KURZUS: Mérnöki anyagismeret
MODUL: A szerkezeti anyagok tulajdonságai és vizsgálatuk
5. lecke: Keménységmérés
| ||
A tartalom feldolgozása a következő követelmények teljesítését segíti: | ||
| ||
![]() | Keménység | |
Az anyagok egyik legfontosabb tulajdonsága a keménységük. A fémek és ötvözetek keménységmérése nagyon elterjedt. | ||
A keménység alatt a fémnek azt az ellenállását értjük, amelyet a fém egy nála keményebb test behatolásával szemben kifejt. | ||
Miért olyan elterjedt a keménységmérés? | ||
![]() | A keménységmérő eljárások osztályozása | |
1. Az egyes eljárások után visszamaradó lenyomat kicsi, és csaknem minden esetben található a darabokon olyan hely, ahol a lenyomat nem zavarja a későbbi felhasználást. 2. Pl. a hőkezelő üzemben a gyártási folyamat közben ellenőrizhető a keménység. | ||
![]() | Az alakváltozás létrehozásával mérő vagy (klasszikus) eljárások | |
Az alakváltozás előidézésének módja szerint | ||
| ||
A külső behatásra bekövetkező alakváltozás mérésének módja: | ||
| ||
![]() | A statikus mérések elve | |
A meghatározásból következően az, hogy egy szabványos anyagú, alakú és méretű kemény testet (benyomó szerszám) meghatározott ideig ható terheléssel a mérendő anyag felületébe nyomunk, és vagy a terhelő erő és a lenyomat felületének hányadosával, (HB, HV) vagy a benyomódás mélységéből képzett számmal (HR) jellemezzük a keménységet. A terhelést lassan adjuk rá a benyomó szerszámra, ezért a módszereket statikus keménység méréseknek nevezzük. |
![]() | Brinell keménységmérés MSZ EN ISO 6506-1(mérés)-2 (ellenőrzés, kalibrálás) | |||
A mérés során D átmérőjű keményfém golyót F terhelő erővel belenyomunk a darabon legtöbbször köszörüléssel előkészített sík felületbe. Ezáltal d átmérőjű, h mélységű gömbsüveg alakú lenyomat képződik. | ||||
| ||||
| ||||
![]() | A Brinell keménység értelmezése | |||
Brinell keménységen az F terhelő erő és a lenyomat felületének hányadosát értjük. | ||||
Jele: HB [-] | ||||
A lenyomat egy gömbsüveg, ennek a felülete . Ezzel a keménység számértéke: | ||||
A keménység mértékegység nélküli szám! | ||||
| ||||
Mi kell megválasztani és hogyan? | ||||
| ||||
K a terhelési tényező (a mérendő anyag keménységétől függ! | ||||
A K terhelési tényező értékét a szabvány tartalmazza, kisebb keménységű anyagok esetében kisebb, míg keményebb anyagnál nagyobb. | ||||
| ||||
A mérés elvégzése | ||||
| ||||
| ||||
| ||||
![]() | Vickers keménység mérőszáma HV | |||
A Vickers keménység a Brinellhez hasonlóan a terhelő erő és a lenyomat felületének hányadosa. A lenyomat felületének meghatározásához a terhelés megszüntetése után a négyzet alakú lenyomat átlóit (d) mérjük. | ||||
| ||||
| ||||
| ||||
Az (1) üvegablak az alsó (2) csavar segítségével elmozdítható. A lenyomat bal sarkához igazítjuk a (3) skála egyik vonalát, majd a mikrométer csavarral (5) a (4) skála egyik vonalát állítjuk a másik (jobb) csúcshoz. A leolvasásánál számoljuk a teljes skála osztásközök számát, majd annak 10 részre osztott skáláján (6) a következő tizedesjegyet, végül a mikrométercsavar palástján (7) az ezredeket. | ||||
A Vickers mérés univerzális, csaknem minden anyag, lágy és kemény mérésére alkalmas. | ||||
Mi kell megválasztani és hogyan? | ||||
