1. Keménység fogalma és mérési eljárásainak csoportosítása

1

Keménységmérés

1. Keménység fogalma és mérési eljárásainak csoportosítása Keménység fogalma alatt az anyag ellenállását értjük a beléje hatolni igyekvő nálánál keményebb testtel (szúrószerszám) szemben. A keménységmérési eljárásokat két féle képpen csoportosíthatjuk. A terhelőerő időbeni változása alapján megkülönböztetünk statikus és dinamikus keménységmérési eljárásokat. Statikus keménységméréseknél a behatoló testet lassan növekvő erővel nyomjuk a vizsgálandó anyagba és ezt követően a terhelést állandó értéken tartjuk. Dinamikus keménységméréseknél a behatoló test rövid idő alatt nyomódik a vizsgálandó anyagba.

1.1. ábra A terhelőerő változása az idő függvényében statikus és dinamikus keménységméréseknél

1.

2.

Statikus keménységmérési eljárások:  Brinell keménységmérés  Vickers keménységmérés  Rockwell keménységmérés  Knoop keménységmérés Dinamikus keménységmérési eljárások:  Poldi keménységmérés  Leeb eljárás  Shore keménységmérés

A keménység értékének meghatározása alapján megkülönböztetünk közvetlen (direkt) és közvetett (indirekt) keménységmérési eljárásokat. Közvetlen keménységmérési vizsgálatoknál a keménység értékét a behatoló test által létrehozott lenyomat méreteiből határozzuk meg. Ilyen méret lehet például a benyomódás mértéke. Közvetett keménységmérési vizsgálatok esetében a keménység értékét az anyag valamilyen tulajdonságából következtettük. Legtöbb esetben ez a tulajdonság az anyag rugalmassága szokott lenni. 1.

2.

Közvetlen (direkt) keménységmérési eljárások:  Brinell keménységmérés  Vickers keménységmérés  Rockwell keménységmérés  Knoop keménységmérés  Poldi keménységmérés Közvetett (indirekt) keménységmérési eljárások:  Leeb eljárás  Ultrahangos keménységmérés  Örvény áramos keménységmérés

Készítette: Kecskés Bertalan

[email protected]

2012

2

Keménységmérés

2. Brinell keménység mérés Brinell keménységmérés esetén a szúrószerszám egy polírozott keményfém golyó, illetve régi szabvány alapján üvegkeményre (minimum 850HV keménységű) edzett acél golyó. A szúrószerszám átmérőjét szabványos sorozatból lehet kiválasztani. Szúrószerszám sorozat (D): 10mm; 5mm; 2,5mm; 1mm A vizsgálat során a szúrószerszámot egy anyagtól függő erővel a vizsgálandó anyagba nyomjuk és előírt ideig a terhelést fenntartjuk. Az idő lejárta után a terhelést megszüntetjük és az így keletkező lenyomat felszínét meghatározzuk. A szúrószerszám lenyomata egy gömbsüveg, amelynek felszínét 2.1 ábra jelöléseit felhasználva az A lenyomat  D    h összefüggéssel lehet meghatározni. A keménység értékét az alkalmazott terhelő erő és a keletkezet lenyomat felszínének hányadosaként számított, mértékegység nélküli mérőszámként értelmezzük. F F  Brinell (HB) keménység meghatározására: HB  (2.1) A lenyomat D    h

2.1. ábra Brinell keménységmérés elvi vázlata

A vizsgálat során nem a benyomódás mélységét szoktuk mérni, mert nehezen lehetne lemérni, illetve nagyon lágy anyagok esetén mérési pontatlanságot okozna, ehelyett a keletkezet lenyomat síkmetszetének átmérőjét mérjük le és ebből számítjuk ki a lenyomat felszínét, illetve a keménység értékét.

