Hardheidstesten is een proces om het diepteverschil te meten, waarbij de weerstand van het materiaal tegen permanente vervorming wordt bepaald. Hiervoor wordt een indenter met een bepaalde testkracht op het materiaal gedrukt.
De verschillende soorten hardheidstesten verschillen enerzijds door de vorm en het materiaal van de indenter. Deze is meestal gemaakt van staal, hardmetaal of diamant en is piramidaal, conisch of bolvormig. Daarnaast wordt onderscheid gemaakt tussen grootte en type belasting. De meest voorkomende zijn de gestandaardiseerde statische hardheidstestmethodes van Rockwell, Vickers en Brinell.
Overzicht van hoofdmethoden
- Rockwell biedt een snelle, onmiddellijk afleesbare methode voor het testen van metaalhardheid. Bij de Rockwell-hardheidstest wordt een diamantkegel als indenter in het materiaal gedrukt. Dit gebeurt aanvankelijk met een voorbereidende kracht om fouten als gevolg van onreine oppervlakken te vermijden en vervolgens met de testkracht. De meest voorkomende meeteenheden zijn HR en HRC.
- Vickers hardheidstest is in principe geschikt voor alle vaste materialen en wordt ook in de metaalindustrie gebruikt, bijvoorbeeld om lasnaden en oppervlaktelagen te controleren. Bij de Vickers-hardheidstest wordt een symmetrische diamantpiramide gebruikt als testlichaam, dat een indruk maakt in het materiaal wanneer de testkracht wordt uitgeoefend.
- Brinell is de oudste gebruikelijke methode voor het testen van hardheid. Het werd in 1900 ontwikkeld door Johan August Brinell. De Brinell-hardheidstest is geschikt voor materialen met een inhomogene of grove korrelverdeling en voor grote monsters, omdat deze testmethode een grotere indruk maakt. Een kogel van wolfraamcarbide wordt gebruikt als indenter.
- Knoop (HKK) wordt voornamelijk gebruikt voor broze materialen zoals keramiek en voor coatings. Een asymmetrische piramidevormige diamant wordt gebruikt als testlichaam dat met geringe kracht op het materiaal drukt om scheurvorming te voorkomen en doordringing in dunne lagen mogelijk te maken.
Dynamische en statische krachtuitoefening
Enerzijds onderscheiden hardheidstesten zich door de stand van de kracht. Bij statische methoden wordt de testlast langzaam verhoogd en zonder schokken aangebracht voor een bepaalde tijd, zoals beschreven in normen. Bij dynamische methoden wordt de testlast abrupt toegepast en kan het teststuk een impuls ondervinden. Dit leidt tot verschillende benaderingen voor het bepalen van de hardheid.
Bij dynamische methoden worden ook andere benaderingen gebruikt, zoals optische meting van de indrukking of energetische metingen, maar de hoop ligt meestal op de relatie tussen de ingangskracht en de gevormde indrukking.
Specifieke methoden en hun kenmerken
- Vickers HV: optische meting van de diagonalen van de indrukking gemaakt door een diamantpiramide. Geschikt voor kleine en dunne werkstukken; diagonaalmetingen bepalen de hardheid.
- Rockwell: gebruik van een diamantconus; voorbelasting gevolgd door hoofdbelasting en rusttijd; eindpenetratiediepte bepaalt de hardheid. Verschillende skalen zoals A, B, C, D en meer.
- Brinell: met een wolfraamcarbide bal indrukt; grotere indrukking; geschikte metaallegeringen en grotere proefstukken.
Nauwkeurigheid, voorbereiding en standaardisatie
Afhankelijk van de testmethode kan de specificatie van de hardheid afgeleid worden uit verschillende parameters. De testkracht speelt een cruciale rol: hoe groter de resterende indruk, hoe hoger de meetnauwkeurigheid. Voor oppervlaktevoorbereiding gelden strikte eisen: chemische, elektrochemische of mechanische bewerkingen kunnen nodig zijn. De kwaliteit van de oppervlaktevoorbereiding heeft directe invloed op de nauwkeurigheid van het testresultaat.
Bij macrohardheidstesten (>1 kgf) is meestal geen uitgebreide voorbereiding nodig; fijnslijpen kan volstaan. Bij microhardheidstesten (<1 kgf) is polijsten of elektrolytisch polijsten vaak vereist om vervormingen te minimaliseren. Tijdens monstername kunnen vervormingen optreden die gepolijst moeten worden met nauwkeurigheden tot 1-6,3 µm, afhankelijk van de testkracht.
In de praktijk wordt veel gebruik gemaakt van closed-loop controlesturingen in hardheidsmeters: een gedeelte van de testkracht wordt rechtstreeks toegepast met massa’s, terwijl de rest via regelcirculatie wordt geregeld. Dit zorgt voor stabielere en reproduceerbare resultaten.
Hardheid en toepassing op gebakken klinkers
Gebakken klinkers zijn keramische bestratingsstenen die bekend staan om hun lange levensduur en goede kwaliteit. De kleur van gebakken klinkers hangt af van de ovenbrand en de samenstelling van de klei. De duurzaamheid van gebakken klinkers kan tot circa 125 jaar meegaan. De stenen bestaan uit klei uit rivieren en ondergaan een bakproces tot bestratingsmateriaal.
Getrommelde klinkers bieden een authentieke look met ruwe randen die een plattelandsgevoel geven aan terrassen en tuinen. Voor kwaliteitsborging en testen kan men weloverwogen kiezen tussen verschillende bestratingsmaterialen en uitvoeringen, afhankelijk van de gewenste toepassing en belasting.
Praktische overwegingen voor kwaliteitsborging
Bij ontwerp of herontwerp van bestrating kan men kiezen uit beton- of natuursteenvarianten. Betonstraatstenen hebben in de praktijk aangetoond stiller te zijn dan gebakken klinkers bij wegverkeer. Onderzoek uit Nederland (2020-2021) toont aan dat betonstraatstenen gemiddeld 2 tot 3 decibel minder geluid produceren dan gebakken klinkers, met minimale invloed van de ondergrond op de geluidsemissie.
De onderzoekers concluderen dat betonstraatstenen een akoestisch gunstiger alternatief vormen voor gebakken klinkers in de openbare ruimte, met aanvullend onderzoek aanbevolen naar categorisering binnen regelgeving.
Samenvatting van definities en normen
Hardheid is de weerstand tegen indentatie en kan niet rechtstreeks gemeten worden, maar wordt afgeleid uit primaire meetwaarden zoals indentatiediepte en -oppervlakte. De belangrijkste normen en methoden omvatten Rockwell (ISO 6508), Brinell (ISO 6506), en Vickers (ISO 6507) voor optische metingen van indrukking. Dynamische en statische methoden onderscheiden zich door de aard van krachttoepassing en de specifieke normen die gelden per methode.
Kernpunten
- Indentergeometrie en materiaal beïnvloeden de testresultaten sterk.
- Voorkom fouten door oppervlakteropbouw en zorg voor geschikte pre-load en rusttijden.
- Macro- en microhardheidmetingen bedienen verschillende toepassingen, van grote componenten tot dunne coatings en microstructuren.
- Betonstraatstenen kunnen qua geluid beter presteren dan gebakken klinkers, wat relevant is voor publieke ruimte en regelgeving.
Brinell-hardheidstest
tags: #hardheid #gebakken #klinker #controleren