| ||||
A terhelő erő 9,8 - 980 N azaz 1 - 100 kp között választható az anyagminőség és a vastagság függvényében. A terhelés megválasztásánál azt kell figyelembe venni, hogy lágyabb anyagnál célszerű kisebb terhelés, hogy ne legyen túl nagy a lenyomat. A gyakorlatban acéloknál legtöbbször a F=294 N (30 kp) terhelést használjuk. | ||||
Megjegyzés: A terhelés változtatásával a lenyomat felülete közel arányosan változik, ezért a Vickers keménység bizonyos határon belül a terhelő erőtől független. | ||||
![]() | A mérés elvégzése | |||
| ||||
![]() | Kisterhelésű keménységmérés Vickers szerint | |||
Megjegyzés: Gyakran mikrokeménységmérőnek nevezik. | Bizonyos esetekben szükség van arra, hogy a darab felületén a lenyomat nagyon kicsi legyen, vagy nagyon kis felületeken kell mérni. Erre alkalmas a kisterhelésű Vickers keménységmérés. | |||
| ||||
|
![]() | Kisterhelésű keménységmérés Knoop szerint | |||
A kisterhelésű keménységmérés elvégezhető Knoop szerint is. Ebben az esetben a benyomószerszám alakja más. | ||||
(A gyémánt benyomó szerszám, élszöge egyik irányban 130°, a másik irányban 172°30'. A benyomódás felülnézetben rombusz. Ez a Knoop-féle módszer. A terhelés 0,98- 49 N azaz 0,1- 5 kp között változhat. A keménységet a terhelő erő és a lenyomat felületének hányadosa adja.) | ||||
| ||||
| ||||
![]() | Rockwell keménységmérés (MSZ EN ISO 6508-1 (mérési elv) -2 ellenőrzés, kalibrálás) | |||
A mérés különbözik az eddig ismertetett HB és HV módszerektől, mivel a különböző benyomó szerszámokkal létrehozott lenyomat mélységéből következtet a keménységre. | ||||
![]() | Rockwell keménységmérési elve | |||
A benyomó szerszám 1,59 mm (1/16") átmérőjű edzett acél golyó (HRB) vagy 120° csúcsszögű gyémánt kúp ( HRA és HRC). A terhelést két fokozatban adjuk. Az előterhelés (mindhárom esetben 98 N azaz 10 kp) szerepe, hogy a szerszám megbízhatóan érintkezzen a darabbal. A főterhelés (a különböző a HRA, HRB és HRC esetében) megszüntetése után a lenyomat leolvasható a Rockwell keménységmérő gépre szerelt mérőóráról. | ||||
A Rockwell keménység mérőszáma: | ||||
HRA és HRC esetében = 100 - e | ||||
ahol e a benyomódás maradó mélysége a főterhelés levétele után 0,002 mm egységben kifejezve. | ||||
Jelölések az ábrán: Fo előterhelés F1 főterhelés ho az előterhelés hatására kialakuló benyomódás (nem mérjük, itt nullázzuk a mérőórát) h1 az Fo és F1 hatására kialakuló benyomódás (rugalmas+ maradó) e a maradó benyomódás mm értéke osztva 0,002 mm-el |
| |||
Rockwell keménységmérési eljárások | ||||
A három féle módszer közül a HRC a legelterjedtebb. Kemény anyagok, elsősorban edzett acélok keménységének mérésére használják. A HRA lágyacélok, keményfémek, kerámiák, a HRB pedig kisebb keménységű anyagok pl. acélok mérésére alkalmas. |
| |||
A benyomó szerszám 1,59 mm (1/16") átmérőjű edzett acél golyó (HRB) vagy 120° csúcsszögű gyémánt kúp (HRA és HRC). | ||||
Rockwell eljárások (terhelés, alkalmazási terület) | ||||
![]() | Keménységmérő gépek | |||
| ||||
![]() | A keménységmérő gépek kalibrálása, hitelesítése | |||
A keménységmérő gépek ellenőrzésére ismert keménységű etalonokat használnak. A gépeket legalább évente egyszer az arra feljogosított szervezettel (OMH stb.) kalibráltatni kell. | ||||
