1. Įvadas

Kietumas vaidina pagrindinį vaidmenį nustatant medžiagos patvarumą ir eksploatacines savybes. Jis atspindi medžiagos gebėjimą atlaikyti mechanines jėgas ir yra tiesiogiai susijęs su tokiomis savybėmis kaip atsparumas dilimui ir konstrukcijos vientisumas..

Trys pirminės kietumo skalės - Brinell, Rockwell, ir Vickers – kiekvienas taiko skirtingus testavimo metodus, kurie suteikia unikalių įžvalgų apie medžiagų elgesį.

Mūsų tikslas šiame straipsnyje yra išanalizuoti konversiją tarp HB, Hr, ir HV svarstykles iš techninių, metodinė, ir pramonės perspektyvos.

Iki galo, įgysite aiškesnį supratimą, kaip šios konversijos padeda išlaikyti kokybės kontrolę ir optimizuoti gamybos procesus.

2. Kas yra Kietumas?

Kietumas kiekybiškai įvertina medžiagos atsparumą vietinei plastinei deformacijai, pvz., įdubimas ar įbrėžimas.

Jis atlieka esminį vaidmenį renkantis medžiagas, nes suteikia įžvalgos apie atsparumą dilimui ir stiprumą.

Iš esmės, kietumas yra pakaitinis matas, koreliuojantis su kitomis mechaninėmis savybėmis, padėti inžinieriams numatyti medžiagos elgseną esant eksploataciniam krūviui.

Pavyzdžiui, medžiaga, kurios kietumas yra didelis, paprastai pasižymi didesniu atsparumu dilimui, todėl jis tinkamas didelio krūvio darbams, pvz., pjovimo įrankiams ir variklio komponentams.

Atvirkščiai, mažesnės kietumo vertės medžiagos gali būti geriau apdirbamos, tačiau jos gali neveikti gerai abrazyvinėmis sąlygomis.

3. Kietumo matavimo pagrindai

3.1 Kietumo svarstyklių apžvalga

Brinelio kietumas (Hb):

Brinelio bandymas apima sukietėjusios sferinės įdubos įspaudimą į medžiagą, veikiant tam tikrai apkrovai, ir išmatuojant įdubos skersmenį..

Šis metodas puikiai tinka stambiagrūdėms medžiagoms ir liejiniams. Pavyzdžiui, tipinė švelnaus plieno Brinelio kietumo vertė gali svyruoti tarp 150 ir 250 Hb.

Rokvelio kietumas (Hr):

Rokvelo bandymas matuoja įdubos įsiskverbimo gylį esant nedideliam išankstiniam apkrovimui, o po to didelei apkrovai.

Bandymas sukuria kietumo skaičių įvairiose skalėse (Pvz., HRC kietesnėms medžiagoms, tokioms kaip įrankių plienas, HRB minkštesniems metalams).

Rockwell testai yra greiti ir dažniausiai naudojami kokybės kontrolės aplinkoje. Pavyzdžiui, tipinė grūdinto įrankių plieno HRC vertė gali svyruoti nuo 50 į 65.

Vickerso kietumas (HV):

Vickers testuojant naudojamas deimantinis piramidės įdubimas ir taikoma pastovi apkrova. Įdubos dydis, matuojamas jo įstrižainėmis, suteikia tikslią kietumo vertę.

Vickers kietumas idealiai tinka mažiems mėginiams ir plonoms plėvelėms, dažnai duoda vertes, kurios yra tiesiogiai palyginamos įvairiose medžiagose.

3.2 Testavimo principai ir procedūros

• Brinelio testavimas:
  Procedūra apima apkrovos taikymą (dažnai 500 kgf plienui) su sferine įduba.
  Gautas įdubimas matuojamas optiniais metodais, o HB reikšmė apskaičiuojama pagal konkrečią formulę.
• Rokvelo testavimas:
  Išankstinė apkrova nustato nulinį atskaitos tašką, po kurio taikoma didelė apkrova. Įdubimo gylis konvertuojamas į kietumo skaičių pagal naudojamą Rokvelio skalę.
• Vickers testavimas:
  Į medžiagą įspaudžiamas deimantinis įdubimas, o gautos įdubos įstrižainių vidurkis nustato HV vertę pagal Vickers lygtį.

3.3 Standartizacijos reikšmė

Standartizuoti bandymo metodai, tokie kaip ASTM E8/E8M, ASTM E92, ISO 6892-1, ir ISO 6508 užtikrinti kietumo verčių nuoseklumą ir palyginamumą įvairiose laboratorijose ir pramonės šakose.
Šių standartų laikymasis sumažina matavimo skirtumus, tokiu būdu sustiprinant kokybės kontrolę ir didinant pasitikėjimą medžiagų eksploatacinių savybių duomenimis.

