Vrypová zkouška tvrdosti podle Martense
Tvrdost podle Martense se v historickém smyslu vztahuje k vrypové zkoušce tvrdosti. Její princip vychází z předpokladu, že tvrdší materiál dokáže vytvořit vryp v materiálu měkčím. Podobnou myšlenku využívá také Mohsova stupnice tvrdosti minerálů.
V technické praxi mají klasické vrypové zkoušky dnes spíše omezené použití. Uplatňují se hlavně tam, kde je důležitá odolnost povrchu proti poškrábání nebo vrypu, například u skla, porcelánu, keramiky, povlaků a dalších tvrdých nebo křehkých materiálů.
Princip zkoušky podle Martense
- Vrypová tvrdost podle Martense [HMa]
- se zjišťuje přitlačováním kuželového diamantového hrotu měnitelným tlakem na leštěný povrch zkušebního předmětu, který se pohybuje danou rychlostí. Mírou tvrdosti je síla F potřebná ke vzniku vrypu širokého 0,01 mm.
Čím větší síla je potřeba k vytvoření vrypu stejné šířky, tím vyšší je vrypová tvrdost povrchu. Výsledek proto nevyjadřuje běžnou vtiskovou tvrdost typu Brinell, Vickers nebo Rockwell, ale odolnost povrchu proti vytvoření rýhy za stanovených podmínek.
HMa a HM nejsou totéž
U Martensova jména je potřeba rozlišovat dvě odlišné metody:
| Označení | Princip | Výsledek | Použití |
|---|---|---|---|
| HMa | historická vrypová zkouška | síla potřebná k vytvoření vrypu širokého 0,01 mm | tvrdé a křehké povrchy, odolnost proti poškrábání |
| HM | instrumentovaná indentace podle ISO 14577 | tvrdost vypočtená z průběhu síly a hloubky vniku indentoru | tenké vrstvy, povlaky, mikroindentace a nanoindentace |
Hodnoty HMa a HM proto nelze jednoduše převádět. Označují jiné zkušební postupy, jiné zatěžování i jiný způsob vyhodnocení.
Moderní Martensova tvrdost HM podle ISO 14577
Moderní Martensova tvrdost (HM) je součástí instrumentované indentační zkoušky podle normy ISO 14577. Při zkoušce se nezaznamená pouze konečný rozměr vtisku, ale celý průběh zatěžování a odlehčování: zatěžující síla, hloubka vniku indentoru a odezva materiálu.
Díky tomu lze kromě tvrdosti získat také další mechanické parametry povrchu, například indentační modul, creep při indentaci nebo elastickou a plastickou složku deformace. Metoda je vhodná zejména pro povlaky, tenké vrstvy, velmi malé objemy materiálu a výzkum v mikro nebo nano měřítku.
Srovnání s jinými metodami tvrdosti
| Metoda | Co se měří | Typické použití | Poznámka |
|---|---|---|---|
| Martens HMa | síla potřebná k vytvoření vrypu | odolnost povrchu proti poškrábání | historická a dnes spíše okrajová metoda |
| Martens HM | síla a hloubka vniku indentoru | povlaky, tenké vrstvy, mikro a nano měření | moderní instrumentovaná metoda podle ISO 14577 |
| Vickers HV | úhlopříčky vtisku diamantové pyramidy | kovy, tvrdokovy, mikrotvrdost | velmi univerzální metoda |
| Brinell HBW | průměr vtisku kuličky | odlitky, výkovky, hrubozrnné materiály | dobře průměruje nehomogenní strukturu |
| Rockwell HR | hloubka trvalého vtisku | rychlá kontrola sériové výroby | výsledek se odečítá přímo ze stupnice |
Kdy se Martensova zkouška používá v praxi
Klasická vrypová HMa je vhodná hlavně pro názorné porovnání odolnosti povrchů proti rýhám. Pro běžné kovové materiály se dnes častěji volí Brinellova, Vickersova nebo Rockwellova metoda.
Moderní HM podle ISO 14577 má jiné uplatnění. Používá se tam, kde je potřeba zkoumat tenkou povrchovou vrstvu, lokální vlastnosti materiálu nebo mechanickou odezvu velmi malého objemu. Typickými příklady jsou tvrdé povlaky nástrojů, ochranné vrstvy, tenké filmy, keramické vrstvy nebo výzkumné vzorky.
Adolf Martens
Adolf Karl Gottfried Martens (6. března 1850, Bakendorf – 24. července 1914, Berlín) byl německý metalurg a jeden ze zakladatelů moderní metalografie. Po inženýrském vzdělání na Královské průmyslové akademii v Berlíně pracoval u pruských železnic, kde se zabýval pevností kovů a vznikem trhlin v mostech a kolejnicích.
V roce 1884 se stal ředitelem Materiálové zkušebny při Technické univerzitě v Berlíně, která se pod jeho vedením stala předchůdkyní dnešního Bundesanstalt für Materialforschung und Prüfung (BAM), německého spolkového ústavu pro materiálový výzkum a zkoušení.
Jeho jméno nese také martenzit, tvrdá krystalická fáze v kalené oceli. Francouzský metalurg Floris Osmond ji v roce 1895 pojmenoval na počest Martensovy průkopnické práce na mikrostrukturách kovů.
Časté otázky
Je HMa totéž co HM?
Není. HMa označuje historickou vrypovou tvrdost podle Martense. HM je moderní Martensova tvrdost z instrumentované indentační zkoušky podle ISO 14577.
Lze hodnoty Martensovy tvrdosti převést na Vickers nebo Brinell?
Obecný přesný převod neexistuje. U tvrdosti vždy záleží na použité metodě, materiálu, zatížení, tvaru indentoru a stavu povrchu. Převodní tabulky jsou pouze orientační a platí jen pro vybrané skupiny materiálů.
Proč se u Martensovy zkoušky používá diamant?
Diamantový hrot je výrazně tvrdší než většina zkoušených materiálů. Díky tomu se při zkoušce deformuje hlavně zkoušený povrch, nikoli samotný hrot.
Zdroj: Pavel Kryštůfek (zkráceno, upraveno)