Wat is materiaalhardheid? Hoe verschillende technische materialen te vergelijken

Het productontwikkelingsproces omvat verschillende kleine processen en materiaalkeuze is de meest essentiële daarvan.

Elk materiaal heeft verschillende mechanische eigenschappen en mogelijkheden. En om de juiste materiaalkeuze te maken, moet u het type belasting bepalen dat uw onderdeel zal ervaren. Als u bijvoorbeeld een onderdeel (of assemblage) wilt ontwerpen dat contact maakt met andere componenten of stootbelasting ondervindt, dan wilt u een materiaal kiezen met voldoende materiaalhardheid.

Maar wat is materiaalhardheid precies en hoe meet je dat? Dit artikel geeft antwoord op deze vragen en meer.

Wat is materiaalhardheid?

Materiaalhardheid is het vermogen van een materiaal om plaatselijke plastische vervorming te weerstaan ​​als gevolg van geconcentreerde uitgeoefende belastingen.

Bekijk het vanaf deze kant. Als we zeggen dat een materiaal een hoge mate van hardheid heeft, betekent dit simpelweg dat het materiaal zijn vorm kan behouden in aanwezigheid van externe krachten zoals krassen, deuken en schuren. Materialen als titanium en diamant zouden dus een hogere hardheid hebben dan plastic.

Bij het vergelijken van diamant en kunststoffen weet je waarschijnlijk intuïtief welk materiaal een grotere hardheid heeft. Maar als je wilt kiezen tussen nauw verwante metalen (of legeringen), is het bijna altijd onmogelijk om een ​​juiste schatting te maken, tenzij je er een hardheidstest op uitvoert.

Er zijn verschillende methoden om de materiaalhardheid te testen. Maar voordat we deze methoden bespreken, is het essentieel dat u eerst de soorten materiaalhardheid begrijpt.

Soorten materiaalhardheid

Dit zijn de drie soorten materiaalhardheid:

1. Inkepingshardheid
2. Krashardheid
3. Rebound-hardheid

Inkepingshardheid verwijst naar de weerstand van een materiaal tegen permanente vervorming wanneer het wordt blootgesteld aan continue belasting. Daarentegen krashardheid beschrijft het vermogen van een materiaal om krassen op het oppervlak te weerstaan ​​als gevolg van contact met een ander metaal. Ten slotte, rebound-hardheid is gerelateerd aan de elasticiteit van het materiaal; het beschrijft het vermogen van een materiaal om de impactenergie te absorberen.

Als u eenmaal weet welk type belasting (of omgevingscondities) uw onderdeel zal ondergaan, kunt u een van de volgende hardheidstestmethoden overwegen om uw materiaalopties te vergelijken. Als u over de benodigde apparatuur beschikt, kunt u deze tests voltooien. Of u kunt vertrouwen op informatie van uw leveranciers en online bronnen zoals Matweb die de eigenschappen van verschillende materialen opsommen.

Hoe de hardheid van materialen te testen:4 testmethoden

Methode #1 De Brinell-test

Een Brinell-hardheidstester van Wikimedia Commons.

De Brinell-test meet de indrukkingshardheid . van een materiaal . Deze testmethode maakt gebruik van een indringer (meestal een gehard stalen kogel) om een ​​afdruk op een proefstuk te maken. Bij deze testmethode houdt u de indringer op zijn plaats voordat u gedurende een bepaalde periode een vooraf gedefinieerde kracht op de bal (en het oppervlak van het materiaal) uitoefent.

Wijs vervolgens een Brinell-hardheidsnummer toe aan het materiaal, afhankelijk van de grootte van de inkeping die erop is gevormd. U kunt de indrukking meten met een microscoop en het Brinell-hardheidsgetal berekenen met:

Waar:
HB =Brinell-hardheid (kg/mm2)
P =Kracht (gemeten in Newton)
D =Indenterdiameter (gemeten in millimeters)
d =inkepingsdiameter (gemeten in millimeters)

Houd er echter rekening mee dat de vooraf gedefinieerde kracht die u op de indenter uitoefent, afhangt van het materiaal dat u wilt testen. Zo gebruiken kwaliteitscontroledeskundigen doorgaans een standaardbelasting van 3000 kg (of 30.000 N) voor harde metalen zoals ijzer en staal. Daarentegen moet u een belasting van 500 kg (of 5000 N) toepassen voor zachtere materialen zoals koper en messing.

