Твърдомери

Начало > Измервателна техника > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 1/2023 > 06.03.2023

  • Твърдостта на материалите по Рокуел се основава на разликата между дълбочината на проникване на индентора в два специфични момента в рамките на тестовия цикъл

  • При методите на Бринел и Викерс се измерва площта на следата, която се получава след прилагане на товара

  • Когато трябва да се избегне проникването в детайла или оставянето на отпечатък, добър вариант за измерване на твърдостта е ултразвуковото тестване

 

Познаването на различните видове системи за измерване на твърдост може да е полезно за определянето на оптимално решение. С времето технологиите еволюират и днес потребителите могат да се възползват от богата гама от висококачествени измервателни инструменти, които в по-голяма степен отговарят на целите им

Днес един от най-разпространените методи за определяне на твърдост чрез измерване на дълбочината на проникване е по Рокуел. Макар и не толкова популярни, методите на Бринел и Викерс също се използват. По-голямата част от методите, базирани на измерването на дълбочината на проникване, определят деформацията, която се получава при изпитването на материала с накрайника (индентор) на твърдомера. При метода на Рокуел към накрайника се прилагат два товара за определено време. При методите на Бринел и Викерс се измерва площта на следата, която се получава след прилагане на товара. Твърдостта на материалите по Рокуел се основава на разликата между дълбочината на проникване в два специфични момента в рамките на тестовия цикъл. Стойността на твърдостта се изчислява по формула, като се получава число, попадащо в произволно дефиниран диапазон, известен като скала на твърдостта по Рокуел.

Независимо от използваната скала или индентор, тестовата процедура по метода на Рокуел като цяло е една и съща. Накрайникът влиза в контакт с тествания материал и към него за определен период от време се прилага предварителен малък товар, след което се измерва дълбочината на проникване. След като се направи измерването, с определена скорост се прилага допълнителен товар. Общото (голямо) натоварване се задържа постоянно за дадено време, след което дълбочината на проникване се измерва повторно и накрайникът на твърдомера се отстранява от изпитвания материал. За да се изчисли твърдостта по Рокуел, се използва измерената разлика между двете отчетени дълбочини на проникване. Ако се ползва по-стара система за определяне на твърдост по Рокуел, може да се наложи операторът ръчно да контролира повечето от етапите на тестовата процедура. Повечето от по-новите съвременни инструменти извършват цялото изпитване автоматично. Ако оставянето на следа или проникването не са възможни, като алтернатива може да се използва безразрушителна ултразвукова технология.

 

Твърдост по Рокуел

За измерване на твърдостта на въглеродна стомана, легирана стомана, чугун, цветни метали и инженерни пластмаси могат да се използват стационарни дигитални твърдомери, които пряко определят най-популярните скали по Рокуел и могат бързо да преобразуват получената стойност от една скала в друга. Сред желаните характеристики на измервателните уреди са възможност за получаване на ултрапрецизни резултати, широк измервателен обхват и функция за избор на товар. Големи предимства са и автоматичното прилагане/отстраняване на товар, дигитален дисплей с висока резолюция и USB опция за съхранение на данни.

Удобен за потребителя интерфейс със сензорен екран може да ускори дейностите, а наличието на USB изход позволява лесен пренос на данни. Предлагат се опции с прилагане на товара чрез тежести или такива, при които се използва тензометричен датчик. Дигиталните системи с тензометричен датчик предоставят по-висока прецизност и повторяемост. При системите с тежести е изключително важно уредът да е нивелиран, за да се прилага товарът правилно. Доброто нивелиране на инструмента не е от толкова голямо значение при системите с тензометричен датчик.

Отговарящите на стандарт ASTM E-18 измервателни уреди за определяне на повърхностна твърдост по Рокуел предлагат отлична повторяемост по всички скали. Тези инструменти са предназначени за измерване на твърдостта на много тънки и меки детайли. Системите са много подходящи за широк диапазон от работни среди, включително лаборатории за инспекция, съоръжения за термообработка, складови помещения за инструменти, цехове и др. Твърдомерите с възможност за изпитване на конвенционална и повърхностна твърдост по Рокуел са още по-универсални.

