Odpovědi na otázky o materiálové vědě |
Tvrdost je vlastnost materiálu odolávat kontaktní deformaci nebo křehkému lomu, když je na jeho povrch zaveden indentor [indentor je hrot z tvrdé slitiny, který je vložen do povrchu kovu]. Testování tvrdosti je nejdostupnějším a nejrozšířenějším typem mechanického testování. Nejpoužívanějšími metodami v technologii jsou statické metody zkoušení tvrdosti indentací: Brinellova metoda, Vickersova metoda a Rockwellova metoda.
Při zkoušení tvrdosti metodou podle Brinella (GOST 9012–59) se působením zátěže P vtlačí do povrchu materiálu kulička z tvrdé slitiny o průměru D a po odstranění zátěže P se změří průměr otisku d (obr. 1, a). Číslo tvrdosti podle Brinella (HB) se vypočítá jako poměr zatížení P k ploše kulového vtisku M:
Pro získání srovnatelných výsledků při stanovení tvrdosti HB s kuličkami různých průměrů je nutné dodržet podmínku podobnosti. Podobnost otisků pro různé D a P bude zajištěna, pokud úhel φ zůstane konstantní (obr. 1, a). Dosazením do vzorce (1) získáme následující výraz:
Ze vzorce (2) vyplývá, že hodnota HB zůstane konstantní, pokud P / D 2 = konst a φ = konst . Volba poměru P/D2, a tím i vtlačovacího zatížení P, závisí na úrovni tvrdosti materiálu. Čím tvrdší materiál, tím vyšší je doporučený poměr P/D 2 . Na základě toho poskytuje GOST 9012–59 následující hodnoty pro poměr P/D2 (MPa): 294 (ocel, litina, vysokopevnostní slitiny); 98 (hliník, měď, nikl a jejich slitiny); 49 (hořčík a jeho slitiny); 24,5 (slitiny ložisek); 9,8 (cín, olovo). Při D = 10 mm, P = 29400 N (P/D2 = 294 MPa) a době držení zátěže 10 s je tvrdost podle Brinella označena symbolem HB s uvedením čísla tvrdosti. V tomto případě není uveden rozměr (kgf/mm2), například 200 HB. Při použití kuliček jiných průměrů (1, 2, 2,5 a 5 mm) se zatížení vtisku mění a značka tvrdosti HB je doplněna o tři indexy. Například 180 HB 2,5/187,5/30 znamená, že při D = 2,5 mm, P = 187,5 kgf (1839 N) a době držení zátěže 30 s je číslo tvrdosti podle Brinella 180.
Brinellova metoda se nedoporučuje pro materiály s tvrdostí větší než 450 HB, protože ocelová kulička může být znatelně deformována, což vnese do výsledků zkoušky chybu.
Při zkoušení tvrdosti metodou Rockwell (GOST 9013–59) se do povrchu materiálu vtlačí diamantový kužel s vrcholovým úhlem 120° nebo ocelová kulička o průměru 1,588 mm. Avšak podle tohoto způsobu je hloubka vtisku brána jako konvenční míra tvrdosti. Schéma Rockwellova testu je znázorněno na Obr. Nejprve se použije předpětí P, při jehož působení se indentor stlačí do hloubky h . Poté se aplikuje hlavní zatížení P 1 při jejímž působení se indentor stlačí do hloubky h 1 . Poté se zátěž P odstraní.1 ale ponechte předpětí P. V tomto případě, působením elastické deformace, indentor stoupá nahoru, ale nedosahuje úrovně h . Rozdíl (h – h ) závisí na tvrdosti materiálu; čím je materiál tvrdší, tím je tento rozdíl menší. Hloubka otisku se měří číselníkovým úchylkoměrem s hodnotou dělení 0,002 mm. Při zkoušení měkkých kovů metodou Rockwell se jako indentor používá ocelová kulička. Pořadí operací je stejné jako u zkoušení diamantového kužele. Číslo tvrdosti podle Rockwella je označeno symbolem HR. V závislosti na tvaru indentoru a hodnotách zatížení vtisku se však k tomuto symbolu přidá písmeno A, C nebo B, které označuje odpovídající měřící stupnici. Označení tvrdosti a hodnoty vtiskového zatížení pro různé testovací stupnice Rockwell jsou uvedeny níže: