Anyagismeret a gyakorlatban (BMEGEPTAGA0) KEMÉNYSÉGMÉRÉS Elméleti áttekintés Az anyag képlékeny alakváltozással, különösen valamely mérőszerszám beatolásával, szembeni ellenállását keménységnek nevezzük. A korai keménységmérő eljárások (1822) a természetes ásványokon alapultak, még pedig azon a jelenségen, ogy a keményebb anyag karcolta a lágyabbat. Ezt a tulajdonságot sorba rakva az úgynevezett Mos skála adódik, amelynek tetején a gyémánt találató (keménység indexe 10), míg a skála alján a zsírkő elyezkedik el (keménység indexe 1). A bázisnak választott ásványokkal elvégezve a karcolási tesztet az adott anyag viszonylag egyszerűen besorolató volt két ásvány közé (az egyik ásványt az adott anyag már nem karcolta, a Mos skálán alatta elelyezkedő ásványt pedig már igen). A pontosabb mennyiségi vizsgálatok a későbbiek során alakultak ki, amelyek során adott geometriájú (nagy keménységű) mérőtest definiált körülmények között (erőatás, sebesség, időtartam) a mérendő anyagból készült próbatest felületébe kell nyomni. A mérőtest által okozott képlékeny alakváltozás nyomát lemérve, egyszerű összefüggéssel megatározató a keménységre jellemző számérték, amely relatív mennyiség, ami azt jelenti, ogy pontosan csak az azonos eljárással megatározott mennyiségek asonlítatók össze. A többi mecanikai anyagvizsgálatoz képest a keménységmérő eljárásokat többször asználjuk mivel: egyszerű, viszonylag olcsó eljárásokról van szó és a próbatest előkészítése nem igényel különleges módszert. alapvetően roncsolásmentes eljárásokról van szó, mivel a keménységmérés minimális felületi nyomot agy a darabok felületén. más mecanikai tulajdonságok is leszármaztatatók a keménységmérési adatokból. Keménységmérés 1/5
A keménységmérő eljárásokat az alábbiak szerint csoportosítatjuk: Statikus mérések: Brinell, Vickers, Knoop, Rockwell eljárások Dinamikus mérések: Poldi kalapács, szkleroszkóp, duroszkóp alkalmazása Különleges mérések: Műszerezett mérés A labor során csak a statikus mérési eljárásokat fogjuk asználni, ezért csak ezek kerülnek bemutatásra. Statikus mérések Brinell eljárás A keménységmérés során keményfémből készített golyót kell F erővel a próbatest előkészített és síknak tekintető felületébe nyomni (3.10 ábra). A mérőszerszám által okozott lenyomatról feltételezető, ogy egy gömbsüveg. A Brinell-keménységmérés mérőszáma a terelőerő és a lenyomat felületének a ányadosa: HBW D aol D- golyóátmérő, - gömbsüveg magassága, és F- az erő Newtonban. 1. ábra A Brinell mérés elrendezése 2. ábra A Brinell mérés lenyomata Vickers eljárás A Vickers eljárásnál alkalmazott szúrószerszám gyémántgúla, amelynek lapszöge 136 os. A keménység mérőszámának definíciója asonlít a Brinell keménységéez és számszerű értékét a következő összefüggés adja. 0.189F HV 2 A d aol F- terelő erő N - ban, A-lenyomat felület mm 2 -ben, d - lenyomat átlóinak átlaga mmben. Keménységmérés 2/5
3. ábra Vickers mérés elrendezése 4. ábra Knoop mérés elrendezése Knoop eljárás Egy másik mikrokeménységmérő eljárás a Knoop keménységmérés, amelynél szintén gyémánt gúlát asználnak. A mérőelem alakja a 4. ábrán látató. A gúla élei páronként 130 és 172,5 -kal ajlanak egymásoz. A lenyomat vetülete egy olyan rombusz, amelynek osszabbik átlója 7,11- szer nagyobb, mint a rövidebbé. A keménységi mérőszámot változatlanul a terelő erő/lenyomat felület definíciónak megfelelően atározzuk meg: 0.14484F HV 2 A l aol F- terelő erő N-ban, A-lenyomat felület mm 2 -ben, l- lenyomat osszabbik átlója mmben. Rockwell eljárás A Rockwell eljárás a mérés egyszerűségével tűnik ki a többi eljárás közül. Nincs szükség a felületi lenyomat geometriájának megatározására, a szúrószerszám beatolási mélysége van közvetlenül kapcsolatba ozva a keménységi számmal. A próbatest felületi előkészítésével kapcsolatban kisebbek a követelmények, mint az előző eljárásoknál. A mérőelem kétfajta kialakítású (5. ábra). Az egyik 120 -os csúcsszögű gyémántkúp, a másik edzett acél vagy keményfém golyó, amelynek átmérője az eljárás típusától függ. Mindegyik eljárás az előtereléssel kezdődik (F0) ami biztosítja, ogy a felületet nem kell gondosan megmunkálni, majd ezt követi a főterelés (F1) ami a mérőelem további benyomódását okozza. A mérés utolsó fázisában a főterelést meg kell szüntetni, aminek következtében a mérőtest az előző pozíciójából visszarugózik (6. ábra). A benyomódási és visszarugózási folyamat egy, a keménységre kalibrált mérőórával követető. Keménységmérés 3/5
5. ábra Rockwell mérőtestek A Rockwell keménység mérőszáma a maradó benyomódás mélysége 0,002 mm-ben, vagy 0,001 mm-ben kifejezve. Ha a keménység mérőszámát a benyomódással kapcsolnánk közvetlenül össze, akkor a lágyabb anyag nagyobb mérőszámot eredményezne, mint a keményebb anyag és ez ellentétes lenne az eddigi keménységi mérőszámokkal. Ezért egy kellően megválasztott számból kell kivonni a benyomódás értékét aoz, ogy megfelelő mérőszámot kapjunk. A keménység értéke a benyomódást mérő óra megfelelő skáláján közvetlenül leolvasató. 6. ábra Rockwell keménységmérés lefolytatásának elvi vázlata 1- a lenyomat mélysége az F0 előterelésnél; 2- A lenyomat mélysége az F1 főterelésnél; 3- a rugalmas visszarugózás az F1 főterelés levétele után; 4- a maradó lenyomat mélysége; 5- a mintadarab felülete; 6- a mérés referencia síkja A két legfontosabb (HRB és HRC) eljárás adatai a következő táblázatban találatóak. Keménységi jel Szúrószerszám Előterelés, N Főterelés, N Keménység HRB Golyó 1,5875 mm 98,07 882,6 130 0.002 HRC Gyémánt kúp 98,07 1373 100 0.002 Keménységmérés 4/5
A mérés leírása, elvégzendő feladatok: A kapott próbatest felület előkészítése A keménység megatározása HRB (alumínium minták esetén) vagy HV (acél minták esetén) eljárással. Az alkalmazott szabványok: o MSz EN ISO 6507:2006 Fémek. Vickers-keménységmérés o MSz EN ISO 6508:2006 Fémek. Rockwell-keménységmérés o MSz EN ISO 18265:2014 Fémek. A keménységi értékek átszámítása 10 mérés elvégzése, majd ezek átlagának és szórásának megatározása Keménységmérés 5/5