Byultrarent

Badanie Twardości HT

Badania twardości to bardzo szybka i stosunkowo niedroga metoda badań nieniszczących służąca na sprawdzeniu twardości badanego materiału oraz określeniu jego przydatności do zamierzonego zastosowania. Badanie twardości doskonale sprawdza się w wielu branżach przemysłowych.

Czym jest twardość HT ?

Najbardziej prostą i powszechnie stosowaną definicją twardości jest odpornością materiału na trwałe odkształcenie plastyczne. Twardość jest cechą materiału oraz jego podstawową własnością fizyczną i jest określona jako pomiar głębokości wgniecenia w badany materiał.

Mówiąc prościej, używając określonej wartości siły (obciążenia) oraz odpowiedniego wgłębnika wykonujemy odcisk w badanym materiale. Im mniejsze wgłębienie otrzymamy tym twardszy jest nasz materiał. Wartość twardości określa jest poprzez pomiar głębokości lub powierzchni otrzymanego za pomocą jednej z dostępnych metod pomiarowych odcisku.

Dostarczone podczas badania informacje mają ogromne znaczenie  w przypadku większości gałęzi przemysłu. Określenie właściwości materiału zapewnia cenny wgląd w ich trwałość, wytrzymałość, elastyczność i możliwości zastosowania określonych komponentów oraz materiałów. Informacje uzyskane podczas badania twardości pozwalają na skontrolowanie spawanych oraz obrabianych termicznie materiałów oraz upewnieniu się, że procesy te zostały wykonane w sposób prawidłowy. Jak wiadomo wraz ze wzrostem twardość, właściwości plastyczne materiałów ulegają znacznemu pogorszeniu. Dodatkowo wzrost twardości powoduje również obniżenie udarność materiału – ma to bardzo kluczowe znaczenie szczególnie w obniżonych temperaturach. Element staje się twardy ale bardziej podatny na pękanie. Niepożądane zwiększenie twardości może świadczyć również o przegrzaniu materiału podczas spawania oraz zastosowaniu zbyt dużej energii liniowej.

Badanie twardości jest obecnie popularną, szeroko stosowaną formą badania materiałów. Test jest stosunkowo łatwy do wykonania, zwykle minimalnie lub całkowicie nieniszczący a przenośne mierniki twardości dostępne na rynku są stosunkowo tanie w porównaniu innymi rodzajami aparatury badawczej stosowanej w badaniach nieniszczących. Dodatkowo obecnie nie jest problemem wykonanie badania bezpośrednio na elemencie.

Badania twardości są wykorzystywane w następujących branżach

W Jakim celu wykonuje się badanie twardości:

Przede wszystkim w celu charakterystyki badanego materiału:

  • aby sprawdzić czy spełniony został warunek dotyczący dopuszczalnej twardości badanego materiału,
  • aby sprawdzić czy materiał uległ podhartowaniu,
  • aby potwierdzić poprawność parametrów spawania, zgrzewania lub innego procesu spajania (np. w przypadku kwalifikowania technologii spajania),
  • badanie twardości można również stosować do określenia przewidywanej wytrzymałości na rozciąganie.

Badania HT można również stosować w celu potwierdzenia stosowania danego materiału zgodnie z przeznaczeniem.

Aparatura pomiarowa stosowana w badaniach:

Twardościomierze przenośne

W ciągu ostatnich lat znacząco wzrósł popyt na stosowanie twardościomierzy przenośnych. Wynika to z faktu, że producenci kładą coraz większy nacisk na testowanie elementów w trakcie procesu produkcyjnego- np. na budowie lub warsztacie. Pomimo tego, że przenośne twardościomierze nie są w stanie zastąpić urządzeń mobilnych w każdym przypadku są one bardzo ciekawą alternatywą ze względu na swoją mobilność.

Przenośne twardościomierze są znacznie mniejsze, lżejsze i bardziej kompaktowe.  Ich dużą zaletą jest fakt, że kontroler nie musi pobierać z elementu próbek do wykonania pomiaru. Dlatego są dużo bardziej praktyczne i mogą być stosowane do kontroli elementów gotowych oraz urządzeń będących w trakcie eksploatacji.

W jakich branżach stosuje się badania twardości ?

  • energetyka,
  • lotnictwo,
  • przemysł petrochemiczny,
  • motoryzacja,
  • przemysł offshore.

Metody badania twardości HT.

Podczas wyboru odpowiedniej metody pomiaru twardości należy uwzględnić następujące czynniki:

  • rodzaj badanego materiału,
  • rozmiar badanego przedmiotu,
  • grubość badanego elementu,
  • wybór odpowiedniej skali badania,
  • kształt badanego elementu,
  • oraz rodzaj przyrządu pomiarowego jaki mamy możliwość zastosować.

Test Twardości Brinella

Test twardości Brinnella jest jednym z najczęściej wykorzystywanych pomiarów twardości polega na przykładaniu do badanego materiału siły z wykorzystaniem  kulki wykonanej z węglika wolframu. Średnica kulki może wynosić 1, 2,5, 5 lub 10 mm a czas przyłożenia od 10 s dla stali do 60 dla miękkich stopów. Po wykonaniu odcisku następuje usunięcie obciążenia a następnie pomiar średnicy otrzymanego wgłębienia.  Twardość zostaje następnie wyznaczona za pomocą specjalnego wzoru.

