Pomiary twardości - poradnik

PRZYKŁAD 

Wykorzystano wgłębnik diamentowy i obciążenie 150 kp, mamy więc do czynienia ze skalą HRC, gdzie H pochodzi od twardości (ang. hardness), R jak metoda Rockwella a C wskazuje na zastosowaną skalę. Wartość liczbową umieszcza się przed skrótem odnoszącym się do skali, np. 60 HRC.

Metoda Super Rockwella opiera się na tych samych wgłębnikach co standardowa Metoda Rockwella. Wgłębnik diamentowy, jednakże, pomimo takiej samej geometrii, wymaga większej dokładności kąta stożka i promienia zaokrąglenia. Małe obciążenie pozostawia niewielki odcisk, zatem w razie najmniejszych uszkodzeń wgłębnika, rezultaty pomiarów będą błędne. Niezmienna siła wstępna: 3 kp (29,43 N). Obciążenia całkowite (wstępne + główne): 15, 30, 45 kp (147,1; 294,2; 441,3 N). Jednostka twardości mierzonej metodą Super Rockwella odpowiada głębokości odcisku 0,001 mm. W metodzie tej wskazanie zeruje się przy wartości 100 (0 na wskaźniku zegarowym), niezależnie czy stosuje się kulkę, czy wgłębnik diamentowy. Tarcza wskaźnika podzielona jest na 100 działek, zatem pełen obrót odpowiada przemieszczeniu wgłębnika o 0,1 mm. 

PRZYKŁAD  

Zastosowano wgłębnik diamentowy i uzyskano odcisk o głębokości 0,082 mm, co przekłada się na twardość: 100 - 82 = 18 w skali Super Rockwella. Obciążenie całkowite, poprzedzające literę, jak w Tabeli 2, pozwala rozpoznać poszczególne skale Super Rockwella. Wartość twardości umieszcza się przed powyższym skrótem, dla przykładu 65 HR30 T.

Jak pokazano w tabelach 1 i 2 istnieje kilka skal twardości dla metody Rockwella i dla metody Super Rockwella: wybór konkretnej skali uzależniony jest od twardości materiału, minimalnej grubości próbki lub warstwy utwardzonej (w przypadku powierzchniowego nawęglania lub azotowania, itd.). Twardość materiału wskazuje na wgłębnik, który należy zastosować: stożkowy wgłębnik diamentowy lub wgłębnik kulkowy. Wgłębnik diamentowy stosuje się do twardych materiałów; nie stosuje się go do stali o wytrzymałości mniejszej niż 785 N/mm². Kulka stalowa stosowana jest do metali miękkich: im bardziej miękki materiał, tym mniejsze należy wprowadzić obciążenie oraz kulkę o większej średnicy.

Dla przykładu skala HRB (kulka 1/16” i siła 100 kp) nie pozwala na pomiar twardości materiałów tak miękkich, jak skala HRL (kulka 1/4” i siła 60 kp). Największymi kulkami bada się tworzywa sztuczne. Metoda Rockwella umożliwia pomiar twardości tworzyw nawet pod obciążeniem. Podczas badania bardzo cienkich arkuszy lub warstw, wgłębnik oddziałuje na dużej powierzchni materiału oraz wokół samego miejsca aplikacji obciążenia. Deformacja zaobserwowana po drugiej stronie materiału świadczy o nieprawidłowości badania. Wnioskiem w takiej sytuacji jest zastosowanie obciążenia mniejszego, które nie tylko nie doprowadzi do przebicia materiału, ale i nie spowoduje deformacji o wielkości zbliżonej do grubości materiału czy warstwy. To ogólna zasada stosowana w każdym pomiarze twardości. Przed każdym badaniem należy ustalić minimalną (z uwagi na twardość), grubość materiału. Nie ma jednakże ścisłych reguł, gdyż pomiar jest zależny również od rodzaju badanego materiału. Przyjęto pewną zasadę, według której minimalna grubość ścianki, której twardość jest mierzona, musi być 10-krotnie większa od głębokości odcisku (Tabela 3).

