Kõvadus on materjali võime vastu panna kohalikule plastsele deformatsioonile, kui selle pinda tungib suurema kõvadusega keha. Kõvadust määratakse otsiku (indentori) toime järgi materjali pinda. Vähe deformeeruvast materjalist (teemant, kõvasulam, karastatud teras) otsik on kuuli- , koonuse- või püramiidikujuline. Kõvadust mõõdetakse otsiku sissesurumise teel. Otsikule rakendatakse küllaltki suurt koormust, mille tagajärjel materjali pind deformeerub plastselt. Pärast koormuse kõrvaldamist jääb materjali pinnale jälg. Mida pehmem on proovikeha, seda sügavamale tungib otsik ja seda suurem on jälg.

Brinelli meetod

Kõvaduse määramisel Brinelli meetodiga käsutatakse vastavat hüdraulise või mehhaanilise pressi (joon. 1.13.), mille abil surutakse uuritava materjali pinda karastatud teraskuul. Kuuli läbimõõt D on 10;5;2,5;2 või l mm, jõud F on 9,8...29430 N ehk 1.... 3000 kgf

 

Joonisel on kujutatud mehaaniline press. Katsetatav proovikeha või detail asetatakse töölauale l, tõstetakse käsiratta 10 pööramisega üles ning surutakse vastu otsikus asuvat kuuli 2. Nii antakse kuulile eelkoormus 100 kgf. Kui käivitatakse elektrimootor vabastab vastav ekstsentrik 7kangisüsteemi. Vihid 8 langevad alla ning survejõud (lõppkoormus F) antakse kangide süsteemi 5-4 kaudu edasi kuulile 2. Lõppkoormuse hoideaeg on kõvematel metallidel 8-10, pehmetel 30-60 sekundit. Pärast elektrimootori seiskamist vabastatakse käsiratast pöörates proovikeha ja mõõdetakse mikroskoobi (luubi) abil kuuli jälje läbimõõt (joon. 1.14.) täpsusega 0,05 (0,1) mm.

 

 

Seejärel leitakse keskmin läbimõõt d=D1+D2

2 Suurema täpsuse saamiseks tekitatakse katsetatavale metallile vähemalt 3 jälge ja arvutatakse nende keskmine läbimõõt.

Brinelli kõvadusarv hb arvutatakse kuulile toimiva jõu F ja tekkinud sfäärilise jälje pindala A suhtena:

 

F-jõud N,

D - kuuli läbimõõt mm,

d -jälje läbimõõt mm.

Tavaliselt käsutatakse laboratooriumides tabeleid (tabel N° 1.1), mis võimaldavad jälje keskmise läbimõõdu d ja survejõu F järgi määrata kõvadusarvu HB.

Tabel 1.1


Brinelli meetod ei ole soovitatav, kui terase kõvadus ületab 450 HB ja värvilismetallide kõvadus on 200 HB. Kõvasulami kuuliga võib mõõta kõvadusi kuni 650 HB. Sel juhul käsutatakse tähistust HBW.

Seega ei katsetata Brinelli meetodiga suure pinnakõvadusega karastatud teraseid. Samuti ei saa Brinelli pressil katsetada suuremõõtmelisi ja väikseid detaile, õhukest lehtmetalli ja mittemetalle. Brinelli kõvadusarvu HB järgi võib ligikaudselt hinnata katsetatud materjali tõmbetugevust ob empiiriliste seostega:

väikese süsiniku sisaldusega terased Rm~0,36 HB

malmid Rm~0,12 HB


Rockwelli meetod

Selle meetodiga määratakse karastatud teraste kõvadust Rockwelli pressi (joon. 1.15.) abil teraskuuli jälje sügavuse järgi (joon 1.16), kui kuuli läbimõõt on 1,588 mm (1/16") ja survejõud 980 N(100 kgf), või teemantkoonusega, mille tipunurk on 120°, survejõud 580 N(60 kgf) või 1470 N (150 kgf), vastaval skaalal A, B või Cindikaatorkellal.

Joonis 1.16 Kõvaduse määramine Rockwelli meetodil.

 

Rockwelli pressil saab kõvadusarvu HR lugeda otse seadmel olevalt indikaatorilt 6. Indikaatoril on kaks skaalat - punane ehk B-skaala ja must ehk C-skaala. B-skaalat käsutatakse pehmete metallide (karastamata terased, värvilismetallid) katsetamisel teraskuuli abil. Summaarne survejõud F=100kgf (10 kgf eelkoormus + 90 kgf lõppkoormus) ehk 981 N. Kõvadusarv tähistatakse HRB. C-skaalal loetakse kõvadusarv HRC siis, kui indikaatoriks on teemantkoonus ja summaarne survejõud F = 10 + 140 = 150 kgf (1471 N). Seda skaalat rakendatakse karastatud teraste ja kõvade malmide katsetamisel.

Väga kõvade materjalide (näiteks kõvasulamid), õhukeste kõvade pindkihtide (tsementiiditud ja karastatud terased, nitreeritud terased) ja väikeste detailide kõvaduse määramiseks käsutatakse survejõudu F = 10 + 50 = 60 kgf (588 N). Sel juhul loetakse kõvadusarv samuti mustalt skaalalt, kuid tähistatakse HRA.

Kõige rohkem käsutatakse C-skaalat. Kõvasulamis indentorit võib käsutada siis, kui katsetatava metalli kõvadus HRC < 50. Rockwelli ja Brinelli kõvadusarvude vahel on seos ligikaudu 1HRC«10HB.

