Kovuus
Kovuus on materiaalin mekaaninen ominaisuus, kyky vastustaa muodonmuutosta eli naarmuuntumista, kulumista ja leikkaantumista. Kovuutta mitataan useilla eri tavoilla, joista tärkeimmät ovat Rockwell-kovuus, Brinell-kovuus, Vickers-kovuus ja Mohsin kovuus. Kovin luonnossa esiintyvä aine on timantti, mutta sitäkin kovempia boorioksideja voidaan valmistaa synteettisesti.
Metalliseosten kovuuteen vaikuttaa useat eri seikat, kuten:
Kovuusmittaukset eivät anna kertamittauksella tarkkaa tulosta vaan mittauksia on käsiteltävä tilastollisesti. Samaten kovuusarvoja ei tulisi ilmoittaa "liian" tarkasti. Esimerkiksi kovuusarvo 85,5 HV10 ei ole järkevä, koska samasta kappaleesta mitatuilla HV10 arvoilla on tyypillisesti +/- 2 yksikön hajonta.
Eri kovuusastekoille on tehty muuntotaulukoita, mutta niiden käytössä tulee olla varovainen. 10 % muunnosvirhe on paitsi mahdollinen, myös todennäköinen.
Mohsin kovuus on yksinkertainen tapa luokitella mineraaleja, ja sitä on käytetty jo vuodesta 1822. Asteikkoon kuuluu kymmenen mineraalia, jotka on luokiteltu 1–10. Asteikon kovempi mineraali naarmuttaa pehmeämpää. Asteikko ei ole tasavälinen ja väliin jäävää kovuutta on vaikea arvioida.
Tutkittavaa ainetta naarmutetaan näillä eri mineraaleilla ja verrataan niiden kovuutta.
Kynnen kovuus on noin 2,5 (naarmuttaa kipsiä) ja puukon terän kovuus 5,5.
Materiaalin Vickers-kovuus määritetään laitteistolla, jossa tylpän pyramidin muotoinen timanttikärki painaa materiaaliin tietyllä voimalla. Pyramidin kylkien kulma on 136° ja painona on 1–100 kilopondin voima. Paino pidetään 10–15 sekunnin ajan. Tämän jälkeen kappaleeseen syntyneen kuvion mitat mitataan mikroskoopilla ja eri mittauskertojen keskiarvona lasketaan materiaalin kovuus. Kovuus saadaan jakamalla massa syntyneen kuvion koolla. Yleisimmät kovuusmittaukseen käytetyt laitteet käyttävät 1, 2, 5, 10, 30, 50 ja 100 kp:n voimia.
formula_1
Eri massoilla mitatut arvot ovat vertailukelpoisia. Kuormitusmassa valitaan ainepaksuuden ja mitattavan materiaalin mukaan.
Brinell-kovuustestissä materiaaliin painetaan 10 mm halkaisijaltaan olevalla karbiditeräksestä valmistetulla pallolla. Käytetyt voimat ovat 3000, 1500 tai 500 kp.
Rockwellin pintakovuuskokeessa käytetään joko timanttikärkeä tai teräspalloa. Tunkeuma mitataan samassa kokeessa sekä pienemmällä että suuremmalla massalla kokeen aikana. Rockwell-kovuuden yksikkö on HRx. Yksikön viimeinen kirjain kuvaa kuormitusmetodia missä muuttujina ovat penentraatori ja kuormitusmassa. Eri metodeja on 15 erilaista ja niitä merkitään kirjaimella A – V. Kuormitusmetodi valitaan ainepaksuuden ja mitattavan materiaalin mukaan.
Kuten Rockwell-kovuudessa, myös Shore-kovuudella on useita eri luokkia, jotka on ilmaistu kirjaimin A, B C tai D. Shore-kovuudella kuvataan pehmeiden aineiden, kuten elastomeerien ja kumien kovuuksia.
Leebin kovuuskokeessa materiaalin pintaan törmäytetään kuula, jonka nopeus mitataan sekä ennen osumaa että pinnasta kimpoamisen jälkeen. Koekappaleen törmäyksessä absorboima energia edustaa sen dynaamista Leebin kovuutta.
Vakiokokeiden lisäksi on erilaisia mikrokovuustestejä, joilla voidaan mitata vaikka eri rakeiden kovuuksia monifaasisen metallin hieestä. Yleensä näissä kokeissa käytetään alle 1 kg massoja ja tunkeumat mitataan ±0,2 µm tarkkuudella.