To samo odnosi się do próbek powierzchniowo utwardzanych (hartowanych, nawęglanych itp.), gdzie zazwyczaj stosuje się skalę HRA (stożek diamentowy, obciążenie 60 kp). Najpowszechniej stosowane skale Rockwella to: HRC (wgłębnik diamentowy – 150 kp) Najczęściej używana skala Rockwella, do materiałów utwardzonych, hartowanych i głęboko nawęglanych. Kiedy mówi się o skali Rockwella, często domyślnie przyjmuje się właśnie HRC. Może to jednak prowadzić do nieporozumień, jeśli wymagany jest wynik w tak rozumianych jednostkach HRC, a materiał wymaga zastosowania innej skali, np. HRL. Wartość twardości wyrażoną w HRC można przeliczać na wartości uzyskane innymi metodami przy pomocy tablic, choć jest to jedynie przybliżenie.  

HRA (wgłębnik diamentowy – 60 kp) Z zasady stosowana przy spiekach i bardzo twardych metalach, gdzie twardość węgla może skutkować wykruszeniem wgłębnika. Z tego powodu nie zaleca się dużych obciążeń. HRB (wgłębnik kulkowy 1/16’’ – 100 kp) W Europie znajduje zastosowanie przy stopach miedzi (mosiądze, brązy itp.) natomiast w USA przy stopach żelaza o wytrzymałości do ok. 686 N/mm². Super Rockwell Skale: HR15N, HR30N, HR45N (wgłębnik diamentowy) zalecane są przy pomiarach twardości cienkich warstw. Skale: HR15T, HR30T, HR45T (wgłębnik kulkowy 1/16”) zalecane są przy pomiarach twardości przedmiotu o małej grubości ścianki.

Warunki pomiaru twardości różnią się w zależności od tego, czy mamy do czynienia z powierzchnią płaską czy cylindryczną. W przypadku powierzchni cylindrycznych o dużych średnicach różnica w stosunku do płaszczyzn jest pomijalnie mała; natomiast przy badaniach przedmiotów o małych średnicach, wymagana jest kompensacja, która podnosi wartość zmierzoną odpowiednio dla danej średnicy i twardości próbki (Tabela 4).

 Uwaga:

Wartości korekcji odpowiadające średnicom i jednostkom skali twardości, których nie ujęto w Tabeli 4 interpoluje się na podstawie sąsiadujących wierszy i kolumn, np. dla przedmiotu o średnicy 6 mm i zmierzonej twardości 65 HRC, stosuje się kompensację o 1,25 punktu.

Pośród wszystkich metod pomiaru twardości, tylko metoda Rockwella pozwala bezpośrednio odczytać wartość pomiaru, bez systemu optycznego charakterystycznego dla metod Vickersa i Brinella. Co więcej, jest to metoda bardzo szybka i jedyna, którą da się w pełni zautomatyzować. Przyrządy opierające się na tej metodzie są najbardziej popularne, ponieważ są mało wrażliwe na wpływ operatora. Zgodnie z normami pomiar powinien być wykonany na odpowiednio przygotowanej powierzchni. Biorąc pod uwagę różne metody pomiaru twardości, metoda Rockwella wykazuje najmniejszą wrażliwość na chropowatość powierzchni.

Główne ograniczenie stanowi jedynie 10-krotna różnica między obciążeniami maksymalnym a minimalnym. W pomiarach twardości, w różnych aplikacjach wymagany jest szeroki zakresu obciążeń, od 1 do 3000 kp. Niestety skala Rockwella, która pozwoliłaby określić zarówno twardość odlewu żeliwnego, jak i np. arkusza blachy o grubości mniejszej niż 0,15 mm, po prostu nie istnieje.

By zaradzić tym ograniczeniom, buduje się twardościomierze Rockwella, które mogą działać również w zakresie bardzo małych, niestandardowych obciążeń. Metoda Rockwella oferuje szereg zróżnicowanych skal, pomimo to istnieje grupa ważnych materiałów, takich jak stal w stanie surowym, dla których nie ma specjalnej skali. W takim wypadku warto rozważyć zastosowanie urządzenia działającego w oparciu o zasadę Rockwella, ale wyposażonego we wgłębnik Brinella i oferującego charakterystyczne dla tej metody obciążenia (wymienione w Tabeli 5)

