Tabele twardości stali - Brinella HB, Vickersa HV i Rockwella HRC
Badanie twardości stali to istotna czynność w wielu branżach, od tego, jaką twardość ma stal, zależą możliwości jej wykorzystania.
Poznaj metody pomiaru twardości stali i to, w jaki sposób powinieneś stosować gotowe tabele twardości stali określone według prób Brinella HB, Vickersa HV oraz Rockwella HRC.
Metody pomiaru twardości stali
Istnieje kilka konkurencyjnych metod pomiaru twardości. Najstarszą jest metoda Brinella HB (H-hardness – twardość, B – Brinell, w normach używa się obecnie określenia HBW wprowadzonego wraz z zastosowaniem kulki z węglików). Badanie twardości tą metodą polega na wciskaniu w stalową powierzchnię kulki ze stali hartowanej, a następnie pomiarze, jak duże wgniecenie powstało w badanym materiale. Twardość Brinella oblicza się ze wzoru HB = P/F [kG/mm²], gdzie P oznacza nacisk a F powierzchnię wgłębienia (mierzy się średnicę a F=π(d/2)²). Tą metodą bada się twardość materiałów do 500 kG/mm², gdyż powyżej tej wartości także wciskana kulka ulega odkształceniom, uniemożliwiając osiągnięcie prawidłowych wyników.
Badanie twardości metodą Vickersa HV polega na wciskaniu w stal diamentu w kształcie piramidy (kąt 136° między przeciwległymi ścianami). Wgniecenie ma kształt kwadratowy a dzięki doborowi siły nacisku (1-120 kG – kilogram-siła) możliwe jest badanie nawet bardzo cienkich materiałów (do setnych milimetra). Twardość Vickersa określa się ze wzoru HV= P/F [kG/mm²], gdzie P oznacza nacisk a F powierzchnię wgłębienia.
Badanie twardości metodą Rockwella HRC polega na wciskaniu w materiał stożka diamentowego (kąt wierzchołkowy 120°) albo kulki stalowej. Wartość w skali do głębokości wnikania w materiał mierzona od razu czujnikiem. Skala Rockwella występuje najczęściej w trzech wersjach:
- skala Rockwella HRA – używana jest do pomiarów stali hartowanej, wykorzystuje stożek diamentowy i nacisk 60 kG;
- skala Rockwella HRB – używana jest do pomiarów miękkich stali i metali nieżelaznych oraz ich stopów – stosowana jest kulka stalowa i obciążenie 100 kG;
- skala Rockwella HRC – używana do pomiarów twardych stali – stożek diamentowy i obciążenie 150 kG.
Ze względu na to, że w metodzie Rockwella zastosowany jest kompletny przyrząd pomiarowy pokazujący od razu wynik, jest ona najczęściej stosowana do kontroli gotowych wyrobów zarówno wykonywanej ręcznie, jak i w procesach zautomatyzowanych.
Opisane powyżej metody pomiaru twardości są metodami statycznymi. Oprócz nich stosowane są również metody dynamiczne takie jak na przykład metoda Shore’a polegająca na spuszczaniu specjalnego bijaka z określonej wysokości na materiał, który chcesz zbadać. Natomiast w pomiarach twardości metodą Leeba mierzy się odbicie sprężyste – dokonując pomiaru utraty prędkości (energii) przez specjalny bijak.
