Hardheid

De hardheid (eng: hardness) van een materiaal is de weerstand die dit materiaal biedt tegen blijvende vervorming.

Het meten van de hardheid wordt gedaan door een voorwerp met een bepaalde kracht in een materiaal te drukken. De grootte of de diepte van de indrukking is een maat voor de hardheid. Hieronder worden vier veel gebruikte hardheidsmetingen besproken.

  • De hardheidsmeting volgens Brinell
  • De hardheidsmeting volgens Vickers
  • De hardheidsmeting volgens Rockwell
  • Hardheidsmeting met de Poldi-hamer

De hardheidsmeting volgens Brinell

Bij hardheidsmeting volgens Brinell wordt een stalen of hardmetalen kogel in het te testen materiaal gedrukt. De grootte van de indrukking is een maat voor de hardheid van het materiaal. De diameter van de indrukking wordt met behulp van een formule omgerekend tot een getal dat de "Hardheid volgens Brinell" wordt genoemd.

De diameter van de stalen kogel moet altijd worden afgestemd op het te meten materiaal. De onderzijde van het materiaal mag niet vervormen tijdens het meten. Om een duidelijke aflezing mogelijk te maken mag de indrukking niet te diep zijn. Het verschil in indrukking zou te moeilijk zichtbaar worden. Een minimum indrukking is een andere vereiste. De diameter van de indrukking moet liggen tussen de 0,2 en 0,7 maal de diameter van de kogel. Standaard diameters zijn: 1, 2,5, 5 en 10 mm.

Berekening van de hardheid volgens Brinell:

Met behulp van de diameter van de kogel, de diameter van de indrukking en de belasting op de kogel is de Brinellhardheid te berekenen.

HB = (0,102 x belasting)/oppervlakte van de indrukking

HB = 0,102 x F / A

HB = de hardheid volgens Brinell
0,102 = een omrekenfactor. Vroeger werd de kracht in kgf uitgedrukt, tegenwoordig in Newton. Om toch dezelfde Brinellhardheid te krijgen is een omrekenfactor nodig.
F = de kracht op de kogel in N
A = de oppervlakte van de indrukking in mm2

De oppervlakte A is te berekenen met de formule:

D = de diameter van de kogel

d = de diameter van de indrukking

Aanduiding van de hardheid volgens Brinell:

Aanduiding: 300 HB

Deze aanduiding wordt gebruikt om een meting aan te geven met een kogeldiameter van 10 mm, een beproevingsbelasting van 29420 N en een belastingtijd van 10-15 s. Dit is een veel gebruikte meting.

Aanduiding: 200 HBS 10/3000/15
- 200 hardheidswaarde
- HBS proef volgens Brinell uitgeveoerd met een stalen kogel
- 10 diameter van de kogel = 10 mm
- 3000 belasting (= 3000/0,102) N = 29 410 N
- 15 tijdsduur van de proef = 15 s

Aanduiding: 350 HBW 5/250/30
- 350 hardheidswaarde
- HBW proef volgens Brinell uitgevoerd met hardmetalen kogel
- 5 diameter van de kogel = 5 mm
- 250 belasting = (250/0,102) N = 2451 N
- 30 tijdsduur van de proef = 30 s

Eigenschappen van de Brinell hardheidsmeting:
  • De Brinell hardheidsmeting wordt beperkt door de vervorming van de kogel. Bij materialen harder dan 500 HB gaat de kogel vervormen.
  • Door het gebruik van een vrij grote indrukking (kogel 10 mm) is het mogelijk om van niet homogene materialen een hardheid te meten. Dit is belangrijk voor metingen aan gietijzer.
  • Er bestaat een relatie tussen de hardheid en de treksterkte. Voor staal geldt Rm = 10/3 HB. Voor aluminium geldt Rm = 0,55 HB

De hardheidsmeting volgens Vickers

Bij de hardheidsmeting volgens Vickers wordt een diamanten punt in de vorm van een rechte vierzijdige piramide in het te beproeven materiaal gedrukt. De tophoek daarvan is 136o. In het materiaal ontstaat een piramidevormige indrukking waarvan de diagonaal d wordt gemeten. Voor de hardheidsmeting volgens Vickers kan dezelfde meetopstelling gebruikt worden als voor de hardheidsmeting volgens Brinell.

De piramide maakt een De belasting op de diamant varieert tussen de 49 en 980 N. De belasting moet eerst rustig opgebouwd worden en dan 10 tot 15 seconden op volle belasting blijven. De dikte van het materiaal moet minstens 1,5 maal de diagonaal van de indrukking zijn.

De lengte van de diagonaal wordt met behulp van een meetmicroscoop opgemeten.

Berekening van de hardheid volgens Vickers:

Met behulp van de diameter van de indrukking en de belasting op de diamant is de Vickershardheid te berekenen.