Podstawową wadą tradycyjnych urządzeń Rockwella jest silna zależność dokładności pomiaru od idealnego kontaktu między badanym przedmiotem a podstawą, którą najczęściej stanowi stolik. Po powrocie od obciążenia całkowitego do obciążenia wstępnego, odkształcenie wskazane przez wskaźnik zegarowy powinno dokładnie odpowiadać głębokości odcisku. Taka sytuacja ma miejsce tylko w wypadku idealnego kontaktu kowadełka i próbki; cienki film olejowy, smary stałe lub inne cząstki, niewielkie poruszenie - wszystko to wpływa na głębokość odcisku i zakłócając pomiar, obniża wskazanie wartości twardości. Osiągnięcie idealnych warunków bywa często niemożliwe, zwłaszcza w rzeczywistości produkcyjnej, stąd problem wart jest bardziej wnikliwej analizy. By mu zaradzić, prawie wszystkie urządzenia (seria AT, TWIN, BRE-AUT, COMPUTEST SC, DYNATEST SC) pracują w oparciu o zmodyfikowaną metodę Rock- wella, którą ilustruje Rysunek 3. Specjalny układ prowadzący wgłębnika (prowadnik), będący w kontakcie z powierzchnią przedmiotu, pozwala dokładnie zmierzyć głębokość odcisku. Dzięki niemu wszelkie poruszenia, podniesienie śruby, a nawet ruch statywu nie mają wpływu na wynik pomiaru. Modyfikacja ta daje również korzyści w pomiarach zgodnych z metodami Brinella i Vickersa.

• Układ wgłębnik-prowadnik (a+b) porusza się w kierunku próbki; ruch prowadnika ustaje, gdy dochodzi do jego kontaktu z powierzchnią próbki to punkt automatycznego zerowania wskazania, wgłębnik zadaje obciążenie odpowiadające sile wstępnej.
• Zadanie obciążenia całkowitego.
• Zniesienie obciążenia głównego - wskaźnik zegarowy wskazuje dokładnie przemieszczenie wgłębnika

W przypadku poruszenia próbki, relacja między elementami a i b pozostaje stała, co pozwala uniknąć podstawowego błędu charakterystycznego dla metody Rockwella. Tę samą modyfikację stosuje się w urządzeniach dokonujących pomiaru metodą Super Rockwella. Urządzenia firmy Ernst posiadają często jeszcze jeden dodatkowy element oprócz prowadnika (b). W twardościomierzach stacjonarnych jest to tuleja ustalająca pozycję detalu. Służy ona dociśnięciu próbki do stolika, co pozwala uniknąć dodatkowego oprzyrządowania mocującego i stanowi jednocześnie osłonę wgłębnika, podczas umieszczania części w przestrzeni roboczej. Osłona ta może być łatwo usunięta, jeśli wymaga tego specyfika pomiaru. W twardościomierzach przenośnych funkcję tulei dociskowej spełnia tzw. podstawka, która jest wymienna i pomaga uzyskać odpowiednie oparcie głowicy na próbce.

W metodzie Brinella, do węglikowego wgłębnika kulkowego (o średnicy wyrażanej w mm) przyłożony jest nacisk o konkretnej wartości i przez określony czas (zazwyczaj 15 sekund). Wgłębnik ten powoduje powstanie na powierzchni próbki (płaskiej i gładkiej) odcisku, mierzonego następnie systemem optycznym (mikroskopem lub projektorem); jeśli odcisk (teoretycznie okrągły) jest zniekształcony, przyjmuje się średnią wartość średnicy. Twardość Brinella (HB*) jest wyrażana relacją między obciążeniem i średnicą pozostawionego przez wgłębnik odcisku, zgodnie z poniższym zapisem, gdzie F to siła podane w kp, D średnica kulki w mm oraz d średnica odcisku również w mm. Znając obciążenie, średnicę kulki oraz średnicę odcisku, twardość Brinella można oszacować, wykorzystując specjalne tabele. Standardowo metoda Brinella opiera się na kulkach o średnicach: 10; 5; 2,5 i 1 mm.

