Twardość metali. Jakie ma znaczenie i jak ją zmierzyć?

Twardość metalu lub stopu często decyduje o możliwości użycia danego materiału w konkretnym podzespole. Jest to parametr wpływający na takie właściwości jak odporność na deformacje, wytrzymałość na udary oraz szeroko rozumiana trwałość.

Największe znaczenie ma ona w przypadku współpracujących ze sobą elementów wykonanych z różnych materiałów oraz w podzespołach poddawanych dużym obciążeniom. Na etapie ich projektowania i przygotowania produkcji, należy więc upewnić się, że dany metal bądź stop ma wystarczającą twardość. Można ją określić na wiele sposobów, wykorzystując różne skale i metody, z których każda wymaga użycia dedykowanego sprzętu. Najważniejsze zagadnienia związane z wyznaczaniem twardości metali zostały omówione poniżej.

Twardość metalu – definicja i sposób określania

Przez twardość metalu rozumie się jego odporność na punktowe działanie sił, które skutkiem mogą być zarysowania, wgniecenia powierzchni lub zgniecenie całego elementu. Ze względu na wyraźną zależność między tym parametrem, a właściwościami użytkowymi metalowych narzędzi i przedmiotów, próby jej wyznaczania podejmowano właściwie od początku historii obróbki metali. Pierwsze metody opierały się na ręcznym zarysowaniu lub wykonaniu wgłębienia za pomocą przedmiotu o znanych parametrach oraz porównaniu z innym materiałem. Siła i budowa przyrządu pomiarowego nie były jednak znormalizowane, co przekładało się na małą precyzję i niemiarodajność wyników.

Nieustannie pracowano więc nad technologiami, które pozwoliłyby wyeliminować te problemy. Przełom nastąpił dopiero na początku XX wieku, kiedy opracowano dwie pierwsze nowoczesne metody – Brinella i Rockwella. Zarówno twardościomierz Brinella, jak i Rockwella były z początku dużymi, stacjonarnymi przyrządami. Warianty przenośne powstały dopiero w latach 50. Współczesne twardościomierze do metalu to zaś zaawansowane, elektroniczne urządzenia, gwarantujące dużą dokładność i powtarzalność pomiarów, a także ułatwiające archiwizację lub przetwarzanie wyników.

Pomiar twardości metalu – najważniejsze metody

Obecnie metaloznawstwo dysponuje wieloma metodami pozwalającymi precyzyjnie określić twardość materiałów. Poza wspomnianą, archaiczną metodą ryskową, wyróżnia się:

  • metody dynamiczne: wykorzystujące energię udarowego działania wgłębnika na powierzchnię badanego materiału. Ze względu na mniejszą precyzję, są stosowane rzadziej od statycznych. Do tej grupy należy zaliczyć metodę Shore’a oraz Poldiego;
  • metody statyczne: pozwalają określić twardość materiału jako stosunek wielkości siły działającej na wgłębnik do rozmiarów spowodowanego przez niego trwałego zniekształcenia. Duże zróżnicowanie i dokładność wyników w pomiarach statycznych sprawiają, że od dawna znajdują szerokie zastosowanie w badaniu twardości metali. Przyrządy opracowane w celu wykonywania pomiarów tą metodą to m.in. twardościomierz Brinella, twardościomierz Rockwella i twardościomierz Vickersa;
  • metody ultradźwiękowe: opierają się na porównaniu częstotliwości oscylacji wgłębnika w dwóch pozycjach – w powietrzu oraz w chwili wcisku w materiał pod zadanym obciążeniem. Twardościomierze ultradźwiękowego są niewielkie i lekkie, co umożliwia ich stosowanie poza laboratorium (np. bezpośrednio na hali produkcyjnej).

Dobór twardościomierza – kluczowe czynniki

Przy zakupie twardościomierza największą uwagę należy zwrócić na jego następujące cechy:

  • dokładność;
  • uniwersalność: poza standardowymi twardościomierzami, dostępne są też modele współpracujące zarówno z bijakami, jak i sondami ultradźwiękowymi;
  • rozmiary i waga wpływające na łatwość przenoszenia.

Te wymagania spełniają twardościomierze Equotip dostępne w ofercie firmy Viateco. Dzięki temu dają pewność co do prawdziwości i dokładności wyników, a także pozwalają prowadzić badania w różnych miejscach i różnymi metodami. Wysoka jakość, z której znany jest szwajcarski producent to zaś gwarancja długiej i bezproblemowej eksploatacji.

Wojciech Kamiński

Na portalu eFakty24.pl ciągle się rozwija w roli redaktora. Ukończył studia ekonomiczne i budownictwo. Jest na bieżąco z pojawiającymi się nowinkami technologicznymi i trendami modowymi. Poza  rolą redaktora, w wolnym czasie uwielbia spędzać czas na wnikliwej eksploracji Internetu oraz preferuje wymagające gry.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.