Pj 3 Hardheidsmetingen

Hardheidsmetingen

1Materiaalleer - Paul Janssen

Hardheidsmetingen


Praktisch nut

Weerstand tegen slijtage… doch ook andere factoren spelen een rol (ruwheid, wrijvingscoëfficiënt, coatings,…).

Soorten meetmethodes (>100)

Primitieve methodes: vijlproef, hardheidstest van Mohs, meetmethode van Martens

Scleroscoop en de duroscoop

Durometer van Shore

Metingen met indruklichaam

Hardheidsmetingen


Primitieve meetmethodes

De vijlproef- geeft idee van hardheid- als controle nog gebruikt

De hardheidstest van Mohs- 10 natuurlijke mineralen (kalk tot diamant)- hoger ranggetal kan lager ranggetal krassen- maat hardheid is mineraal dat net niet kan krassen- nadeel: ruwe schatting + slechs 10 intervallen

De meetmethode van Martens- principe van krasbaarheid- diamant maakt kras van 0,010 mm- nodige kracht (gewicht): “Ritzhärte”

Hardheidsmetingen


Hardheidstest van Mohs

Edelstenen

5

Scleroscoop van Shore / Duroscoop

kogeltje

werkstuk

slinger

opstuithoogte

scleroscoop duroscoop

Principe

Vallende kogel - opstuithoogte is een maat voor de hardheid

Materiaalleer - Paul Janssen 6

Scleroscoop van Shore / Duroscoop

Opmerkingen

- elastisch gedrag - dynamische hardheidsmeting

- werkstuk zal niet beschadigen

- harde materialen: diamanten kegel (afgerond)

- zachte materialen: gehard stalen kogel

- toepassing: vb. controleren van hardheid van (grote) walsrollen

Materiaalleer - Paul Janssen

7

Durometer van Shore

Gebruik

– toepassing voor rubbers en kunststoffen

– naald m.b.v. veer in werkstuk drukken

– direct Shore-hardheid afleesbaar op schaal

Bepaald door de vorm van de naald


Hardheidsmetingen met indruklichaam

Principe

weerstand tegen blijvende vervorming

Brinell-hardheidsmeting

Vickers-hardheidsmeting

Rockwell-hardheidsmeting (Rockwell B en Rockwell C)

Poldihamer


Inleiding

Brinell was een zweedse metaalkundige en ontwikkelde de meetmethode rond 1900

Principe: weerstand tegen blijvende vervorming door indrukking volgens ISO 6506-1/2/3

Indrukkingslichaam: geharde stalen kogel (bolvorm)

Basis voor fase-onderzoek van metalen (hardheid i.f.v. afkoeltraject,…)

9

Brinell-meting HB


Brinell-meting HB

Werkwijze

– Cr-Ni stalen kogel met diameter D

– bepaalde belasting F gedurende een bepaalde tijd aanleggen

– indrukdiameter d => indrukking is een bolsegment

( )²²**

*2

dDDD

FHB

−−=

π

Met:

HB in [kfg/mm2]F in [N]D en d in [mm]


Resultaat

11

Brinell-meting HB

• Zacht materiaal:

– bij bepaalde kracht F

– grote indrukking

– indrukdiameter d groot

=> HB klein

• Hard materiaal

– bij bepaalde kracht F

– kleine indrukking

– indrukdiameter d klein

=> HB groot

Zacht materiaal = HB klein

Hard materiaal = HB groot


Belasting – F

We moeten de belasting (F) en

de kogeldiameter (D) definiëren

Afspraak: zorgen dat 0,2 D < d < 0,6 D

Hoe? F/D² constant maken voor een bepaalde materiaalklasse

C = F/D² = belastingsgraad (met F in kgf !)

Vb. C = 30 voor metingen op staal (met F in kgf !)

12

Brinell-meting HB


13

Brinell-meting HB


Materiaalgroep Belastings-

graad C

Meet-

gebied

HB

In te stellen belasting F in kgf

en N voor kogeldiameter D

1 2.5 5 10Diam

[mm]

Staal, gietijzer en zeer

harde non-

ferrometalen (vb.

titaniumlegeringen)

30 67-45030

294

187.5

1840

750

7355

3000

29420

[kgf]

[N]

hard non-

ferrometaal, koper,

messing, brons

10 33-31510

98

62.5

613

250

2450

1000

9800

[kgf]

[N]

zacht non-

ferrometaal, vb.

