Hårdhet som teknisk term har många betydelser och kan ha många olika innebörder. För metallindustrin kan det vara materialets motståndskraft mot bestående deformationer, medan det för metallurgerna är motståndskraften mot penetration med verktyg. För ingenjörer betyder hårdhet vanligtvis slitstyrka eller ett mått på flödesansträngning. Termen kan också användas som maximal kontaktkraft. Alla dessa egenskaper är dock relaterade till materialets spänning, det vill säga dess breda förståelse av hållfasthet och motståndskraft. Det är inte annorlunda när det gäller hårdheten hos kvalitetsstål. I texten nedan besvarar vi några viktiga frågor inom detta område. Vi presenterar vad stålhårdhet är, hur den uttrycks och vilka de grundläggande metoderna för att bestämma och kontrollera den är.
Vad är stålets hårdhet?
Låt oss börja med att säga att hårdhet inte är en grundläggande egenskap hos ett material, men en mycket viktig sådan. Hårdhetsvärden är helt godtyckliga och det finns inga absoluta standarder att utgå ifrån. I själva verket har varje metod för att testa hårdhet sina egna särdrag, och det är dessa som ligger till grund för den föreslagna jämförelseskalan.
När det gäller stålets hårdhet är det, enkelt uttryckt, ett mått på ett materials motstånd mot potentiella permanenta deformationer. Detta beror på att de flesta material (inklusive stål) som används i industriella processer har en integrerad kristallstruktur. Vid en viss belastning kan stålet återgå till sin ursprungliga form och struktur när trycket upphör. Om en viss gräns överskrids uppstår dock permanenta materialdeformationer.
Hur uttrycks stålets hårdhet?
Hårdhetsskalan anges i princip inte med kvantitativa värden. Undantaget är data som erhålls genom omräkning utifrån en belastning som appliceras på ett visst sätt och under en viss tid, med en noggrant specificerad penetratorform.
Det är allmänt accepterat att hårdheten hos kvalitetsstål uttrycks med förkortningen HRC. Detta är symbolen för
materialets hårdhet på Rockwell-skalan. Penetratorn har vid mätningen formen av en diamantkon som trycks in i det stål som undersöks.
Vi kan konstatera att just denna indikator vanligtvis anges för köksknivar av stål. Ju högre värde på HRC-skalan, desto bättre kvalitet och hårdhet har det stål som kniven är tillverkad av.
Metoder för mätning av stålhårdhet
För att kunna bestämma stålets hårdhet används olika mätmetoder. De tidiga metoderna bestod i allmänhet av repning. Skraphårdhetsprovet bestod i att penetrera materialets yta med en testpunkt och liknade hårdhetsprovet med intryckning. En av de tidigaste formerna av sådan testning går tillbaka till den franske fysikern och naturforskaren Rene Reaumur, som redan på 1700-talet undersökte metallers hållfasthet och töjbarhet.
Ett verkligt genombrott inom området för hårdhetsprovning av stål var uppkomsten omkring 1900 av en metod som utvecklats av den svenske ingenjören Johan Brinell. Denna metod går ut på att applicera en testbelastning med en kula av karbid med fast diameter. Kulan hålls kvar under en viss tid och avlägsnas sedan. Det erhållna avtrycket mäts med ett specialdesignat Brinell-mikroskop eller ett optiskt system på minst två diametrar. Vanligtvis i rät vinkel mot varandra, och testresultaten genomsnittsberäknas och presenteras som ett hårdhetsvärde (HB).
Den redan nämnda Rockwell-metoden, som patenterades 1914, är dock modernare. Amerikanska ingenjörer använde för mätningen hårdhetsmätare som de själva konstruerat och en modell av en diamantkon med strikt definierade parametrar. Denna metod är betydligt snabbare och enklare att använda.
Varför är det så viktigt att mäta kvalitetsståls hårdhet?
Som namnet antyder bör kvalitetsstål kännetecknas av högsta möjliga parametrar som indikerar dess hållfasthet och hållbarhet, motståndskraft mot eventuella yttre faktorer (kemiska eller atmosfäriska) och högre elasticitet. Detta innebär i sin tur att det är lätt att bearbeta och kan användas på många olika sätt inom industrin.
Eftersom sådan stål används i stor utsträckning i avancerade bärande konstruktioner, vid tillverkning av industriella verktyg samt i fordon och väginfrastruktur, är det mycket viktigt att genomföra lämpliga hårdhetsprovningar.
Hårdheten hos ett visst stål avgör direkt dess användningsområde. För att återgå till exemplet med köksknivar, så kommer stål som är för mjukt och har ett lågt HRC-värde inte att vara lämpligt för tillverkning av högkvalitativa skärverktyg.
Sammanfattningsvis kan man konstatera att hårdhetstestet är det absolut mest värdefulla och vanligaste mekaniska testet för att bedöma egenskaperna hos kvalitetsstål.