Schopnosť kovového materiálu odolávať vtlačeniu povrchu tvrdými predmetmi sa nazýva tvrdosť. Podľa rôznych testovacích metód a rozsahu použitia možno tvrdosť rozdeliť na tvrdosť podľa Brinella, Rockwella, Vickersa, Shorea, mikrotvrdosť a tvrdosť pri vysokých teplotách. Pre rúry sa bežne používajú tri tvrdosti: tvrdosť podľa Brinella, Rockwella a Vickersa.
A. Tvrdosť podľa Brinella (HB)
Na zatlačenie do povrchu vzorky špecifikovanou skúšobnou silou (F) použite oceľovú alebo karbidovú guľôčku určitého priemeru. Po uplynutí špecifikovaného času zotrvania skúšobnú silu odstráňte a zmerajte priemer vtlačku (L) na povrchu vzorky. Hodnota tvrdosti podľa Brinella je podiel získaný vydelením skúšobnej sily plochou povrchu vtlačenej guľôčky. Vyjadrená v HBS (oceľová guľôčka), jednotka je N/mm2 (MPa).
Vzorec pre výpočet je:
Vo vzorci: F – skúšobná sila pôsobiaca na povrch kovovej vzorky, N;
D – Priemer oceľovej guľôčky na skúšku, mm;
d – priemerný priemer vtlačku, mm.
Meranie tvrdosti podľa Brinella je presnejšie a spoľahlivejšie, ale HBS je vo všeobecnosti vhodná iba pre kovové materiály s pevnosťou pod 450 N/mm2 (MPa) a nie je vhodná pre tvrdšiu oceľ alebo tenšie plechy. Spomedzi noriem pre oceľové rúry je tvrdosť podľa Brinella najpoužívanejšia. Priemer vtlačku d sa často používa na vyjadrenie tvrdosti materiálu, čo je intuitívne aj pohodlné.
Príklad: 120HBS10/1000130: To znamená, že hodnota tvrdosti podľa Brinella nameraná pomocou oceľovej guľky s priemerom 10 mm pri skúšobnej sile 1000 kgf (9,807 kN) po dobu 30 s (sekúnd) je 120 N/mm2 (MPa).
B. Tvrdosť podľa Rockwella (HR)
Skúška tvrdosti podľa Rockwella, podobne ako Brinell, je metóda skúšky tvrdosti vtlačením. Rozdiel spočíva v tom, že meria hĺbku vtlačenia. To znamená, že v dôsledku postupného pôsobenia počiatočnej skúšobnej sily (Fo) a celkovej skúšobnej sily (F) sa vtlačovacie teliesko (kužeľ alebo oceľová guľa oceliarne) vtlačí do povrchu vzorky. Po uplynutí stanoveného času výdrže sa hlavná sila odstráni. Pri skúšobnej sile sa na výpočet hodnoty tvrdosti použije nameraný zvyškový prírastok hĺbky vtlačenia (e). Jeho hodnota je anonymné číslo, reprezentované symbolom HR, a používa sa 9 stupníc vrátane A, B, C, D, E, F, G, H a K. Medzi nimi sú bežne používané stupnice na skúšanie tvrdosti ocele všeobecne A, B a C, konkrétne HRA, HRB a HRC.
Hodnota tvrdosti sa vypočíta pomocou nasledujúceho vzorca:
Pri testovaní so stupnicami A a C je HR = 100-e
Pri testovaní s B stupnicou, HR = 130-e
Vo vzorci je e – zvyškový prírastok hĺbky vtlačenia – vyjadrený v zadanej jednotke 0,002 mm, t. j. keď je axiálne posunutie vtlačovacieho telieska jedna jednotka (0,002 mm), je to ekvivalentné zmene tvrdosti podľa Rockwella o jedno číslo. Čím väčšia je hodnota e, tým nižšia je tvrdosť kovu a naopak.
Uplatniteľný rozsah vyššie uvedených troch stupníc je nasledovný:
HRA (diamantový kužeľový vtlačovací nástroj) 20-88
HRC (diamantový kužeľový vtlačovací nástroj) 20-70
HRB (oceľové guľôčkové vtlačovacie teliesko s priemerom 1,588 mm) 20-100
Skúška tvrdosti podľa Rockwella je v súčasnosti široko používaná metóda, medzi ktorou sa HRC používa v normách pre oceľové rúry hneď po tvrdosti podľa Brinella HB. Tvrdosť podľa Rockwella sa dá použiť na meranie kovových materiálov od extrémne mäkkých po extrémne tvrdé. Kompenzuje nedostatky Brinellovho postupu. Je jednoduchší ako Brinellov postup a hodnotu tvrdosti je možné odčítať priamo z ciferníka tvrdomeru. Vzhľadom na malý vtlačok však hodnota tvrdosti nie je taká presná ako Brinellova metóda.
C. Tvrdosť podľa Vickersa (HV)
Vickersova skúška tvrdosti je tiež metóda skúšky vtlačením. Vtlačí štvorcové pyramídové diamantové vtlačovacie teliesko s uhlom zvierania 1360 medzi protiľahlými povrchmi do testovacieho povrchu pri zvolenej testovacej sile (F) a po uplynutí stanoveného času výdrže ho odstráni. Sila, zmerajte dĺžku dvoch uhlopriečok vtlačku.
Hodnota tvrdosti podľa Vickersa je podiel testovacej sily vydelený plochou vtlačeného povrchu. Jej výpočetný vzorec je:
Vo vzorci: HV – symbol tvrdosti podľa Vickersa, N/mm2 (MPa);
F – skúšobná sila, N;
d – aritmetický priemer dvoch uhlopriečok vtlačku, mm.
Skúšobná sila F používaná pri tvrdosti podľa Vickersa je 5 (49,03), 10 (98,07), 20 (196,1), 30 (294,2), 50 (490,3), 100 (980,7) kgf (N) a šesť ďalších úrovní. Hodnotu tvrdosti je možné merať v rozsahu 5~1000 HV.
Príklad metódy vyjadrenia: 640HV30/20 znamená, že hodnota tvrdosti podľa Vickersa meraná skúšobnou silou 30Hgf (294,2 N) počas 20 S (sekúnd) je 640 N/mm2 (MPa).
Vickersova metóda tvrdosti sa dá použiť na určenie tvrdosti veľmi tenkých kovových materiálov a povrchových vrstiev. Má hlavné výhody Brinellovho a Rockwellovho postupu a prekonáva ich základné nedostatky, ale nie je taká jednoduchá ako Rockwellov postup. Vickersova metóda sa v normách pre oceľové rúry používa zriedkavo.
Čas uverejnenia: 3. apríla 2024