Stosowane obciążenia:

3000; 1000; 750; 500; 250; 187,5; 125; 62,5; 31,25 kp (29420; 9807; 7355; 4903; 2452; 1839; 1226; 612,9; 306,5 N) a czasem jeszcze mniej. *

Pomiaru metodą Brinella dokonuje się wg następującego schematu:

Istnieje fundamentalna relacja F/D2 między stosowanym obciążeniem (kp) a kwadratem średnicy kulki (mm), co jest charakterystycznym współczynnikiem przy każdym teście. Najbardziej popularne jego wartości to: 30; 10; 5; 2,5 (dla wyjątkowo miękkich materiałów można zastosować nawet mniejsze współczynniki). Dla przykładu, wybierając kulkę 10 mm i obciążenie 3000 kp otrzymujemy współczynnik 30.Według zależności, 3000:102  = 30 Połączenie kulki 5 mm z obciążeniem 125 kp daje współczynnik równy 5. Twardszy materiał wymaga większej wartości współczynnika ponieważ wraz z nią bardzo zmienia się wynik pomiaru. W rzeczywistości ten sam materiał badany kulką 10 mm pod obciążeniem 1000 kp (współczynnik HB10) będzie miał inne wskazanie wartości twardości niż poddany badaniu kulką 10 mm pod obciążeniem 500 kp (współczynnik HB5). Z drugiej strony, pomiar twardości wykonany kulką 2,5 mm pod obciążeniem 62,5 kp da taki sam wynik jak pomiar pierwszy, gdyż w obu przypadkach otrzymujemy współczynnik HB10 (zakładając naturalnie jednorodność materiału).

*Skrót powszechnie przyjęty, choć aktualna norma podaje oznaczenie HBW, które wprowadzono wraz z kulką wgłębnika wykonaną z materiałów węglikowych.

Skrót HB wywodzi się od twardości (H z ang. hardness) określonej metodą Brinella (B). Wartość twardości umieszcza się przed symbolem HB, który poprzedza informacje o średnicy kulki w mm, obciążeniu w kp (lub w N) oraz czasie jego zadawania w sekundach.

Przykład: 305 HB 2,5/187,5/15

Dla twardościomierzy przenośnych, skrót HB poprzedza wartość omawianego współczynnika (F/D2) (na przykład, 305 HB30). Poszczególne jego wartości prezentuje Tabela 5.

Jak wspomniano w poprzednim rozdziale, wartość współczynnika charakterystycznego dla metody Brinella jest zdeterminowana twardością materiału. Ustalenie jego wartości, pozwala dobrać obciążenie testu na podstawie poniższych zaleceń:

Poniżej przedstawiono zestawienie stosowanych odmian metody Brinella w zależności od badanego materiału Stal Zawsze HB30. Metoda Brinella ma fundamentalne znaczenie przy pomiarach stali, gdyż istnieje zależność matematyczna między twardością Brinella a wytrzymałością na rozciąganie. By oszacować wytrzymałość, twardość wyrażoną w skali HB mnoży się przez stałą g (wartość przyspieszenia ziemskiego) i współczynnik 0,34 dla stali chromowo-niklowej albo 0,36 dla stali węglowej, chromowej i chromowo-magnezowej. Przykład: 225 HB30x0,36x9,807= 794,3 N/mm² Jest to jedyny nieniszczący test pozwalający określić wytrzymałość stali. Niestety metoda Brinella nie znajduje zastosowania przy materiałach utwardzonych, gdzie stosuje się wgłębnik diamentowy. Odlewy nieutwardzone HB30, nawet gdy średnica odcisku przekracza połowę średnicy kulki wgłębnika. Odlewy żeliwne Zawsze HB30. Z powodu dużej niejednorodności materiału, zaleca się stosowanie przy danej grubości materiału maksymalnych dopuszczalnych obciążeń pomiarowych. Z zasady wprowadza się obciążenie 3000 kp. Stopy lekkie HB10 lub HB5. Szczególnie miękkie stopy wymagają HB 2,5. Stopy miedzi HB10 dla brązów (przy twardszych odmianach nawet HB30) i HB5/HB10 dla mosiądzów.

