Wie testet man die Härte einer Formgedächtnislegierung während der Phasenumwandlung mit einem Vickers-Härteprüfgerät?

Formgedächtnislegierungen (SMAs) sind eine einzigartige Materialklasse, die bei bestimmten Reizen, beispielsweise Temperaturänderungen, in eine zuvor definierte Form zurückkehren kann. Diese als Formgedächtniseffekt bekannte Eigenschaft hat dazu geführt, dass SMAs in verschiedenen Anwendungen immer beliebter werden, darunter in der Luft- und Raumfahrt-, Automobil- und biomedizinischen Industrie. Das Verständnis der Härte von SMAs während der Phasenumwandlung ist entscheidend für die Optimierung ihrer Leistung und die Gewährleistung ihrer Zuverlässigkeit in diesen Anwendungen. In diesem Blog erzähle ich, wie man die Härte einer Formgedächtnislegierung während der Phasenumwandlung mit einem Vickers-Härteprüfer testet, und als Lieferant von Vickers-Härteprüfern stelle ich auch einige unserer Produkte vor.

Formgedächtnislegierungen und Phasenumwandlung verstehen

Bevor Sie sich mit dem Testprozess befassen, ist es wichtig, die Grundlagen von Formgedächtnislegierungen und Phasenumwandlungen zu verstehen. SMAs liegen typischerweise in zwei Hauptphasen vor: Austenit und Martensit. Austenit ist die Hochtemperaturphase, die durch eine geordnetere Kristallstruktur gekennzeichnet ist, während Martensit die Niedertemperaturphase mit einer weniger geordneten Struktur ist.

Die Umwandlung zwischen diesen beiden Phasen ist reversibel und geht mit erheblichen Veränderungen der mechanischen Eigenschaften des Materials, einschließlich der Härte, einher. Wenn eine SMA erhitzt wird, wandelt sie sich von Martensit in Austenit um und wandelt sich beim Abkühlen wieder in Martensit um. Diese Phasenumwandlungen können durch Temperaturänderungen oder mechanische Belastung induziert werden.

Warum die Härte von SMAs während der Phasenumwandlung testen?

Die Prüfung der Härte von SMAs während der Phasenumwandlung liefert wertvolle Einblicke in ihr mechanisches Verhalten. Die Härte ist ein Maß für den Widerstand eines Materials gegenüber lokaler Verformung, und Änderungen der Härte können den Beginn und Abschluss der Phasenumwandlung anzeigen. Durch das Verständnis, wie sich die Härte einer SMA während der Phasenumwandlung ändert, können Ingenieure und Forscher:

• Optimieren Sie die Verarbeitungsparameter von SMAs, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen.
• Sagen Sie die Leistung von SMAs in realen Anwendungen voraus, beispielsweise in Aktoren oder Sensoren.
• Stellen Sie die Qualität und Zuverlässigkeit von SMA-Komponenten sicher, indem Sie ungewöhnliche Härteänderungen erkennen.

Die Vickers-Härteprüfmethode

Der Vickers-Härtetest ist eine weit verbreitete Methode zur Messung der Härte von Materialien, einschließlich SMAs. Dabei wird die Materialoberfläche mit einem quadratischen, pyramidenförmigen Eindringkörper unter einer bestimmten Belastung eingedrückt. Anschließend wird die Größe der auf der Materialoberfläche hinterlassenen Vertiefung gemessen und die Vickers-Härtezahl (HV) anhand der folgenden Formel berechnet:

[ HV = \frac{1,8544 \times F}{d^2} ]

Dabei ist (F) die aufgebrachte Last in Kilogramm-Kraft (kgf) und (d) die durchschnittliche diagonale Länge der Vertiefung in Millimetern.

Der Vickers-Härtetest wird für die Prüfung von SMAs bevorzugt, da er im Vergleich zu anderen Methoden wie dem Rockwell- oder Brinell-Härtetest eine genauere und konsistentere Messung der Härte ermöglicht. Es kann auch zur Prüfung von Materialien mit unterschiedlichsten Härtewerten eingesetzt werden und eignet sich für die Prüfung kleiner oder dünner Proben.

Vorbereiten der SMA-Probe

Vor der Durchführung des Vickers-Härtetests ist es wichtig, die SMA-Probe ordnungsgemäß vorzubereiten. Hier sind die Schritte, die Sie befolgen müssen:

1. Schneiden Sie die Probe:Verwenden Sie ein geeignetes Schneidwerkzeug, beispielsweise eine Diamantsäge, um die SMA-Probe auf die gewünschte Größe und Form zu schneiden. Die Probe sollte groß genug sein, um die Vertiefung aufzunehmen, und eine flache und glatte Oberfläche haben.
2. Polieren Sie die Probe:Polieren Sie die Oberfläche der Probe mit einer Reihe von Schleifpapieren mit abnehmender Körnung, gefolgt von einem abschließenden Polieren mit einer Diamantpaste. Dadurch wird eine glatte und ebene Oberfläche für genaue Eindruckmessungen gewährleistet.
3. Reinigen Sie die Probe:Reinigen Sie die polierte Probe mit einem geeigneten Lösungsmittel wie Ethanol oder Aceton, um Verunreinigungen oder Ablagerungen von der Oberfläche zu entfernen.

