Twardość - miara umowna, określa odporność materiału na powstanie odkształcenia trwałego (plastycznego) wskutek oddziaływania na jego powierzchnię innego twardszego

przedmiotu - wgłębnika.

Metody pomiaru twardości dzielą się na:

• statyczne: polegają na powolnym wciskaniu wgłębnika w materiał przy działaniu stałej lub stopniowo wzrastającej siły do określonej wartości

• dynamiczne: polegają na uderzeniowym oddziaływaniu twardego elementu na powierzchnię badanego materiału, są mniej dokładne i mniej jednoznacznie określone w porównaniu do metod statycznych, używane są rzadziej.

Zalety i wady metod pomiaru twardości

Metoda Brinella:

Zalety:

- możliwość pomiaru twardości materiałów niejednorodnych

- stosowanie jednej skali wartości

Wady:

- metoda nie nadaje się do pomiarów bardzo twardych materiałów

- nie nadaje się do badania małych przedmiotów i przygotowanych powierzchni, gdyż zostawia duże odciski

- znaczny czas pomiaru ze względu na pomiar średnicy odcisku

Metoda Rockwella:

Zalety:

- możliwość pomiaru twardości materiałów twardych i miękkich

- duża szybkość pomiaru i łatwość odczytu (pomiary masowe)

- metoda nie wymaga starannego oczyszczenia powierzchni

Wady: - różne skale umowne w zależności od twardości, porównywanie możliwe za pomocą tablic

- nierównomierność skal (np. 940 HV odpowiada 68 HRC, 310 HV odpowiada 31 HRC)

- nie nadaje się do badania twardości materiałów niejednorodnych ze względu na bardzo małe odciski

Metoda Vickersa:

Zalety:

- możliwość pomiaru twardości materiałów twardych i miękkich przy użyciu jednej równomiernej skali z dużą dokładnością

- wyniki nie zależą od obciążenia (nie dotyczy mikrotwardości)

- porównywalność z wynikami otrzymanymi metodą Brinella

- możliwość pomiaru przedmiotów bardzo małych i cienkich warstw utwardzonych

- praktycznie nie niszczy powierzchni (małe, płytkie odciski)

- rozszerzenie metody do pomiarów mikrotwardości

Wady:

- nie nadaje się do badania twardości materiałów niejednorodnych ze względu na bardzo małe odciski

- wymaga starannego oczyszczenia powierzchni

- znaczny czas pomiaru ze względu na pomiar przekątnych

odcisku

Twardość - cecha ciał stałych świadcząca o podatności lub odporności na odkształcenia powierzchni, zgniecenie jej lub zarysowanie, pod wpływem zewnętrznego nacisku. Twardość materiału mierzy się za pomocą sklerometru i mikrotwardościomierza. Twardość jest istotną charakterystyką materiałów konstrukcyjnych. Dla każdego z typu tych materiałów utworzono odpowiednie metody klasyfikacji i pomiarów twardości.

Twardość materiałów jest wartością pozwalającą na określenie zmian zachodzących od powierzchni w głąb materiału. Twardość materiałów polimerowych oznacza się metodą Shore'a zgodnie z normą PN-ISO 868, wgłębnikiem wg normy PN-93/C-04206. Aparat mieszczący się w dłoni (są także dokładniejsze stacjonarne przyrządy) dociska się podstawą do tworzywa minimum 10mm od krawędzi próbki.

Wgłębnik (do materiałów miękkich jak guma używany jest wgłębnik zatępiony, do twardszych - igła) wystający z podstawy, wypychany sprężyną wgniata się w materiał, przy czym ustala się równowaga między naciskiem sprężyny a reakcją tworzywa. Po ustaleniu równowagi wskazówka zatrzymuje się na odpowiednim zakresie skali wyrażonej w stopniach Shore'a (0 - 100).

Zaleca się wykonywanie pomiarów twardości twardościomierzem typu D, gdy twardość wskazana przez twardościomierz typu A wynosi ponad 90. Jeżeli twardość zmierzona za pomocą twardościomierza typu D jest mniejsza niż 20, twardość należy oznaczać twardościomierzem typu A.

