Stal jest jednym z najpowszechniej stosowanych materiałów budowlanych i konstrukcyjnych. Wielu konstrukcjom stalowym stawiane są ogromne wymagania, dlatego muszą być niezawodne. Jakość i trwałość tego materiału jest wyrażana na wiele sposobów, a jednym z nich jest twardość stali. O czym świadczy ten parametr i jak go obliczyć?
Co to jest twardość stali?
Twardość stali i samo pojęcie, mogą być wyrażane na kilka sposobów, a do obliczenia stosuje się różne metody badawcze. Jest to też wartość bardzo ogólna i nie zawsze uznawana za istotną z punktu widzenia konstruktorów. Jednak porównanie tego parametru dla konkretnych materiałów może odpowiedzieć na wiele pytań dotyczących jakości danej próbki.
W zależności od punktu widzenia, twardość stali można zdefiniować inaczej. W teoretycznej definicji naukowej i w przemyśle metalowym jest to opór materiału na odkształcenia stałe, który wyraża się w specjalnie stworzonej skali. Konstruktorzy w tej wartości znajdą współczynnik odpowiedzialny za szybkość zużycia konstrukcji. Warto zaznaczyć, że twardość trudno jest wyrazić w bezwzględnych wartościach, a możliwe jest jedynie porównanie ze sobą wyników uzyskiwanych za pomocą konkretnych metod badawczych.
Metody badania twardości stali
Istnieje wiele metod badania twardości stali, jednak tylko kilka stosuje się dla wszystkich materiałów. Już na początku XX wieku opracowano metodę inżyniera Johana Brinella, nazwaną później od jego nazwiska. Polega ona na przyłożeniu do materiału kulki z węglika spiekanego o średnicy 1 mm lub wielokrotności. Następnie kulkę obciąża się poprzez docisk i bada odkształcenia na powierzchni za pomocą mikroskopu z podziałką. Metoda okazała się jednak dosyć wolna i nie dawała powtarzalnych wyników.
Kilkanaście lat później opatentowano metodę Rockwella, w której zamiast kulek niszczących próbkę, zastosowano normatywny stożek diamentowy. Po przeprowadzeniu próby na przedmiocie pozostaje jedynie niewielki punkt, a samo badanie przebiega bardzo szybko. Pozwalało to zastosować badania nawet na każdym pojedynczym produkcie. Od skali Rockwella pochodzi oznaczenie HRC, które często stosowane jest przy określeniu twardości ostrzy noży.
Obecnie w laboratoriach stosowana jest metoda Vickersa, w której diamentowy element dociskowy ma kształt czworobocznego foremnego ostrosłupa. Po powstaniu zagłębienia w próbce mierzy się przekątne powstałego odcisku. Ta metoda uznawana jest za najbardziej precyzyjną.
Dlaczego parametr twardości stali ma znaczenie?
Stal wykorzystywana do wielu różnorodnych zadań i często pożądane są nieco inne cechy tego materiału. W elementach poddawanych formowaniu plastycznemu potrzebne są miękkie wytopy. Z kolei duża twardość stali jest wymagana przy tworzeniu konstrukcji nośnych i mających zapewnić długą żywotność. Porównanie ze sobą konkretnych parametrów twardości stali pozwala lepiej dobrać gatunek materiału do określonych zadań. Trzeba jednak pamiętać, że wartości muszą być pobrane za pomocą tej samej metody badawczej.
