Het testen van de hardheid van elk materiaal is van het grootste belang voor de toepassingen. Zonder de hardheid te bepalen, zou het onverstandig zijn om het materiaal te gebruiken. De hardheid bepaalt veel andere eigenschappen van materialen. Er zijn echter verschillende soorten hardheidstesten beschikbaar.
Elk van deze hardheidstesten varieert in de manier waarop ze de hardheid meten. Dit maakt het selectieproces erg ontmoedigend en lastig. Als je echter begrijpt hoe deze testen werken, wordt het een stuk overzichtelijker. Toch? Fabrikanten gebruiken er een paar, afhankelijk van hun behoeften. Laten we elk van deze testen bespreken.
Overzicht van hardheid en het testen ervan
Voordat we beginnen, vraag je je toch af waarom we de hardheid van het materiaal moeten meten? Deze meting brengt ons er immers toe om deze verschillende testen te bespreken. Het meten van de hardheid is cruciaal bij het selecteren van materiaal voor je project. Maar wat is hardheid zelf?
Hardheid is het vermogen van een materiaal om kracht of vervorming te weerstaan. Dat is een typische definitie uit een woordenboek. Maar in het dagelijkse leven zien we het als het vermogen van een materiaal om slijtage te weerstaan. Het bepaalt hoe goed of sterk een materiaal is. Hardheid geeft de duurzaamheid van materialen aan.
Laten we het belang van hardheidsmeting eens bespreken. Het testen en kennen van de hardheid geeft ons een waardevol inzicht in het materiaal. Het vertelt ons of een materiaal duurzaam zal zijn of geschikt voor een specifieke toepassing. Houd er rekening mee dat deze stijfheid veel andere eigenschappen van materialen beïnvloedt. Stijve materialen zijn bijvoorbeeld bestand tegen slijtage.
Het kan gemakkelijk stress verdragen en breekt niet gemakkelijk. Omgekeerd zijn materialen met minder hardheid zwak en gevoelig voor slijtage. Daarom is het essentieel om de hardheid te meten. Het geeft aan hoe sterk een materiaal zal zijn tijdens het gebruik. Het kennen van een hardheid helpt ingenieurs om andere eigenschappen van het materiaal in te schatten.
Verschillende soorten hardheidsmeters
Ik weet zeker dat je nu een beter idee hebt waarom hardheid testen zo belangrijk is. Laat me nog iets verklappen: er zijn verschillende hardheidstesten. Ze gebruiken allemaal verschillende gereedschappen of machines om de test uit te voeren. Om ze te gebruiken moet je hun manier van werken kennen.
Hier is de lijst met de meest voorkomende hardheidstests:
- Rockwell hardheidstest
- Brinell hardheidstest
- Vickers-hardheidstest
- Knoop hardheidstest
- Leeb hardheidstest
- Shore hardheid test
- Webster hardheidstest
Elk van deze tests heeft specifieke specificaties. Laten we ze eens bekijken en zien hoe ze werken.
1- Rockwell hardheidstest
De Rockwell hardheidstest is betrouwbaarder en wordt veel gebruikt. Een gespecialiseerde Rockwell hardheidsmeter wordt gebruikt in het testproces. Het te testen materiaal ondergaat de kracht of belasting. Het indringlichaam is een kritisch machineonderdeel dat het werkstuk belast.
Bij de Rockwell test worden twee belastingen gebruikt. De eerste belasting is over het algemeen lager of minder zwaar. De tweede is intensiever en hoger (zwaarder). De operator zal bijvoorbeeld de eerste kracht van 10 kg via het indringlichaam op het werkstuk uitoefenen. Deze belasting zal enige penetratie op het oppervlak van het materiaal veroorzaken, toch?
De operator meet de diepte die het indringlichaam creëert. Als dat gebeurd is, wordt de tweede kracht op het materiaal uitgeoefend. Maar deze tweede belasting zal intenser en hoger zijn dan de eerste. Als de eerste 10 Kgfde tweede zou 60 zijn Kgf. Deze belasting van 60 Kgf creëert meer diepte en penetratie.
De operator meet opnieuw de diepte die door de tweede lading wordt gecreëerd. Vervolgens vergelijkt hij de diepte die door de twee belastingen is gecreëerd. Deze vergelijking geeft de hardheidswaarde. Dit type test is over het algemeen geschikt voor harde metalen en legeringen. Onthoud dat er verschillende Rockwell testschalen beschikbaar zijn die ideaal zijn voor het testen van verschillende materialen.