2.2. ábra A benyomódás mélységének és a keletkezet lenyomat síkmetszetének kapcsolata

Benyomódás mélysége: h 


D x 2

[email protected]

(2.2)

2012

3

Keménységmérés

2

2

D2  d 2 D2  d 2 D d Az x távolság értéke: x         4 2  2  2 A (2.3) összefüggést visszahelyesítve a (2.2) kifejezésbe:

h

(2.3)

D D2  d 2 D  D2  d 2   2 2 2

A (2.4) összefüggést a (2.1) kifejezésbe behelyettesítve: HB 

(2.4)



2F

D    D  D2  d 2



(2.5)

A (2.4) képletben az erőt az SI mértékegység rendszer bevezetése előtt kp-ban, a geometriai méreteket pedig mm-ben helyettesítették be és az így kapott mérőszám kp mm2 volt a mértékegysége. Az SI mértékegység rendszere való áttérés után az erőt N-ban kellett behelyettesíteni, ami a keménység nagyságrendekben való megváltozását okozta volna. Annak érdekében, hogy megőrizzük az eredeti keménység nagyságrendet, bevezették 0,102es szorzótényezőt a számlálóban. Ennek megfelelően a keménység értékének meghatározásának összefüggése az alábbiakban módosult 0,102  2  F HB  (2.6) D    D  D2  d 2 ahol a terhelőerő N-ban van behelyettesítve, a geometriai jellemzők mm-ben. Ezen változtatásoknak köszönhetően megmaradt a régi keménységérték nagyságrend, de a módosítások miatt a (2.6) összefüggésből kapott mérőszámot mértékegység nélküli mérőszámnak kell tekinteni. A gyakorlati életben a keménység értékének gyorsabb meghatározása érdekében táblázat segítségével határozzuk meg a keménység értékét.





2.1 Brinell keménységmérés menete A Brinell keménységmérés egyik nagy hátránya, hogy a keménység értékét erősen befolyásolja a vizsgálat paraméterei úgy, mint a szúrószerszám átmérője a terhelőerő és a terhelés időtartama. A vizsgálat helyes eljárási sorrendje:    

A szúrószerszám átmérőjének meghatározása a vizsgálandó anyag vastagságának és szélességének figyelembevételével. A terhelőerő megválasztása a szúrószerszám átmérőjének és az anyagának ismeretében. Terhelés időtartamának meghatározása az alakváltozás követő stabil állapot elérésének igényével. A keletkezet lenyomat átmérőjének ellenőrzése az érvényességi intervallum alapján.

A szúrószerszám átmérőjének nagyságát elsősorban a vizsgálandó anyag vastagsága határozza meg. Általános érvényű szabály, hogy a vizsgálandó anyag vastagsága legalább nyolcszorosa a keletkező lenyomat mélységének, illetve Brinell keménységmérés esetén a lenyomat akkor értékelhető, ha az a golyóátmérő 0,25 és 0,5-szöröse közé esik, illetve az új irányelvek szerint 0,24 és 0,6-szorosa is megengedhető. Minimális anyagvastagság: v min .  8  h

(2.7)

2 D  D2  d 2 D   d    Benyomódás mélysége: h    1 1   2 2   D   

(2.8)


[email protected]

2012

4

Keménységmérés

Keletkező lenyomat érvényességi határ: 0,24  D  d  0,6  D d Keményebb anyag esetén:  0,24 D d Lágyabb anyag esetén:  0,6 D A (2.8) összefüggésbe behelyettesítve a (2.10) kifejezést: D h 0, 24D   1  1  0,242  0,015  D 2 A (2.8) összefüggésbe behelyettesítve a (2.11) kifejezést: D h 0,6D   1  1  0,62  0,1 D 2





(2.9) (2.10) (2.11)



(2.12)



(2.13)

A (2.12) összefüggés alapján keményebb anyagok esetében 0,14  D anyagvastagság is elegendő, illetve a (2.13) összefüggésből lágyabb anyagoknál 0,8  D anyagvastagságot kellene alkalmazni a vizsgálat során. A biztonságra törekedve vmin  0,8  D anyagvastagsággal számolunk.

v (2.14) 0,8 A (2.14) képletből kapott értéktők kisebb szabványos golyóátmérők alkalmazhatok a vizsgálat során. Mindezek alapján az alkalmazható golyó átmérője: Dmax . 

