Badania twardości metali.

Twardość jest własnością, której nie można zdefiniować jednoznacznie. W różnych próbach, których celem jest pomiar twardości, w rzeczywistości mierzy się różne własności. Próby te moż­na sklasyfikować w zależności od rodzaju oporu materiału, stawianego podczas próby. Są to:

• statyczne próby twardości, podczas których opór materiału spowodowany działaniem obciążenia statycznego jest związany z odkształceniem plastycznym,

• dynamiczne próby twardości, podczas których opór materiału wywołany działaniem obciążenia udarowego jest związany z odkształceniem plastycznym lub sprężystym,

• próby zarysowania, w których opór materiału jest związany z jego zarysowaniem,

• próby twardości, o której decyduje ścieralność materiału.

Metody statyczne pomiaru twardości polegają na wciskaniu wgłębnika w badany materiał poza granicę sprężystości, do spowodowania odkształceń trwałych. Są różne metody, które pozwalają na pomiar twardości:

W zależności od wielkości odkształcenia spowodowanego wnikaniem wgłębnika w materiał rozróżnia się pomiary makro- i mikrotwardości. Ważne jest aby miejsce, w którym dokonywany będzie pomiar, zostało oszlifowane, ponieważ stan powierzchni metalu ma duży wpływ na wyniki uzyskane podczas badań twardości. Do pomiarów makrotwardości stosuję się metody:

Próba twardości sposobem Brinella polega na wgniataniu kulki stalowej określonej średnicy D w płaską powierzchnię metalu pod określonym obciążeniem P. Im twardszy jest materiał badany, tym większy stawia on opór i tym mniejszy uzyskuje się odcisk po wciśnięciu kulki. Twardość Brinella wyraża się ilorazem siły działającej P do powierzchni czaszy pDh otrzymanego odcisku:

Próba twardości sposobem Rockwella polega na dwustopniowym wciskaniu w badaną próbkę metalu kulki stalowej lub stożka diamentowego o kącie 120º. Próby dokonuje się na twardościomierzu  Rockwella. Jeżeli pomiar jest stosowany za pomocą kulki to twardość oznacza się symbolem HRB, jeżeli zaś stożka to HRC.

Pomiar ten za pomocą stożka stosuje się do twardych metali i stopów, a zwłaszcza stali utwardzanej cieplnie. twardość jest zdefiniowana jako różnica umownej i rzeczywistej głębokości odcisku, mierzonej przy wstępnym obciążeniu wgłębnika wynoszącym 10 kG. Przyjęto maksymalną głębokość odcisku odpowiadającą twardości równej zeru, dla skali C = 0,20 mm; długość tą podzielono na 100 jednostek. Obciążenie wstępne ma za zadanie eliminację błędów wywołanych przyleganiem nieobciążonego wgłębnika do powierzchni metalu i odkształcenie sprężystym. Pomiar głębokości odcisku wykonany jest samoczynnie czujnikiem wbudowanym w twardościomierz i wywzorcowanym w jednostkach odpowiedniej skali.

Próba twardości sposobem Vickersa polega na wciskaniu w badany materiał ostrosłupa     diamentowego o podstawie kwadratowej i kącie wierzchołkowym 136º.  Na badanym materiale otrzymuje się odcisk o zarysie kwadratowym, którego przekątną należy zmierzyć i zależnie od jej długości odczytać w tabeli twardość Vickersa oznaczoną symbolem HV. Próby dokonuje się twardościomierzem Vickersa, który jest przeważnie wyposażony w mikroskop pomiarowy do mierzenia przekątnej. Metoda ta jest szczególnie przydatna do badania twardości bardzo cienkich warstw powierzchniowo utwardzonej stali.

Literatura:

1. 1. Dobrzański L. A., Nowosielski R.: Metody badań metali i stopów. Badania własności fizycznych. WNT Warszawa 1987.

   2. Błażewski S. Mikoszewski J. : Pomiary twardości metali WNT Warszawa 1981.

   3. Przybyłowicz K.: Metody badań metali i stopów. Wydawnictwo AGH Kraków 1997.