Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Hardheidsmetingen
1Materiaalleer - Paul Janssen
Hardheidsmetingen
2Materiaalleer - Paul Janssen
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
3Materiaalleer - Paul Janssen
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
4Materiaalleer - Paul Janssen
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
Materiaalleer - Paul Janssen 8
Hardheidsmetingen met indruklichaam
Principe
weerstand tegen blijvende vervorming
Brinell-hardheidsmeting
Vickers-hardheidsmeting
Rockwell-hardheidsmeting (Rockwell B en Rockwell C)
Poldihamer
Materiaalleer - Paul Janssen
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
Materiaalleer - Paul Janssen 10
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]
Materiaalleer - Paul Janssen
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
Materiaalleer - Paul Janssen
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
Materiaalleer - Paul Janssen
13
Brinell-meting HB
Materiaalleer - Paul Janssen
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
Materiaalleer - Paul Janssen
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
Materiaalleer - Paul Janssen 16
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
Materiaalleer - Paul Janssen
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
Materiaalleer - Paul Janssen
19
Zie labo…
Materiaalleer - Paul Janssen
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
Materiaalleer - Paul Janssen
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]
Materiaalleer - Paul Janssen 22
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)
Materiaalleer - Paul Janssen
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 !
Materiaalleer - Paul Janssen 24
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
Materiaalleer - Paul Janssen
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)
Materiaalleer - Paul Janssen
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.
Materiaalleer - Paul Janssen
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
Materiaalleer - Paul Janssen 28
Rockwell-meting HR
Materiaalleer - Paul Janssen
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
Materiaalleer - Paul Janssen 30
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
Materiaalleer - Paul Janssen
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
Materiaalleer - Paul Janssen 32
Samenvatting hardheidsmetingen
Materiaalleer - Paul Janssen
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 !
Materiaalleer - Paul Janssen 34
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,…
Materiaalleer - Paul Janssen
35
Oefening - conversiecurve hardheid
Materiaalleer - Paul Janssen 36
Nota
Tegen volgende les een universele tang meebrengen
Materiaalleer - Paul Janssen