Durchführung des Vickers-Härtetests

Sobald die SMA-Probe vorbereitet ist, können Sie mit dem Vickers-Härtetest mit einem Vickers-Härteprüfgerät fortfahren. Hier sind die Schritte, die Sie befolgen müssen:

1. Wählen Sie die entsprechende Last aus:Die beim Vickers-Härtetest angewendete Belastung sollte auf der Grundlage der Größe und Härte der SMA-Probe ausgewählt werden. Für SMAs wird typischerweise eine Last von 0,2 bis 1 kgf verwendet.
2. Positionieren Sie die Probe:Legen Sie die vorbereitete SMA-Probe auf den Prüftisch des Vickers-Härteprüfgeräts und befestigen Sie sie mit einer geeigneten Spannvorrichtung.
3. Legen Sie die Testparameter fest:Stellen Sie die Testparameter am Vickers-Härteprüfer ein, einschließlich der Last, der Verweilzeit (die Zeit, in der die Last angewendet wird) und der Anzahl der Eindrücke.
4. Führen Sie die Einrückung durch:Senken Sie den Eindringkörper mithilfe des Steuermechanismus des Vickers-Härteprüfgeräts auf die Oberfläche der SMA-Probe ab. Tragen Sie die Last für die angegebene Verweilzeit auf und heben Sie dann den Eindringkörper an.
5. Messen Sie den Eindruck:Verwenden Sie ein Mikroskop oder ein optisches Messgerät, um die diagonalen Längen der auf der Oberfläche der SMA-Probe hinterlassenen Vertiefung zu messen. Berechnen Sie die durchschnittliche Diagonallänge und verwenden Sie die Vickers-Härteformel, um den Härtewert zu bestimmen.
6. Wiederholen Sie den Test:Wiederholen Sie den Eindruckvorgang an verschiedenen Stellen auf der Oberfläche der SMA-Probe, um mehrere Härtemessungen zu erhalten. Dies trägt dazu bei, die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Testergebnisse sicherzustellen.

Überwachung der Phasenumwandlung

Um die Härte einer SMA während der Phasenumwandlung zu testen, müssen Sie die Temperatur der Probe überwachen, während Sie den Vickers-Härtetest durchführen. So können Sie es machen:

1. Verwenden Sie eine temperaturgesteuerte Kammer:Legen Sie die SMA-Probe in eine temperaturgesteuerte Kammer, z. B. einen Ofen oder eine Kühlkammer, um die Temperatur der Probe während des Tests zu kontrollieren.
2. Messen Sie die Temperatur:Verwenden Sie ein Thermoelement oder einen Temperatursensor, um die Temperatur der SMA-Probe genau zu messen.
3. Führen Sie den Härtetest bei verschiedenen Temperaturen durch:Führen Sie den Vickers-Härtetest bei verschiedenen Temperaturen innerhalb des Phasenumwandlungsbereichs der SMA durch. Dadurch können Sie beobachten, wie sich die Härte der SMA während der Phasenumwandlung ändert.

Unsere Vickers-Härteprüfgeräte

Als Lieferant von Vickers-Härteprüfgeräten bieten wir eine Reihe hochwertiger Härteprüfgeräte an, um den unterschiedlichen Anforderungen unserer Kunden gerecht zu werden. Zu unseren Produkten gehören:

• Manueller Vickers-Härteprüfer: Unsere manuellen Vickers-Härteprüfer sind einfach zu bedienen und eignen sich für kleine Prüfanwendungen. Sie bieten vielfältige Belastungsmöglichkeiten und sind mit einem präzisen optischen Messsystem für genaue Eindruckmessungen ausgestattet.
• Vickers-Härteprüfmaschine: Unsere Vickers-Härteprüfmaschinen sind für großvolumige Prüfanwendungen konzipiert. Sie verfügen über erweiterte Automatisierungsfunktionen wie automatisches Laden, Entladen und Eindruckmessung, die die Testeffizienz und -genauigkeit erheblich verbessern.
• Automatischer Vickers-Härteprüfer: Unsere automatischen Vickers-Härteprüfer sind die fortschrittlichsten Modelle unserer Produktlinie. Sie sind mit modernster Technologie wie Bildanalysesoftware und Touchscreen-Steuerung ausgestattet, die den Testprozess schneller, einfacher und genauer machen.

Kontaktieren Sie uns für Ihre Anforderungen an die Härteprüfung

Wenn Sie daran interessiert sind, die Härte von Formgedächtnislegierungen oder anderen Materialien zu testen, sind unsere Vickers-Härteprüfer die perfekte Lösung. Unsere Produkte sind darauf ausgelegt, genaue und zuverlässige Härtemessungen zu ermöglichen, und unser Expertenteam steht Ihnen jederzeit für technische Unterstützung und Hilfe zur Verfügung.

Ganz gleich, ob Sie Forscher, Ingenieur oder Fachmann für Qualitätskontrolle sind, wir können Ihnen dabei helfen, den richtigen Vickers-Härteprüfer für Ihre spezifischen Anforderungen zu finden. Kontaktieren Sie uns noch heute, um mehr über unsere Produkte zu erfahren und Ihre Anforderungen an die Härteprüfung zu besprechen. Wir freuen uns darauf, gemeinsam mit Ihnen den Erfolg Ihrer Projekte sicherzustellen.

Referenzen

• Otsuka, K. & Wayman, CM (1998). Formgedächtnismaterialien. Cambridge University Press.
• Liu, ct, & ma, e. (2007). Nanostrukturierte Formgedächtnislegierungen. Materialaufzeichnung, 55(13), 4307-4
• ASTM E92-17. (2017). Standardtestmethode für die Vickers-Härte metallischer Materialien. ASTM International.