Metallimateriaalin kykyä vastustaa kovien esineiden pinnan painautumista kutsutaan kovuudeksi. Eri testausmenetelmien ja käyttötarkoituksen mukaan kovuus voidaan jakaa Brinell-kovuuteen, Rockwell-kovuuteen, Vickers-kovuuteen, Shore-kovuuteen, mikrokovuuteen ja korkean lämpötilan kovuuteen. Putkissa on kolme yleisesti käytettyä kovuutta: Brinell-, Rockwell- ja Vickers-kovuus.
A. Brinell-kovuus (HB)
Paina tietyn halkaisijan omaavaa teräs- tai kovametallikuulaa näytepintaan määritellyllä testivoimalla (F). Määritetyn pitoajan jälkeen testivoima poistetaan ja sisennyksen halkaisija (L) näytepinnalta. Brinell-kovuusarvo on osamäärä, joka saadaan jakamalla testivoima sisennetyn pallon pinta-alalla. Yksikkönä HBS (teräskuula) ilmaistaan N/mm2 (MPa).
Laskentakaava on:
Kaavassa: F – metallinäytteen pintaan puristettu testivoima, N;
D–Teräskuulan halkaisija testiä varten, mm;
d – painumakohdan keskimääräinen halkaisija, mm.
Brinell-kovuuden mittaus on tarkempi ja luotettavampi menetelmä, mutta yleensä HBS soveltuu vain alle 450 N/mm2 (MPa) metallimateriaaleille, eikä se sovellu kovemmille teräksille tai ohuemmille levyille. Teräsputkien standardeista Brinell-kovuus on yleisimmin käytetty. Sisähalkaisijaa d käytetään usein materiaalin kovuuden ilmaisemiseen, mikä on sekä intuitiivista että kätevää.
Esimerkki: 120HBS10/1000130: Tämä tarkoittaa, että Brinell-kovuusarvo mitattuna 10 mm:n halkaisijaltaan olevalla teräskuulalla 1000 kgf:n (9,807 kN) testivoimalla 30 sekunnin (sekunnin) ajan on 120 N/mm2 (MPa).
B. Rockwellin kovuus (HR)
Rockwellin kovuuskoe on Brinellin tavoin sisennysmittausmenetelmä. Ero on siinä, että se mittaa sisennyksen syvyyttä. Toisin sanoen alkuvoiman (Fo) ja kokonaisvoiman (F) peräkkäisen vaikutuksen alaisena sisennystyökalu (teräsmyllyn kartio tai teräskuula) painetaan näytteen pintaan. Määritetyn pitoajan jälkeen päävoima poistetaan. Koevoiman mittaamiseksi käytä mitattua jäännössisennyssyvyyden lisäystä (e) kovuusarvon laskemiseen. Sen arvo on tuntematon luku, jota edustaa symboli HR, ja käytetyt asteikot sisältävät yhdeksän, mukaan lukien A, B, C, D, E, F, G, H ja K. Teräksen kovuusmittauksessa yleisesti käytetyt asteikot ovat yleensä A, B ja C, nimittäin HRA, HRB ja HRC.
Kovuusarvo lasketaan seuraavalla kaavalla:
A- ja C-asteikoilla testattaessa HR=100-e
B-asteikolla testattaessa syke on 130-e.
Kaavassa e – jäännössisennyssyvyyden lisäys – ilmaistaan 0,002 mm:n yksikössä, eli kun sisennystyökalun aksiaalinen siirtymä on yksi yksikkö (0,002 mm), se vastaa Rockwellin kovuuden muutosta yhdellä luvulla. Mitä suurempi e-arvo on, sitä pienempi on metallin kovuus ja päinvastoin.
Yllä mainittujen kolmen asteikon sovellettava soveltamisala on seuraava:
HRA (timanttikartioinjektio) 20-88
HRC (timanttikartioinnustyökalu) 20–70
HRB (halkaisijaltaan 1,588 mm teräskuulalla varustettu sisennyslaite) 20–100
Rockwellin kovuusmittaus on tällä hetkellä laajalti käytetty menetelmä, ja teräsputkien standardeissa HRC:tä käytetään toiseksi eniten Brinell-kovuuden HB jälkeen. Rockwellin kovuutta voidaan käyttää metallimateriaalien mittaamiseen erittäin pehmeistä erittäin koviin. Se korvaa Brinell-menetelmän puutteet. Se on yksinkertaisempi kuin Brinell-menetelmä ja kovuusarvo voidaan lukea suoraan kovuuskoneen kellotaululta. Pienen syvennyksen vuoksi kovuusarvo ei kuitenkaan ole yhtä tarkka kuin Brinell-menetelmällä.
C. Vickersin kovuus (HV)
Vickersin kovuuskoe on myös sisennyskoemenetelmä. Siinä painetaan testipintaan valitulla testivoimalla (F) neliönmuotoinen pyramidin muotoinen timantti-insentimen, jonka vastakkaisten pintojen välinen kulma on 1360, ja se poistetaan määritetyn pitoajan jälkeen. Voima, mittaa sisennyksen kahden diagonaalin pituus.
Vickersin kovuusarvo on koestusvoiman jakauma sisennyspinta-alalla. Sen laskukaava on:
Kaavassa: HV–Vickers-kovuustunnus, N/mm2 (MPa);
F-testin voima, N;
d – syvennyksen kahden lävistäjän aritmeettinen keskiarvo, mm.
Vickers-kovuuden mittaamiseen käytetty koevoima F on 5 (49,03), 10 (98,07), 20 (196,1), 30 (294,2), 50 (490,3), 100 (980,7) kgf (N) ja kuusi muuta tasoa. Kovuusarvo voidaan mitata välillä 5–1000 HV.
Esimerkki lausekemenetelmästä: 640HV30/20 tarkoittaa, että Vickers-kovuusarvo mitattuna 30 Hgf:n (294,2 N) koestusvoimalla 20 s:n (sekunnin) ajan on 640 N/mm2 (MPa).
Vickersin kovuusmenetelmää voidaan käyttää erittäin ohuiden metallisten materiaalien ja pintakerrosten kovuuden määrittämiseen. Sillä on Brinellin ja Rockwellin menetelmien tärkeimmät edut ja se voittaa niiden peruspuutteet, mutta se ei ole yhtä yksinkertainen kuin Rockwellin menetelmä. Vickersin menetelmää käytetään harvoin teräsputkien standardeissa.
Julkaisun aika: 03.04.2024