Główną zaletę oferowaną przez metodę Brinella stanowią duże obciążenia, które wprowadza się twardościomierzami o sztywnej konstrukcji. Twardościomierz te cechuje ponadto łatwość obsługi. Średnicę odcisku mierzy się bądź przy pomocy mikroskopu, bądź stosując wyskalowaną lupkę, jeśli potrzebna jest szybka kontrola twardości w warunkach produkcyjnych. Pomiar można przeprowadzić nawet w przypadku, gdy ułożenie próbki nie jest idealnie prostopadłe względem kierunku oddziaływania wgłębnika, czego wymaga metoda Rockwella. Dodatkowo metoda Brinella nie jest wrażliwa na ugięcie obiektu badania, którego powierzchnia nie stanowi bazy pomiarowej. Kolejną zaletą jest zależność między wytrzymałością materiału a twardością Brinella, którą wyrażoną liczbowo wystarczy przemnożyć przez odpowiedni dla danego materiału współczynnik. Deformacja odcisku wskazuje na naprężenia istniejące w materiale. Najważniejszym utrudnieniem w stosowaniu tej metody jest odczyt optyczny średnicy odcisku, na który duży wpływ mają umiejętności operatora. Ważne jest również przygotowanie powierzchni, bez którego wyniki stają się często niewiarygodne, ponieważ ich rozrzut w zależności od lokalizacji odcisku jest bardzo duży. Powyższe przesłanki sprawiają, że metoda Brinella nie może być uznana za szybki test, przez co nie znajduje zastosowania przy pomiarach seryjnych. Sposobem na zaradzenie temu problemowi jest złożenie zasady pomiaru z metody Rockwella (pomiar zagłębienia wgłębnika) z wgłębnikami i obciążeniami metody Brinella. W przypadku pomiarów na powierzchniach cylindrycznych wymagane jest przygotowanie na badanej powierzchni obszaru płaskiego.

Aby zaradzić ograniczeniom metody Brinella, wykorzystuje się twardościomierze pracujące w oparciu o metodę Rockwella z brinellowskimi wgłębnikami i obciążeniami. W rzeczywistości znaczna część twardościomierzy Rockwella aplikując obciążenia metody Rockwella, pracuje również przy obciążeniach Brinella, ponieważ ich wartości się częściowo pokrywają (62,5; 125; 187,5 kp / 612,9; 1226; 1839 N). W takich przypadkach, różnica w zagłębieniu przy obciążeniach wstępnym i właściwym pokazuje głębokość odcisku. Wyniki pomiaru są bezpośrednio przenoszone na wyświetlacz lub na wskaźnik zegarowy w skali Rockwella, a na skalę Brinella przekładane są przy pomocy odpowiednich tabel. Metoda ta nie jest oczywiście ściśle rozumianym testem Brinella, gdyż ten wymaga optycznego pomiaru odcisku. Dlatego też wyniki odczytane z tabel różnią się dla poszczególnych materiałów; dla przykładu, istnieją różne tabele dla konwersji jednostek twardości dla stali i dla żeliwa. Niemniej jednak, ten sposób pomiaru jest bardzo wygodny przy dużych seriach, pozwala bowiem zrezygnować z pomiaru optycznego oraz przygotowania powierzchni wymaganego przy klasycznej metodzie Brinella. Podczas pomiarów wykonywanych na stali, możliwe jest zastosowanie specjalnie wykalibrowanej podziałki do bezpośredniego odczytu wytrzymałości w kp/mm² - N/mm². Celem polepszenia dokładności przy pomiarach dużych serii, szereg twardościomierzy firmy Ernst daje operatorowi możliwość przeprowadzenia nowej, tymczasowej kalibracji skali Brinella, opartej na wzorcu twardości Brinella, na którym odcisk wykonuje się klasycznym twardościomierzem Brinella.

Zasada pomiaru według metody Vickersa jest podobna jak przy metodzie Brinella, z tym że inny jest stosowany w niej wgłębnik jest to wgłębnik diamentowy o kształcie piramidki z podstawą kwadratową i kącie wierzchołkowym (między ściankami) 136°. Po wykonaniu odcisku, mierzy się jego dwie przekątne, które niemal zawsze mają inną długość, dlatego oblicza się jej średnią wartość. Podobnie jak w metodzie Brinella, twardość wyrażana w jednostkach Vickersa to zależność między przyłożonym obciążeniem a polem powierzchni odcisku, zgodnie z zapisem: gdzie F to obciążenie wyrażone w kp a d to średnia długość dwóch przekątnych podana w mm. Również w przypadku tej skali zamiast obliczać wynik wyrażony jednostkami Vickersa korzysta się z odpowiednich tabel. Pośród obciążeń metody Vickersa, najczęściej stosuje się: 1; 2; 5; 10; 30 i 100 kp (9,81; 16,62; 49,05; 98,10; 294,30; 981,00 N). Odmianą metody Vickersa, spotykaną zazwyczaj w laboratoriach metalograficznych jest pomiar mikrotwardości, w którym aplikuje się obciążenia mniejsze od 1 kp. Pozwala to określić twardość powłok i warstw utwardzonych.

