Alles, was Sie über die Härte von Materialien wissen müssen

Die Eignung des für ein Teil verwendeten Materials ist sehr wichtig, damit das Teil in seiner beabsichtigten Umgebung funktionieren kann. Eines dieser Materialien, das die Eignung eines Materials für das Projekt bestimmt, ist die Härte des Materials. Es bestimmt, ob Ihr Projekt ein Material mit hoher Härte wie Stahl oder weichere Materialien erfordert.

Wir alle wissen, dass die Verwendung der falschen Materialien in einem Projekt katastrophale Auswirkungen haben kann, insbesondere wenn das produzierte Teil Teil eines größeren Projekts ist. Daher ist es unabdingbar, die Härte Ihres Materials vor der Produktion zu bewerten.

Wenn Sie einen Stoff benötigen, der hohen Eindrücken oder Abrieb ohne Verformung standhält, sollten Sie sich für harte Materialien entscheiden. Allerdings sind Materialien mit hoher Härte nicht unbedingt für alle Projekte geeignet. Sie müssen sich an ein erfahrenes Bearbeitungsunternehmen wenden, um zu erfahren, welches für Ihr Projekt geeignet ist.

Was ist Materialhärte?

Die Materialhärte ist die Fähigkeit eines Materials, Kräften ohne Verformung, Kratzer, Penetration und Einkerbung zu widerstehen. Mit anderen Worten, es ist die Fähigkeit eines Materials, seine physikalischen Eigenschaften auch bei einwirkender Kraft beizubehalten.

Die Härte variiert zwischen vielen Materialien, wobei Materialien wie Stahl im Vergleich zu anderen wie Zinn eine höhere Härte aufweisen. Einige andere nichtmetallische Materialien wie Holz und Kunststoffe besitzen ebenfalls Weichmetalleigenschaften.

Die Härte von Materialien hängt von mehreren Faktoren ab, wie z. B. ihrer Plastizität, elastischen Steifheit, Duktilität, Zähigkeit, Dehnung, Festigkeit, Viskoelastizität und Viskosität.

Welche Arten von Materialhärten gibt es?

Materialien verhalten sich unter verschiedenen Bedingungen unterschiedlich. Zum Beispiel kann ein Material einem einmaligen Stoß noch standhalten, aber einer Dauerbelastung nicht standhalten. Daher müssen Sie die Materialhärte den Anforderungen Ihres Projekts anpassen.

Wir können die Materialhärte in drei Kategorien einteilen. Materialien haben unter diesen unterschiedlichen Härtearten unterschiedliche Werte. Dazu gehören:

• Kratzhärte
• Rückprallhärte
• Eindruckhärte

Kratzhärte

Maschinisten definieren die Kratzhärte als die Fähigkeit eines Materials, Kratzern auf der Oberfläche zu widerstehen. Kratzer sind schmale durchgehende Linien auf der Oberfläche von Materialien. Wenn ein scharfes, steiferes Material durch die Oberfläche eines weicheren Materials streift, verursacht es Kratzer auf der Oberfläche solcher Materialien.

Maschinisten verwenden Kratztests für spröde Materialien wie Keramik. Einige Materialien erreichen möglicherweise keine plastische Verformung, können jedoch Kratzern nicht standhalten. Einige Designs sind kratzempfindlich; Daher benötigen Sie ein Material mit hoher Kratzhärte.

Beispielsweise können bestimmte Teile einer Maschine Reibung erfordern. Die Verwendung eines Materials mit geringer Kratzhärte ist in diesem Fall möglicherweise nicht gut genug. Denn bei etwas Reibung kann das Material seine glatte Oberfläche verlieren und schließlich die Gesamtfunktion der Maschine beeinträchtigen. Das bedeutet, dass Sie oft mehr für die Reparatur ausgeben müssen. Sie können dies verhindern, indem Sie einen Kratzhärtetest durchführen, um festzustellen, ob das Material der Reibung standhält und seine glatte Oberfläche nicht verliert.

Rückprallhärte

Ein Synonym dafür ist die dynamische Härte, die eher eine elastische als eine plastische Härte ist. Elastische Härte bedeutet, dass sich ein Material nicht dauerhaft verformt. Erst bei äußerer Krafteinwirkung verliert es seine Form. Sobald die äußere Kraft entfernt ist, nimmt es automatisch seine ursprüngliche Form wieder an. Dies ist bei der plastischen Verformung nicht der Fall, bei der das Material seine ursprüngliche Form nicht wiedererlangen kann. Somit ist die Rückprallhärte eher eine elastische Härte.