Metoda Brinella jest zwykle stosowana do testowania stopów aluminium i miedzy z wykorzystaniem niższego zakresu dopuszczalnej siły oraz stali i żeliwa przy większym zakresie.

Test twardości Rockwella

W przypadku badania twardości z wykorzystaniem skali Rockwella narzędziem pomiarowym jest stalowa kulka lub diamentowy wgłębnik w kształcie stożka. Podczas wykonywania testu pierwotnie na powierzchni badanego materiału przyłożone zostaje obciążenie wstępne w ceku ustalenia zerowego punktu odniesienia. Następnie przyłożone zostaje główne obciążenie, które jest otrzymywane przez wymagany czas. Po upływie kilku sekund wartość obciążenia wraca do wartości wstępnej.  Wynikiem pomiaru ustalany jest na podstawie różnicy głębokości od położenia zerowego punktu odniesienia do położenia wgłębnika w momencie maksymalnego obciążenia.

W przypadku badania twardości za pomocą metody Rockwella w wyniki badań otrzymuje się szybko i bezpośrednio bez konieczności wykonywania dodatkowych pomiarów wymiarów.

Procedura wykonania całego testu trwa zaledwie od kilku do kilkunastu sekund.

Najpopularniejszym typem wgłębnika jest diamentowy stożek, szlifowany pod kątem 120 stopni, który wykorzystuje się do badania stali. Materiały o mniejszej twardości badanie się za pomocą kulek z węglika wolframu.

Test Knoopa/Vickersa

Badanie mikro oraz makrotwardości powszechnie określane jako badanie Knoopa lub Vickersa jest wykonywane przez wciśniecie wgłębnika o określonej geometrii w badaną powierzchnię. W przeciwieństwie do testów Rockwella oraz Brinella w metodzie Knoopa lub Vickersa stosuje się stałą wartość siły wykorzystywanej podczas badania. Otrzymany podczas badania odcisk jest następnie mierzony za pomocą mikroskopu o dużej mocy lub automatycznego oprogramowania pomiarowego.

Ultradźwiękowy pomiar twardości.

W technice tej wykorzystuje się twardościomierze ultradźwiękowe. Technika w trakcie pomiaru wykorzystuje fale ultradźwiękowe i jest całkowicie nieinwazyjna. Może być wykorzystywana do pomiaru zarówno materiałów metalowych jak i niemetali takich jak beton czy cegły. Dużym plusem techniki jest mobilność aparatury pomiarowej Istnieją dwa rodzaje wykonania pomiaru – technika kontraktowa i zanurzeniowa.  Technika kontaktowa umożliwia badanie dużych elementów, których transportowanie jest utrudnione lub niemożliwe. Technika zanurzeniowa natomiast polega na kontroli elementu zanurzone w cieczy w celu uzyskania lepszego sprzężenia dla fali ultradźwiękowej. Technika jest dużo bardziej czuła i dokładna.

Wybór najlepszej metody badania twardości

Wybór odpowiedniej metody twardości zależy przede wszystkim od rodzaju badanego materiału a dokładniej jego struktury oraz od wielkości badanych elementów a także ich stanu. Jak pisaliśmy na początku artykułu – podczas badania twardości dokonujemy wgniecenia wgłębnika do badanego materiału. Podczas wykonywania testu elementów szorstkich oraz niejednorodnych konieczne jest zastosowanie większej siły niż w przypadku materiału gładkiego oraz o strukturze jednorodnej. Oprócz wymienionych czynników przy wyborze odpowiedniej metody badania twardości należy uwzględnić wymagania podane w normach branżowych oraz wytyczne klienta.

Każda z metod badania twardości posiada zarówno swoje wady jak i zalety.

Podczas wyboru metody badania twardości należy wziąć pod uwagę:

  • rodzaj badanego materiału,
  • wymagania norm i przepisów,
  • przybliżoną twardość badanego materiału,
  • strukturę badanego materiału,
  • rozmiar kontrolowanego elementu,
  • miejsce przeprowadzania kontroli,
  • liczbę próbek do zbadania,
  • wymaganą dokładność.

Jak zapewnić dokładność i powtarzalność podczas badania twardości

Prawidłowe wykonanie badania twardości wymaga starannego przygotowania powierzchni. Dodatkowo należy nieustannie kontrolować cały przebieg badania twardości.

Czynniki wpływające na badanie twardości

Na wyniki testów twardości wpływa wiele czynników. Zgodnie z ogólną zasadą, im mniejsze obciążenie stosujmy podczas badania twardości, tym więcej czynników należy kontrolować aby zapewnić jego dokładność.

Oto kilka najważniejszych czynników, które należy wziąć pod uwagę aby zapewnić dokładny przebieg badania:

  • monitorowanie czynników środowiskowych takich jak oświetlenie, temperatura, wilgotność raz możliwość występowania zanieczyszczeń w obszarze badania,
  • kontrola poprawnego zamocowania urządzenia badawczego,
  • kontrola poprawnego zamocowania badanej próbki,
  • sprawdzanie ustawienia wgłębnika – powinien on znajdować się w położeniu prostopadłym do badanej powierzchni,
  • regularna kalibracja oraz kontrola stanu urządzenia badawczego.

https://www.struers.com/en/Knowledge/Hardness-testing#hardness-testing-how-to

About the Author

ultrarent administrator