Цифровые технологии в определении твердости

Sep 26, 2023

Источник изображения: Бюлер

Испытание на твердость — это простое механическое испытание, разработанное для быстрого и эффективного количественного измерения. Испытание на твердость используется вместо других методов, таких как испытание на растяжение, поскольку оно может быть коррелировано с прочностью на разрыв, но требует значительно меньше времени и усилий, а также является сравнительно неразрушающим.

Когда Вильсон впервые разработал тест Роквелла в начале 20-го века, скорость испытаний способствовала быстрому внедрению этого метода, что способствовало росту производства производственных линий, а также большому объему производства компонентов, необходимых для военных нужд того времени. За прошедшие годы были разработаны различные типы методов измерения твердости, наиболее распространенными примерами являются испытания по Роквеллу, Виккерсу, Кнупу и Бринеллю. Каждый из них имеет свои уникальные преимущества и ограничения, но каждый из них заслужил свое место в современной среде контроля качества благодаря скорости, точности и воспроизводимости тестов.

Цифровой век уже внес множество изменений в методы измерения твердости. Тензодатчики в значительной степени заменили гири. Механическое управление теперь часто приводится в движение двигателем. Визуальное измерение отступов – там, где это необходимо – автоматически определяется, фокусируется и измеряется без участия человека.

Рисунок 1: Твердомер Роквелла начала 20-го века. Источник изображения: Бюлер (Нажмите на изображение, чтобы увеличить.)

Добавление автоматизации в этих областях вывело повторяемость и воспроизводимость отдельных отпечатков твердости на новый уровень, что позволило расширить границы проектирования и повысить точность контроля качества производства. Еще одним аспектом цифровой эпохи стало внедрение автоматического нанесения отпечатков твердости. Первоначально это было обусловлено конкретными применениями, такими как термическая обработка поверхности зубчатых колес, где сочетание твердого поверхностного слоя и мягкой внутренней структуры позволяет компонентам зубчатых колес противостоять износу, а также высоким нагрузкам и усталости при эксплуатации. Автоматизация движения испытуемого образца была введена с помощью компьютеризации, чтобы быстрее оценить изменение твердости и обеспечить достаточную глубину гильзы в процессе термообработки.

Рисунок 2 – Отпечаток Виккерса с линиями Филара. Источник изображения: Бюлер (Нажмите на изображение, чтобы увеличить.)

Рисунок 3 – Измерение глубины корпуса. Источник изображения: Бюлер (Нажмите на изображение, чтобы увеличить.)

Как всегда было верно, новые технологии открывают новые возможности. Современный компьютерный контроль твердомеров вышел далеко за пределы выполнения одной линии отпечатков.

Лучшие пакеты программного обеспечения могут предоставить множество инструментов для выявления потенциальных проблем тестирования и/или адаптации тестовых программ к различным тестируемым компонентам. Такие функции, как возможность автоматически находить края тестовых образцов, сканировать интересующую область, привязывать шаблоны отпечатков к правильному местоположению, проверять размещение и корректировать на лету, — все это обеспечивает простоту использования и универсальность для адаптации к меняющимся требованиям без значительных усилий со стороны Оператор.

Теперь можно «сканировать» образец и создать коллаж из отпечатков, чтобы получить подробную информацию об изменении твердости материала. Созданная карта твердости буквально добавляет новое измерение к любым данным испытаний, обеспечивая быструю качественную оценку процесса термообработки, а также подробные количественные данные, доступные в случае необходимости более тщательного изучения. На рисунке 4 показано отображение твердости зуба шестерни, что позволяет нам мгновенно увидеть глубину проникновения твердости и визуализировать любые проблемы. Это не всегда необходимо в среде контроля качества, но для разработки, анализа отказов, настройки нового производственного процесса или для контроля качества, отвечающего самым высоким требованиям, такой анализ может оказаться неоценимым. Возможность визуализировать карту твердости, устанавливать максимальные и минимальные значения твердости и быстро выявлять аномальные отступы делает эти программы очень удобными для пользователя. Другие инструменты помогают пользователям соответствовать спецификациям ASTM и ISO. Например, наложение виртуального размера отступа позволяет пользователю легко оценить соблюдение минимального расстояния отступа.