Die Rückprallhärte erfordert, dass das Material die Energie beim Aufprall absorbiert und an den Eindringkörper zurückgibt. Maschinisten verwenden einen Eindringkörper, um die Rückprallhärte zu testen. Das als Eindringkörper verwendete Material hat bereits eine bekannte Härte, die Maschinisten mit der des gemessenen Materials vergleichen.

Sie können den Rückprall oder die dynamische Härte eines Materials messen, indem Sie einen Hammer mit Diamantspitze darauf fallen lassen. Sie messen dann die Bindung des Hammers nach dem Auftreffen auf die Oberfläche. Kehrt der Hammer näher an die ursprüngliche Fallhöhe zurück, weist das Material einen hohen Wert für die Rückprallhärte auf. Kommt der Hammer hingegen nicht näher an die Fallhöhe heran, weist das Material eine geringe Rückprallhärte auf.

Eindruckhärte

Maschinisten verwenden die Eindruckhärte, um die Härte eines Materials gegen Verformung zu bestimmen. Dazu muss das untersuchte Material mit einer Dauerbelastung eingedrückt werden, bis es einen Eindruck bildet. Maschinisten führen Härteprüfungen sowohl auf mikroskopischer als auch auf makroskopischer Ebene durch, abhängig vom getesteten Material und dem Zweck, dem es dienen soll.

Wenn Ingenieure und Metallurgen von Materialhärte sprechen, beziehen sie sich oft auf die Eindruckhärte. Das Messen des Eindruckwerts des Materials hilft Ihnen zu wissen, wie viel Last das Material tragen kann, bevor es sich verformt.

In welcher Einheit wird die Materialhärte gemessen?

Einige Maschinisten verwechseln oft die SI-Einheiten der Härte mit denen des Drucks. Ersteres hat die SI-Einheit N/mm², auch Einheit Pascal genannt. Letzteres hingegen hat eine SI-Einheit von (N/m2, bzw. kg·m−1·s−2).

Jede der zuvor besprochenen unterschiedlichen Härtearten hat unterschiedliche Messskalen. Die Einheiten werden von jeder Messmethode abgeleitet; daher sind sie für den direkten Vergleich nicht geeignet. Trotzdem gibt es eine Umrechnungstabelle, die Sie zum Vergleich verwenden können. Wir sagen „verwalten“, weil der Vergleich nicht 100 % genau sein kann, aber einen geeigneten Hinweis gibt.

Einige gebräuchliche Einheiten für die Härtemessung sind die Brinell-Härtezahl (HB), die Rockwell-Härtezahl (HRA, HRB, HRC usw.), der Leeb-Härtewert (HLD, HLS, HLE usw.) und die Vickers-Härtezahl (HV). In der folgenden Tabelle haben wir einen Vergleich der Messmethoden vorgenommen.

So testen Sie die Materialhärte

Jede Art von Materialhärte wird anders gemessen. Unten ist, wie man für jede Art von Härte testet:

Der Brinnel-Test

Dies ist ein üblicher Härtetest, den Maschinisten verwenden. Zunächst machen sich die Maschinisten mit der Prüfmaschine vertraut. Er nimmt alle notwendigen Einstellungen am Monitor vor, bevor er den Test durchführt.

Das Prinzip besteht darin, mit einer Stahlkugel von 10 mm Durchmesser einen Eindruck auf dem Prüfling zu erzeugen. Der Eindruck wird dann berechnet, um die Brinnel-Härtezahl des Materials zu kennen.

Die Maschine senkt die Kugel auf das Material, um eine Vertiefung zu bilden, und lässt sie etwa 30 Sekunden lang stehen. Der Maschinist übt dann eine Kraft auf die Kugel aus. Die Art des zu prüfenden Metalls bestimmt die angewandte Kraft.

Einige Metalle können eine Last von 500 kg erfordern, während andere bis zu 3000 kg erfordern können, was die Standardlast ist. Wenn der Eindringkörper entfernt wird, misst der Techniker seine Größe durch Beobachtung mit einem Mikroskop mit geringer Vergrößerung. Er schneidet andere Bereiche aus und berechnet den Durchschnitt der Messungen im rechten Winkel.

Nach Abschluss der Prüfung berechnen die Maschinisten die Härtezahl mit der Brinell-Härteberechnungsformel.

Wo,

F – Kraft, N

D – Durchmesser des Eindringkörpers, mm

d – Vertiefungsdurchmesser, mm

Rockwell-Härtetest

Dies ist eine weitere gängige Art der Härteprüfung. Die Art des getesteten Materials bestimmt die Art der verwendeten Waage.