Al. Zn. Mg

5 11-158 5

49

31.25

306.5

125

1225

500

4900

[kgf]

[N]

Lagermetalen,

zacht soldeer 2.5 6-78 2.5

24.5

15.6

153.3

62.5

613

250

2450

[kgf]

[N]

lood, tin,

zeer zachte metalen 1.25 3-391.25

12.15

7.8

76.6

3125

306.5

125

I22S

[kgf]

[N]

Opdracht 1

Bepaal HB

Diameter kogel = 10 mm / belasting = 3000 kgf (29420 N)

Opgemeten indrukdiameter = 5 mm

Oplossing: HB = 142.6 (kgf/mm2 - eenheid en decimalen worden niet vermeld). Valt binnen het meetgebied van HB 67-450.

Besluit: HB = 143 en de meting is OK.

14

Brinell-meting HB

( )²²..

.2

dDDD

FHB

−−=

π

met F in kgf


Opdracht 2

Men wil de hardheid meten van aluminium. De kogeldiameter van het meetapparaat is 5 mm. Wat is de in te stellen belasting in N?

Oplossing: 1225 N

15

Brinell-meting HB


Brinell-meting HB

Indruktijd

– traag belasting aanbrengen

– lang genoeg aanhouden (terugveren !!) = 10…30 s

Notatie eindresultaat

Vb. 280 HB 5 / 250 / 30

=> 280 kgf/mm2, D=5 mm, F=250 kgf, t=30 s

Opmerkingen

– gemiddelde van meerdere metingen

– metingen ver genoeg van elkaar (min 2,5.d)

– F gelijkmatig aanbrengen

– uitvoeren bij kamertemperatuur


17

Brinell-meting HB

Minimale materiaaldikte bij Brinell hardheidsmeting

Vb. meting op staal is 100 HB 5/750/30; enkel geldig indien de min plaatdikte 4.8 mm is. Te checken na de meting !Materiaalleer - Paul Janssen 18

Brinell-meting HB

Voordelen van Brinell

– geschikt voor heterogene (inhomogene) materialen

– meetoppervlakte hoeft niet glad te zijn

Nadelen van Brinell

– kogel mag niet vervormen – max. bereik = 450 kgf/mm2

– tijdens de meting van zacht staal ontstaat koudvervorming

– HB waarden zijn enkel vergelijkbaar indien dezelfde C

– materiaalopstulping belemmert een nauwkeurige aflezing d

– beschadiging van het werkstuk


19

Zie labo…


Brinell-meting HB

Praktische uitvoering

20

Vickers-meting HV

Principe

- weerstand tegen blijvende vervorming

- ISO 6507

Werkwijze

- vierzijdige diamanten piramide met tophoek 136°

- belastingsonafhankelijk binnen bepaalde grenzen, want:

vervorming = lineair met de indrukking

- bepalen van indrukoppervlakte (piramidevormige put)

- in praktijk meten we indrukdiagonaal d


21

Vickers-meting HV

Werkwijze

- belasting is vrij te kiezen (norm: 49N, 98N, 196N,… of 5…100kgf)

- indrukdiagonaal d bepalen, met d = (d1+d2)/2

- met gekende F en d kan met de Vickershardheid berekenen:

².854,1d

FHV = [kgf/mm²]


Vickers-meting HV

Eindresultaat

Vb.157 HV 30 => F = 30 (kgf)

(t is niet vermeld:10…15 s)

Opmerkingen

– kamertemperatuur

– traag F aanbrengen

– metingen ver genoeg van elkaar en van rand

– d › 0,4 mm omwille van afronding punt

– F en dikte werkstuk => check !! (geldigheid meting)


23

Vickers-meting HV

Minimale materiaaldikte

Vb. meting HV is 510 bij 30 kgf belasting; enkel geldig indien de min plaatdikte 0,48 mm is. Te checken na de meting !


