Wyznaczenie twardości metali może odbywać się z użyciem wielu metod. Na czym polegają te najważniejsze? Jak dobrać dobry, nowoczesny twardościomierz do metalu?
Twardość metalu to jedna z jego najważniejszych cech. W ścisłym znaczeniu określa ona odporność danego materiału na miejscowe, trwałe odkształcenia spowodowane naciskiem ciała o większej twardości. To właśnie od twardości zależy szereg parametrów użytkowych metalowych elementów – np. udarność, wytrzymałość czy ryzyko powstawania odkształceń. Ma ona też duże znaczenie w przypadku zespołów elementów wykonanych z różnych metali. Jej oznaczenie pozwoli wówczas dobrać odpowiednie metale lub stopy i maksymalnie spowolnić proces zużycia.
Twardość metalu – najważniejsze metody
Historia określania twardości metali jest właściwie tak długa, jak historia ich obróbki. Pierwsze próby polegały na porównaniu oddziaływania tego samego elementu (np. poprzez zarysowanie) próbek z różnych materiałów. Precyzja dokonywanych tak pomiarów nie była wysoka, co przyczyniło się do powstania wielu standaryzowanych metod wyznaczania twardości, wykorzystujących dedykowany twardościomierz. Dzielą się one na dwie grupy. Do pierwszej zaliczają się metody statyczne, wśród których największe znaczenie mają:
- metoda Rockwella;
- metoda Vickersa;
- metoda Brinella.
Poza tym istnieją metody dynamiczne takie jak:
- metoda młotka Poldiego;
- metoda Shore’a (z użyciem skleroskopu);
- metoda Leeba.
Rodzaje twardościomierzy do metalu
Przez liczbę metod wyznaczania twardości metali opracowano wiele rodzajów twardościomierzy. We współczesnym przemyśle stosowane są przede wszystkim:
- twardościomierz Rockwella: wykorzystuje stożek diamentowy lub kulkę węglową o ściśle określonych parametrach. Pomiary dokonywane za jego pomocą wymagają dwukrotnego zadania obciążenia (wstępnego i głównego), a następnie odczycie wartości z czujnika zegarowego w skali HRB lub HRC. Twardościomierze tego typu dostępne są zarówno w wersjach laboratoryjnych (stacjonarnych), jak i przenośnych;
- twardościomierz Brinella: jego działanie opiera się na wciśnięciu w próbkę stempla z kulką ze stali hartowanej (skala HBS) lub węglików spiekanych (skala HBW) przy zachowaniu obciążenia i szybkości odpowiedniej dla danego materiału. Powstałe w ten wgłębienie mierzy się następnie z użyciem mikroskopu optycznego;
- twardościomierz Vickersa: przyrząd wyposażony w stempel zakończony foremnym czworobocznym ostrosłupem z diamentu, którego kąt wierzchołkowy wynosi 136 stopni. Badanie polega na obciążeniu próbki statyczną siłą o określonej wartości, a następnie wyznaczeniu twardości materiału w skali HV jako proporcji siły wgłębnika do pola powierzchni bocznej odcisku;
- twardościomierz Leeba: jego kluczowy element do bijak składający się z uzwojonej tulei (sprężyny) i masy udarowej, w której znajduje się magnes. W trakcie badania masa jest wypychana ze sprężyny, po czym uderza w powierzchnię próbki, której twardość wyznacza się jako tysiąckrotność stosunku prędkości uderzenia do prędkości odbicia.
Oprócz tego opracowano metody wykorzystujące przenośne przyrządy:
- twardościomierz UCI: wykorzystuje zjawisko zmiany częstotliwości oscylacji rdzenia zakończonego diamentem pręta przy wcisku w badany materiał. Jego twardość stanowi różnica między częstotliwością w stanie spoczynku (gdy pręt znajduje się w powietrzu) i w momencie wcisku. Pomiarów dokonują czujniki ultrasoniczne, a wynik jest obliczany przez specjalne oprogramowanie;
- młotek Poldiego: metoda polegająca na umieszczeniu na powierzchni materiału metalowej kuli i dwukrotnym silnym uderzeniu młotkiem – w próbkę badaną oraz kontrolną. Twardość wyznacza się na podstawie porównania średnicy obu wgłębień z tabelą Brinella.
Nowoczesny twardościomierz – jak wybrać?
Jako że wyniki pomiarów twardości metali są wykorzystywane w wielu analizach, bardzo ważnym aspektem jest ich digitalizacja i udostępnienie do dalszego przetwarzania. Tę funkcję zapewniają twardościomierze Equotip dostępne w ofercie Viateco. Możliwość połączenia ich za pośrednictwem Bluetooth z urządzeniami mobilnymi z systemami iOS lub komputerem pozwala na dynamiczne przesyłanie wyników do chmury i udostępnianie ich innym użytkownikom. Urządzenia z tej linii umożliwiają prowadzenie pomiarów wieloma metodami (np. UCI, Rockwella i Leeba), a niewielkie rozmiary pozwalają na wykonanie prób bez konieczności demontażu badanych elementów.
