Materiaalhardheid begrijpen: Cruciale inzichten voor projectsucces

De geschiktheid van het materiaal dat voor een onderdeel gebruikt wordt, is heel belangrijk voor het onderdeel in staat te zijn om te functioneren in zijn beoogde omgeving. Een van dergelijke materialen die de geschiktheid van een materiaal voor het project bepaalt, is de hardheid van het materiaal. Het bepaalt of uw project een materiaal met hoge hardheid zoals staal of zachtere materialen vereist.

We weten allemaal dat het gebruik van verkeerde materialen in een project een rampzalig effect kan hebben, zeker wanneer het geproduceerde onderdeel onderdeel is van een groter project. Daarom is het evalueren van de hardheid van uw materiaal vóór productie onmisbaar.

Als u een stof nodig hebt die hoge indruk of slijtage zonder deformatie kan weerstaan, moet u kiezen voor harde materialen. Echter, materialen met hoge hardheid zijn niet noodzakelijk geschikt voor alle projecten. U moet een expert bewerkingsbedrijf raadplegen om te weten wat geschikt is voor uw project.

Wat is Materiaalhardheid?

Materiaalhardheid is de capaciteit van een materiaal om kracht zonder deformatie, krassen, penetratie en indruk te weerstaan. Met andere woorden, het is de capaciteit van een materiaal om zijn fysieke kenmerken te behouden zelfs in het gezicht van toegepaste kracht.

Hardheid varieert onder veel materialen met materialen zoals staal hogere hardheid hebend vergeleken met anderen zoals witmetaal. Sommige andere niet-metallische materialen zoals hout en kunststoffen bezitten ook zachte metaalkenmerken.

De hardheid van materialen hangt af van diverse factoren, zoals de plasticiteit, elastische stijfheid, duktiliteit, toughness, vervorming, sterkte, viscoelasticiteit, en viscositeit.

Wat zijn de verschillende typen materiaalhardheid?

Materialen gedragen zich anders onder verschillende omstandigheden. Bijvoorbeeld, een materiaal kan een enorme eenmalige impact weerstaan, toch kan het geen continue belasting weerstaan. Daarom moet u materiaalhardheid testen om aan de behoeften van uw project te voldoen.

We kunnen materiaalhardheid in drie categoriseren. Materialen hebben verschillende waarden onder deze verschillende typen hardheid. Zij omvatten:

• Kraashardheid
• Terughardheid
• Indrukhardheid

Kraashardheid

Freeskundigen definiëren kraashardheid als de capaciteit van een materiaal om krassen op het oppervlak te weerstaan. Krassen zijn smalle continue lijnen op het oppervlak van materialen. Wanneer een scherp, rigider materiaal over het oppervlak van een zacht materiaal schuift, veroorzaakt het krassen op het oppervlak van dergelijke materialen.

Freeskundigen gebruiken kraastesten voor broze materialen zoals keramiek. Sommige materialen bereiken misschien geen plastische deformatie, maar kunnen kraassen niet weerstaan. Sommige ontwerpen zijn gevoelig voor krassen; dus heeft u een materiaal met hoge kraashardheid nodig.

Bijvoorbeeld, bepaalde onderdelen van een machine kunnen wrijving vereisen. Het gebruik van een materiaal met lage kraashardheid, in dat geval, is misschien niet goed genoeg. Dit is omdat, met een beetje wrijving, het materiaal zijn gladde oppervlak kan verliezen en uiteindelijk de machine zijn algehele functionaliteit kan beïnvloeden. Dat betekent dat u vaker meer op reparaties moet uitgeven. U kunt dit voorkomen door een kraashardheidstest uit te voeren om te weten of het materiaal de wrijving zal weerstaan en zijn gladde oppervlak niet zal verliezen.

Terughardheid

Een synoniem hiervoor is dynamische hardheid, en het is meer van elastische hardheid dan plastische hardheid. Elastische hardheid betekent dat een materiaal niet permanent deformeert. Het verliest alleen zijn vorm wanneer er toepassing is van een externe kracht. Eenmaal de externe kracht verwijderd is, herstelt het automatisch zijn oorspronkelijke vorm. Dit is niet het geval met plastische deformatie, waar het materiaal zijn oorspronkelijke vorm niet kan herstellen. Dus, terughardheid is meer van elastische hardheid.

Terughardheid vereist dat het materiaal de energie op impact absorbeert en het teruggeeft aan de indenter. Freeskundigen gebruiken een indenter om te testen op terughardheid. Het materiaal dat als indenter gebruikt wordt, heeft al een bekende hardheid die freeskundigen vergelijken met die van het gemeten materiaal.

