Porównanie twardości i związek z wytrzymałością na rozciąganie

Twardość jest miarą odporności materiału na lokalne odkształcenia, zwłaszcza odkształcenia plastyczne, wgniecenia lub zarysowania, i jest wskaźnikiem miękkości lub twardości materiału. Metody pomiaru twardości obejmują głównie metody wcięcia, odbicia i zarysowania. Wśród nich HRC, HV i HB to trzy powszechnie stosowane wskaźniki twardości, reprezentujące odpowiednio twardość Rockwella w skali C, twardość Vickersa i twardość Brinella. Poniżej znajduje się wprowadzenie do tych trzech typów twardości, scenariuszy ich zastosowań i ich związku z wytrzymałością na rozciąganie:

• Definicja: W teście twardości Rockwella wgłębnik diamentowy służy do pomiaru głębokości odkształcenia plastycznego wgłębienia w celu określenia wartości twardości.
• Scenariusz zastosowania: Używany głównie do pomiaru twardszych materiałów, takich jak stal ulepszana cieplnie, stal łożyskowa, stal narzędziowa itp.
• Związek z wytrzymałością na rozciąganie: Gdy twardość stali jest niższa niż 500HB, wytrzymałość na rozciąganie jest wprost proporcjonalna do twardości, tj. [tekst{Wytrzymałość na rozciąganie (kg/mm²)}=3,2 razy tekst{HRC}].

• Definicja: Do pomiaru twardości Vickersa stosuje się diamentowy wgłębnik o kwadratowej piramidzie o względnym kącie czołowym 136°, wciskający się w powierzchnię materiału z określoną siłą testową, a wartość twardości jest reprezentowana przez średni nacisk na jednostkową powierzchnię wgłębienia w kształcie piramidy kwadratowej.
• Scenariusz zastosowania: Nadaje się do pomiaru różnych materiałów, szczególnie cieńszych materiałów i warstw utwardzanych powierzchniowo, takich jak warstwy nawęglane i azotowane.
• Związek z wytrzymałością na rozciąganie: Istnieje pewna odpowiednia zależność między wartością twardości a wytrzymałością na rozciąganie, ale ta zależność nie obowiązuje we wszystkich scenariuszach, szczególnie w różnych warunkach obróbki cieplnej.

• Definicja: W badaniu twardości Brinella wykorzystuje się kulkę ze stali hartowanej lub kulkę z węglika wolframu o określonej średnicy, która wciska się w powierzchnię badanego metalu przy określonym obciążeniu testowym, mierząc średnicę wcięcia na powierzchni i obliczając stosunek powierzchni kulistej wcięcia do obciążenia.
• Scenariusz zastosowania: Zwykle stosowany, gdy materiał jest bardziej miękki, np. metale nieżelazne, stal przed obróbką cieplną lub stal po wyżarzaniu.
• Związek z wytrzymałością na rozciąganie: Gdy twardość stali jest niższa niż 500HB, wytrzymałość na rozciąganie jest wprost proporcjonalna do twardości, tj. [text{Wytrzymałość na rozciąganie (kg/mm²)}=frac{1}{3}timestext{HB}].

Istnieje przybliżona odpowiednia zależność pomiędzy wartościami twardości i wartościami wytrzymałości na rozciąganie. Dzieje się tak, ponieważ wartość twardości zależy od początkowej odporności na odkształcenie plastyczne i ciągłej odporności na odkształcenie plastyczne. Im wyższa wytrzymałość materiału, tym wyższa odporność na odkształcenia plastyczne i tym wyższa wartość twardości. Jednakże zależność ta może się zmieniać w różnych warunkach obróbki cieplnej, szczególnie w stanie odpuszczania w niskiej temperaturze, gdzie rozkład wartości wytrzymałości na rozciąganie jest bardzo rozproszony, co utrudnia dokładne określenie.

Podsumowując, HRC, HV i HB to trzy powszechnie stosowane metody pomiaru twardości materiału, każda mająca zastosowanie do różnych materiałów i scenariuszy, i mają one pewien związek z wytrzymałością materiału na rozciąganie. W zastosowaniach praktycznych odpowiednią metodę badania twardości należy wybrać w oparciu o charakterystykę materiału i wymagania badawcze.