Schopnost kovového materiálu odolávat vtlačení povrchu tvrdými předměty se nazývá tvrdost. Podle různých zkušebních metod a rozsahu použití lze tvrdost rozdělit na tvrdost podle Brinella, Rockwella, Vickerse, Shorea, mikrotvrdost a tvrdost za vysokých teplot. Pro trubky se běžně používají tři tvrdosti: tvrdost podle Brinella, Rockwella a Vickerse.
A. Tvrdost podle Brinella (HB)
Pomocí ocelové nebo karbidové kuličky o určitém průměru se do povrchu vzorku zatlačí specifikovanou zkušební silou (F). Po uplynutí specifikované doby působení se zkušební síla odstraní a na povrchu vzorku se změří průměr vtisku (L). Hodnota tvrdosti podle Brinella je podíl získaný vydělením zkušební síly plochou povrchu vtlačené koule. Vyjádřeno v HBS (ocelová kulička), jednotka je N/mm2 (MPa).
Vzorec pro výpočet je:
Ve vzorci: F – zkušební síla vtlačená do povrchu kovového vzorku, N;
D – Průměr ocelové kuličky pro zkoušku, mm;
d – průměrný průměr vtisku, mm.
Měření tvrdosti dle Brinella je přesnější a spolehlivější, ale HBS je obecně vhodná pouze pro kovové materiály s pevností pod 450 N/mm2 (MPa) a není vhodná pro tvrdší ocel nebo tenčí plechy. Mezi normami pro ocelové trubky je tvrdost dle Brinella nejrozšířenější. Průměr vtisknutí d se často používá k vyjádření tvrdosti materiálu, což je intuitivní a pohodlné.
Příklad: 120HBS10/1000130: To znamená, že hodnota tvrdosti podle Brinella měřená ocelovou kuličkou o průměru 10 mm při zkušební síle 1000 kgf (9,807 kN) po dobu 30 s (sekund) je 120 N/mm2 (MPa).
B. Tvrdost podle Rockwella (HR)
Zkouška tvrdosti podle Rockwella, stejně jako zkouška tvrdosti podle Brinella, je metoda vtlačování. Rozdíl spočívá v tom, že měří hloubku vtlačení. To znamená, že v důsledku postupného působení počáteční zkušební síly (Fo) a celkové zkušební síly (F) se vtlačovací těleso (kužel nebo ocelová koule ocelárny) vtlačí do povrchu vzorku. Po uplynutí stanovené doby působení se hlavní síla odstraní. Pro výpočet hodnoty tvrdosti se použije naměřený zbytkový přírůstek hloubky vtlačení (e). Jeho hodnota je anonymní číslo, reprezentované symbolem HR, a použité stupnice zahrnují 9 stupnic, včetně A, B, C, D, E, F, G, H a K. Mezi nimi jsou stupnice běžně používané pro zkoušení tvrdosti oceli obecně A, B a C, konkrétně HRA, HRB a HRC.
Hodnota tvrdosti se vypočítá pomocí následujícího vzorce:
Při testování se škálami A a C je HR = 100-e
Při testování s B stupnicí je HR = 130-e
Ve vzorci je e – přírůstek hloubky zbytkového vtlačení – vyjádřen v jednotce 0,002 mm, tj. když je axiální posunutí vtlačovacího tělesa o jednu jednotku (0,002 mm), odpovídá to změně tvrdosti podle Rockwella o jedno číslo. Čím větší je hodnota e, tím nižší je tvrdost kovu a naopak.
Použitelný rozsah výše uvedených tří stupnic je následující:
HRA (diamantový kuželový vnikový hrot) 20-88
HRC (diamantový kuželový vnikový hrot) 20-70
HRB (ocelový kuličkový vnikový tělísko o průměru 1,588 mm) 20-100
Zkouška tvrdosti podle Rockwella je v současnosti široce používaná metoda, mezi nimiž se HRC používá v normách pro ocelové trubky hned po Brinellově tvrdosti HB. Rockwellova tvrdost lze použít k měření kovových materiálů od extrémně měkkých po extrémně tvrdé. Vyrovnává nedostatky Brinellovy metody. Je jednodušší než Brinellova metoda a hodnotu tvrdosti lze odečíst přímo z ciferníku tvrdoměru. Vzhledem k malému vrypu však není hodnota tvrdosti tak přesná jako Brinellova metoda.
C. Tvrdost podle Vickerse (HV)
Zkouška tvrdosti dle Vickerse je také metoda vtlačování. Do testovaného povrchu se při ní vtlačí čtvercové pyramidální diamantové vtlačovací tělísko s úhlem sevření 1360 mezi protilehlými povrchy zvolenou zkušební silou (F) a po uplynutí stanovené doby výdrže se vyjme. Síla, změření délky dvou diagonál vtlačku.
Hodnota tvrdosti podle Vickerse je podíl zkušební síly dělený plochou vtlačeného povrchu. Vzorec pro její výpočet je:
Ve vzorci: HV – symbol tvrdosti dle Vickerse, N/mm2 (MPa);
F – zkušební síla, N;
d – aritmetický průměr dvou úhlopříček vtlačku, mm.
Zkušební síla F používaná pro měření tvrdosti podle Vickerse je 5 (49,03), 10 (98,07), 20 (196,1), 30 (294,2), 50 (490,3), 100 (980,7) kgf (N) a dalších šest úrovní. Hodnotu tvrdosti lze měřit v rozsahu 5~1000 HV.
Příklad metody vyjádření: 640HV30/20 znamená, že hodnota tvrdosti podle Vickerse měřená zkušební silou 30Hgf (294,2 N) po dobu 20 S (sekund) je 640 N/mm2 (MPa).
Vickersova metoda tvrdosti se dá použít ke stanovení tvrdosti velmi tenkých kovových materiálů a povrchových vrstev. Má hlavní výhody Brinellovy a Rockwellovy metody a překonává jejich základní nedostatky, ale není tak jednoduchá jako Rockwellova metoda. Vickersova metoda se v normách pro ocelové trubky používá jen zřídka.
Čas zveřejnění: 3. dubna 2024