Keménységmérés Dunaújvárosi Főiskola Anyagtudományi és Gépészeti Intézet
Mérnöki alapismeretek és biztonságtechnika
uA
( statikus) keménység fogalma:
– A vizsgált anyag ellenállása az adott geometriájú szúrószerszám behatolásával szemben, uA
Mechanikai anyagvizsgálat 2.
keménység kapcsolata más anyagjellemzőkkel: – Keménységi adatokból szilárdsági és technológiai információk meghatározása,
Dr. Palotás Béla
[email protected] Készült: Dr. Krállics György (BME, ATT előadásának felhasználásával)
uA
keménységmérés kivitelezése:
– Alakváltozás létrehozásával, – Fizikai hatások alkalmazásával.
Eljárások u Statikus
Brinell keménységmérés
keménységmérési eljárások
– Brinell, Vickers, Knoop, Rockwell, u Dinamikus
keménységmérés eszközei
– Poldi kalapács, – Szkleroszkóp, – Duroszkóp, u Műszerezett
keménységmérési eljárások
Erő – benyomódási görbe felvétele.
HBW =
keményfém golyó (acél golyó)
0.102 F 0.102 F 0.204 F = = A Dp h p D D - ( D2 - d 2 )
(
F - terhelőerő [ N ] A - lenyomat felület éë mm 2 ùû D - golyóátmérő [ mm ] d - lenyomat átmérő [ mm ] h - lenyomat mélység [ mm ]
)
A vizsgálat lépései u Felület
tisztítás, fémes, sima felület előállítása, u Alkalmazandó golyóátmérő és terhelő erő megválasztása (a vastagság és az anyagminőség figyelembevételével),
s ³ 8× h
uA
lenyomat átmérő mérése, a mérőszám meghatározása, u A keménység jegyzőkönyvezése,
HBW / D[ mm] / F [ kp] / t [s]
pl. 350 HBW /5/750:golyóátm.5 mm, terhelő erő 7.355 kN (750 kp),idő 10-15s 600 HBW /1/30/ 20:golyóátm.1 mm, terhelő erő 294.2 N (30 kp),idő 20 s
Az eljárás előnyei, hátrányai, alkalmazási területe u Előnyök
Átlagos keménység értéket ad (inhomogén anyag vizsgálatánál előnyös), Következtetni lehet az anyag szilárdságára, u Hátrányok
Viszonylag nagy lenyomat keletkezik, ami roncsolja a felületet, Nem mérhető vékony próbatest, réteg és keménységeloszlás, Viszonylag lassú, szubjektív leolvasási hibával terhelt A mérhető darab nagysága korlátozott,
Alkalmazási terület Öntöttvasak, színes- és könnyűfémek, lágyacélok.
Vickers keménységmérés
gyémánt gúla
0.102 F F HV = = 0.189 2 A d F - terhelőerő [ N ] A - lenyomat felület éë mm2 ùû d - lenyomat átló [ mm]
Vickers eljárások Terhelőerő tartományok, N
Keménységi jel
F ³ 4 9 .0 3
³ HV 5
1.961 £ F < 49.03 0.09807 £ F < 1.961
HV 0.2- < HV 5
HV 0.01- < HV 0.2
A vizsgálat lépései tisztítás, fémes, simított vagy csiszolt felület előállítása (mikro - Vickershez
Alkalmazási terület
u Felület
mikroszkópi csiszolatként kell előkészíteni), u Terhelőerő
megválasztása, u Lenyomat átló mérése (két egymásra merőleges átló átlaga), a mérőszám meghatározása, u A keménység jegyzőkönyvezése HV / F [ kp ] / t [ sec ]
pl. 640 HV 30 : terhelő erő 294.2 N (30 kp), idő 10-15s 550 HV 30 / 20 : terhelő erő 294.2 N (30 kp), idő 20s
u Makro-Vickers
eljárás
Tetszőleges anyagminőség, laboratóriumi vizsgálat, u Kisterhelésű
és mikro-Vickers eljárás
– Vékony lemezeken, fóliákon, termokémiai eljárással, felületi edzéssel, vagy egyéb módon előállított felületi rétegeken, illetve szövetelemeken .
A Vickers eljárás előnyei, hátrányai u Előnyök
Pontos eredményt ad, laboratóriumi mérésekhez jól alkalmazható, Bármely keménységű anyag vizsgálható, Kismértékű felületi roncsolást eredményez, vékony próbatestek, felületi rétegek és keménységeloszlás is vizsgálható. u Hátrányok
Gondosan előkészített felületet igényel, Viszonylag lassú, szubjektív leolvasási hibával terhelt, A mérhető darab nagysága korlátozott.