2.1. Táblázat Az egyes anyagvastagságokhoz ajánlott golyóátmérő

Az anyag vastagsága, v [mm]

A vizsgáló golyó átmérője, D [mm]

v≥8mm

10mm

8mm≥v≥4mm

5mm

4mm≥v≥2mm

2,5mm

2mm≥v≥0,8mm

1mm

Ha az anyagvastagság alapján kiválasztottuk a golyó átmérőjét, akkor ellenőrizünk kell a vizsgálandó darab szélességét is, ugyanis nem csak a lenyomattal ellentétes oldalon nem lehet látható nyoma a mérésnek, hanem a darab szélein sem tapasztalható semmilyen mértékű kitüremkedés. Általános szabály, hogy vasalapú ötvözetek, réz és ötvözetei esetén a lenyomat középvonala a darab szélétől minimum 2,5  d ( 1,25  D) , könnyűfémek és könnyűfém ötvözetek, illetve lágy anyagok esetén 3  d ( 1,5  D) távolságra legyen. Ha a darabon több mérést is végzünk, akkor a lenyomatok középvonala között vasalapú ötvözetek, réz és ötvözetei esetén 4  d ( 2  D) , könnyűfémek és könnyűfém ötvözetek, illetve lágy anyagok esetén 6  d ( 3  D) távolságot célszerű tartani, hogy a lenyomatok körül a golyó által okozott felkeményedés ne befolyásolja az újabb mérés eredményét.


[email protected]

2012

5

Keménységmérés

2.3. ábra Lenyomatok távolsága a darab szélétől és egymás között (a., vasalapú ötvöztek, réz és ötvözetei, b., könnyűfémek és könnyűfém ötvözettek, lágy anyagok)

A terhelőerő meghatározásához felhasználjuk a már előzetesen kiválasztott golyó átmérőjét, illetve a vizsgálandó anyag minőségét. A terhelőerőt úgy kell megválasztani, hogy a keletkezett lenyomat átmérője a golyóátmérőjének 0,24 és 0,6-szorosa 0,25  D  d  0,5  D közé essen. A vizsgálatok során elvárás lenne, hogy ugyanazon az anyagon különböző átmérőjű golyók esetén is ugyanazt a keménységet kapjuk. Ez a feltétel akkor teljesülne, ha geometriailag hasonló lenyomatokat, azaz ugyanolyan központi szögű (2.2 ábra) lenyomatot létesítünk. Ugyanaz a keménységérték F1 terhelőerővel és ØD1 golyóval, illetve F2 terhelőerővel és ØD2 golyóval: 0,102  2  F1 0,102  2  F2 HB   (2.15) D1    D1  D12  d12 D2    D2  D22  d 22 Az 2.15-ös összefüggés akkor teljesül, ha d1 és d2 átmérőjű lenyomathoz ugyanakkora φ központi szög tartozik. d D  (2.16)   sin 2 2 2 0,102  2  F1 0,102  2  F2 HB        2 2 2  2 2 2   D2     D2  D2  D2  sin  D1     D1  D1  D1  sin    2 2     (2.17) F1 F2 0,102  2 0,102  2  2   D1   D22   2   1  1  1  sin 2    1  1  1  sin    2  2    Elvégezve a lehetséges egyszerűsítéseket: F1 F F  22  2  állandó (2.18) 2 D1 D2 D A terhelőerő meghatározása: F  k  D2 (2.19) A 2.19 összefüggésből látható, hogy a terhelő erő a használt golyó átmérőjének négyzetével arányos, illetve egy anyagra jellemző „k” állandó segítségével határozható meg.








[email protected]



2012

6

Keménységmérés

2.4. ábra A keménység és terhelőerő kapcsolata 2.2. Táblázat Ajánlott terhelési tényező különböző anyagokhoz

Terhelési tényező, k [N·mm -2]

Anyag Acélok, nikkelötvözetek, titánötvözeteket, öntöttvas

30  9,81N  mm2

Réz és ötvözetei

10  9,81N  mm2

Könnyűfémek és ötvözeteik

5  9,81N  mm2

Sikló csapágyötvözetek

2,5  9,81N  mm2

Ólom, ón és ötvözeteik, porkohászati gyártmányok

1  9,81N  mm2

A terhelést lökés és rezgésmentesen kell közölni a darabbal. A terhelési idő, mint a mérési eredményt befolyásoló paraméter függvénye a vizsgált anyagnak. A vizsgálat során a statikus szakaszban olyan hosszan kell fenntartani a terhelést, hogy értékelhető lenyomatot kapjunk. Keményebb anyagoknál rövididő alatt kialakul az értékelhető lenyomat, mint lágyabb anyagok esetén.


