Wybór i zakres zastosowania twardościomierzy

Twardościomierz to narzędzie do pomiaru twardości metali. Pojęcie twardości zostało po raz pierwszy wprowadzone przez Leo Muhla i określa zdolność materiału do oporu przeciwko wciskaniu się w jego powierzchnię twardego przedmiotu. Jest jednym z ważnych wskaźników właściwości materiałów metalowych. Ogólnie rzecz biorąc, im wyższa twardość, tym lepsza odporność na zużycie.

W zależności od różnych zasad pomiar twardości dzieli się na: twardościomierz Leeba, twardościomierz Rockwella, twardościomierz Brinella, twardościomierz Shawa, twardościomierz Shore’a, twardościomierz Barcola, mikrotwardościomierz, twardościomierz Mohsa, twardościomierz Vickersa itp.

Twardościomierz Brinella i twardościomierz Rockwella są najbardziej powszechnie stosowanymi urządzeniami tego typu. Można nimi badać stal i stal odlewniczą, stale narzędziowe stopowe, stal nierdzewną, żeliwo szare, żeliwo sferoidalne, odlewy ze stopów aluminium, stopy miedzi z cynkiem (mosiądz), stopy miedzi z cyną (brąz), miedź czystą, stal kованą, obróbkę cieplną, węglowanie, warstwę hartowaną po utwardzaniu, powłoki powierzchniowe, stal, metale nieżelazne oraz bardzo małe i cienkie elementy, gumę, tworzywa sztuczne, płytki krzemowe (IC), biżuterię itp.

W przypadku twardościomierza należy zwrócić uwagę na kilka istotnych punktów.

1. Twardościomierz sam w sobie generuje dwa rodzaje błędów: pierwszy wynika z odkształcenia i przemieszczenia jego części, drugi zaś spowodowany jest przekroczeniem przez parametr twardości określonego standardu. W przypadku drugiego błędu twardościomierz należy skalibrować przy użyciu wzorca kalibracyjnego przed dokonaniem pomiaru. Twardościomierz Rockwella jest uznawany za sprawny, jeśli różnica wynikająca z kalibracji mieści się w zakresie ±1, a stabilna wartość w obrębie tej różnicy mieści się w zakresie ±2; wówczas można podać wartość korekcyjną. Gdy różnica wykracza poza zakres ±2, twardościomierz wymaga kalibracji i naprawy lub należy zastosować inną metodę pomiaru twardości.

2. Twardościomierz ma różne zakresy zastosowania i powinien być dobierany zgodnie z obowiązującymi przepisami. Na przykład, gdy twardość przekracza wartość HRB100, do pomiaru należy stosować skalę HRC; gdy twardość jest niższa niż HRC20, do pomiaru należy stosować skalę HRB. Wynika to z faktu, że po przekroczeniu określonego zakresu pomiarowego dokładność i czułość twardościomierza są niskie, a uzyskana wartość twardości jest niedokładna, co czyni go nieodpowiednim do użytku.

3. Przy wymianie wsadnika lub płytki oporowej należy zwrócić uwagę na dokładne oczyszczenie obszarów styku. Po wymianie należy kilkakrotnie przeprowadzić pomiary na próbce stalowej o określonej twardości, aż dwie kolejne uzyskane wartości twardości będą identyczne. Celem tej procedury jest zapewnienie szczelnego i prawidłowego kontaktu wsadnika lub płytki oporowej z częścią stykową maszyny pomiarowej, aby uniknąć wpływu na dokładność wyników pomiaru.

4. Po wyregulowaniu twardościomierza, przed rozpoczęciem pomiaru twardości pierwszy punkt pomiarowy sprawdza się przy użyciu standardowego bloku wzorcowego, aby wykluczyć sytuację niedoskonałego kontaktu między próbką a płytką oporową, która może prowadzić do nieprawidłowych wyników pomiaru. Po potwierdzeniu, że twardościomierz działa prawidłowo, można przystąpić do formalnego badania próbki i zarejestrować zmierzoną wartość twardości.

5. Jeśli kształt próbki na to pozwala, zazwyczaj należy wybrać różne jej obszary i dokonać pomiaru twardości w co najmniej trzech punktach. Odległość między poszczególnymi punktami powinna wynosić co najmniej 3 mm, a za wartość twardości próbki przyjmuje się średnią arytmetyczną z trzech uzyskanych wyników.

6. Dla próbek o skomplikowanym kształcie należy stosować odpowiednie podkładki, a pomiary można wykonywać po ich zamocowaniu. Próbki o przekroju kołowym umieszcza się zazwyczaj w żłobkach V-kształtnych w celu przeprowadzenia pomiaru.

7. Twardościomierz musi być kalibrowany zgodnie z obowiązującymi przepisami. Blok wzorcowy używany do kalibracji twardościomierza nie może być stosowany z obu stron, ponieważ twardość powierzchni wzorcowej i powierzchni odwrotnej może się różnić. Ogólnie przyjmuje się, że ważność bloku wzorcowego wynosi jeden rok od daty jego kalibracji.

zakresy zastosowania poszczególnych twardościomierzy są następujące:

Twardościomierz Brinella: Głównie stosowany do badania twardości stalowych wyrobów kutej i żeliwa odlewniczego o nieregularnej strukturze, a także odpowiedni do metali nieżelaznych i stali węglowej niskowęglowej. Badanie twardości metodą Brinella nadaje się do kontroli surowców i półwyrobów produkty . Zaletą tej metody jest duża wielkość wgłębienia, która pozwala na ocenę ogólnych właściwości materiału i zapewnia wysoką dokładność pomiaru; wadą jest duża wielkość wgłębienia, przez co metoda ta zazwyczaj nie jest stosowana do kontroli wyrobów gotowych.

‌ Twardościomierz Rockwella: Przydatny do badań twardości różnych metali żelaznych i nieżelaznych, w tym stali hartowanej, stali hartowanej i odpuszczonej, stali odpuszczonej, stali ulepszonej cieplnie, stali z utwardzoną powierzchnią, materiałów węglikowych, materiałów metalurgii proszkowej oraz powłok uzyskanych metodą natrysku cieplnego itp. Zaletą jest szeroki zakres zastosowań oraz możliwość stosowania do badań twardości różnych metali żelaznych i nieżelaznych; wadą jest mała wielkość odcisku, co czyni go odpowiednim do badań twardości cienkich blach metalowych, cienkościennych rur itp.

‌ Twardościomierz Rockwella powierzchniowy: Przydatny do badania twardości cienkich płyt, warstw węglikowych i azotowych, warstw utwardzanych powierzchniowo, stali nierdzewnej oraz stopów aluminium itp. Twardościomierz Vickersa: służy do pomiaru twardości małych elementów, cienkich płyt stalowych, folii metalowych, płytek IC, przewodów, cienkich warstw utwardzonych, warstw pokryć elektrochemicznych, szkła, biżuterii oraz ceramiki. Zaletą jest niewielki ślad wcisku, co czyni go odpowiednim do badań małych elementów i cienkich materiałów; wadą jest stosunkowo skomplikowana obsługa. Przydatny do badań małych elementów, cienkich płyt stalowych, folii metalowych oraz innych materiałów.