Tabela twardości Brinella HB
| Twardość Brinella HB | Wytrzymałość na rozciąganie Rm [N/mm²] |
| 181 | 610 |
| 195 | 660 |
| 209 | 705 |
| 228 | 770 |
| 238 | 800 |
| 252 | 850 |
| 257 | 865 |
| 261 | 880 |
| 266 | 900 |
| 271 | 915 |
| 276 | 930 |
| 280 | 950 |
| 295 | 995 |
| 304 | 1030 |
| 314 | 1060 |
| 323 | 1095 |
| 333 | 1125 |
| 342 | 1155 |
| 352 | 1190 |
| 361 | 1220 |
| 371 | 1255 |
| 380 | 1290 |
| 390 | 1320 |
| 399 | 1350 |
| 409 | 1385 |
| 418 | 1420 |
| 428 | 1455 |
| 437 | 1485 |
| 447 | 1520 |
| 456 | 1555 |
Tabela twardości Vickersa HV
| Twardość Vickersa HV | Wytrzymałość na rozciąganie Rm [N/mm²] |
| 190 | 610 |
| 205 | 660 |
| 220 | 705 |
| 240 | 770 |
| 250 | 800 |
| 265 | 850 |
| 270 | 865 |
| 280 | 880 |
| 285 | 900 |
| 290 | 915 |
| 295 | 930 |
| 310 | 950 |
| 320 | 995 |
| 330 | 1030 |
| 340 | 1060 |
| 350 | 1095 |
| 360 | 1125 |
| 370 | 1155 |
| 380 | 1190 |
| 390 | 1220 |
| 400 | 1255 |
| 410 | 1320 |
| 420 | 1350 |
| 430 | 1385 |
| 440 | 1420 |
| 450 | 1455 |
| 460 | 1485 |
| 470 | 1520 |
| 480 | 1555 |
| 490 | 1595 |
| 510 | 1665 |
| 520 | 1700 |
| 530 | 1740 |
| 540 | 1775 |
| 550 | 1810 |
| 560 | 1845 |
| 580 | 1920 |
| 590 | 1955 |
| 600 | 1995 |
| 610 | 2030 |
| 620 | 2070 |
| 630 | 2105 |
| 640 | 2145 |
| 650 | 2180 |
Tabela twardości Rockwella HRC
| Twardość Rockwella HRC | Wytrzymałość na rozciąganie Rm [N/mm²] |
| 20,3 | 770 |
| 22,2 | 800 |
| 24,8 | 850 |
| 25,6 | 865 |
| 26,4 | 880 |
| 27,1 | 900 |
| 27,8 | 915 |
| 28,5 | 930 |
| 29,2 | 950 |
| 31 | 995 |
| 32,2 | 1030 |
| 33,3 | 1060 |
| 34,4 | 1095 |
| 35,5 | 1125 |
| 36,6 | 1155 |
| 37,7 | 1190 |
| 38,8 | 1220 |
| 39,8 | 1255 |
| 40,8 | 1290 |
| 41,8 | 1320 |
| 42,7 | 1350 |
| 43,6 | 1385 |
| 44,5 | 1420 |
| 45,3 | 1455 |
| 46,1 | 1485 |
| 46,9 | 1520 |
| 47,7 | 1555 |
| 48,4 | 1595 |
| 49,8 | 1665 |
| 50,5 | 1700 |
| 51,1 | 1740 |
| 51,7 | 1775 |
| 52,3 | 1810 |
| 53 | 1845 |
| 53,6 | 1180 |
| 54,1 | 1920 |
| 54,7 | 1955 |
| 55,2 | 1995 |
| 55,7 | 2030 |
| 56,3 | 2070 |
| 56,8 | 2105 |
| 57,3 | 2145 |
| 57,8 | 2180 |
Jak korzystać z tabel twardości stali?
Tabele twardości stali pozwalają na wyznaczenie wytrzymałości na rozciąganie tego materiału bez wykonywania skomplikowanych prób, które są niemożliwe do wykonania na już gotowej konstrukcji i na elementach bez ich poważnego uszkodzenia. Wykorzystywane metody pomiaru twardości pozostawiają bardzo małe ślady niemające zazwyczaj znaczenia dla wytrzymałości całego elementu stalowego. Takie podejście pozwala między innymi zbadać czy konstrukcja dachu wytrzyma obciążenie nowym cięższym poszyciem. To ważne przy remontach i renowacjach starszych obiektów, gdzie istnieją poważne obawy o wytrzymałość wielu elementów stalowych.
Po dokonaniu pomiaru najczęściej przyrządem stosującym metodę Rockwella HRC otrzymujesz natychmiast wartość twardości i z tabeli możesz odczytać wytrzymałość na rozciąganie potrzebną do dalszych obliczeń wytrzymałości całej konstrukcji lub pojedynczych elementów takich jak kątowniki, teowniki czy inne wyroby stalowe. Tego typu tabele twardości stali są bardzo przydatnym narzędziem do zastosowań przy różnego rodzaju obliczeniach. Należy pamiętać o zastosowaniu tutaj odpowiedniego marginesu bezpieczeństwa ze względu na mniejszą dokładność wyznaczenia wytrzymałości danych elementów za pomocą metody pośredniej.