[email protected]

2012

7

Keménységmérés

2.3. Táblázat Ajánlott terhelési idő értékek különböző anyagokhoz

A vizsgált anyag

Terhelési idő,t [s]

Vas alapú ötvözetek, nikkelötvözetek, titánötvözeteket

10…15

Színes és könnyűfémek esetén

30…60

Siklócsapágy ötvözetek, lágyforrasz anyagok, ón, ólom és ötvözeteik esetén

120...180

A keletkezett lenyomat átmérőjét két egymásra merőleges irányban kell lemérni és a két érték számtani közepét kell képezni. d  d2 (2.20) d 1 2 Mivel a keménység értékét a lenyomat átmérőjének segítségével határozzuk meg ezért fontos az értékelhető lenyomat. Ennek érdekében a vizsgálandó anyag vizsgált felületét elő kell készíteni. A vizsgált felületnek síknak és a szúró szerszámra merőlegesnek kell lennie. Minél kisebb átmérőjű golyót alkalmazunk annál finomabb felületiérdességű felület szükséges, illetve minden nemű szennyeződéstől mentesnek kell lennie.

2.2 A vizsgálat eredményeinek szabványos megadása Brinell keménységet HBW-vel jelöljük, ha a vizsgálat során keményfém golyót alkalmaztunk, acél golyó alkalmazása esetén pedig a HB, vagy a HBS jelölés alkalmazzuk. A HBW (HB vagy HBS) jelölés elé kerül a keménység értéke, mögé pedig a vizsgálat körülményeit jelző számok per jelel elválasztva a következő sorrendben:  a vizsgálat során alkalmazott golyó átmérője milliméterben,  a terhelőerőt mutató szám,  illetve a 10…15 másodperctől eltérő terhelési idő értéke másodpercben. 1. 2.

PÉLDA: 228HBW10/3000 = a Brinell keménység értéke 228, amelyet 10mm átmérőjű keményfém golyóval, 3000·9,81N –os (3000kp) terhelőerővel, 10…15 másodperces terhelési idővel kaptunk. PÉLDA: 38HB2,5/31,25/60 = a Brinell keménység értéke 38, amelyet 2,5mm átmérőjű acél golyóval, 31,25·9,81N –os (31,25kp) terhelőerővel, 60±2 másodperces terhelési idővel kaptunk.

A hőmérséklet értékét normál körülmények között 10 és 35ºC hőmérséklet tartományban nem kell jelölni. Ellenőrzött körülmények esetén 23±5 ºC hőmérsékleten kell a mérést végezni.

2.3 Brinell keménységmérés területe

előnyei,

hátrányai,

alkalmazási

A keménységmérés előnyei a következőkben foglalhatók össze:  a nagyméretű lenyomatnak köszönhetően átlag keménységet add, amely inhomogén anyagok (öntöttvasak) vizsgálatánál kedvező,  a keménység értéke kismértékű szórást mutat egyugyanazon mérésen belül ezért laboratóriumi mérésekre alkalmas. Az eljárás hátrányai:  acél golyós szúrószerszám esetén a keménység értékét maximum 450HB keménységig tudjuk meghatározni (a keményfém golyó használatával 650HBW keménységig tudnák mérni),  a vizsgálat paraméteri befolyásolják a keménység értékét, így csak azonos körülmények között elvégzett mérés eredményei hasonlíthatok össze,  vékony kérgek, vékony darabok keménységmérésére nem alkalmas,


[email protected]

2012

8

Keménységmérés

  

a vizsgálat előkészítése és maga a mérés időigényes, a lenyomat méretének lemérése szubjektivitási hibákkal terhelt, korlátozott a vizsgált darab mérete.

Brinell keménységmérés öntöttvasak, színesfémek, könnyűfémek, illetve lágyított, vagy normalizált acélok keménység mérésére terjedt el.

3. Vickers keménységmérési eljárás A Vickers eljárás szúrószerszáma egy 136-os lapszögű négyzet alapú gyémántgúla. A szúrószerszám anyagának köszönhetően alkalmas keményanyagok keménységmérésére is. Geometriáját úgy alakították ki, hogy a keménység értéke 350HV keménységig számszerűen azonos a Brinell keménységgel, illetve négyzet alapú gúla alak csökkenti a mérési eredmény terhelőerőtől való függését.

3.1. ábra Vickers keménységmérés szúrószerszám geometriájának származtatása

A Vickers keménység értékét a mérés során alkalmazott terhelőerő és a keletkezet lenyomat felszínének hányadosaként képezzük. F HV  (3.1) Alenyomat


[email protected]

2012

9

Keménységmérés

3.2. ábra Vickers keménységmérés elvi vázlata

A szúrószerszám által létrehozott lenyomat felszínének meghatározásához a keletkezet lenyomat síkvetületének (négyzet) átlóját mérjük le. Ennek oka, hogy a lenyomat oldalai lágyanyagok esetében kifele nyomodnak (hordósodik), keményanyagoknál pedig befele nyomódnak (behorpad) és így nehézkesé teszi a mérését. A mérés során mindkét átló hosszát lemérjük és a továbbiakban a hosszak számtani közepével számolunk. A lenyomat felszínének meghatározása: am a2 a2 d2 (3.2) A lenyomat  4   2a m  2   2 2  sin 68 sin 68 2  sin 68 A gúla oldallapjának magassága: a a (3.3) sin 68  m 2m 2  sin 68 A síkvetület (négyzet) oldalhosszának és az átlójának kapcsolata: d2 d2  a 2  a 2  2  a 2  a 2  (3.4) 2 A keménység értékének meghatározása: F F (3.5) HV  2  sin 68  2  1,8544  2 d d A (3.5) képletben az erőt az SI mértékegység rendszer bevezetése előtt kp-ban, a geometriai méreteket pedig mm-ben helyettesítették be és az így kapott mérőszám kp mm2 volt a mértékegysége. Az SI mértékegység rendszere való áttérés után az erőt N-ban kellett behelyettesíteni, ami a keménység nagyságrendekben való megváltozását okozta volna. Annak érdekében, hogy megőrizzük az eredeti keménység nagyságrendet, bevezették


[email protected]

2012

10

Keménységmérés

0,102-es szorzótényezőt a számlálóban. Ennek megfelelően a keménység értékének meghatározásának (3.6) összefüggése az alábbiakban módosult 0,102  F F (3.6) HV  2  sin 68   0,189  2 2 d d ahol a terhelőerő N-ban van behelyettesítve, a geometriai jellemzők mm-ben. Ezen változtatásoknak köszönhetően megmaradt a régi keménység érték nagyságrend, de a módosítások miatt az összefüggésből kapott mérőszámot mértékegység nélküli mérőszámnak kell tekinteni. A gyakorlati életben a keménység értékének gyorsabb meghatározása érdekében táblázat segítségével határozzuk meg a keménységértékét. A vizsgálat során fontos paramétere a terhelőerő. Megválasztást úgy kell elvégezni, hogy a keletkezet lenyomat mélysége legfeljebb tizede legyen a vizsgált anyag vastagságának. (3.7) v min  10  h A lenyomat mélységének mérése nehézkes ezért célszerű a lenyomat mélységének és átlója közötti kapcsolatot megnézni. Lenyomat mélységének és átlója közötti kapcsolatot: d d tg68  h 2 2 h 2  2  tg68 A síkvetület (négyzet) oldalhosszának és az átlójának kapcsolata:

(3.8)

d2 d2 d a  a   2 2 2 2

(3.9)

Anyagvastagság lenyomat átlója közötti kapcsolatot: 10  d v min  10  h   1,43  d  1,5  d 2  2  tg68

(3.10)

A terhelési idő, mint a mérési eredményt befolyásoló paraméter függvénye a vizsgált anyagnak. A vizsgálat során a statikus szakaszban olyan hosszan kell fenntartani a terhelést, hogy értékelhető lenyomatot kapjunk. Keményebb anyagoknál rövididő alatt kialakul az értékelhető lenyomat, mint lágyabb anyagok esetén. 3.1. Táblázat Ajánlott terhelési idő értékek különböző anyagokhoz

A vizsgált anyag

Terhelési idő,t [s]

Vas alapú ötvözetek, nikkelötvözetek, titánötvözeteket

5…15

Színes és könnyűfémek esetén

30…60

Siklócsapágy ötvözetek, lágyforrasz anyagok, ón, ólom és ötvözeteik esetén

120...180

A keletkezett lenyomat két átlóját kell lemérni és a két érték számtaniközepét kell képezni. d  d2 (3.11) d 1 2 A vizsgálat során jelentősége van a lenyomatok darab szélétől és egymás közötti távolságának. A benyomódás hatására a lenyomat közvetlen környezetében lévő térfogat alakváltózik és felkeményedik.


[email protected]

2012

11

Keménységmérés

Javasolt értékek a darab szélétől és egymás közötti távolságra:

3.3. ábra A lenyomatok távolsága egymástól és a darab szélétől

3.1 A keménység értékének szabványos megadása A Vickers keménységet HV jelölik és a keménység értékét a HV jelölés elé írják. A HV jel mögé a vizsgálat körülményeit megadó számértékek kerülnek perjellel elválasztva a következő sorrendben:  HV jel után meg kell adni a terhelő erőt kp-ban, a terhelési időt másodpercben, ha 10…15 másodperctől eltér perjellel elválasztva. 1.

2.

PÉLDA: 843HV30 = a Vickers keménység értéke 843, amelyet 30·9,81N –os (30kp) terhelőerővel, 10…15 másodperces terhelési idővel kaptunk. PÉLDA: 523HV5/20= a Vickers keménység értéke 523, amelyet 5·9,81N –os (5kp) terhelőerővel, 20±2 másodperces terhelési idővel kaptunk.

A hőmérséklet értékét normál körülmények között 10 és 35ºC hőmérséklet tartományban nem kell jelölni. Ellenőrzött körülmények esetén 23±5 ºC hőmérsékleten kell a mérést végezni.

3.2 Vickers keménységmérés előnyei, hátrányai A keménységmérés előnyei a következőkben foglalhatók össze:  minden fémes anyag keménységmérésére alkalmas,  pontos eredményt add, laboratóriumi mérésekhez alkalmazható,  a keménység értéke kisebb mértékben függ a terhelő erőtől, mint Brinell keménységmérésnél,  a terhelőerő helyes megválasztásával vékony anyagok, vékony kérgek keménységmérése is megoldható (cementált, nitridált, boridált, bevonatolt felületek stb.). Az eljárás hátrányai:  a vizsgálat előkészítése és maga a mérés időigényes,  a lenyomat méretének lemérése szubjektivitási hibákkal terhelt,  korlátozott a vizsgált darab mérete.


[email protected]

2012

12

Keménységmérés

4. Rockwell keménységmérés Rockwell keménységmérési eljárásoknál a keménység értékére a szúrószerszám benyomódásának mélységéből határozzuk meg. A Rockwell eljárásoknak számtalan típusa létezik, amelyek azonos elven, de különböző paraméterek segítségével széleskörű alkalmazhatóságot tesz lehetővé. A mérés pontosságát alapvetően a benyomódás mélységének mérése befolyásolja. A vizsgált darab felületi egyenetlensége ronthatja a mérés pontosságát ezért minden Rockwell eljárás során első lépésben egy úgynevezett előterhelést alkalmazunk, amelyhatására kismértékű benyomódás alakul ki. Az előterhelés segítségével kapunk egy bázissíkot. Ezt követően egy főterhelést alkalmazunk, amelye által okozott maradó benyomódás mélységét mérjük a bázissíkhoz képest.

4.1. ábra Kúppal végzet Rockwell keménységmérés

4.2. ábra Golyóval végzet Rockwell keménységmérés

A Rockwell keménység értéke közvetlenül nem egyezik meg a benyomódás mélységével, hanem azzal arányos, mert különben:  

a keménység értéke túl kicsi lenne, lágyabb anyagok keménysége nagyobb lenne, mint a keményebb anyagoké.