A gyártó cég garantálja, hogy az etalondarab felületén adott módszerrel mérve a keménység a felületen feltüntetett érték. Ezzel lehet ellenőrizni a benyomótestek illetve a gép állapotát. |
| |||
![]() | Dinamikus keménységmérések | |||
| ||||
![]() | Poldi féle dinamikus keménységmérés | |||
Vas és nem vas fémek és ötvözeteik összehasonlító mérésére szolgál. A mérés során egy 10 mm átmérőjű golyó hoz létre lenyomatot egy ismert keménységű etalonon és a vizsgált darabon. A mérés fizikai elve megegyezik a Brinellel. D=10 mm Az erőt a készülékre mért kalapácsütéssel hozzuk létre. A keménység az alábbiak alapján határozható meg: | ||||
A 2-es a vizsgált darab, az 1 jelzésű az ismert keménységű etalon. Lásd a 16. ábrát! | ||||
a vizsgált darab keménysége: | ||||
|
![]() | Rugalmas visszapattanás elvén végzett keménységmérés | |||
![]() | Shore vagy szkleroszkóp | |||
A függőlegesen leejtett és visszapattanó tárggyal mér. A visszapattanás magasságát mérjük, mely egy önkényesen megállapított skálán az anyag keménységére jellemző számot ad. | ||||
| ||||
A mérőeszköz egy üveg henger (2), amelyben egy mérőfej (1) van rögzítve (3). Az üveghenger 250 mm magas, és osztással van ellátva. A mérőfej kioldása után az ráesik a mérendő darab (4) felületére és visszapattan. Visszapattanáskor magával visz egy vonszoltmutatót, amely mutatja a keménységet (h). | ||||
![]() | Hordozható keménységmérő EQUOTIP | |||
Az első szabványosított dinamikus keménységmérés | ||||
| ||||
A vizsgálat elve | ||||
| ||||
| ||||
Az Equotip keménységmérés alkalmazási területe | ||||
| ||||
Az ábrán látható angol szavak jelentése: Hardness value L keménység érték Brass sárgaréz Bronzes bronzok Cast iron öntöttvas Heat treatable steel nemesíthető acél High strengh steel nagy szilárdságú acél Tool and high speed steel szerszámacél gyorsacél Extremely hard steels nagyon kemény acélok |
| |||
![]() | ![]() Figyelje meg az ábrán, különböző mérőfejekkel (DC, DL C stb.) csaknem minden anyag mérhető. | |||
Megjegyzés | ||||
|
Ellenőrző kérdések | |||||||||
Jelölje be az egyetlen helyes megoldást! | |||||||||
1. Milyen benyomószerszámot használunk a Brinell keménységmérésnél?
![]() | |||||||||
2. Milyen anyagok keménységmérésére használjuk a Brinell keménységmérést?
![]() | |||||||||
3. Mi a szabványos mértékegysége a Brinell keménységnek?
![]() | |||||||||
4. Hogyan választjuk meg a terhelő erőt Brinell keménységmérésnél?
![]() | |||||||||
5. Hogyan választjuk meg a terhelő erőt a Rockwell keménységméréshez?
![]() | |||||||||
6. Milyen benyomószerszámot használunk a Rockwell C keménységmérésnél, és milyen anyagokat mérhetünk vele?
![]() | |||||||||
7. Milyen anyagok keménységének mérésére használjuk a Vickers keménységmérést és milyen tartományba eshet a meghatározott keménység?
![]() | |||||||||
8. Milyen benyomószerszámot használunk a Vickers keménységmérésnél?
![]() |
A függelék | ||
Részlet a keménységek összehasonlítására vonatkozó MSZ 15191-2:1993 szabványból. | ||
B fügelék | ||
A Brinell keménység meghatározására szolgáló táblázat részlete. | ||
C függelék | ||
A Vickers keménység meghatározására szolgáló táblázat részlete. | ||