Vickers-meting HV

Voordelen HV- meting

– verhouding indrukdiepte en aftekening is constante

– F willekeurig te kiezen (wel genormeerd)

– minder materiaalopstulping => nauwkeuriger

– kleine indrukkingen (weinig materiaalbeschadiging)

– nauwkeurige meting

– ook voor dunne werkstukken => F aan te passen

– HV-meting voor zowel harde als zachte materialen

Nadelen HV- meting

– glad oppervlakte van werkstuk is noodzakelijk

– enkel toepasbaar voor homogene materialen (puntmeting)

– diamant => voorzichtig


25

Rockwell-meting HR

Principe

- weerstand tegen blijvende vervorming

Werkwijze

- indruklichaam op werkstuk drukken

- rechtstreeks meten van indrukdiepte (tb) i.p.v. afstanden

- blijvende indrukdiepte is omgekeerd evenredig met hardheid

- waarde rechtstreeks af te lezen op toestel

- meting met kogel (Rockwell B) of kegel (Rockwell C)


Verschil tussen Rockwell B en Rockwell C

26

Rockwell-meting HR

• Rockwell B (HRB)

– gehard stalen kogel

– D = 1/16”

– voor zachte materialen

– 50 < HRB < 100

– totale belasting:

10 kgf + 90 kgf

• Rockwell C (HRC)

– diamanten kegel

– tophoek 120°

– voor harde materialen

– 20 < HRC < 70

– totale belasting

10 kgf + 140 kgf

Nota: waarom een voorlast (10 kgf) aanbrengen?

Om de invloed van oppervlakteoneffenheden weg te werken.


27

Rockwell-meting HR

Per definitie

HRC = 100 - 500. tbHRB = 130 - 500. tb

HR is de hardheidswaarde [onbenoemd]

tb is de indrukdiepte [mm]

Toepassingsgebied

Zachte materialen: HRB – geldig indien 50 ≤ HRB ≤ 100Harde materialen: HRC – geldig indien 20 ≤ HRC ≤ 70


Rockwell-meting HR


Meetresultaat

Vb. 60 HRC

Voordelen Rockwell hardheidsmeting

- direkte aflezing van het meetresultaat op de schaalverdeling

- Rockwell C kan hardere materialen meten dan Brinell

- slechts kleine beschadiging van het werkstuk

Nadelen Rockwell hardheidsmeting

- niet geschikt voor inhomogene materialen

- niet geschikt voor dunne materialen t.g.v. de hoge indrukkracht

- minder nauwkeurig

29

Rockwell-meting HR

Voorbeelden van hardheden


De Poldihamer

Principe

- klein toestel - transporteerbaar

- benaderend een Brinell hardheidsmeting (kogeldiameter: 10mm)

- vergelijkingsmethode – meting t.o.v. vergelijkingsstaaf

- Met loopje de diameters aflezen => in tabel hardheid opzoeken


31

De Poldihamer

Voordelen

- eenvoudig

- ook voor grote niet verplaatsbare werkstukken

Nadelen

- geeft benaderend resultaat

- diameters op te meten met microscoopje

- HB van vergelijkingsstaaf moet gekend zijn


Samenvatting hardheidsmetingen


33

Tabertest

Doel

Meten van en van hardheid of slijtvastheid van zeer dunne lagen

Concept

- roterend cirkelvormig staaltje (diameter 100 mm)

- belasting: 2 abrasieve wieltjes (rubber mat carbidekorrels)

- as van abrasieve wieltjes zijn verschoven t.o.v. de rotatieas

- aantal omwentelingen in te stellen

wrijving = sleet !


Tabertest

Beoodeling

- visueel

- meten van matheid (glansafname)

- ruwheidsmeting van het oppervlak

- meten van gewichtsafname

Toepassingsgebied

- slijtweerstand van tapijt

- slijtweerstand van verven, coatings, vernis, fotografische lagen,…


35

Oefening - conversiecurve hardheid


Nota

Tegen volgende les een universele tang meebrengen


Pj 3 Hardheidsmetingen

Documents

Transcript of Pj 3 Hardheidsmetingen