Hardheidsmetingen Hardheidsmetingen Praktisch nut Weerstand tegen slijtage doch ook andere factoren spelen een rol (ruwheid, wrijvingscoëfficiënt, coatings, ). Soorten meetmethodes (>100) Primitieve methodes: vijlproef, hardheidstest van Mohs, meetmethode van Martens Scleroscoop en de duroscoop Durometer van Shore Metingen met indruklichaam 1 2 Hardheidsmetingen Hardheidsmetingen Primitieve meetmethodes Hardheidstest van Mohs De vijlproef - geeft idee van hardheid - als controle nog gebruikt De meetmethode van Martens - principe van krasbaarheid - diamant maakt kras van 0,010 mm - nodige kracht (gewicht): Ritzhärte De hardheidstest van Mohs - 10 natuurlijke mineralen (kalk tot diamant) - hoger ranggetal kan lager ranggetal krassen - maat hardheid is mineraal dat net niet kan krassen - nadeel: ruwe schatting + slechs 10 intervallen Edelstenen 3 4
Scleroscoop van Shore / Duroscoop Vallende kogel - opstuithoogte is een maat voor de hardheid scleroscoop duroscoop kogeltje slinger Scleroscoop van Shore / Duroscoop Opmerkingen - elastisch gedrag - dynamische hardheidsmeting - werkstuk zal niet beschadigen - harde materialen: diamanten kegel (afgerond) - zachte materialen: gehard stalen kogel - toepassing: vb. controleren van hardheid van (grote) walsrollen werkstuk opstuithoogte 5 Materiaalleer 6- Paul Janssen Durometer van Shore Hardheidsmetingen met indruklichaam Gebruik toepassing voor rubbers en kunststoffen naald m.b.v. veer in werkstuk drukken direct Shore-hardheid afleesbaar op schaal weerstand tegen blijvende vervorming Brinell-hardheidsmeting Vickers-hardheidsmeting Rockwell-hardheidsmeting (Rockwell B en Rockwell C) Bepaald door de vorm van de naald Poldihamer 7 8
Inleiding Brinell was een zweedse metaalkundige en ontwikkelde de meetmethode rond 1900 : weerstand tegen blijvende vervorming door indrukking volgens ISO 6506-1/2/3 Indrukkingslichaam: geharde stalen kogel (bolvorm) Basis voor fase-onderzoek van metalen (hardheid i.f.v. afkoeltraject, ) Werkwijze Cr-Ni stalen kogel met diameter D bepaalde belasting F gedurende een bepaalde tijd aanleggen indrukdiameter d => indrukking is een bolsegment HB = π * D* Met: HB in [kfg/mm 2 ] F in D en d in [mm] 2* F ( D D² d ² ) 9 10 Resultaat Zacht materiaal: bij bepaalde kracht F grote indrukking indrukdiameter d groot => HB klein Hard materiaal bij bepaalde kracht F kleine indrukking indrukdiameter d klein => HB groot Belasting F We moeten de belasting (F) en de kogeldiameter (D) definiëren Afspraak: zorgen dat 0,2 D < d < 0,6 D Hoe? F/D² constant maken voor een bepaalde materiaalklasse Zacht materiaal = HB klein Hard materiaal = HB groot C = F/D² = belastingsgraad (met F in kgf!) Vb. C = 30 voor metingen op staal (met F in kgf!) 11 12
Materiaalgroep Belastingsgraad Meet- IntestellenbelastingFinkgf C gebied HB en N voor kogeldiameter D 1 2.5 5 10 Staal, gietijzer en zeer harde nonferrometalen (vb. 30 67-450 30 187.5 750 3000 294 1840 7355 29420 titaniumlegeringen) hard nonferrometaal, koper, 10 33-315 10 62.5 250 1000 98 613 2450 9800 messing, brons zacht nonferrometaal, vb. 5 11-158 5 31.25 125 500 Al. Zn. Mg 49 306.5 1225 4900 Lagermetalen, zacht soldeer 2.5 6-78 2.5 15.6 62.5 250 24.5 153.3 613 2450 lood, tin, 1.25 7.8 3125 125 zeer zachte metalen 1.25 3-39 12.15 76.6 306.5 I22S Diam [mm] Opdracht 1 Bepaal HB Diameter kogel = 10 mm / belasting = 3000 kgf (29420 N) Opgemeten indrukdiameter = 5 mm 2. F met F in kgf HB = π. D. ( D D² d ² ) Oplossing: HB = 142.6 (kgf/mm 2 - eenheid en decimalen worden niet vermeld). Valt binnen het meetgebied van HB 67-450. Besluit: HB = 143 en de meting is OK. 13 14 Opdracht 2 Men wil de hardheid meten van aluminium. De kogeldiameter van het meetapparaat is 5 mm. Wat is de in te stellen belasting in N? Oplossing: 1225 N Indruktijd traag belasting aanbrengen lang genoeg aanhouden (terugveren!!) = 10 30 s Notatie eindresultaat Vb. 280 HB 5 / 250 / 30 => 280 kgf/mm 2, D=5 mm, F=250 kgf, t=30 s Opmerkingen gemiddelde van meerdere metingen metingen ver genoeg van elkaar (min 2,5.d) F gelijkmatig aanbrengen uitvoeren bij kamertemperatuur 15 16
