automatisch berekent, waardoor de subjectiviteit van de operator aanzienlijk wordt verminderd, wat historisch gezien een beperking was van handmatige microscoopgebaseerde metingen. Deze automatisering heeft het testen van Vickers aanzienlijk sneller en consistenter gemaakt dan eerdere handmatige meetbenaderingen, terwijl nog steeds de fijne precisie en de brede toepasbaarheid van het materiaal behouden zijn gebleven, waardoor Vickers-testen de voorkeursmethode zijn voor het testen van de microhardheid van dunne coatings, kleine onderdelen en geharde oppervlaktelagen.
Vergelijking van gebruikelijke hardheidstestmethoden per type indenter, meetbasis en typische toepassing.
