A keménység az anyagok alapvető mechanikai tulajdonsága, amely arról tanúskodik, mennyire képes ellenállni a helyi, főleg képlékeny (plasztikus) alakváltozásnak, amelyet tipikusan egy nála keményebb test behatolása okoz.
1.1. A keménységmérés jelentősége az iparban
Minőség-ellenőrzés: Egy hőkezelt alkatrész keménysége azonnal jelzi, hogy a kívánt mikroszerkezet kialakult-e (pl. edzés utáni állapot).
Kopásállóság: A magas keménység szorosan összefügg a jó kopásállósággal.
Kapcsolat más tulajdonságokkal: Főként acéloknál a keménységi értékből viszonylag pontosan megbecsülhető az anyag szakítószilárdsága ($R_m$).
2. Brinell-keménységmérés (HB) – a robusztus alap
Az eljárást Johan August Brinell svéd mérnök fejlesztette ki 1900-ban. A Brinell-vizsgálat egy arányos mérés, amely a felületi nyomás meghatározásán alapul.
2.1. Az eljárás részletes leírása
Benyomótest (indenter): Egy adott átmérőjű volfrám-karbid golyót (HBW) vagy ritkábban edzett acélgolyót (HBS) használnak. Az átmérők ($D$) szabványosítottak: 10 mm, 5 mm, 2,5 mm.
Terhelés: Meghatározott nagyságú erőt ($F$) nyomnak a golyón keresztül a felületre, szabványos ideig (általában 10–15 másodpercig).
Mérés: A terhelés eltávolítása után optikai úton mérik meg a keletkezett lenyomat átmérőjét ($d$).
3. Rockwell-keménységmérés (HR) – a gyártás bajnoka
A Rockwell-eljárás a legelterjedtebb módszer az ipari termelésben, főként a sebessége és egyszerűsége miatt.
3.1. Az eljárás részletes leírása
A Rockwell-keménység a benyomódás mélységének különbségén alapul:
Előterhelés ($F_0$): Egy kisméretű előterhelést (kb. $98 \text{ N}$) alkalmaznak a stabilizálás és a felületi hibák áttörése céljából. Ez a referencia-mélység.
Főterhelés ($F_1$): Ráadják a főterhelést (skálától függően $F_1$), majd leveszik.
Mélységmérés: A keménységi számot a maradandó benyomódási mélység alapján számítják ki és olvassák le közvetlenül.
Előny: Az eredmény azonnal, számítás nélkül leolvasható, rendkívül gyors.
3.2. A különböző skálák
A Rockwell-módszer különböző skálákat (benyomótest és terhelés kombinációja) használ a vizsgált anyag keménységéhez igazodva:
Skála
Benyomótest
Teljes Terhelés ($F$)
Alkalmazás
HRC (C)
Gyémánt kúp ($120^\circ$)
$1471 \text{ N}$
Edzett acélok, nagy keménységű anyagok (legfontosabb ipari skála).
HRB (B)
$1,5875 \text{ mm}$ (1/16") acélgolyó
$981 \text{ N}$
Lágyabb acélok, alumíniumötvözetek.
4. Vickers-keménységmérés (HV) – a laboratóriumi precizitás
A Vickers-eljárás a Brinell korlátait áthidalva a legpontosabb és leguniverzálisabb módszer, különösen a kemény anyagok és a kis terhelések tartományában.
4.1. Az eljárás részletes leírása
Benyomótest: Egy $136^\circ$ csúcsszögű gyémánt gúla (piramis).
Terhelés: Tetszőlegesen választható erő ($F$), a mikro-tartománytól a makro-tartományig.
Mérés: A lenyomat átlóinak átlagát ($d$) mérik optikai úton.
4.2. A Vickers keménység képlete és alkalmazása
$$\text{HV} = 0.1891 \frac{F}{d^2}$$
A képlet geometriája miatt a HV érték gyakorlatilag független a terhelés nagyságától.
Univerzalitás: Lefedi a teljes keménységi tartományt egyetlen skálával.
Mikrokeménység ($HV_\mu$): Kis terheléssel kiválóan alkalmas vékony rétegek (pl. bevonatok), valamint a hegesztési varratok lokális keménységének vizsgálatára.