Stosując metodę Vickersa, możliwe jest porównanie rezultatów uzyskanych przy użyciu różnych obciążeń, ponieważ za każdym razem korzysta się z takiego samego wgłębnika oraz dlatego, że wartość twardości Vickersa odpowiada konkretnemu obciążeniu na mm² odcisku. Przykładowo, badania tego samego materiału przy obciążeniu 30 kp (294,30 N) oraz przy obciążeniu 1 kp (9,81 N) przyniosą taki sam rezultat (zakładając jednorodność materiału). Nawet w przypadku obecności wspomnianych warstw, można zastosować metodę Vickersa po uprzednim określeniu wymaganego obciążenia na podstawie minimalnej wymaganej grubości materiału. Ważne jest, by stosując obciążenia mniejsze niż 200 g, nawet przy materiałach jednorodnych, uwzględnić, że wskazanie twardości będzie zawyżone - tak objawia się obecność naprężeń resztkowych. Minimalna grubość materiału, którego twardość jest mierzona, musi być co najmniej 10 razy większa niż głębokość pozostawionego przez wgłębnik odcisku (Tabela 1).

Skrótem oznaczającym pomiar metodą Vickersa jest HV (H = ang. hardness, V = Vickers), po którym wpisuje się informację o obciążeniu wyrażonym w kp oraz o czasie w s, przez jaki obciążenie było zadane. Liczbową wartość twardości umieszcza się przed opisanym oznaczeniem. Przykładowo: 715 HV 5/15. Metoda Vickersa znajduje zastosowanie przy badaniu twardości małych elementów albo takich o niewielkiej grubości czy poddanych cieplnej obróbce powierzchniowej, co wymaga najmniejszych obciążeń. Unikać jej należy przy pomiarach materiałów niejednorodnych, jakimi są np. żeliwa.

Metoda ta bazuje na następującej zasadzie: kulka (lub kuliście zakończony trzpień) spada swobodnie w stronę materiału i odbija się od przedmiotu na różną wysokość w zależności od twardości materiału. Nie znajduje ona powszechnego zastosowania, ponieważ prostota zasady działania nie niweluje wpływu masy przedmiotu i prostopadłości osi głowicy na dokładność. Metoda jest ustandaryzowana dla cylindrów o dużej średnicy, po obróbce wykańczającej, dającej bardzo małą chropowatość. Wynik badania podawany jest w stopniach Shore’a. Część spośród twardościomierzy firmy ERNST może być wyposażona w skalę Shore’a, umożliwiając bezpośredni odczyt twardości w stopniach Shore’a.

Będąc podobną do metody Vickersa, metoda Knoopa wykorzystuje wgłębnik diamentowy o kształcie romboidalnej piramidy o zależności między przekątnymi 1:7. Jest często spotykana w laboratoriach i opiera się na obciążeniach z zakresu poniżej 1 kp, dzięki czemu pozwala określić mikrotwardość badanego materiału, powłoki naniesionej na skutek różnych zabiegów albo uzyskanej metodą obróbki cieplno-chemicznej (jak azotowanie czy nawęglanie) warstwy utwardzonej.

Zasada pomiaru wg metody Esatest jest opatentowanym rozwiązaniem firmy Ernst, które opiera się na zmianach rezystancji w obwodzie elektrycznym, jaki stanowi twardościomierz wraz z badanym detalem. Wgłębnik diamentowy, od momentu kontaktu z warstwą, której twardość jest oznaczana, przewodzi prąd elektryczny. Powierzchnia kontaktu rośnie w miarę wzrostu głębokości odcisku, zmniejszając wartość rezystancji, co rejestruje układ elektroniczny. Odnosząc się do krzywej kalibracyjnej, można na podstawie tych zmian określić twardość materiału. Jest ona prezentowana bezpośrednio na wyświetlaczu. Wgłębnik stosowany przy metodzie Esatest można porównać do małego potencjometru. Im twardszy materiał, tym mniejsza jest powierzchnia kontaktu pod wpływem siły F, przez co rośnie rezystancja. Na jej podstawie określa się twardość. Siła aplikowana przez głowicę Esatest jest stale kontrolowana i przyrasta w zakresie 0,2 - 10 kp (w zależności od wersji). Twardość jest oznaczana przy różnych wartościach siły, co pozwala utworzyć krzywą twardości. Diagram widoczny na wyświetlaczu urządzenia pozwala porównać wyniki badania twardości przy różnych obciążeniach już po jednym teście, oszczędzając czas, jakiego wymagałoby określenie twardości przy pomocy różnych skal. Dla metody Esatest nie ma odrębnej jednostki twardości. Rezultat badania wyświetlany jest w jednostkach zależnych od wybranej skali, np. HRC, HV itd.