Je bent misschien in de war over de belasting en de waarde ervan. Over het algemeen zijn deze eerste en tweede belasting afhankelijk van de Rockwell-schaal die we hebben gebruikt. Deze schaal is verschillend voor verschillende materialen. Gewoonlijk blijft de eerste (kleine) belasting hetzelfde. De tweede of significante belasting varieert. Hier is de tabel met schalen en belastingen:
| Rockwell-schaal | Kleine belasting | Grote belasting |
| Rockwell A (HRA) | 10 Kgf | 60 Kgf |
| Rockwell B (HRB) | 10 Kgf | 100 Kgf |
| Rockwell C (HRC) | 10 Kgf | 150 Kgf |
2- Brinell-hardheidstest
De Brinell hardheidstest is niet nieuw en wordt al tientallen jaren gebruikt. Bij deze test wordt kracht uitgeoefend op het materiaal door middel van stalen of hardmetalen kogels. Deze carbide kogel wordt gebruikt in het indringlichaam. Er wordt een sterke kracht van minstens 3000 kilogram uitgeoefend op het oppervlak van het materiaal.
Deze extreme kracht creëert een inkeping of diepte. Het meten van deze diepte geeft de Brinell hardheid. Het is niet zo eenvoudig als het klinkt. Veel factoren bepalen de uiteindelijke Brinell hardheid van een materiaal. Deze omvatten de verblijftijd, de uitgeoefende kracht, de gecreëerde diepte, enz.
Wat ik goed vind aan de Brinell hardheidstest is dat het een enkele hardheidswaarde geeft voor materialen. In tegenstelling tot de Rockwell test zijn er niet meerdere hardheidsschalen in de Brinell test. Het enige wat je hoeft te doen is een monster op de houder leggen. Pas de kracht toe en voer eenvoudige berekeningen uit. Hier is de lijst met Brinell-hardheden van sommige materialen.
| Materiaal | Brinell hardheidsgetal (BHN) |
| Naaldhout (bijv. grenen) | 1,6 HB |
| Zuiver aluminium | 15 HB |
| Koper | 35 HB |
| Zacht staal | 120 HB |
| Rheniumdiboride | 4600 HB |
HB in de tabel geeft de "Hardheid Brinell" aan. De naam van deze test is een soort eerbetoon aan de uitvinder, Dr. Johan August Brinell. Een verscheidenheid aan Brinell testmachines zijn beschikbaar en hun prijs varieert. Over het algemeen is deze test geschikt voor dikke en sterke materialen omdat er extreme kracht op wordt uitgeoefend.
3- Vickers-hardheidstest
Deze test werd uitgevonden in 1924. Hij verschilt een beetje van andere methoden omdat hij niet let op de diepte die op het oppervlak van het materiaal wordt gecreëerd. In plaats daarvan gaat het meer om de grootte van de indrukking. Ik zal deze test in meer detail uitleggen. De Vickers hardheidsmachine bestaat uit een indringlichaam met een piramidevormige diamantvorm.
De operator oefent kracht uit op het oppervlak van het materiaal met dit piramidevormige diamantindringlichaam. Deze kracht creëert een inkeping op het oppervlak van het werkstuk van het materiaal. Nu meten de fabrikanten de afmetingen van deze indrukking. Onthoud dat deze indrukking een ruitvorm heeft, net als de vorm van een indringlichaam.
Deze test wordt ook gebruikt voor kleine stukken en onderdelen, dus de inkepingen kunnen klein zijn. Daarom gebruiken operators microscopen om de grootte van de indrukking te analyseren. Zodra de indrukking is gemeten, worden de waarden in de formule gezet, die verschillende parameters bevat.
Deze formule en berekening geven de gebruiker de nauwkeurige hardheid van het materiaal. Net als de Brinnel test maakt deze methode gebruik van een enkele schaal, waardoor het voor leken eenvoudig is om het resultaat te begrijpen. Omdat het gaat om het meten van de grootte van kleine inkepingen, wordt het ook wel een microhardheidsmeter genoemd.
4- Knoop hardheidstest
Deze test lijkt tot op zekere hoogte op de hardheid van Vickers. Het maakt gebruik van een diamanten indringlichaam met een langwerpige, rhomboëdervorm om een langwerpige indruk te maken. Over het algemeen is deze test geschikt voor kleine materialen. De operator observeert de diamantvormige indruk met behulp van een microscoop.
Eerst wordt het materiaal op de houder van de machine geplaatst. Er wordt een kleine kracht van ongeveer 1 kg of minder uitgeoefend. Deze kracht creëert een langwerpigere inkeping. De operator meet dus niet de hele grootte van de inkeping. In plaats daarvan meet hij de lange diagonale lengte en analyseert en berekent hij.
Houd er rekening mee dat deze Knoop test de hardheid berekent aan de hand van een formule. Wat ik goed vind aan deze test is dat het de hardheid van dunne, kleine en broze materialen kan testen. Over het algemeen gebruiken alle andere hardheidstesten een hoge kracht waardoor het materiaal geneigd is te breken. Maar deze Knoop test werkt met een zachte kracht.