Minimale materiaaldikte bij Brinell hardheidsmeting Voordelen van Brinell geschikt voor heterogene (inhomogene) materialen meetoppervlakte hoeft niet glad te zijn Nadelen van Brinell kogel mag niet vervormen max. bereik = 450 kgf/mm 2 tijdens de meting van zacht staal ontstaat koudvervorming HB waarden zijn enkel vergelijkbaar indien dezelfde C materiaalopstulping belemmert een nauwkeurige aflezing d beschadiging van het werkstuk Vb. meting op staal is 100 HB 5/750/30; enkel geldig indien de min plaatdikte 4.8 mm is. Te checken na de meting! 17 18 Brinell-meting H B Vickers-meting HV Praktische uitvoering Zie labo - weerstand tegen blijvende vervorming - ISO 6507 Werkwijze - vierzijdige diamanten piramide met tophoek 136 - belastingsonafhankelijk binnen bepaalde grenzen, want: vervorming = lineair met de indrukking - bepalen van indrukoppervlakte (piramidevormige put) - in praktijk meten we indrukdiagonaal d 19 20
Vickers-meting HV Vickers-meting HV Werkwijze - belasting is vrij te kiezen (norm: 49N, 98N, 196N, of 5 100kgf) - indrukdiagonaal d bepalen, met d = (d1+d2)/2 - met gekende F en d kan met de Vickershardheid berekenen: F HV = 1,854. d ² [kgf/mm²] Eindresultaat Vb.157 HV 30 => F = 30 (kgf) (t is niet vermeld:10 15 s) Opmerkingen kamertemperatuur traag F aanbrengen metingen ver genoeg van elkaar en van rand d 0,4 mm omwille van afronding punt F en dikte werkstuk => check!! (geldigheid meting) 21 22 Minimale materiaaldikte Vickers-meting HV Vb. meting HV is 510 bij 30 kgf belasting; enkel geldig indien de min plaatdikte 0,48 mm is. Te checken na de meting! Voordelen HV- meting Vickers-meting HV verhouding indrukdiepte en aftekening is constante F willekeurig te kiezen (wel genormeerd) minder materiaalopstulping => nauwkeuriger kleine indrukkingen (weinig materiaalbeschadiging) nauwkeurige meting ook voor dunne werkstukken => F aan te passen HV-meting voor zowel harde als zachte materialen Nadelen HV- meting glad oppervlakte van werkstuk is noodzakelijk enkel toepasbaar voor homogene materialen (puntmeting) diamant => voorzichtig 23 24
Rockwell-meting HR Rockwell-meting HR - weerstand tegen blijvende vervorming Werkwijze - indruklichaam op werkstuk drukken - rechtstreeks meten van indrukdiepte (t b ) i.p.v. afstanden - blijvende indrukdiepte is omgekeerd evenredig met hardheid - waarde rechtstreeks af te lezen op toestel - meting met kogel (Rockwell B) of kegel (Rockwell C) Verschil tussen Rockwell B en Rockwell C Rockwell B (HRB) gehard stalen kogel D = 1/16 voor zachte materialen 50 < HRB < 100 totale belasting: 10 kgf + 90 kgf Rockwell C (HRC) diamanten kegel tophoek 120 voor harde materialen 20 < HRC < 70 totale belasting 10 kgf + 140 kgf Nota: waarom een voorlast (10 kgf) aanbrengen? Om de invloed van oppervlakteoneffenheden weg te werken. 25 26 Rockwell-meting HR Rockwell-meting HR Per definitie HRC = 100-500. t b HRB = 130-500. t b Meetresultaat Vb. 60 HRC Voordelen Rockwell hardheidsmeting HR is de hardheidswaarde [onbenoemd] t b is de indrukdiepte [mm] Toepassingsgebied Zachte materialen: HRB geldig indien 50 HRB 100 Harde materialen: HRC geldig indien 20 HRC 70 - direkte aflezing van het meetresultaat op de schaalverdeling - Rockwell C kan hardere materialen meten dan Brinell - slechts kleine beschadiging van het werkstuk Nadelen Rockwell hardheidsmeting - niet geschikt voor inhomogene materialen - niet geschikt voor dunne materialen t.g.v. de hoge indrukkracht - minder nauwkeurig 27 28
Rockwell-meting HR De Poldihamer Voorbeelden van hardheden - klein toestel - transporteerbaar - benaderend een Brinell hardheidsmeting (kogeldiameter: 10mm) - vergelijkingsmethode meting t.o.v. vergelijkingsstaaf - Met loopje de diameters aflezen => in tabel hardheid opzoeken 29 30 De Poldihamer Samenvatting hardheidsmetingen Voordelen - eenvoudig - ook voor grote niet verplaatsbare werkstukken Nadelen - geeft benaderend resultaat - diameters op te meten met microscoopje - HB van vergelijkingsstaaf moet gekend zijn 31 32
Doel Tabertest Meten van en van hardheid of slijtvastheid van zeer dunne lagen Concept - roterend cirkelvormig staaltje (diameter 100 mm) - belasting: 2 abrasieve wieltjes (rubber mat carbidekorrels) - as van abrasieve wieltjes zijn verschoven t.o.v. de rotatieas - aantal omwentelingen in te stellen Tabertest Beoodeling - visueel - meten van matheid (glansafname) - ruwheidsmeting van het oppervlak - meten van gewichtsafname Toepassingsgebied - slijtweerstand van tapijt - slijtweerstand van verven, coatings, vernis, fotografische lagen, wrijving = sleet! 33 34 Oefening - conversiecurve hardheid Nota Tegen volgende les een universele tang meebrengen 35 36