Täpsemad andmed saab vastavatest tabelites.

Katse teostamiseks asetatakse proovikeha või detail pressi töölauale 8 (joon. 1.15.). Käsiratast 9 pöörates tõstetakse laud üles ja proovikeha (detail) surutakse vastu indentorit 7. Käsiratast pööratakse seni, kuni proovikehale mõjuv jõud suureneb nõutava eelkoormuseni - 10 kgf (98 N). Seda näitab väike osuti, mis selleks hetkeks on pöördunud indikaatori punase täpini 5. Nüüd pööratakse indikaatori rõngast 6 ja seatakse skaala nullkriips C kohakuti suure osutiga (sõltumata käsutatavast skaalast). Seejärel rakendatakse nõutav lõppkoormus, mille hoideaeg (3..6 sekundit) reguleerib amortisaatorit 3. Järgnevalt vabastatakse proovikeha koormusest (joon. 1.15.). Skaala näit. mille köhal suur osuti nüüd peatub, näitabki kõvadusarvu HR.


Vickersi meetod

Vickersi meetod seisneb teemantpüramiidi surumises uuritava materjali pinda. Meetod võimaldab määrata nii pehmete kui ka väga kõvade metallide ja sulamite kõvadust ning sobib õhukeste metallpindade kõvaduse määramiseks.

Materjalisse surutakse Vickeri pressi abil neljatahuline püramiid, mille tahkudevaheline tipunurk on

136°, jõud 9,8 - 980 N (l - 100 kgf). Jälje diagonaali mõõdetakse Vickersi meetodil mikroskoobiga (joon. l. 17.).

 

 

Joonis 1.17 Püramiidi jälje diagonaali mõõtmise skeem

Kõvadus Vickersi meetodil arvutatakse valemiga

 

kus F -jõud kgf,

A -jälje pindala mm,

a - püramiidi tahkudevaheline nurk 136°,

d -jälje diagonaal mm.

Vickersi kõvadust tähistatakse F = 30 kgf ja koormuse kestuse 10.. 15 s korral näiteks 500 HV. Teistsugustel koormustel ja kestusel märgitakse peale tähist HV koormus ja koormamise kestus, näiteks 220 HV 10/40, s.t. Vickersi kõvadusarv 220 on määratud koormusel F = 10 kgf kestusega 40 s.
Sõltuvalt materjali paksusest ja kõvadusest käsutatakse jõudu F9,8...980 [N]. Jõud valitakse olenevalt paksusest nii, et

s > l ,2 d (terased),

s > 1,5 d (värvilismetallid).

Terase ja malmi korral F = 49.. 980 N (5... 1 00 kgf) vase ja selle sulamite korral F = 27,5... 49 N (2,5... 50 kgf), alumiiniumisulamite korral

F = 9,8..980 N ( l ..... 1000 kgf).

Lääne standardites (Saksa standard DIN 50133) määratakse Vickersi kõvadus analoogiliselt Vene GOST-is tooduga.

Mikrokõvaduse meetod
Sellega määratakse pindade, erinev^fe struktuuriosade või väikeste detailide kõvadust.

Mikrokõvaduse määramine sarnaneb Vickersi kõvaduse mõõtmisega. Indentoriks on samasugune neljatahuline teemantpüramiid tahkudevahelise nurgaga 136°



Kõvadus arvutatakse sama valemiga

H -0,189 ,

kus F -jõud N (0,05 -5 N),

d -jälje diagonaali pikkus mm.

Mikrokõvaduse mõõtmiseks katsekeha pind poleeritakse ehk valmistatakse uuritavast materjalist mikrolihv.

Shore'i meetod

Materjali kõvaduse (dünaamilise kõvaduse) määramisel ShoreM meetodiga lastakse kooniline teemandist löökotsik, mille mass on 2,3 g, 254 mm kõrguselt langeda mõõdetavale detailile. Osuti fikseerib otsiku põrkekõrguse. Skaala on jagatud 140 osaks. Kõvadust väljendatakse suhtelistes ühikutes, mis on võrdelised otsiku põrkekõrgusega ning tähistatakse Hl// (vene GOST-is) või HS DIN-is. Selliselt mõõdetud dünaamiline kõvadus ei ole otseses seoses staatilise kõvadusega. Dünaamilise kõvaduse mõõtur U/ - 4M on 4 otsikuga. Mõõteriist näitab 4 otsiku keskmist põrkekõrgust. Kõvaduse mõõtepiirkond HS arvudena on 20.... 1 00. Kõvema materjali katsetamisel saadakse suurem põrkekõrgus. Meetodit käsutatakse lakk-katete, kileisolatsioonmaterjalide ja mineraalsete dielektriliste materjalide pinnakõvaduse määramisel.

Kuznetsovi pendelmeetod

Pendelkatseseadme kangide abil surutakse teraskuulid katsetatava materjali pinnale ja pannakse seal edasi-tagasi veerema pendli võnkumise toimel.Pendli võnkumine sumbub kiiremini pehmete materjalide pindade purunemise tõttu kuulide veeremisel. Pendli võnkumise kestus sekundites võimaldab võrrelda materjalide suhtelist pinnakõvadust. Meetodit käsutatakse elektrotehnikas habraste dielektriliste materjalide (klaasi, keraamika) pinnakõvaduse määramiseks.