Σύγκριση σκληρότητας και σχέση με την αντοχή στην έλξη

Η σκληρότητα είναι ένα μέτρο της αντίστασης ενός υλικού στην τοπική παραμόρφωση, ιδιαίτερα στην πλαστική παραμόρφωση, την εγκοπή ή το γρατσούνισμα, και είναι ένας δείκτης της μαλακότητας ή της σκληρότητας του υλικού. Οι μέθοδοι μέτρησης της σκληρότητας περιλαμβάνουν κυρίως μεθόδους εγκοπής, ανάκαμψης και γρατσουνίσματος. Μεταξύ αυτών, τα HRC, HV και HB είναι τρεις συνήθως χρησιμοποιούμενοι δείκτες σκληρότητας, που αντιπροσωπεύουν τη σκληρότητα Rockwell στην κλίμακα C, τη σκληρότητα Vickers και τη σκληρότητα Brinell, αντίστοιχα. Ακολουθεί μια εισαγωγή σε αυτούς τους τρεις τύπους σκληρότητας, τα σενάρια εφαρμογής τους και τη σχέση τους με την αντοχή σε εφελκυσμό:

• Ορισμός: Στη δοκιμή σκληρότητας Rockwell, χρησιμοποιείται ένας κωνικός διαμαντένιος εγκοπτήρας για τη μέτρηση του βάθους της πλαστικής παραμόρφωσης της εγκοπής για τον προσδιορισμό της τιμής σκληρότητας.
• Σενάριο εφαρμογής: Χρησιμοποιείται κυρίως για τη μέτρηση σκληρότερων υλικών, όπως θερμικά επεξεργασμένος χάλυβας, χάλυβας ρουλεμάν, χάλυβας εργαλείων κ.λπ.
• Σχέση με την αντοχή σε εφελκυσμό: Όταν η σκληρότητα του χάλυβα είναι κάτω από 500HB, η αντοχή σε εφελκυσμό είναι άμεσα ανάλογη με τη σκληρότητα, δηλαδή, [text{Αντοχή σε εφελκυσμό(kg/mm²)}=3.2timestext{HRC}].

• Ορισμός: Η σκληρότητα Vickers χρησιμοποιεί έναν διαμαντένιο εγκοπτήρα τετραγωνικής πυραμίδας με σχετική γωνία προσώπου 136°, πιέζοντας στην επιφάνεια του υλικού με μια καθορισμένη δοκιμαστική δύναμη και η τιμή σκληρότητας αντιπροσωπεύεται από τη μέση πίεση στην επιφάνεια μονάδας της εγκοπής τετραγωνικής πυραμίδας.
• Σενάριο εφαρμογής: Κατάλληλο για τη μέτρηση διαφόρων υλικών, ειδικά λεπτότερων υλικών και στρωμάτων σκλήρυνσης επιφανείας, όπως στρώματα ανθράκωσης και νιτρίδωσης.
• Σχέση με την αντοχή σε εφελκυσμό: Υπάρχει μια ορισμένη αντιστοιχία μεταξύ της τιμής σκληρότητας και της αντοχής σε εφελκυσμό, αλλά αυτή η σχέση δεν ισχύει σε όλα τα σενάρια, ειδικά υπό διαφορετικές συνθήκες θερμικής επεξεργασίας.

• Ορισμός: Η σκληρότητα Brinell χρησιμοποιεί μια σκληρυμένη χαλύβδινη σφαίρα ή μια σφαίρα καρβιδίου βολφραμίου συγκεκριμένης διαμέτρου για να πιέσει στην επιφάνεια του μετάλλου που πρόκειται να δοκιμαστεί με ένα ορισμένο δοκιμαστικό φορτίο, μετρώντας τη διάμετρο της εγκοπής στην επιφάνεια και υπολογίζοντας την αναλογία της σφαιρικής επιφάνειας της εγκοπής προς το φορτίο.
• Σενάριο εφαρμογής: Γενικά χρησιμοποιείται όταν το υλικό είναι μαλακότερο, όπως μη σιδηρούχα μέταλλα, χάλυβας πριν από τη θερμική επεξεργασία ή χάλυβας μετά την ανόπτηση.
• Σχέση με την αντοχή σε εφελκυσμό: Όταν η σκληρότητα του χάλυβα είναι κάτω από 500HB, η αντοχή σε εφελκυσμό είναι άμεσα ανάλογη με τη σκληρότητα, δηλαδή, [text{Αντοχή σε εφελκυσμό(kg/mm²)}=frac{1}{3}timestext{HB}].

Υπάρχει μια κατά προσέγγιση αντιστοιχία μεταξύ των τιμών σκληρότητας και των τιμών αντοχής σε εφελκυσμό. Αυτό συμβαίνει επειδή η τιμή σκληρότητας καθορίζεται από την αρχική αντίσταση στην πλαστική παραμόρφωση και τη συνεχιζόμενη αντίσταση στην πλαστική παραμόρφωση. Όσο υψηλότερη είναι η αντοχή του υλικού, τόσο υψηλότερη είναι η αντίσταση στην πλαστική παραμόρφωση και τόσο υψηλότερη είναι η τιμή σκληρότητας. Ωστόσο, αυτή η σχέση μπορεί να ποικίλει υπό διαφορετικές συνθήκες θερμικής επεξεργασίας, ειδικά στην κατάσταση χαμηλής θερμοκρασίας, όπου η κατανομή των τιμών αντοχής σε εφελκυσμό είναι πολύ διάσπαρτη, καθιστώντας δύσκολο τον ακριβή προσδιορισμό.

Συνοπτικά, τα HRC, HV και HB είναι τρεις συνήθως χρησιμοποιούμενες μέθοδοι για τη μέτρηση της σκληρότητας των υλικών, καθεμία από τις οποίες είναι εφαρμόσιμη σε διαφορετικά υλικά και σενάρια και έχουν μια ορισμένη σχέση με την αντοχή σε εφελκυσμό του υλικού. Στις πρακτικές εφαρμογές, η κατάλληλη μέθοδος δοκιμής σκληρότητας θα πρέπει να επιλέγεται με βάση τα χαρακτηριστικά του υλικού και τις απαιτήσεις δοκιμής.