Skala twardości Rockwella - zespół skal dla oznaczania twardości metali na podstawie testu dokonanego metodą Rockwella. Twardość w skali Rockwella oznacza się HR. Stosowanych jest kilka odmiennych skal, z których każda przeznaczona jest dla odmiennych stopów metali:

• Skale C i A stosuje się dla stali hartowanych.

• Skale B i F stosuje się dla stali niehartowanych i metali nieżelaznych

• Skale N i T stosuje się w przypadkach, gdy badana próbka posiada niewielkie rozmiary lub jest bardzo cienka.

Przy podawaniu twardości określanej w skali Rockwella, w symbolu uwzględnia się metodę, np. HRC dla metody C. Zakres skali Rockwella wynosi od 20 dla miękkich stopów do 100 dla stali hartowanej (najtwardsza stal - martenzytyczna - ma twardość nie większą niż 65-70 HRC).

Metoda Rockwella polega na pomiarze głębokości wcisku dokonanego wzorcowym stożkiem diamentowym o kącie wierzchołkowym 120° dla skali C, A i N lub stalowej, hartowanej kulki o średnicy 1,5875 mm (1/16") w metodach B, F i T przy użyciu odpowiedniego nacisku. Metoda ta jest łatwa w użyciu i szybka, gdyż stosuje się przy niej specjalne przyrządy, które same odczytują głębokość wgniecenia i określają twardość, bez konieczności dokonywania dodatkowych pomiarów i obliczeń. Dodatkową jej zaletą jest to, że jest ona nieniszcząca i pozostawia na badanym przedmiocie tylko niewielką skazę.

Procedurę dokonywania pomiarów metodą Rockwella opisuje Polska Norma PN-EN ISO 6508.

Skala twardości Brinella - skala oznaczania twardości metali na podstawie testu dokonanego metodą Brinella. Twardość w skali Brinella oznacza się HB i leży w zakresie od 3 do 600.

W metodzie pomiaru twardości Brinella, w próbkę metalu wciska się kulkę ze stali hartowanej lub z węglików spiekanych. Średnica kulki (1 do 10 mm), czas oraz siła docisku, zależy od rodzaju materiału i grubości próbki. Twardość HB oblicza się z zależności:

HB = siła obciążająca w kG (obecnie używa się jednostek w N) / powierzchnia odcisku w mm².

Twardość oblicza na podstawie średnic kulki i odcisku:

gdzie:

P = siła obciążająca (kgf)

D = średnica kulki (mm)

d = średnica odcisku (mm)

Metoda Brinella najczęściej stosowana jest przy odbiorze materiałów hutniczych. Procedurę dokonywania pomiarów opisuje Polska Norma PN-EN ISO 6506.

Skala twardości Vickersa - skala oznaczania twardości metali na podstawie testu dokonanego metodą Vickersa. Twardość w skali Vickersa oznacza się HV i leży w zakresie od 80 do 700.

Pomiaru twardości metodą Vickersa dokonuje się diamentowym, czworościennym ostrosłupem, o kącie rozwarcia pomiędzy ścianami 136°. Nacisk dobierany jest od 1 do 100 kilogramów siły i wykonuje się go aparatem Vickersa. Twardość oblicza się ze wzoru:

HV = siła obciążająca w kG / powierzchnia pobocznicy odcisku w mm².

Metoda Vickersa łączy w sobie cechy metody Brinella i Rockwella. Używana jest jedna skala, uniwersalna dla wszystkich klas materiałów jak w metodzie Brinella, lecz możliwe jest badania próbek bardzo cienkich jak w metodzie Rockwella. Podobnie także jak w tej ostatniej jest mało inwazyjna i nadaje się do stosowania przy badaniu gotowych wyrobów (głównie pokryć metalicznych związanych z obróbką powierzchniową jak: cyjanowanie, nawęglanie, kaloryzowanie oraz cienkich powierzchni metalicznych - platerowanie). Pomiar metodą Vickersa obdarzony jest także najmniejszą niepewnością pomiarową, mimo to odciśnięty ślad jest zazwyczaj niesymetryczny, co jest związane z anizotropowymi właściwościami metali.

Procedurę dokonywania pomiarów metodą Vickersa opisuje Polska Norma PN-EN ISO 6507