4. Konversija tarp kietumo skalių

Kietumo verčių konvertavimas tarp Brinelio (Hb), Rockwell (Hr), ir Vickersas (HV) svarstyklės yra labai svarbios palyginant medžiagų savybes naudojant skirtingus bandymo metodus.

Nors šiose svarstyklėse naudojami skirtingi metodai, inžinieriai remiasi empiriniais santykiais, konvertavimo formules, ir standartizuotos lentelės, skirtos tiksliai išversti kietumo reikšmes.

Šiame skyriuje, Mes gilinamės į principus, metodikos, ir iššūkius konvertuojant kietumo vertes tarp šių skalių.

4.1 Konversijos principai

Kietumo konvertavimo esmė yra matematiniai ryšiai, gauti iš gausių eksperimentinių duomenų.

Tyrėjai nustatė empirines koreliacijas tarp HB, Hr, ir HV vertes, išbandant įvairias medžiagas standartizuotomis sąlygomis.

Šie ryšiai suteikia apytikslius atitikmenis, tokių kaip:

• Pavyzdys: Kietumo vertė 200 Hb dažnai atitinka apie 30 HRC ir apytiksliai 350 HV daugeliui plienų.

Inžinieriai naudoja šiuos konversijos ryšius siekdami užtikrinti, kad medžiagos atitiktų reikiamas specifikacijas, net jei naudojami skirtingi tyrimo metodai.

Svarbu pažymėti, kad šios konversijos yra apytikslės; tokie veiksniai kaip medžiagos sudėtis, grūdų struktūra, ir bandymo sąlygos gali turėti įtakos konversijos tikslumui.

4.2 Konversijos metodikos

Gamintojai ir inžinieriai naudoja keletą metodikų kietumo verčių konvertavimui tarp skirtingų skalių:

Tiesioginės konversijos formulės:
Kai kurios perskaičiavimo formulės yra susijusios su išmatuotais įdubimo matmenimis ir taikomomis apkrovomis. Nors šios formulės yra naudingos, jie dažniausiai būna specifiniai medžiagai.
Pavyzdžiui, empirinė lygtis gali susieti HB su HR reikšmėmis taip:

HRC≈0,0025 × HB+10

Tačiau, tokios formulės paprastai yra apytikslės ir turėtų būti taikomos atsargiai.

• Konversijų lentelės ir grafikai:
  Standartizuotose lentelėse ir grafinėse diagramose pateikiama greita nuoroda, kaip konvertuoti kietumo vertes.
  Šie įrankiai kaupia eksperimentinius duomenis ir pateikia tipinius konversijų diapazonus. Pavyzdžiui, konvertavimo lentelė gali nurodyti:

• • 200 Hb ≈ 30 HRC
  • 250 Hb ≈ 35 HRC
  • 350 HV dažnai lygiuojasi su panašiu kietumo lygiu kaip 30 HRC įprastuose plienuose.

• Programinės įrangos įrankiai:
  Pažangi medžiagų inžinerijos programinė įranga gali automatiškai konvertuoti kietumo reikšmes tarp skalių, naudodama dideles eksperimentinių rezultatų duomenų bazes.
  Šis metodas pagerina tikslumą ir supaprastina kokybės kontrolės procesus gamybos aplinkoje.

4.3 Kietumo konvertavimo iššūkiai

Nepaisant to, kad yra konvertavimo įrankių, išlieka keletas iššūkių:

• Įgimtas kintamumas:
  Skirtingi kietumo bandymo metodai lemia rezultatų skirtumus dėl įdubos geometrijos skirtumų, įkelti programą, ir mėginio paruošimą.
  Šis kintamumas gali turėti įtakos konversijos tikslumui.
• Empirinė prigimtis:
  Konversijos lygtys ir lentelės gaunamos iš empirinių duomenų, Tai reiškia, kad jie gerai tinka standartinėms medžiagoms, bet gali būti ne tokie tikslūs medžiagoms, turinčioms unikalią mikrostruktūrą ar apdorojimo istoriją.
• Medžiagai būdingi veiksniai:
  Konversijos santykis tarp kietumo skalių įvairiose medžiagose gali labai skirtis.
  Pavyzdžiui, daug anglies turinčio plieno konversija gali skirtis nuo aliuminio lydinių konversijos, todėl reikia būti atsargiems taikant apibendrintas formules.

4.4 Duomenimis pagrįstos įžvalgos

Iliustruoti, apsvarstykite šią tipinio plieno perskaičiavimo lentelę: