Hårdheten hos ett material är egenskapen att kunna motstå lokal permanent eller plastisk deformation, penetration, repa eller böja sig. Om hårdheten ökar, ökar också slitstyrkan å ena sidan. Men hårda material å andra sidan är svåra att ändra i form. Därför är hårdhet en viktig egenskap hos metaller.
Vad är definitionen av hårdhet?
Hårdhet definieras som ett materials förmåga att motstå en plastisk deformation, vanligtvis orsakad av deformation eller nötning. Till skillnad från elastiska deformationer är plastiska deformationer permanenta. Detta innebär att materialet inte återgår till sitt ursprungliga tillstånd efter att ingen kraft anbringats längre. Vidare kan hårdhet beskrivas som förmågan hos ett material att motstå deformation av andra handlingar, såsom:
- Skärning
- Nötning
- Penetration
- Repas
Hårdhet har en direkt inverkan på andra egenskaper hos materialet. Av denna anledning är det en viktig faktor vid utvärderingen av lämplighet och prestanda. Men på grund av korrelationen mellan materialegenskaperna bör hårdhet alltid observeras i samband med andra egenskaper. Därför beror hårdhet på seghet, duktilitet, plasticitet och styrka bland annat.
Typer av hårdhet
Eftersom ett material beter sig olika under varierande belastningar klassificeras hårdheten i flera typer. De viktigaste anses vara repor, återhämtning och intryckshårdhet. För att mäta dem används specifika vågar och verktyg. Det finns dock omvandlingstabeller för att fastställa jämförbarhet.
Rephårdhet
Rephårdhet definierar förmågan att motstå repor på ytan av ett material. Vanligtvis utförs testerna med hjälp av en penna som skrapas över ytan under en viss belastning. Normalt utsätts keramik och andra spröda material för ett sådant test eftersom de inte uppvisar plastisk deformation.
Inbuktningshårdhet
Material utsätts för permanent belastning under lagring och konstruktion. Intryckningshårdhet beskriver förmågan att motstå den resulterande kompressionen eller deformationen. Eftersom detta är den vanligaste formen av belastning, kallas fördjupningshårdhet ofta som enbart hårdhet.
Återhämtningshårdhet
Återhämtning eller dynamisk hårdhet är mer relaterad till elasticitet än hårdhet. Vanligtvis mäts det med hjälp av en hammare med diamantspets som tappas på ytan av ett material från en angiven höjd. Hammarens studs bestämmer rebound-hårdheten. Det finns negativ korrelation här.
Hårdhetsenheter
Eftersom hårdhetstyperna bestäms med olika testmetoder, flera måttenheter existera. Därför är jämförbarhet svår. Det kan dock uppnås genom omvandlingstabeller där det är möjligt.
Detta är de vanligaste enheterna för hårdhetsmätning:
- Rockwell hårdhetstal (HR)
- Brinell hårdhetstal (HB)
- Vickers hårdhetstal (HV)
Testmetoder
För att mäta de olika typerna av hårdhet används olika testmetoder. Vanligtvis tillämpas ett hårdhetstest genom att trycka in en intender i ytan på ett material. Vilket test som ska utföras beror på många faktorer, t ex vilken typ av hårdhet du vill mäta, typ av material, storlek på arbetsstycket etc.
Rockwell hårdhetstest
Denna metod används främst för metaller. Det är en snabb procedur som ofta används vid produktionskontroll. Det är standardtestet för mätning av intryckningshårdhet. En viktig del av metoden är skalan som bestäms av det använda materialet. Under processen skjuts en indenter med testbelastningen in i materialets yta. Rockwell-metoden mäter det permanenta intryckningsdjupet som produceras av en kraft från en indragare.
Formeln som används för detta är:
N,s = skalfaktorer som beror på skalan
d = djupet av den permanenta penetrationen i mm
Brinell hårdhetstest
Brinellmetoden använder en kula av stål eller wolfram som indenter. Bollen pressas in i metallytan med en fördefinierad kraft under en viss tid. Den resulterande bucklan mäts med hjälp av ett mikroskop. Med hjälp av följande formel kan Brinells hårdhetstal beräknas:
F = Kraft i kp
D = indragsdiameter i mm
d = indragningsdiameter i mm
Vickers hårdhetstest
Vickers hårdhetstest är också känt som mikrohårdhetstest. Proceduren gäller alltid samma diamant indenter för alla material. Därför är beräkningen enklare jämfört med de andra testerna.
Tillvägagångssättet liknar de andra metoderna. En pyramidformad diamantintryckare trycks in i arbetsstycket med en förutbestämd kraft. Med hjälp av den resulterande indragningen och följande formel kan Vickers hårdhetstal beräknas:
F = Kraft i kp
d = indrag diagonal i mm
