TOPlist
facebook google+ linkedin youtube
header-print

Novinky

Jak rozumět tvrdosti kovů

19.06. 2015by Admin E-konstruktér

Při navrhování kovových dílů je důležité specifikovat jejich tvrdost. Mnoho konstruktérů má ale jen slabé povědomí o tom, co to tvrdost vlastně je nebo jak se měří.

Existují pro to dobré důvody. Jak uvidíme, tvrdost je poněkud neostrý koncept, a běžně se používá mnoho různých metod zkoušek tvrdosti, které se lehce pletou. Tento článek by měl pomoci tento zmatek vyjasnit.

Zmiňme se nejprve o tom, co tvrdost není. Tvrdost nemá nic společného s tuhostí. Ocelový díl může mít vysokou nebo nízkou tvrdost, ale vždy bude mít stejnou tuhost. Titanový díl může mít stejnou tvrdost jako ocelový, ale vždy bude mít oproti oceli zhruba poloviční tuhost. Tvrdost sama o sobě také nemá nic společného s tím, jestli je materiál křehký nebo tvárný. Ze dvou materiálů se stejnou tvrdostí může být jeden křehký a druhý tvárný.

Co to tedy tvrdost je? Abychom uvedli tak trochu nepříliš užitečnou definici kruhem, je to měrný údaj o tom, jak se materiál chová při zkoušce tvrdosti. To nás přivádí k problematice zkoušení tvrdosti.

Jednu ze zkoušek tvrdosti nejběžněji používaných vyvinuli v roce 1914 Hugh Rockwell a Stanley Rockwell. I když to nebyli bratři, a dokonce ani příbuzní, skutečnost, že měli stejné příjmení, dost ulehčila vymýšlení jména pro tuto zkoušku. Při zkoušce tvrdosti podle Rockwella se do kovového povrchu danou silou zatlačuje vnikací těleso (indentor). Tvrdost je nepřímo úměrná hloubce vtisku.

Existuje mnoho stupnic tvrdosti podle Rockwella v závislosti na typu vnikacího tělesa a použitém zatížení. Například u stupnice C podle Rockwella se používá vnikací těleso kuželového tvaru s diamantovým hrotem při zatížení hmotností 150 kg. U stupnice B podle Rockwella se používá vnikací těleso ve tvaru kuličky o průměru 1/16 palce při zatížení hmotností 100 kg. Rockwellova stupnice C se obvykle označuje zkratkou HRC (Hardness Rockwell C, tj. tvrdost podle Rockwella C), zatímco Rockwellova stupnice B se označuje zkratkou HRB (Hardness Rockwell B). Čím vyšší číslo, tím tvrdší materiál, ale pouze ve vztahu k jiným číslům na dané stupnici. Například mimořádně tvrdá ocel by mohla mít tvrdost 64 HRC, zatímco relativně měkká ocel by mohla mít tvrdost 70 HRB.

Kterou stupnici je nejlepší použít? To záleží na tom, co měříte. Rockwellova stupnice C je vhodná k měření tvrzené oceli. Pro měkčí ocel nebo relativně tvrdý hliník se lépe hodí Rockwellova stupnice B. U měkčího hliníku může být nutné použít Rockwellovu stupnici E (kulička o průměru 1/8 palce se zatížením 100 kg) nebo Rockwellovu stupnici F (kulička o průměru 1/16 palce se zatížením 60 kg). Obecně platí, že čím větší je vnikací těleso nebo čím menší je zatížení, tím více se stupnice hodí pro měkké materiály.

Záleží i na tloušťce materiálu. Pokud se snažíte změřit tvrdost tenkého pásu materiálu, nemůžete použít zatížení, které protlačí vnikací těleso skrz celou tloušťku materiálu na druhou stranu. Z tohoto důvodu existuje řada stupnic pro zkoušky povrchové tvrdosti podle Rockwella, u kterých se používá mnohem menší zatížení. Například u stupnice 15N podle Rockwella se používá zatížení hmotností 1,5 kg s kuželovým vnikacím tělesem s diamantovým hrotem.

Zkoušky tvrdosti podle Rockwella je možné provádět na rovném i zakřiveném povrchu. U zakřivených povrchů je ale nutné použít korekční faktor. Tento korekční faktor je možné vyhledat v tabulkách. Některé automatizované tvrdoměry použijí korekční faktor automaticky, pokud zadáte průměr dílu, a jestli je konkávní nebo konvexní.

Kromě Rockwella existuje i mnoho jiných stupnic tvrdosti, včetně Brinellovy, Vickersovy, Knoopovy a Websterovy. Každá z těchto zkoušek se provádí jinak. Například tvrdost podle Vickerse se měří pomocí diamantového vnikacího tělesa pyramidového tvaru. Místo měření hloubky vtisku se měří jeho délka a šířka. Nevýhodou této metody je, že je potřeba kalibrovaný mikroskop.

Je možné převádět mezi jednotlivými stupnicemi tvrdosti? Víceméně. Existují tabulky, které umožňují převod mezi dvěma různými stupnicemi tvrdosti za předpokladu, že hodnota je v rozsahu, ve kterém se obě stupnice překrývají. Tyto převody však platí jen pro určitou třídu materiálů. Například převod, který funguje pro ocel, nebude stejně dobře fungovat pro hliník. Obecně dohodnuté převody pro různé materiály je možné najít v normě ASTM E140.

Když měříte tvrdost, co vlastně měříte? Jak se ukazuje, existuje téměř lineární závislost mezi tvrdostí a pevností v tahu. Například ocel s tvrdostí 44 HRC má pevnost v tahu přibližně 1380 MPa. Tato závislost však neplatí obecně. Závislost mezi tvrdostí a pevností v tahu je u různých tříd materiálů různá.

Vzhledem k tomu, kolikrát jsem v tomto článku použil výrazy „záleží" a „víceméně", možná se ptáte: proč vůbec tvrdost měřit? Koneckonců jde jen o méně přesnou metodu měření pevnosti v tahu, tak proč neměřit pevnost v tahu přímo? Odpověď zní, že provádění zkoušek tvrdosti je nesmírně jednoduché. Jsou rychlé a vyžadují minimální nebo vůbec žádnou přípravu vzorku. Jsou také nedestruktivní, alespoň pokud vám nevadí malý vtisk. Díky těmto svým výhodám se zřejmě budou zkoušky tvrdosti používat ještě dlouho.

 

zdroj: www.designnews.com

 

TVRDOST - PŘEVODNÍ TABULKA

 

NEJVĚTŠÍ MÝTY O NEREZOVÉ OCELI

hodnocení

Diskuze

Newsletter

Chcete dostávat novinky emailem?