Při řešení kvality materiálu je důležitým parametrem tvrdost materiálu, a to jak pro kontrolu kvality, tak pro vývoj nových slitin či další úkoly v oblasti výzkumu materiálů.
V tomto příspěvku zodpovíme některé klíčové otázky o tvrdosti materiálu a podíváme se na to, jak se provádí měření při zkouškách makrotvrdosti a mikrotvrdosti. Dále se zde dočtete o jednoduchém softwarovém průvodci, který usnadňuje zkoušky mikrotvrdosti podle metod Vickers a Knoop.
Co je to tvrdost?
Tvrdost udává, jak dobře daný materiál odolává deformaci, tj. rozměrovým nebo tvarovým změnám způsobeným fyzikálními silami. Schopnost objektivně měřit a porovnávat tvrdost materiálů je klíčová pro volbu správného materiálu pro daný způsob použití.
Jak se tvrdost zkouší?
Tvrdost se měří pomocí zkoušky, při níž se do povrchu materiálu určitou silou a na standardizovanou dobu zatlačí indentor. Tuto zkoušku lze využít pro širokou škálu materiálů, jako jsou různé kovy či slitiny, keramika, polymery a fólie.
Zkouška makrotvrdosti vs. zkouška mikrotvrdosti: V čem je rozdíl?
Obecně řečeno platí, že větší vzorky se testují pomocí zkoušky makrotvrdosti, zatímco menší vzorky pomocí zkoušky mikrotvrdosti. Obojí typ zkoušky se provádí podle mezinárodních norem – např. ISO (Mezinárodní organizace pro normalizaci) nebo ASTM (American Society for Testing and Materials).
Uveďme si přehled obou metod:
1. Zkouška makrotvrdosti
Při zkoušce makrotvrdosti se měří tvrdost materiálu ve větším měřítku pod velkým zatížením – zpravidla přes 1 kg nebo zhruba 10 newtonů (N). Kontroloři tuto zkoušku využívají u materiálů a vzorků, které jsou dostatečně rozměrné a pevné, aby tomuto velkému zkušebnímu zatížení odolaly.
Příkladem jsou materiály či prvky používané v automobilovém, leteckém, stavebním, zpracovatelském a kovozpracujícím průmyslu.
2. Zkouška mikrotvrdosti
Při zkoušce mikrotvrdosti se měří tvrdost materiálu v mikroskopickém měřítku při menším zatížení (obvykle pod 10 N). Kontroloři tuto zkoušku využívají u materiálů a vzorků, které jsou malé a tenké a vyžadují tedy přesné měření v mikroměřítku, anebo by nevydržely zkoušku makrotvrdosti.
Příkladem jsou tenké povrchové vrstvy a povlaky, malé součástky a pokovené povrchy. Tato metoda poskytuje zásadní vhled do mikrostrukturních vlastností daného materiálu, takže se často používá při analýze poruch, v materiálovém výzkumu a při kontrole kvality ve výrobě.
Porovnání zkoušek mikrotvrdosti: Metody Vickers vs. Knoop
Při zkoušce mikrotvrdosti je do povrchu vzorku po předepsanou dobu vtlačován diamantový indentor, a to definovanou silou. Zkouška se provádí metodou Vickers nebo Knoop. Uveďme si hlavní rozdíly mezi oběma metodami:
1. Zkouška mikrotvrdosti metodou Vickers
Při zkouškách mikrotvrdosti metodou Vickers je indentorem diamant ve tvaru jehlanu o čtvercové podstavě s vrcholovým úhlem 136°. Díky čtvercovému tvaru je metoda Vickers vhodná pro menší kulaté vzorky.
Zkouška mikrotvrdosti prováděná metodou Vickers
2. Zkouška mikrotvrdosti metodou Knoop
V případě zkoušky mikrotvrdosti metodou Knoop má indentor tvar rozšířené pyramidy. Poměr jeho délky k šířce je 7:1 a úhel je 172° na dlouhé hraně resp. 130° na krátké hraně. Díky tomuto obdélníkovému tvaru je metoda Knoop vhodnější pro malé podlouhlé vzorky.
Při metodě Knoop vznikají malé mělké vtisky, takže je vhodnější pro tenké vzorky, jako jsou fólie, a také v případě vtisků v malé rozteči nebo vtisků blízko k okrajům vzorku. Zatížení je také zpravidla menší než u metody Vickers, což je vhodné pro křehké vzorky.
Zkouška mikrotvrdosti prováděná metodou Knoop
Pozorování a měření vtisku pomocí mikroskopu
Po vytvoření vtisku při zkoušce mikrotvrdosti je třeba vtisk prostudovat a proměřit s použitím mikroskopu. Výsledkem měření je míra tvrdosti, které udává odolnost vzorku vůči deformaci materiálu při konstantním zatížení tlakem.
Míra tvrdosti vychází z měření provedeného na vtisku vzniklém v povrchu vzorku; působící sílu vydělíme plochou vtisku, čímž získáme hodnotu tvrdosti v kilogramech na milimetr čtvereční (kgf/mm²).
- Při zkoušce metodou Vickers se měří obě úhlopříčky vtisku a k výpočtu tvrdosti se použije jejich průměr.
- Při zkoušce metodou Knoop se k výpočtu tvrdosti používá délka vtisku v jeho delší ose.
Speciální softwarový průvodce při zkoušce mikrotvrdosti
Pro zjednodušení procesu měření jsme vytvořili speciálního softwarového průvodce. Naše řešení na míru PRECiV™ pro zkoušky mikrotvrdosti umožňuje určit míru tvrdosti metodou Vickers i Knoop.
K výběru řešení pro zkoušku mikrotvrdosti slouží průvodce pro rozlišování materiálů v pravém okně nástrojů v softwaru PRECiV. Průvodce vás povede celým postupem měření podle metody Vickers nebo Knoop.
Vypočtěte tvrdost vzorku a hloubku vtisku pomocí speciálního řešení pro zkoušky mikrotvrdosti v softwaru PRECiV.
Po dokončení měření se výsledky zobrazí v sekci výsledků v okně softwaru. Zde naleznete tvrdost, délku úhlopříček a souřadnice jejich průsečíku. V sekci průvodce vpravo se dále zobrazí statistika měření.
Tlačítkem pro uložení výsledků je možné exportovat data a parametry specifické pro daný vzorek přímo jako sešit aplikace Excel nebo jako soubor kompatibilní s touto aplikací.
Podívejte se na celý postup v následujícím videu! Neváhejte se obrátit na náš tým s případnými dotazy nebo si domluvte předvedení tohoto postupu měření.
Související obsah
Video: Představení softwaru PRECiV 2.1: Revoluce v obrazové analýze
