Het vermogen van een metaal om de indrukking van het oppervlak door harde voorwerpen te weerstaan, wordt hardheid genoemd. Afhankelijk van de verschillende testmethoden en het toepassingsgebied kan hardheid worden onderverdeeld in Brinell-hardheid, Rockwell-hardheid, Vickers-hardheid, Shore-hardheid, microhardheid en hardheid bij hoge temperaturen. Voor buizen worden doorgaans drie hardheidswaarden gebruikt: Brinell-, Rockwell- en Vickers-hardheid.
A. Brinell-hardheid (HB)
Gebruik een stalen of hardmetalen kogel met een bepaalde diameter om met de gespecificeerde testkracht (F) in het oppervlak van het monster te drukken. Verwijder na de gespecificeerde tijd de testkracht en meet de indrukdiameter (L) op het oppervlak van het monster. De Brinell-hardheidswaarde is het quotiënt dat wordt verkregen door de testkracht te delen door het oppervlak van de ingedrukte kogel. Uitgedrukt in HBS (stalen kogel), is de eenheid N/mm² (MPa).
De berekeningsformule is:
In de formule: F – de testkracht die op het oppervlak van het metalen monster wordt uitgeoefend, N;
D – Diameter van de stalen kogel voor de test, mm;
d – gemiddelde diameter van de indruk, mm.
De Brinell-hardheidsmeting is nauwkeuriger en betrouwbaarder, maar is over het algemeen alleen geschikt voor metalen met een hardheid lager dan 450 N/mm² (MPa) en niet voor harder staal of dunnere platen. Binnen de normen voor stalen buizen is de Brinell-hardheid de meest gebruikte. De indrukdiameter d wordt vaak gebruikt om de hardheid van het materiaal uit te drukken, wat zowel intuïtief als handig is.
Voorbeeld: 120HBS10/1000130: Dit betekent dat de Brinell-hardheidswaarde, gemeten met een stalen kogel met een diameter van 10 mm onder een testkracht van 1000 kgf (9,807 kN) gedurende 30 seconden, 120 N/mm² (MPa) bedraagt.
B. Rockwell-hardheid (HR)
De Rockwell-hardheidstest is, net als de Brinell-hardheidstest, een indruktestmethode. Het verschil is dat de Rockwell-hardheidstest de diepte van de indruk meet. Onder de opeenvolgende werking van de initiële testkracht (Fo) en de totale testkracht (F) wordt de indrukker (een kegel of stalen kogel van de staalmolen) in het oppervlak van het monster gedrukt. Na een bepaalde tijd wordt de hoofdkracht verwijderd. De gemeten toename in de resterende indrukdiepte (e) wordt gebruikt om de hardheidswaarde te berekenen. Deze waarde is een anoniem getal, weergegeven met het symbool HR, en er zijn negen schalen beschikbaar: A, B, C, D, E, F, G, H en K. De schalen A, B en C, oftewel HRA, HRB en HRC, worden doorgaans het meest gebruikt voor het testen van de hardheid van staal.
De hardheidswaarde wordt berekend met behulp van de volgende formule:
Bij testen met de A- en C-schalen geldt HR=100-e
Bij testen met schaal B, HR=130-e
In de formule wordt e – de resterende toename van de indrukdiepte – uitgedrukt in de gespecificeerde eenheid van 0,002 mm. Dat wil zeggen dat wanneer de axiale verplaatsing van de indrukker één eenheid (0,002 mm) is, dit overeenkomt met een verandering in de Rockwell-hardheid met één getal. Hoe groter de waarde van e, hoe lager de hardheid van het metaal, en omgekeerd.
Het toepassingsgebied van de bovenstaande drie schalen is als volgt:
HRA (diamantkegel-indenter) 20-88
HRC (diamantkegel-indenter) 20-70
HRB (diameter 1,588 mm stalen kogelindenter) 20-100
De Rockwell-hardheidstest is een veelgebruikte methode, waarbij HRC na Brinell (HB) de meest gebruikte hardheidsgraad is in normen voor stalen buizen. Met de Rockwell-hardheidstest kunnen metalen materialen van extreem zacht tot extreem hard worden gemeten. Het compenseert de tekortkomingen van de Brinell-methode. De test is eenvoudiger dan de Brinell-methode en de hardheidswaarde kan direct van de wijzerplaat van het hardheidsapparaat worden afgelezen. Vanwege de kleine indrukking is de hardheidswaarde echter minder nauwkeurig dan bij de Brinell-methode.
C. Vickers-hardheid (HV)
De Vickers-hardheidstest is ook een indruktestmethode. Hierbij wordt een vierkante, piramidale diamantindenter met een hoek van 1360° tussen tegenoverliggende vlakken in het te testen oppervlak gedrukt met een geselecteerde testkracht (F), en na de gespecificeerde indringtijd weer verwijderd. De lengte van de twee diagonalen van de indruk wordt gemeten.
De Vickers-hardheidswaarde is het quotiënt van de testkracht gedeeld door het oppervlak van de indruk. De berekeningsformule is:
In de formule: HV – symbool voor Vickers-hardheid, N/mm2 (MPa);
F – testkracht, N;
d – het rekenkundig gemiddelde van de twee diagonalen van de inkeping, mm.
De testkracht F die gebruikt wordt bij de Vickers-hardheidstest is 5 (49,03), 10 (98,07), 20 (196,1), 30 (294,2), 50 (490,3), 100 (980,7) kgf (N) en nog zes andere niveaus. De hardheidswaarde kan worden gemeten in het bereik van 5 tot 1000 HV.
Voorbeeld van een uitdrukkingmethode: 640HV30/20 betekent dat de Vickers-hardheidswaarde, gemeten met een testkracht van 30 Hgf (294,2 N) gedurende 20 seconden, 640 N/mm² (MPa) bedraagt.
De Vickers-hardheidsmethode kan worden gebruikt om de hardheid van zeer dunne metalen materialen en oppervlaktelagen te bepalen. Het heeft de belangrijkste voordelen van de Brinell- en Rockwell-methoden en overwint hun fundamentele tekortkomingen, maar is niet zo eenvoudig als de Rockwell-methode. De Vickers-methode wordt zelden gebruikt in normen voor stalen buizen.
Geplaatst op: 3 april 2024