U kunt de terughardheid of dynamische hardheid van een materiaal meten door een diamant-getippe hamer erop te laten vallen. Ze meten dan de hamer zijn terugkaatsing na het raken van het oppervlak. Als de hamer dichter bij de oorspronkelijke valhoogte terugkeert, heeft het materiaal een hoge waarde voor terughardheid. Aan de andere kant, als de hamer niet dichter bij de valhoogte kwam, heeft het materiaal een lage terughardheid.

Indrukhardheid

Freeskundigen gebruiken indrukhardheid om de hardheid van een materiaal tot deformatie te bepalen. Het vereist het indrukken van het onderzochte materiaal met een continue belasting totdat het een indruk vormt. Freeskundigen voeren indrukhardheidstesten uit op zowel microscopische als macroscopische schaal, afhankelijk van het geteste materiaal en het doel dat het moet dienen.

Wanneer ingenieurs en metallurgens over materiaalhardheid praten, verwijzen ze vaak naar indrukhardheid. Het meten van de indrukwaarde van materiaal helpt u te weten hoeveel belasting het materiaal kan dragen voordat het deformeert.

Welke eenheid wordt materiaalhardheid in gemeten?

Sommige freeskundigen verwarren vaak de SI-eenheden van hardheid met die van druk. De eerste heeft een SI-eenheid van N/mm², anderswel de eenheid Pascal. De laatste, aan de andere kant, heeft een SI-eenheid van (N/m2, of kg·m−1·s−2).

Elk van de verschillende typen hardheid die eerder besproken zijn, heeft verschillende meetschalen. De eenheden zijn afgeleid van elke meetmethode; daarom zijn ze niet geschikt voor directe vergelijking. Niettemin, er is een conversietabel die u kunt gebruiken voor vergelijking. We zeggen "beheren" omdat de vergelijking niet 100% nauwkeurig kan zijn, maar het geeft een geschikte indicatie.

Enkele veelvoorkomende eenheden voor hardheidsmeting zijn Brinell Hardheidsgetal (HB), Rockwell hardheidsgetal (HRA, HRB, HRC, etc.), Leeb hardheidswaarde (HLD, HLS, HLE, etc.), en Vickers hardheidsgetal (HV). We maakten een vergelijking van meetmethoden in de onderstaande tabel.

Hoe materiaalhardheid te testen

Elk type materiaalhardheid wordt anders gemeten. Hieronder staan hoe te testen voor elk type hardheid:

De Brinell test

Dit is een veelvoorkomende hardheidstest die freeskundigen benutten. Eerst maken de freeskundigen kennis met de testmachine. Hij maakt alle benodigde instellingen op de monitor voordat hij de test uitvoert.

Het principe hierbij betreft het gebruik van een staalbal van 10 mm diameter om een indruk te maken op het teststuk. De indruk wordt dan berekend om het Brinell hardheidsgetal van het materiaal te weten.

De machine laat de bal op het materiaal zakken om een indruk te vormen en laat het ongeveer 30 seconden. De freeskundige past dan een kracht toe op de bal. Het soort metaal dat getest wordt bepaalt de toegepaste kracht.

Sommige metalen kunnen een belasting van 500 Kg vereisen, terwijl anderen zo hoog als 3000 Kg kunnen vereisen, wat de standaardbelasting is. Als de indenter verwijderd wordt, meet de ingenieur de grootte ervan door te observeren met een laag-vermogen microscop. Hij knipt andere gebieden uit en berekent het gemiddelde van de metingen onder rechte hoeken.

Na voltooiing van de test, berekenen de freeskundigen het hardheidsgetal met behulp van de Brinell hardheidsberekeningsformule.

Waarbij,

F – kracht, N

D – indenter diameter, mm

d – indruk diameter, mm

Rockwell Hardheidstest

Dit is een ander veelvoorkomend type hardheidstest. Het soort geteste materiaal bepaalt het soort schaal dat gebruikt wordt.

Er zijn 30 verschillende schalen om te kiezen; daarom kunt u elke selecteren die geschikt is voor uw materiaal. Echter, de meest gebruikte schalen zijn "B" en "C."

De tester past eerst een kleine belasting toe voordat hij de testbelasting toepast. De kleine belasting helpt de indenter op de juiste manier in het testmonster te fixeren en enige vorm van oppervlakte-onregelmatigheden te elimineren voor een nauwkeuriger resultaat.

Hij laat de indenter dan in het zakken om een indruk te creëren door de grote belasting toe te passen. Hij meet de indruk om de hardheid te bepalen. De tester bepaalt dan de verhoogde indrukdimensie door de hardheidswaarde te berekenen.