Системите с удължен индентор позволяват измерване на твърдостта и по вътрешния, и по външния диаметър. Тези системи обикновено са с по-големи размери от останалите стационарни твърдомери по Рокуел и предлагат по-големи тестови височини и дълбочини. Тези модели могат да са с ръчка, която задейства системата за предварително натоварване, или с автоматична система за натоварване по Z оста. При последната опция операторът само трябва да позиционира детайла и да натисне стартовия бутон, за да даде начало на изцяло автоматичния процес на изпитване.

 

Твърдост по Бринел

Изпитването на твърдост по Бринел обикновено се прилага за много големи детайли от по-меки метали, например за отливки. Предлаганите днес стационарни системи могат да прилагат товари до 3000 кг и предоставят много високо ниво на точност. Липсата на механични тежести не само елиминира проблемите с триенето, но и прави оборудването по-малко чувствително на размествания, причинени от вибрации. Тези системи са идеални за лаборатории, цехове, складови помещения за инструменти и др. Софтуерно управляваните дигитални оптични системи могат да бъдат свързани с компютър, лаптоп или таблет, като операторът трябва да натисне един-единствен бутон, за да направи автоматични и мигновени измервания. Всички графики и тестови резултати могат да бъдат съхранени в няколко различни вида формати.

 

Твърдост по Викерс/Кнууп

Стационарните микротвърдомери по Викерс/Кнууп са разходно ефективен вариант, подходящ за малък обем измервания на ден. По метода се изпитват изключително тънки/дребни детайли, като често се прилага и за определяне на твърдостта на нанесени върху малки компоненти покрития в лабораторна среда. Този тим измерване изисква предварителна подготовка, включително, но не само, висока степен на полиране.

Има три вида управление, включително ръчно преминаване от оптика към изпитване и обратно към оптика за измерване. При втория вид превключването става автоматично, което дава на оператора по-голямата свобода да преминава от оптика към тестване и обратно с едно натискане на бутон. Най-разпространените твърдомери по Викерс/Кнууп имат опция за управление на револверната глава чрез софтуер, който контролира целия процес въз основа на калибрирано автоматично засичане на ръбовете. Прецизен видео и измервателен софтуер позволява при кликване върху ръбовете на получената вследствие на проникването деформация на екрана да се визуализират отчетените стойности за твърдостта.

Предназначени за точно измерване на твърдостта на малки прецизни детайли, тънки материали, уякчени слоеве и всякакви видове стоманени компоненти, макротвърдомерите по Викерс използват по-големи товари – до 50 кг. Този тип измервателни уреди запълват празнината между инструментите за определяне на повърхностна твърдост по Рокуел и микротестерите по Викерс.

 

Твърдост по Шор

Преносимите твърдомери по Шор са предназначени за изпитване на материали като каучук, меки пластмаси и кожа, като се предлагат и модели за тестване на твърди пластмаси. Електронните дурометри за измерване на стойности на твърдостта по скалите Шор A и Шор D са проектирани така, че да се побират удобно и сигурно в ръката на потребителя.

 

Преносими твърдомери

Когато трябва да се избегне проникването в детайла или оставянето на отпечатък, добър вариант за измерване на твърдостта е ултразвуковото тестване. Усъвършенстваните безразрушителни преносими твърдомери използват технологията на ултразвуковия контактен импеданс (UCI), която позволява тестването на повърхности върху малки и тънки детайли, без да се оставя следа от измерването. Тези уреди могат да измерят твърдостта на метали с дебелина едва 2 мм по всички скали. Твърдомерите с UCI технология се предлагат както с ръчни, така и с моторизирани системи. Моторизираните сонди се използват за тестване на много тънки покрития или на повърхности със силно полиран финиш.

Работният принцип на UCI твърдомерите се основава на притискането на диамант, прикрепен в края на вибрираща сонда, към изпитваната повърхност с определен товар. Получената разлика в честотата на ултразвуковите вибрации след това се преобразува в стойност за твърдостта на материала.


Вижте още от Измервателна техника


Ключови думи: твърдомери, измерване на твърдост, твърдост по Рокуел, твърдост по Викерс, твърдост по Шор, стационарни твърдомери, преносими твърдомери



Редактор на статията:

ДИЛЯНА ЙОРДАНОВА

ДИЛЯНА ЙОРДАНОВА

Отговорен редактор

• Завършва специалност "Инженерна екология" в Химикотехнологичен и металургичен университет;


• Заема длъжността "Отговорен редактор" в издателство TLL Media от 2020 г.;

• Разполага с над 10 години опит в създаването на съдържание и писането на научни статии.

Контакт в LinkedIn


Top