Metoda Esatest stanowi odpowiedź na konieczność określania twardości w miejscach niedostępnych dla konwencjonalnych twardościomierzy, których rolę również spełnia z powodzeniem. Obszar zastosowań obejmuje materiały przewodzące prąd elektryczny, magnetyczne i niemagnetyczne. Progresywne wprowadzanie obciążenia pozwala określać twardość po cieplnej obróbce powierzchniowej, zastępując skalę Super Rockwella. Nie ma konieczności ustalania minimalnej grubości warstwy, a niewielkie rozmiary samej głowicy sprawiają, że Esatest sprawdza się wewnątrz otworów czy tulei, na zębach kół zębatych, w rowkach wpustowych oraz wszędzie tam, gdzie dostęp jest utrudniony. W zależności od potrzeb, elementy małe umieszcza się na odpowiednich podstawach, do części dużych gabarytowo można podejść z urządzeniem (wersja przenośna). Esatest łączy w sobie zalety metody Vickersa, która nie wymaga zmiany wgłębnika niezależnie od twardości materiału, umożliwiając bezpośrednie porównanie rezultatów oraz metody Rockwella, z której uzyskuje się wynik bez angażowania optycznych systemów do pomiaru przekątnych odcisku. W konsekwencji, dzięki głowicy Esatest wynik badania otrzymuje się szybko i można go łatwo porównać np. z efektami poprzednich prób.  

Ograniczenia metody Esatest

Metody Esatest nie stosuje się przy badaniach materiałów dielektrycznych i słabo przewodzących prąd elektryczny, co stanowi podstawowe ograniczenie. Należy mieć je na uwadze w przypadku badań na warstwach chromowych, gdyż metal ten jest złym przewodnikiem. Siła nacisku wgłębnika tego urządzenia (do 10 kp) sprawia, że żeliwa także wymagają innych twardościomierzy - takich, które oferują większe obciążenia.

Porównanie poszczególnych skal twardości jest efektem wieloletnich doświadczeń, ale należy pamiętać, że nie ma matematycznej zależności między nimi. W rzeczywistości tabele pochodzące z różnych źródeł wykazują znaczące różnice wyników. Dlatego twardość wyznaczona na podstawie tabel może być traktowana jedynie jako przybliżenie. W ogólnym ujęciu, tabele przeliczeń między skalami zawierają również informację o wytrzymałości na rozciąganie wyrażonej w kp/mm² i N/mm² dla stali, ze współczynnikami konwersji 0,36 lub 0,34 dla skali HB30. Twardościomierze wyposażone są zazwyczaj w jeden lub więcej wzorców. Wzorce te wykonane są z wysoce jednorodnego, starannie obrobionego materiału. Wzorce są wykalibrowane jedynie po jednej stronie. Celem zweryfikowania poprawności działania i dokładności twardościomierza, należy sprawdzić wskazanie na wzorcu. Minimalną odległość między dwoma środkami sąsiednich odcisków lub od krawędzi wzorca wynoszą:

• dla metody Rockwella: 3 mm
• przy skali Rockwella N: 1 mm
• przy skali Rockwella T: 2 mm
• dla metody Brinella: od 2,5 do 6 średnic odcisku, w zależności od twardości

Kiedy powierzchnia wykalibrowana jest gęsto pokryta odciskami, należy wymienić wzorzec na nowy. Twardość wzorca zmienia się również w czasie. Z doświadczenia wiemy, że twardość wzorca określona jako 60 HRC w ciągu pięciu lat wzrasta o 0,5-1 HRC.