Methode #2 Rockwell-hardheidstest

Operator die een Rockwell-hardheidstest uitvoert

Net als de Brinell-hardheidstest wordt de Rockwell-hardheidstest ook gebruikt voor indrukkingshardheid meting en omvat meestal het gebruik van een indenter (meestal stalen kogel of een bolvormige kegel met diamanten punt).

In de Brinell-hardheidstest houdt u het indruklichaam echter op zijn plaats door een kleine belasting (meestal 10 kg of 100 N) uit te oefenen voordat u de grote testbelasting toepast. Meet vervolgens, bij het verwijderen van de hoofdbelasting, de inkepingsdiepte terwijl de kleine belasting nog aan is.

Het hardheidsgetal kan vervolgens worden afgelezen met behulp van verschillende Rockwell-hardheidsschalen (A, B, C, enz.). De ideale schaal hangt af van het type indringer dat wordt gebruikt en de testbelasting die op het materiaal wordt toegepast. Stel dat u bijvoorbeeld de hardheid van staallegeringen wilt meten; u zou een indenter met diamanten kegel moeten gebruiken met een maximale belasting van 140 kg. In een dergelijk scenario leest u het hardheidsgetal af op de schaal "C".

Voor zachtere metalen zoals koperlegeringen gebruiken kwaliteitscontrole-experts een diamanten stalen kogel (met een maximale belasting van 100 kg) en lezen ze het hardheidsgetal af op de "B" -schaal.

Methode #3 Mohs-hardheidstest

De Mohs-hardheidstest is ideaal voor het meten van de krasbestendigheid van een materiaal. Bij deze testmethode kras je het te testen materiaal met een referentiemateriaal met een vooraf bepaalde hardheid. De hardheidswaarde wordt uitgedrukt met behulp van de schaal van Mohs, die is samengesteld uit 10 mineralen waaraan willekeurige hardheidswaarden zijn toegewezen.

Bekijk de volledige Mohs-hardheidstabel op Alan's Factory Outlet

Alan's Factory Outlet heeft een Mohs-hardheidstabel (screenshot hierboven) waarop u voorbeelden kunt zien van de krasbestendigheid van verschillende metalen.

Methode #4 Shore Scleroscoop-hardheidstest

De shore-scleroscoop is een apparaat dat wordt gebruikt om de rebound-hardheid van een materiaal te meten . Het apparaat heeft een glazen buis met schaalverdeling die op een standaard is gemonteerd. Om de rebound-hardheid van je materiaal te bepalen, laat je een hamer met diamanten punt door de glazen buis op het materiaal vallen.

Schematische weergave van Shore Scleroscope gemonteerd op een statief. Van Wikimedia Commons.

De hardheidswaarde is evenredig met de hoogte waarop de hamer terugkaatst na het raken van het proefstuk. Een materiaal met een grotere hardheid zorgt bijvoorbeeld voor een grotere rebound-hoogte dan een materiaal met een lagere hardheid.

Materiaalhardheidstest en productontwikkeling:Gensun Precision Machining Services

Het is zonder twijfel essentieel om de hardheid van verschillende materialen te kennen om het ideale materiaal voor uw productontwerp te bepalen. Maar zelfs nadat u een geschikt materiaal voor uw product heeft gekozen, moet u nog steeds een geschikte machinewerkplaats en machinist vinden die in staat is om uw onderdelen nauwkeurig en precies te maken.

Gensun Precision Machining is een toonaangevende leverancier van bewerkingsdiensten in heel Azië. We hebben niet alleen een team van experts op het gebied van kwaliteitscontrole die de materiaalhardheid kunnen testen, maar we hebben ook een team van hooggekwalificeerde ingenieurs en machinisten. Ons team van experts werkt samen om uw product nauwkeurig en nauwkeurig te creëren met behulp van de modernste bewerkingstechnologieën.

Lees meer over onze bewerkingsdiensten.