Doelstellingen

Na het voltooien van deze module bent u in staat om:

• Een Rockwell-test uit te voeren.
• Een Brinell-test uit te voeren.

Naast het verifiëren van onze eigen warmtebehandeling in de werkplaats, is hardheidstesten soms noodzakelijk voor productiewerk. Ondanks slechte planning, arriveert er soms een klus met een onbekend legering of een bekende samenstelling maar onbekende hardheid. Een vijl kan de bewerkbaarheid ruw inschatten, maar de beste manier om snijgereedschappen, snelheden en voeren te selecteren is een echte hardheidsmeting.

• Brinell: Hardheid testen door de diameter van de indruk van een balpenetrator te meten.
• Rockwell: Hardheid testen door de indruipdiepte van een penetrator te meten.

De Rockwell Hardheidstest

De Rockwell-test is een breed geaccepteerde methode voor zowel zachte als harde metalen. Dit systeem meet de slijtbaarheid door de diepte te meten die een kegelvormige diamantpenetrator met bekende vorm en afmetingen in het materiaal indrukt onder een precieze kracht. Vanwege het brede bereik is het de populairste test in gereedschapsbouw, kleine productiewerkplaatsen en trainingslabo's.

Rockwell Getallen

Er zijn verschillende schalen binnen het Rockwell-systeem. Wij gebruiken de Rockwell C-schaal (HRC), correct voor gehard staal. De C-schaal loopt van 0 (aangedaan staal) tot 68 (harder dan een HSS-vrees, nabij karbide). Gesymboliseerd door een grote R met de schaal als subscript: HRC.

De Tweestaps Rockwell-test

Stap 1. Kalibratiebelasting (Minor Load)

Het testobject wordt op de onderste anvil geplaatst zodat het stabiel is en niet beweegt bij indrukken van bovenaf. Vervolgens wordt een kegelvormige diamantpenetrator in contact gebracht en met een vooraf bepaalde kracht van 20 lbs (≈89 N) in het metaal gedreven. Dit zorgt ervoor dat de kegelpunt 0,003 tot 0,006 inch (0,076 – 0,152 mm) in het metaal zakt. Dit is de initiële kalibratiebelasting (minor load). Op dat moment wordt een grote wijzer (dial indicator) op nul gezet.

Stap 2. Testbelasting (Major Load)

Met de kalibratiedruk nog op de penetrator en de indicator op nul, wordt een tweede, additionele testbelasting van 20 lbs (totaal 40 lbs / 150 kgf voor C-schaal) toegevoegd. Naarmate de diamant dieper zakt, wordt de toegevoegde diepte vertaald naar de wijzer, maar in een inverse relatie. Hoe dieper de diamant penetreert, hoe zachter het metaal test, dus hoe lager het getal op de wijzer. Invers: kan de punt niet diep gaan, is het metaal hard en registreert het hoger op de wijzer.

De Rockwell Methode (Standaardprocedure)

1. Bereid het monster voor.
2. Plaats het testmonster op de anvil.
3. Een voorlopige testkracht (preload / minor load) wordt toegepast op het monster met een diamantindenter.
4. Deze last vertegenwoordigt de nul- of referentiepositie die door het oppervlak breekt om de effecten van oppervlakteafwerking te verminderen. Na de preload wordt een additionele last (major load) toegepast om de totale vereiste testlast te bereiken.
5. Deze kracht wordt vastgehouden voor een vooraf bepaalde tijd (dwell time: 10-15 seconden) voor elastisch herstel.
6. De major load wordt weer vrijgegeven en de eindpositie wordt gemeten ten opzichte van de positie afgeleid van de preload. De indruipdiepteverschil tussen de preload-waarde en de major load-waarde wordt omgerekend tot een hardheidsgetal.

De Brinell Hardheidstest

De Brinell-test lijkt op het Rockwell-systeem: een penetrator wordt in het monster gedrukt. Hier wordt echter de diameter van de indruk gemeten die wordt gemaakt door penetratie van een harde staalbal van bekende afmeting in het werkstukoppervlak. Gehardde staalkogels worden gebruikt voor zachtere materialen, een karbidepenetratorkogel voor harder metalen.

Vanwege de bovengrens van de hardheid van de Brinell-kogel, is deze test correct voor zachte tot medium harde metalen.

De Brinell-hardheidstest is een alternatieve manier om de hardheid van metalen en legeringen te testen.

1. Bereid het monster voor.
2. Plaats het testmonster op de anvil.
3. Beweeg de indenter in positie op het deeloppervlak.
4. Een minor load wordt toegepast en een nul-referentiepositie wordt vastgesteld.
5. De major load wordt toegepast voor een gespecificeerde tijd (10-15 seconden) bovenop de nul.
6. De major load wordt vrijgegeven, de minor load blijft toegepast.
7. Volg het proces om de Brinell-hardheid van een aluminiummonster te bepalen:
   1. Druk de indenter in het monster met een nauwkeurig gecontroleerde testkracht.
   2. Houd de kracht gedurende een specifieke wachttijd (meestal 10-15 seconden).
   3. Na de wachttijd: verwijder de indenter, er blijft een ronde indruk in het monster.
   4. De grootte van de indruk wordt optisch bepaald door twee diagonalen van de ronde indruk te meten met een draagbare microscoop of een geïntegreerde microscoop in de belastingtoepassing.
   5. Het Brinell-hardheidsgetal (BHN) is een functie van de testkracht gedeeld door de gekromde oppervlakte van de indruk. De indruk wordt als sferisch beschouwd, met een straal gelijk aan de helft van de diameter van de bal. Het gemiddelde van de twee diagonalen wordt in de volgende formule gebruikt om de Brinell-hardheid te berekenen.

BHN = F / [ (π/2) × D × (D - √(D² - d²)) ]

Waarbij: F = testkracht, D = balldiameter, d = gemiddelde indrukdiameter.

Eenheidstoets

1. Noem vijf veiligheidsmaatregelen voor warmtebehandeling.
2. Wat is het allereerste wat u moet weten bij het warmtebehandelen van staal?
3. Wat is de inzetijd (soak time) voor een dikte van 1 tot 2 inch?
4. Leg uit wat "soak time" betekent.
5. Wat is de volgende stap nadat de inzetijd voltooid is?
6. Op welke temperatuur moet het proefstuk in de oven voor het aanlaten (tempering)?
7. Leg "Austenitiseren en Inkelen" (Austenitize and Quench) uit.
8. Wat is "Luchtkoelen" (Air-cool)?
9. Leg de Rockwell-methode uit.
10. Leg de Brinell-hardheidstest uit.

Bronvermelding

Dit hoofdstuk is afgeleid van de volgende bronnen:

• Warmtebehandeling (Heat Treating) afgeleid van Heat Treatment of Plain Carbon and Low Alloy Steels door het Massachusetts Institute of Technology, CC:BY-NC-SA 4.0.
• Brinell Hardheidstest Vergelijking afgeleid van Brinell Hardness door CORE-Materials Resource Finder, CC:BY.