HV= (0,102 x belasting)/oppervlakte van de indrukking

HV = 0,102 x F / A

HV = de hardheid volgens Vickers
0,102 = een omrekenfactor. Vroeger werd de kracht in kgf uitgedrukt, tegenwoordig in Newton. Om toch dezelfde Brinellhardheid te krijgen is een omrekenfactor nodig.
F = de kracht op de diamant in N
A = de oppervlakte van de indrukking in mm2

De oppervlakte A is te berekenen met de formule:
d = de lengte van de diagonaal
136o = de grootte van de tophoek van de pyramide

De hardheid volgens Vickers is:
Aanduiding van de hardheid volgens Vickers :
Aanduiding: 440 HV 20
- 440 hardheidswaarde
- HV symbool voor hardheid volgens Vickers
- 20 de belasting was (20/0,102) N = 196 N
- de belasting duur was tussen de 10 s en 15 s

Aanduiding: 630 HV 100/20
- 630 hardheidswaarde
- HV symbool voor hardheid volgens Vickers
- 100 belasting = (100/0,102) N = 980 N
- 20 tijdsduur van de proef = 20 s

Eigenschappen van de Vickers hardheidsmeting:
  • De Vickers hardheidsmeting kan voor zowel zeer harde als zachte materialen worden gebruikt.
  • De kleine indrukking laat een minimale beschadiging achter.
  • Het oppervlak van het te onderzoeken materiaal moet goed glad en schoon zijn.
  • Van dunne werkstukken en plaatmateriaal kan de hardheid gemeten worden.
  • Een nadeel is dat de hardheid van inhomogene materialen als gietijzer niet gemeten kan worden.

De hardheidsmeting volgens Rockwell

Bij de hardheidsmeting volgens Rockwell wordt een stalen kogel of een diamanten kegel gebruikt. Bij Rockwell wordt aan de hand van de diepte van de indrukking de hardheid bepaald. De diameter van de indrukking zoals die bij Brinell en Vickers wordt gebruikt is bij Rockwell niet van belang.

De hardheidsmeting met kogel of diamant vindt plaats in drie stappen:

  • Eerst wordt het indruklichaam met een kleine belasting een stukje in het materiaal gedrukt.
  • Voor de eigenlijke meting wordt de voorbelasting verhoogd met een grotere hoofdbelasting.
  • Tot slot wordt de hoofdbelasting opgeheven maar de voorbelasting blijft aanwezig. De elastische indrukking van de hoofdbelasting wordt hierdoor opgeheven.

Hardheids meting met stalen kogel

Voor zachte materialen wordt als indruklichaam een stalen kogel gebruikt. Deze kogel heeft een gestandaardiseerde diameter van 1,5875 mm (1/16 inch). De hardheidsschaal wordt aangegeven met een B (HRB met de B van Ball). De schaal loopt van 0 tot 130.

Hardheids meting met diamanten kegel

Voor harde materialen wordt als indruklichaam een diamante kegel gebruikt met een tophoek van 120o met een afgeronde punt. De hardheidsschaal wordt aangegeven met een C (HRC met de C van Cone). De schaal loopt van 0 tot 100.

De grootte van de belasting
De belasting is afhankelijk van het te onderzoeken materiaal en van het indruklichaam (kogel of kegel). De voorbelasting is voor beiden even groot namelijk 98,07 N. De hoofdbelasting is verschillend:

-bij een stalen kogel 882,6 N {=(90/102)N}

-bij een diamanten kegel 1 373 N {=(149/102)N}

Aanduiding van de hardheid volgens Rockwell:
Aanduiding: 90 HRB
- 90 hardheidswaarde
- HR het symbool voor hardheid volgens Rockwell
- B de gebruikte meetschaal

Eigenschappen van de Rockwell hardheidsmeting:

  • De Rockwell hardheidsmeting kan voor zowel harde als zachte materialen worden gebruikt.
  • De methode is niet geschikt voor niet-homogene materialen.
  • Het oppervlak van het te onderzoeken materiaal moet goed glad en schoon zijn.
  • De proef moet herhaald worden om meetfouten te voorkomen.

Hardheidsmeting met de Poldi-hamer

De Poldi-hamer is een eenvoudig apparaat. Het is makkelijk te vervoeren en hoeft niet in een laboratorium te staan. De hardheid van het te onderzoeken materiaal wordt vergeleken met de hardheid van een ijkstaafje in de Poldi-hamer.

Het ijkstaafje wordt voor een meting in de Poldi-hamer geschoven en bevindt zich tussen de kogel en de stempel. Vervolgens wordt de poldi-hamer op het te onderzoeken materiaal geplaats. Op de stempel wordt een klap met een hamer gegeven. De kogel geeft nu een indrukking in het werkstuk en in het ijkstaafje. Van beide indrukkingen wordt de diameter opgemeten.

Eigenschappen van de Poldi hardheidsmeting:

  • De Poldihamer is eenvoudig en niet duur.
  • De hardheid is eenvoudige te gemeten.
  • Goed hanteerbaar.
  • De meting is niet erg nauwkeurig.

Informatie verkregen van:
http://www.cybercomm.nl/~cesmetel/kennisweb/beproeving/hardheid.html