Gids voor het testen van de metaalhardheid: Rockwell, Shore en methoden

Hardheid is een maatstaf voor de weersten van een materiaal tegen permanente indrukking. Bij het testen van de metaalhardheid is het antwoord op de manier waarop de hardheid wordt gemeten eenvoudig: een gestenaardiseerde indenter wordt onder een precieze belasting in het oppervlak gedrukt en de grootte of diepte van de afdruk wordt omgezet in een hardheidsgetal . Voor het testen van de hardheid van staal op de productievloer is de Rockwell-methode de overweldigende keuze 60 HRC vertegenwoordigt een typisch gehard gereedschapsstaal en 25 HRC vertegenwoordigt een zacht, bewerkbaar zacht staal . EEN United Rockwell hardheidsmeter is een specifiek digitaal instrument dat deze test automatiseert en binnen enkele seconden resultaten oplevert. Voor zachtere, niet-metalen materialen, Shore-hardheidstesters meten de penetratie van een veerbelaste indentor en zijn essentieel voor elastomeren en polymeren. Dit artikel biedt een praktische, methode-voor-methode verkenning van methoden voor het controleren van de hardheid, van de klassieke Brinell- en Vickers-technieken tot draagbare rebound-testers, met voorbeelden van de hardheid van betonstaal.

Hoe hardheid wordt gemeten: de fundamentele principes

Alle methoden voor het meten van de statische hardheid hebben een gemeenschappelijke volgorde: een indringlichaam met een bekende geometrie wordt met een gecontroleerde kracht en snelheid in het materiaal gedrukt, de kracht wordt gedurende een bepaalde verblijftijd vastgehouden en vervolgens wordt de inkeping gemeten. Het hardheidsgetal wordt afgeleid van de penetratiediepte of het oppervlak van de afdruk. De drie meest voorkomende typen indringers zijn een diamanten kegel, een kogel van gehard staal of carbide en een diamanten piramide. Het essentiële verschil tussen de methoden ligt in de combinatie van indenter, uitgeoefende kracht en meetbenadering.

Bij het testen van de metallurgische hardheid levert het proces meer op dan alleen maar een getal. Het weerspiegelt de vloeigrens, de hardingssnelheid en de microstructuur van het materiaal. EEN Brinell-test op een grofkorrelig gietstuk , gemiddelden bijvoorbeeld de hardheid van meerdere korrels, terwijl a Vickers micro-inkeping bij 0,5 kgf kan de hardheid van een carbide met een enkele korrelgrens isoleren. Het begrijpen van het meetprincipe is de eerste stap bij het selecteren van de juiste test.

Rockwell-hardheidstesten: de industriestandaard voor metaal

Rockwell-hardheidstesten zijn de dominante testmethode voor de metaalhardheid voor productieomgevingen, omdat deze snel en niet-destructief is op macroschaal en geen optische metingen vereist. De test werkt door eerst een kleine belasting (doorgaans 10 kgf) uit te oefenen om de indenter op zijn plaats te houden en een nulreferentie vast te stellen. Vervolgens wordt een grote belasting (60, 100 of 150 kgf) aangebracht en vervolgens verwijderd, waardoor alleen de kleine belasting overblijft. De hardheid wordt rechtstreeks op een wijzerplaat of digitaal display afgelezen als een omgekeerde functie van de permanente dieptetoename . EEN typical test cycle takes less than five seconds.

De meest voorkomende schalen zijn HRC en HRB. HRC maakt gebruik van een diamanten kegelvormige indenter en een zware belasting van 150 kgf en wordt gebruikt voor gehard staal en titaniumlegeringen. HRB gebruikt een hardmetalen kogel van 1/16 inch en een hoofdbelasting van 100 kgf voor zachtere materialen zoals koperlegeringen en ongehard staal. Een Rockwell-hardheidsvoorbeeld dat een groot deel van de industrie als leidraad hanteert, is de specificatie van geharde tandwielen 58–62 HRC , wat een optimale slijtvastheid biedt zonder overmatige broosheid.

Staalhardheidstesten en typische Rockwell-hardheidsvoorbeelden

Het testen van de staalhardheid is de meest voorkomende toepassing van tafelhardheidstesters, en Rockwell-waarden dienen als de universele taal voor het specificeren van warmtebehandeling. De onderstaande tabel geeft directe, praktische voorbeelden van hardheid voor gewone staalomstandigheden. Deze waarden zijn wat een kwaliteitsingenieur verwacht bij het plaatsen van een monster op een United Rockwell hardheidsmeter .

De Verenigde Rockwell Hardheidstester : Een praktische bankoplossing

De United Rockwell hardheidsmeter is een specifiek merk van digitale hardheidsmeters die veel worden gebruikt bij het testen van de metallurgische hardheid en kwaliteitsborging. Modellen in de United TRU-serie voeren alle reguliere en oppervlakkige Rockwell-weegschalen uit, inclusief HRC, HRB en HRN/T, met een gesloten krachttoepassingssysteem dat ervoor zorgt nauwkeurigheid beter dan plus of min 0,5 HRC . Het instrument automatiseert de volgorde van kleine lasten, zware lasten, stilstand en losvolgorde met één druk op de knop, waardoor de invloed van de machinist op het resultaat wordt geëlimineerd. Voor het testen van de staalhardheid betekent dit dat een technicus een batch van 50 asmonsters kan testen en consistente, herhaalbare cijfers kan verkrijgen zonder optische meting. Het digitale display van de tester geeft de hardheidswaarde direct weer, en gegevens kunnen worden geëxporteerd voor statistische procescontrole, waardoor het een centraal hulpmiddel wordt in elke bibliotheek met hardheidscontrolemethoden voor metalen.

