Moduł Younga (E) – inaczej moduł odkształcalności liniowej albo moduł sprężystości podłużnej (w układzie

jednostek SI) – wielkość określająca sprężystość materiału. Wyraża ona, charakterystyczną dla danego

materiału, zależność względnego odkształcenia liniowego ε materiału od naprężenia σ, jakie w nim

występuje w zakresie odkształceń sprężystych.

E = sigma\varepsilon

Jednostką modułu Younga jest paskal, czyli N/m2.

Moduł Younga jest hipotetycznym naprężeniem, które wystąpiłoby przy dwukrotnym wydłużeniu próbki

materiału, przy założeniu, że jej przekrój nie ulegnie zmianie (założenie to spełnione jest dla hipotetycznego

materiału o współczynniku Poissona υ = 0).

Wielkość została nazwana na cześć angielskiego fizyka i lekarza Thomasa Younga.

W przypadku materiału izotropowego moduł Younga powiązany jest z innymi stałymi materiałowymi:

E = 2G \cdot (1 + \upsilon)

E = 3B \cdot (1 - 2\upsilon)

E = {{3 \lambda + 2 \mu} \over {\lambda + \mu}}\mu

gdzie:

G – moduł Kirchhoffa,

υ – współczynnik Poissona,

B – moduł Helmholtza,

λ i μ – stałe Lamégo.

Twardością określa się odporność materiału na odkształcenia trwałe, które powstają pod wpływem sił

skupionych, działających na małą powierzchnię materiału, wywołanych przez wciskanie odpowiedniego

wgłębnika. Twardość nie jest stałą materiałową, a więc porównywanie twardości jest możliwe w zakresie

tylko jednej metody.

W zależności od wielkości odkształcenia spowodowanego wnikaniem wgłębnika w materiał rozróżnia się

pomiary makro- i mikrotwardości. Ważne jest aby miejsce, w którym dokonywany będzie pomiar, zostało

oszlifowane, ponieważ stan powierzchni metalu ma duży wpływ na wyniki uzyskane podczas badań

twardości. Do pomiarów makrotwardości stosuję się metody:

Brinella

Vickersa

Rockwella

Metoda Vickersa

Metoda pomiaru twardości metodą Vickersa polega na wciskaniu wgłębnika (najczęściej zrobionego ze

spieków choć zdarzają się również diamentowe) o kształcie ostrosłupa prawidłowego w próbkę metalu.

Twardość wyznacza się ze stosunku siły obciążającej wgłębnik F do powierzchni pobocznicy odcisku:

Gdy siłę F wyraża się w niutonach, wzór przybiera postać:

W praktyce twardość odczytuje się z tablic po zmierzeniu przekątnej odcisku dla zastosowanego obciążenia,

które może wynosić: 49, 98, 196, 249, 490 lub 981N. Wyniki pomiarów twardości metodą Vickersa są dla

danego materiału jednakowe, niezależnie od użytego obciążenia. Twardość podajemy w HV np. HV 250.

Metodą Vickersa łatwiej jest mierzyć twardość materiałów twardych (o twarości ok. 300-400 Hb).

Metoda Rockwella

Pomiar twardości metodą Rokwella polega na dwustopniowym wciskaniu (przy określonych warunkach) w

badaną próbkę wgłębnika w kształcie kulki stalowej (skala B, T, F) lub stożka diamentowego o kącie

rozwarcia 120 stopni (skala C, A). Miarą twardości w metodzie Rockwella jest różnica pomiędzy stałą

wartością K a głębokością odcisku h:

HR = K – h

gdzie: h – trwały przyrost głębokości odcisku

K = 130 (0,26 mm) dla kulki;

K = 100 (0,20 mm) dla stożka

Jeśli pomiar wykonany został za pomocą kulki, wtedy twardość oznacza się symbolem HRB, gdy

zastosowany został stożek – HRC. Kulka stalowa jest wykorzystywana do pomiarów twardości stali

węglowej i stopowej w stanie zmiękczonym lub normalizowanym oraz stopów metali nieżelaznych o

twardości od 35 do 100 HRB. Z kolei stożek diamentowy stosowany jest w pomiarach twardości stali

węglowej i stopowej w stanie zahartowanym i ulepszonym cieplnie oraz innych stopów o twardości od 20 do

67 HRC.

Pomiar twardości metodą Rockwella składa się z 3 etapów:

etap 1 polega na obciążeniu wgłębnika ciężarem wstępnym co powoduje wbicie się wgłebnika na

głębokość h

etap 2 polega na dociążeniu wgłębnika ciężarem głównym co powoduje przyrost głębokości do h >h

etap 3 polega na odciążeniu wgłebnika ciężarem głównym co powoduje podniesienie się wgłebnika na

głębokość h < h

Obciążenie wstępne zawsze wynosi 98N, a obciążenie główne jest zależne od badanego materiału. Zauważyć

należy także, że twardość Rockwella w skali C nie równa się twardości Rockwella w skali B pomimo takiej

samej wartości, np. HRC 25 nie jest równe HRB 25.

Pomiar twardości metodą Brinella polega na wgnieceniu w powierzchnię badanego materiału hartowanej

kulki stalowej o średnicy D pod wpływem działania prostopadle przyłożonej do próbki siły F, a po

odciążeniu na zmierzeniu średnicy d powstałego w materiale trwałego odcisku kulki.