Ezeket a problémákat úgy oldjuk meg, hogy a milliméterben kapott benyomódási mélységet osztjuk az adott eljárásra jellemző Rockwell egységgel (pl. Rockwell C eljárásnál 1 egység 0,002mm benyomódásnak felel meg) és ezt követően kivonjuk szintén az adott eljárásra jellemző értékből (pl. Rockwell C eljárásnál 100-ból). Az így kapott keménység érték már a műszaki gyakorlat számára használható értéket add, azaz tízes nagyságrendű és a keményebb anyagok keménysége nagyobbra adódik, mint a lágyabb anyagoké. Minden Rockwell eljárás


[email protected]

2012

13

Keménységmérés

nagy előnye, hogy a gyakorlatban egyáltalán nem kell számolni, mivel a keménységmérő gépek mérőórájáról közvetlenül leolvasható a keménység értéke. Mérés menetének leírása:  a szúrószerszámot Fe erővel a vizsgált darabba nyomjuk és nullázzuk a skálát,  ráadjuk a főterhelést (Ff) és a képlékeny alakváltozás befejeződéséig fenntartjuk, ennek időtartama anyagtól függ (keményebb anyagoknál 2…5 másodperc, lágyabb anyagoknál 15…60…120 másodperc),  levesszük a főterhelést, amely során a mutató visszamozgása jelzi a rugalmas alakváltozást (az előterhelést továbbra is fenntartjuk)  leolvassuk a keménység értékét 4.1. Táblázat Rockwell keménység mérési eljárások jellemzői

Eljárás

Szúrószerszám

HRA

Főterhelés, Ff

Képlet

120º-os csúcsszögű gyémánt kúp

50  9,81N 50kp 

100 

HRB

1,5881 / 16inch  wolframkarbid, vagy edzett acél golyó

90  9,81N 90kp 

130 

HRC


140  9,81N 140kp 

HRD HRE HRF HRG HRH HRK HRL HRM HRP HRR HRS HRV



Előterhelés, Fe



3,175 1 / 8inch wolframkarbid, vagy edzett acél golyó

1,5881 / 16inch  wolframkarbid, vagy edzett acél golyó 3,1751 / 8inch  wolframkarbid, vagy edzett acél golyó



10kp


h3  h1 0,002

140  9,81N 140kp  50  9,81N 50kp  50  9,81N 50kp 

130 

90  9,81N 90kp 

h3  h1 0,002

140  9,81N 140kp  90  9,81N 90kp  140  9,81N 140kp 



3,1751 / 8inch  wolframkarbid, vagy edzett acél golyó 6,351 / 4inch  wolframkarbid, vagy edzett acél golyó 12,71 / 2inch  wolframkarbid, vagy edzett acél golyó


0,002

50  9,81N 50kp 

140  9,81N 140kp 



HRT

HRY

h3  h1

50  9,81N 50kp 


HRX

10  9,81N




0,002

90  9,81N 90kp 

6,351 / 4inch  wolframkarbid, vagy edzett acél golyó

HRN

HRW

90  9,81N 90kp 

100 

h3  h1

3 9,81N

3kp

12  9,81N 12kp 

27  9,81N 27kp 

42  9,81N 42kp 

[email protected]

100 

h3  h1 0,001

2012

14

Keménységmérés

4.1 Rockwell keménységmérés előnyei, hátrányai, alkalmazási területe A keménység mérés előnyei a következőkben foglalhatók össze:  gyors és könnyen elsajátítható mérési eljárás,  üzemi körülmények között jól alkalmazható, sorozat mérésekre alkalmas,  nem igénnyel különleges felületi előkészítést. Az eljárás hátrányai:  kevésbé pontos eljárás,  korlátozott a vizsgált darab mérete. 4.2. Táblázat Alkalmazási területek

Eljárás

Alkalmazási terület

HRA

Keményfémek és vékony acéllemezek

HRB

Könnyűfémek és ötvözeteik, színes fémek és ötvözeteik, lágyacélok

HRC

Edzett acélok, nemesített acélok, temper ötvények, titán

HRD

Betétben edzett kérgek, perlites temper öntvények

HRE

Öntött vasak, könnyűfémek és ötvözeteik, színes fémek és ötvözeteik

HRF

Lágyított rézötvözetek, alumínium ötvözetek

HRG

Foszforbronzok, Berillium, Réz, temper öntvények

HRH

Alumínium, cink, ólom

HRK HRL HRM HRP

Siklócsapágy ötvözetek, lágyforrasz anyagok, lágy anyagok vékony vastagságban

HRR HRS HRV HRN

Ugyanaz, mint a A, C, D eljárásoknál csak vékonyabb anyagiknál

HRT

Ugyanaz, mint a B, F, G eljárásoknál csak vékonyabb anyagiknál

HRW HRX

Nagyon lágy vékony anyagoknál

HRY


[email protected]