Knoop--eljárás Knoop HK =
0.102 F 1.14484 F = A l2
F - terhelőerő [ N ] A - lenyomatfelület éëmm2 ùû l - lenyomat hosszabbik átlója [ mm] HK / F [ kp] / t [ s] pl.640 HK 0.1 F = 0.9807 N (0.1kp), t = 10 -15s 640 HK 0.1/ 20 F = 0.9807 N (0.1kp), t = 20s
gyémánt gula Eljárás végrehajtás, mint a Vickers - nél
A Knoop és a Vickers eljárás összehasonlítása 1. A leolvasási hibák kisebbek mint a Vickers eljárásnál (l=3d, azonos terhelésnél), 2. A Knoop eljárás érzékenyebb a felületi réteg keménységének változására, 3. Kisebb mértékű benyomódás mint a Vickersnél → nagyon rideg anyagok mérése (üveg, műszaki kerámia).
Rockwell keménységmérés elvi vázlata F0
F0+F1 5
1 2
F0 6
3
4
1 - a lenyomat mélysége az F0 előterhelésnél; 2 - a lenyomat mélysége az F1 főterhelésnél; 3 - a rugalmas visszarugózás az F1 főterhelés levétele után; 4 - a maradó lenyomat h mélysége; 5 - a mintadarab felülete; 6 - a mérés referencia síkja.
A vizsgálat lépései
Rockwell eljárások Jel
Szúrószerszám Előterhelés
Főterhelés
Keménység
HRA
120˚
98.07 N
490.3 N
100-h/0.002
HRB
1.5875mm
98.07 N
882.6 N
130-h/0.002
HRC
120˚
98.07 N
1373 N
100-h/0.002
HRH
3.175mm
98.07 N
490.3 N
130-h/0.002
…
…
…
29.42 N
117.7 N
100-h/0.001
29.42 N
411.9 N
100-h/0.001
… HR15N HR45T
… 120˚ 1.5875mm - gyémánt kúp
- acél vagy keményfém golyó (S/W)
felületi előkészítés nem szükséges, u Az eljárás kiválasztása az anyag ismeretében, u A mérés elvégzése (a terhelést akkor szüntetjük meg, ha a mérőóra mutatója már nem mozog), u A keménységi mérőszám leolvasása a megfelelő skálán, u A keménység megadása egész számmal és az eljárás jelével, pl. 55 HRC, 66 HRBS, 85 HREW, u Gondos
Rockwell eljárások alkalmazási területei Eljárás
Vékony acéllemezek, rétegek
HRB
Lágyacélok, réz temperöntvények
HRC
Acélok, titán ötvözetek, temperöntvények
HRH
Alumínium, cink, ólom
… HR15N HR45T
u Előnyök
Alkalmazási terület
HRA
vékony kérgek, és
alumínium
A Rockwell eljárás előnyei, hátrányai
cementált ötvözetek,
– Gyors, egyszerű eljárás, a mérés eredménye közvetlenül leolvasható, – Jól automatizálható, sorozatmérésre alkalmas, – Nem igényel gondos próbatest előkészítést, – Valamennyi anyagra található eljárás, u Hátrányok
… Ugyanaz mint az A, C, D skála, de vékonyabb anyagra Ugyanaz mint a B, F, G skála, de vékonyabb anyagra
Kevésbé pontos eljárás, mint a Vickers vagy a Brinell, Skálája nem lineáris.
Dinamikus keménységmérő eljárások
Mérés Poldi kalapáccsal 2
Gyors, lökésszerű erőhatással végzett mérés, u Kivitelezés: Szúrószerszámmal lenyomatot mérve, Rugalmas visszapattanást mérve.
HBm æ d x ö =ç ÷ HBx è dm ø HBm - a minta keménysége
u
minta
HBx - a próbatest keménysége dm - a lenyomat átmérője a mintán d x - a lenyomat átmérője a próbatesten próbatest
Eljárások a rugalmas visszahatás alapján Mérés elve A vizsgált tárgy felületére adott energiával ráejtett kalapács (golyó) visszapattanásának magassága arányos a tárgy keménységével, u Berendezések Szkleroszkóp, Duroszkóp. u
Szkeloroszkóp Roncsolásmentes, egyszerű, gyors módszer
1. Ejtősúly (gyémántvéggel) 2. Üvegcső
A mérendő tárgy tömege befolyásolja a mérési eredményt (kis tömeg → rezgések → kisebb visszapattanás) 3. Libella 4. Mérendő tárgy
Műszerezett keménységmérő eljárások
Duroszkóp
Erő - benyomódás görbe felvétele
1. Mérőkalapács 3. Mérendő tárgy 4. Mutató
E=tanb
Erő mN
2. Doboz
p
F=ah terhelés
Tömeg és felületi minőség befolyása
b
h0
tehermentesítés m
F=a(h-h0)
benyomódási mélység nm
Vickers és Brinell gép
Kisterhelésű Vickers gép
Briviszkóp (Brinell méréshez)
Rockwell gép
Keménység konverzió 400 HB 3000
HRB, HRC, HB500,HB3000
350 300 250
HB 500
200 150
HRB HRC
100 50 0 0
200
400
600
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 HV 10