Brinell-hardheidstesten voor bulk- en grove materialen

Brinell is de hardheidsmeetmethode die de voorkeur heeft voor materialen met een grove of heterogene microstructuur, zoals ijzeren gietstukken, gesmede onderdelen en koperlegeringen. EEN Kogel van wolfraamcarbide van 10 mm wordt gewoonlijk onder hoge belasting in het oppervlak gedrukt 3000 kgf voor staal en 500 kgf voor zachte non-ferrometalen . EENfter load removal, the diameter of the impression is measured with a calibrated microscope. The hardness number, reported as HBW 10/3000 is bijvoorbeeld de uitgeoefende belasting gedeeld door het oppervlak van de inkeping. Omdat de grote bal veel korrels bemonstert, is het resultaat een betrouwbare bulkhardheid die voor veel metalen goed correleert met de treksterkte. Een typisch voorbeeld van hardheid uit deze methode is 200 HBW voor grijs gietijzer .

Vickers-hardheidstesten: precisie op alle schalen

Vickers is uniek onder de hardheidsmeetmethoden omdat ze hetzelfde zijn diamantvormige piramide-indenter wordt gebruikt voor krachten van 1 gf tot 120 kgf, waardoor de test toepasbaar is op alles, van een coating van 3 micron tot een dikke stalen plaat. De inkepingsdiagonalen worden optisch gemeten en de hardheid uitgedrukt als HV , is over een groot bereik belastingonafhankelijk. Bij het testen van de metallurgische hardheid is Vickers essentieel bepaling van de diepte van de zaak , waarbij een reeks inkepingen van 0,5 of 1 kgf wordt gemaakt van het oppervlak naar de kern om de hardheidsgradiënt in kaart te brengen. Het is ook de referentiemethode voor het kwalificeren van laszones en dunne folies waar Rockwell en Brinell kritische variaties zouden missen. Een voorbeeld van hardheid voor een genitreerd oppervlak is 1000 HV 0,5 , afnemend tot 300 HV in de kern.

Shore-hardheidstesters voor elastomeren en polymeren

Shore-hardheidstesters zijn draagbare instrumenten die de weerstand van rubbers, kunststoffen en andere niet-metalen materialen tegen indeuking door een veerbelaste indentor meten. De twee meest voorkomende schalen zijn Shore A voor zacht rubber en Shore D voor harde kunststoffen . EEN durometer reading of 60 Shore A is typical for a rubber tire tread, while 80 Shore D indicates a hard hat material. The measurement is quick and non-destructive, making it a standard hardness checking method on the production floor and in the field. While not used for metals, Shore testers are a critical component of a complete hardness testing capability for hybrid components like bonded rubber-to-metal mounts.

Hoe u een hardheidstest uitvoert: een stapsgewijze handleiding

De following practical procedure illustrates how to hardness test using a Rockwell bench tester, the most common industrial scenario. The same principles of sample preparation, machine verification, and indentation spacing apply across all methods.

1. Controleer de tester. Voer dagelijks een kalibratiecontrole uit op een gecertificeerd testblok met een bekende hardheid. De waarde moet binnen de aangegeven tolerantie liggen, doorgaans plus of min 1,0 HRC voor de HRC-schaal.
2. Bereid het monsteroppervlak voor. De test surface and the anvil seat must be clean, dry, and free of scale or decarburization. For thin or irregular parts, use the correct elevating screw and anvil insert to ensure stability.
3. Selecteer de juiste schaal en indenter. Voor gehard staal boven 20 HRC installeert u de diamantkegelindringer en selecteert u de HRC-schaal. Gebruik voor messing of ongehard staal de 1/16-inch kogel en HRB-schaal.
4. Breng de kleine belasting aan. Breng de hefschroef langzaam omhoog totdat de indenter contact maakt met het monster en de kleine belasting volledig is aangebracht, aangegeven door een referentiemarkering of pieptoon.
5. Pas de hoofdbelasting toe en blijf stilstaan. Activeer de testcyclus. De machine past de volledige hoofdbelasting toe, houdt deze gedurende de opgegeven verblijftijd (doorgaans 3–6 seconden) vast en laat automatisch weer los naar de kleine belasting.
6. Lees de hardheidswaarde af. De Rockwell number is displayed directly. Record the value and the scale, e.g., 58,5 HRC .
7. Houd de juiste afstand aan. De distance between indentations must be at least drie keer de diameter van de inkeping en elke inkeping moet minstens 2,5 keer de diameter vanaf de rand van het monster hebben om interferentie door verharding te voorkomen.

Het selecteren van de juiste hardheidscontrolemethode

De choice of hardness measuring method is driven by material type, part geometry, the scale of the microstructure, and whether the test is for production release or failure analysis. The table below summarizes the primary hardness checking methods for metal and non-metal applications, providing a practical selection guide.

Een laatste praktisch punt: geen enkele hardheidstest is universeel. Een goed uitgerust metallurgisch laboratorium maakt gebruik van een United Rockwell hardheidsmeter voor dagelijkse controles van de staalproductie, een Vickers microhardheidstester voor foutanalyse en een draagbare Shore-meter voor inkomende rubberinspecties. Het afstemmen van de methode op het materiaal en de vereiste informatie vormt de basis van betrouwbare hardheidsmetingen.