2012

15

Keménységmérés

5. Poldi keménységmérés A Poldi keménységmérés egy összehasonlító keménységmérési eljárás. A vizsgálat során egy kalapács segítségével dinamikus terhelést hozunk létre, amely hatására egyforma nagyságú, de ismeretlen terheléssel nyomjuk a szúró szerszámot a vizsgált darabba és egy ismert keménységű etalonba. A szúrószerszámunk egy üvegkeményre edzett acélgolyó, amelynek átmérője 10mm. Az etalon keménysége Brinnel keménységben van megadva. 2 2  0,102  F  d etalon  1 1   2 2 D    D  D 2  d mdb D  D 2  d etalon HBmdb  D  (5.1)    2 2 2  0,102  F HBetalon D  D 2  d mdb  d mdb  1 1  2  D    D  D 2  d etalon  D  Az (5.1) összefüggés sorbafejtése és egyszerűsítése után:

 

 

2

d  HBmdb  HBetalon   etalon  (5.2)  d mdb  Az (5.2) összefüggés alapján meghatározott keménység értéke hasonló pontosságú a Brinell keménységhez.

5.1. ábra Poldi keménységmérő vázlata


[email protected]

2012

16

Keménységmérés

Mivel az eljárás során egy adott Brinell keménységű etalonhoz hasonlítunk a kapott eredményt is Brinell keménységként értelmezzük. A mérés során, az etalonon kapott lenyomat átmérője nem haladhatja meg a 4,2mm és köztük minimum 15mm távolságnak kell lennie. A Poldi keménységnek külön jelölése nincs, így a Brinell-vel azonos jelölést használjuk (HB).

5.1 Poldi keménységmérés előnyei, hátrányai, alkalmazási területe A keménységmérés előnyei a következőkben foglalhatók össze:  egyszerűen és gyorson elvégezhető a vizsgálat,  helyhez kötőt, vagy nagyméretű darabok esetén használható. Az eljárás hátrányai:  acél golyós szúrószerszám miatt a keménység értékét maximum 450HB keménységig tudjuk meghatározni,  a vizsgálat előkészítése időigényes,  a lenyomat méretének lemérése szubjektivitási hibákkal terhelt,  vékony kérgek, vékony darabok keménységmérésére nem alkalmas,  a lenyomat méretének lemérése szubjektivitási hibákkal terhelt. A vizsgálat elsősorban nagyméretű helyhez kötőt alkatrészek helyszíni méréséhez terjedt el (pl. hidak, gépágyak, tartályok, stb.)


[email protected]

2012

17

Keménységmérés

6. Shore keménységmérés A Shore keménységmérési eljárás nagy rugalmas deformációt mutató polimerek keménységmérésére használatos. A szúrószerszám edzett acélból készült kúp, csonkakúp, vagy félgömbvégződésű tű. A keménység értékét a rúgóval terhelt szúrószerszám rugalmas benyomódásának mélységéből határozzuk meg. A keménység értéke fordítottan arányos a benyomódás mélységével. A mérés során a keménység értéke közvetlenül leolvasható egy mérőóra segítségével. A keménységmérő munkadarabra való leszorítása után a terhelést 3 másodpercig, illetve folyást mutató polimerek esetén hosszabb ideig (pl. 15s) fent kell tartani és a terhelés fenntartása mellett kell a keménység értékét leolvasni. A keménységmérő berendezés célszerű állványba befogva használni, hogy rugó megbízhatóan középpontosan terhelje a vizsgált darabot.

6.1. ábra Shore A, B, C, D keménységmérés szúrószerszámai 6.1. Táblázat Shore A, B, C, D keménységmérés jellemzői

Eljárás

Maximális rugóterhelés [gramm]

A

822

B C D


4500

Alkalmazása Lágy vulkanizált gumi, elasztomerek, természetes gumik, neoprén, rugalmas poliésztergyanták, poliakrilészterek, viasz, nemez, bőr; Mérsékelten kemény gumik; Közepesen kemény gumik és műanyagok; Keménygumik, rideg nagykeménységű műanyagok, plexiüveg, polisztirolok, stb.

[email protected]

2012

1. Keménység fogalma és mérési eljárásainak csoportosítása

Recommend Documents