podczas projektowania części metalowych ważne jest określenie ich twardości. Jednak wielu inżynierów ma tylko niepewne zrozumienie, czym właściwie jest twardość lub jak jest mierzona. Są ku temu dobre powody. Jak zobaczymy, twardość jest nieco chwiejna koncepcja i istnieje tak wiele różnych metod badania twardości w powszechnym użyciu, że łatwo się pomylić. Celem tego artykułu jest pomoc w wyjaśnieniu tego zamieszania.
najpierw porozmawiajmy o tym, czym nie jest twardość. Twardość nie ma nic wspólnego ze sztywnością. Część stalowa może mieć wysoką lub niską twardość, ale zawsze będzie miała taką samą sztywność. Część tytanu może mieć taką samą twardość jak część stalowa, ale zawsze będzie miała około połowy sztywności stali. Twardość sama w sobie nie ma nic wspólnego z tym, czy materiał jest kruchy, czy plastyczny. Z dwóch materiałów o tej samej twardości, jeden może być kruchy, a drugi ciągliwy.
czym więc jest twardość? Aby zapewnić nieco okrągłą i niezbyt pomocną definicję, jest to miara tego, jak materiał wykonuje się w teście twardości. To prowadzi nas do tematu badania twardości.
jeden z najczęściej stosowanych w USA testów twardości został opracowany przez Hugh Rockwella i Stanleya Rockwella w 1914 roku. Chociaż nie byli braćmi, a nawet krewnymi, posiadanie tego samego nazwiska znacznie ułatwiło wymyślenie nazwy do testu. W teście Rockwella wgłębienie jest wciskane w powierzchnię metaliczną z określoną siłą. Twardość jest odwrotnie proporcjonalna do głębokości penetracji.
istnieje wiele skal twardości Rockwella, w zależności od rodzaju wgniecenia i obciążenia. Na przykład Skala Rockwella C wykorzystuje stożkowe, diamentowe wgłębienie o obciążeniu 150 kg. Skala Rockwella B wykorzystuje wgłębienie kulkowe o średnicy 1/16 cala z obciążeniem 100 kg. Skala Rockwella C jest zwykle skracana HRC (Twardość Rockwella C), podczas gdy skala Rockwella B jest skracana HRB (twardość Rockwella B). Im wyższa liczba, tym trudniejszy materiał, ale tylko w stosunku do innych liczb w danej skali. Na przykład niezwykle twarda stal może mieć twardość 64 HRC, podczas gdy dość miękka stal może mieć twardość 70 HRB.
jakiej skali najlepiej użyć? To zależy od tego, co mierzysz. Skala Rockwella C jest dobra do pomiaru stali hartowanej. Rockwell B jest lepszy dla bardziej miękkiej stali lub stosunkowo twardego aluminium. W przypadku bardziej miękkiego aluminium może być konieczna skala Rockwell E (kula o średnicy 1/8 cala z obciążeniem 100 kg) lub skala Rockwell F (kula o średnicy 1/16 cala z obciążeniem 60 kg). Ogólnie rzecz biorąc, im większe wgłębienie lub mniejsze obciążenie, tym lepsza będzie skala dla miękkich materiałów.
grubość materiału również ma znaczenie. Jeśli próbujesz zmierzyć twardość cienkiego paska materiału, nie chcesz używać obciążenia, które przepchnie wgłębienie przez cały materiał i na drugą stronę. Z tego powodu istnieje szereg powierzchownych skal Rockwella, które wykorzystują znacznie mniejsze obciążenia. Na przykład Skala Rockwell 15N wykorzystuje obciążenie 15 kg ze stożkowym wgłębieniem z diamentową końcówką.