De formule voor Rockwell hardheid is:

Waarbij,

N – schaalfactor afhankelijk van de gebruikte schaal

s – schaalfactor afhankelijk van de gebruikte schaal

d – de diepte van permanente indruk ten opzichte van kleine belasting, mm

Vickers Hardheidstest

Dit is een andere methode om hardheid te meten. Het is meer geschikt voor zachte materialen die lichtere belasting vereisen. Daarom, als u betere nauwkeurigheid voor uw zachte materialen nodig hebt, is de Vickers test het beste voor u.

Vickers gebruikt een enkele diamant indenter voor alle materialen, wat de berekeningen makkelijker maakt.

De tester moet eerst bekend raken met de machine voordat hij begint. Het onderdeel wordt dan op de machine geplaatst om een geschikte hoogte te vinden met het microscop. U kunt de juiste plek bepalen door de afbeeldingen op het scherm te controleren. Wanneer u een meer gefocuste afbeelding heeft, is het goed ingesteld.

De diamant indenter wordt naar het onderdeel gelaten en blijft voor een gespecificeerde periode.

Til de indenter en meet de indrukwaarde door de onderstaande formule te gebruiken:

Waarbij,

F – Kracht, N

d – indruk diagonaal, mm

Mohs hardheidstest

Als u de kraashardheid wilt meten, is dit een geschikte methode die u kunt adoptieren. Traditioneel wordt deze test uitgevoerd door het materiaal te krassen tegen een referentiemateriaal met een bekende hardheid. De Mohs hardheidstest gebruikt tien referentiematerialen met verschillende hardheid. Het soort materiaal dat getest wordt bepaalt het soort referentie dat gebruikt moet worden. Het resultaat wordt dan verkregen door een numerieke hardheidswaarde toe te kennen aan het testmateriaal.

Talk is het zachte materiaal dat gebruikt wordt, met een waarde van 1. Het hardste materiaal, aan de andere kant, is diamant met een waarde van 10.

Een Rockwell diamant indenter wordt gebruikt voor de moderne Mohs hardheidstest. Het werkingsprincipe van de machine is vergelijkbaar met deze van de traditionele methode. Het omvat het krassen van het teststuk voor een gespecificeerde periode door een geschikte belasting.

Scleroscoop test

U kunt de Scleroscoop gebruiken om de terughardheid van materialen te bepalen. U kunt deze test uitvoeren door een holle verticale glazen buis aan een staand te koppelen. U laat dan een diamant hamer door de buis op het teststuk vallen. De hamer zal terugkaatsen, en de hoogte van de terugkaatsing is wat u zult meten en registreren. Materialen met hogere hardheid zullen hogere terugkaatsing hebben terwijl zachte materialen lage terugkaatsing zullen hebben.

Materiaalhardheidstabel

Een materiaalhardheidstabel is een van de makkelijkste manieren om de hardheid van sommige populaire typen materialen te bepalen. De tabel biedt de hardheidswaarde van deze diverse materialen met behulp van diverse meetmethoden. Bijvoorbeeld, de bovenstaande tabel toont de hardheidswaarden van metalen zoals aluminium en titanium met meetmethoden zoals Brinell's schaal. Op deze manier hoeft u de hardheid van uw grondstof niet te evalueren als u een van de lijst gebruikt.

Echter, u moet ervoor zorgen dat de gebruikte tabel geëvalueerd is onder standaardomstandigheden.

Conclusie

Het is essentieel om een juiste materiaalhardheidstest uit te voeren als u wenst een geschikt materiaal voor uw project te kiezen. Er zijn diverse manieren om de hardheid van uw materiaal te testen. Raadpleeg een expertbedrijf voor professioneel advies over de hardheid van uw materiaal.

RapidDirect Bewerkingsdiensten

Hier is waar uw zoektocht eindigt als u op zoek bent naar een bedrijf dat betrouwbare bewerkingsdiensten kan bieden voor elk materiaal. Bij RapidDirect analyseren wij uw materiaalhardheid gratis. Wij zijn het juiste bedrijf voor al uw bewerkingsdiensten.

Wij bieden kosteneffectieve en on-demand metaalbewerking voor laag-volume prototypes en hoog-volume productie. Door simpelweg uw CAD-bestanden te uploaden en vereisten te specificeren, beloven wij de meest kosteneffectieve offertes binnen 12 uur te leveren, samen met GRATIS professionele analyse op de geschiktheid van uw ontwerp voor fabricage.

Wij zijn ervaren en klaar om technische suggesties voor uw projecten te bieden.