Snel hoogtepunt: Het verschil tussen de Knoop en Vickers test zit in de vorm van het indringlichaam. De Vickers test maakt gebruik van een piramidevormig diamanten indringlichaam. De Knoob test gebruikt daarentegen een langwerpig indringlichaam. In tegenstelling tot de Vickers test meet de operator alleen de lange diagonale lengte.
5- Leeb hardheidstest
De Leeb test onderscheidt zich van alle andere hardheidstesten. De reden hiervoor is dat deze gebaseerd is op de terugkaatssnelheid van de kogel (indringlichaam). Als indringlichaam wordt een harde kogel van wolfraamcarbide gebruikt. De machine die voor deze test wordt gebruikt is compact en draagbaar.
De machine lanceert of drijft de harde kogel of indringer op het oppervlak van het materiaal tijdens het testen. De indringers raken het oppervlak en keren terug. De machines meten de terugkaatssnelheid van de kogel na de inslag. Na de botsing met het oppervlak controleren ze ook hoe snel en ver de kogel (indringlichaam) ging.
Het berekenen en analyseren van deze meting geeft een nauwkeurige hardheid van het materiaal. Deze test is dus gebaseerd op de terugkaatssnelheid van de bal nadat hij het materiaal heeft geraakt. Hoe stijver het oppervlak, hoe sneller de bal terugkaatst en omgekeerd. Deze Leeb hardheidstest is geschikt voor zware metalen die meer dan 5 kg wegen. De nauwkeurigheid is niet betrouwbaar als je een klein werkstuk gebruikt.
6- Shore hardheidstest
Deze test is eenvoudig uit te voeren. De naam is een eerbetoon aan Albert Shore, die als eerste de durometer maakte. Deze durometer bestaat uit ronde inkepingen en wordt gebruikt om de test uit te voeren. In tegenstelling tot andere testen is deze Shore test geschikt voor zachte materialen zoals kunststoffen en rubbers.
Laten we eens bespreken hoe deze hardheidstest werkt. Eerst lanceert of drijft de durometer het indruklichaam, dat het oppervlak van het materiaal raakt en naar binnen gaat. Nu controleert het apparaat hoe diep de (ronde) indrukkers in het materiaal zinken. De diepte waarop de indrukkers zinken wordt gebruikt om de hardheid te berekenen.
Als het indringlichaam niet diep gaat, is dat een duidelijk teken van hardheid. Als het indringlichaam daarentegen diep in het materiaal gaat, betekent dit dat het materiaal zacht is. Er bestaat een shore schaal die de exacte hardheid van het materiaal aangeeft. Onthoud dat er twee shore-schalen zijn en dat hun namen als volgt zijn:
- Kust A
- Kust D
De Shore A-schaal wordt gebruikt om de hardheid van zachte, flexibele materialen te meten. Shore D daarentegen is geschikt voor harde materialen. Onthoud dat met hard geen metaal wordt bedoeld. In plaats daarvan duidt het op gehard rubber of kunststof. Deze test werkt niet op complexe, stijve materialen zoals metaal en legeringen.
7- Webster hardheidstest
Zoals ik al eerder zei, is de shore test alleen geschikt voor zachte materialen. Maar ik heb deze Websterhardheidstest meegenomen als je de hardheid van harde materialen wilt controleren. Dit kan aluminium, messing of andere metalen zijn. De Webster tester lijkt op een tang en klemt het te testen materiaal vast.
Zodra het materiaal is vastgeklemd, knijpt de operator in de handgreep van het Webster apparaat. Door het knijpen ontstaat er een kracht die het indringlichaam op het materiaaloppervlak duwt. Door deze druk creëert het indringlichaam een inkeping op het materiaaloppervlak. De operators controleren en analyseren deze indrukking, die de hardheid van het materiaal aangeeft.
Deze Webster tester is handheld en de gebruiker houdt hem in de hand terwijl hij het materiaal test. Wat ik zo leuk vind aan deze test is dat hij snel en gemakkelijk uit te voeren is. Iemand met weinig ervaring en minimale technische kennis kan dit uitvoeren. Bovendien is deze Webster tester relatief goedkoop, een groot pluspunt.
Conclusie
Zoals ik hierboven al zei, is het essentieel om de hardheid van het materiaal te kennen. Het helpt bij het juiste gebruik van verschillende materialen om producten te maken. Er zijn echter verschillende hardheidsmeters beschikbaar. Hun werking, gebruik en opvallende kenmerken verschillen van elkaar.
Ingenieurs en fabrikanten gebruiken één type afhankelijk van het materiaal dat ze willen testen. Een shore test zou bijvoorbeeld het beste zijn als ze zacht materiaal moeten testen. Op dezelfde manier zijn de Rockwell- of Brinell-tests geschikt voor het controleren van stijve materialen.