Es stehen 30 verschiedene Skalen zur Auswahl; Daher können Sie eine für Ihr Material geeignete auswählen. Die am häufigsten verwendeten Tonleitern sind jedoch „B“ und „C.“

Der Tester wendet zuerst eine geringe Last an, bevor er die Testlast aufbringt. Die geringe Belastung hilft, den Eindringkörper angemessen in der Testprobe zu fixieren und jede Form von Oberflächenunregelmäßigkeiten für ein genaueres Ergebnis zu beseitigen.

Dann senkt er den Eindringkörper in das Material, um einen Abdruck zu erzeugen, indem er die Hauptlast aufbringt. Er misst den Eindruck, um die Härte zu bestimmen. Der Prüfer ermittelt dann das erhöhte Eindruckmaß durch Berechnung des Härtewertes.

Die Formel für die Rockwell-Härte lautet:

Wo,

N – Skalierungsfaktor abhängig von der verwendeten Skala

s – Skalierungsfaktor abhängig von der verwendeten Skala

d – die Tiefe des bleibenden Eindrucks im Vergleich zur geringen Belastung, mm

Vickers-Härtetest

Dies ist eine andere Methode zur Messung der Härte. Es ist besser geeignet für weiche Materialien, die geringere Belastungen erfordern. Wenn Sie also eine höhere Genauigkeit für Ihre weichen Materialien benötigen, ist der Vickers-Test am besten für Sie geeignet.

Vickers verwendet einen einzigen Diamant-Eindringkörper für alle Materialien, was seine Berechnungen vereinfacht.

Der Tester muss sich erst mit der Maschine vertraut machen, bevor er loslegen kann. Das Teil wird dann auf der Maschine platziert, um mithilfe des Mikroskops eine geeignete Höhe zu finden. Sie können den richtigen Ort bestimmen, indem Sie die Bilder auf dem Bildschirm überprüfen. Wenn Sie ein fokussierteres Bild haben, ist es gut eingestellt.

Der Diamanteindringkörper wird auf das Teil abgesenkt und dort für einen bestimmten Zeitraum belassen.

Heben Sie den Eindringkörper an und messen Sie den Eindringwert mithilfe der folgenden Formel:

Wo,

F – Kraft, N

d – Einrückungsdiagonale, mm

Mohs-Härtetest

Wenn Sie die Ritzhärte messen möchten, ist dies eine geeignete Methode, die Sie anwenden können. Traditionell wird dieser Test durchgeführt, indem das Material gegen ein Referenzmaterial mit bekannter Härte gekratzt wird. Beim Mohs-Härtetest werden zehn Referenzmaterialien mit unterschiedlicher Härte verwendet. Die Art des zu testenden Materials bestimmt die Art der zu verwendenden Referenz. Das Ergebnis erhält man dann, indem man dem Prüfmaterial einen numerischen Härtewert zuordnet.

Talk ist das weichste verwendete Material mit einem Wert von 1. Das härteste Material hingegen ist Diamant mit einem Wert von 10.

Für die moderne Mohs-Härteprüfung wird ein Rockwell-Diamant-Eindringkörper verwendet. Das Arbeitsprinzip der Maschine ähnelt dem der traditionellen Methode. Dabei wird das Prüfstück für einen bestimmten Zeitraum durch eine geeignete Belastung zerkratzt.

Scleroskop-Test

Mit dem Skleroskop können Sie die Rückprallhärte von Materialien bestimmen. Sie können diesen Test durchführen, indem Sie ein hohles vertikales Glasrohr an einen Ständer anschließen. Sie lassen dann einen Diamanthammer durch das Rohr auf das Teststück fallen. Der Hammer wird abprallen, und die Höhe des Aufpralls ist das, was Sie messen und aufzeichnen. Materialien mit höherer Härte haben eine höhere Sprungkraft, während weiche Materialien eine geringere Bindung aufweisen.

Materialhärtediagramm

Eine Materialhärtetabelle ist eine der einfachsten Möglichkeiten, die Härte einiger gängiger Materialarten zu bestimmen. Das Diagramm zeigt den Härtewert dieser verschiedenen Materialien unter Verwendung verschiedener Messmethoden. Das obige Diagramm zeigt beispielsweise die Härtewerte von Metallen wie Aluminium und Titan mit Messmethoden wie der Brinell-Skala. Auf diese Weise müssen Sie die Härte Ihres Rohmaterials nicht bewerten, wenn Sie jemanden von der Liste verwenden.

Sie müssen jedoch sicherstellen, dass das verwendete Diagramm unter Standardbedingungen ausgewertet wurde.

Schlussfolgerung

Es ist wichtig, einen geeigneten Materialhärtetest durchzuführen, wenn Sie ein geeignetes Material für Ihr Projekt auswählen möchten. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Härte Ihres Materials zu testen. Wenden Sie sich an ein Fachunternehmen, um sich professionell über die Härte Ihres Materials beraten zu lassen.

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