ODBLOKUJ DARMOWĄ DOSTAWĘ

Korzystaj z darmowej wysyłki zamówień składanych na stronie
Im więcej zamawiasz, tym więcej oszczędzasz na wysyłce.

×

Innowacyjność produkcyjna wliczona w cenę

Zamawiaj więcej, płać mniej – ceny na frezowanie, toczenie i obróbkę blachy w meviy działają teraz na twoją korzyść, a czas realizacji jest krótszy niż kiedykolwiek.

×

Twardość metali: skale, metody pomiaru i wpływ na obróbkę CNC

Twardość metali to odporność materiału na trwałe odkształcenie pod wpływem wgłębnika oraz na zużycie. Decyduje o tym, jak część sprawdza się w eksploatacji – i jak trudno ją obrobić. Twardość mierzy się znormalizowanymi metodami, takimi jak Brinell (HB), Rockwell (HRC, HRB) i Vickers (HV), a każda skala jest przeznaczona dla innych materiałów.

W tym poradniku wyjaśniamy, czym jest twardość metali, jak działają i czym różnią się poszczególne metody pomiaru twardości, jak przeliczać wartości między skalami oraz jak twardość wpływa na dobór narzędzi, parametry skrawania i projektowanie części w obróbce CNC.

Pomiar twardości metali metodą Rockwella: diamentowy stożek wciskany w próbkę metalu na twardościomierzu

Czym jest twardość metali?

Twardość metali to odporność metalu na odkształcenie plastyczne jego powierzchni – zwykle mierzona przez wciskanie twardego wgłębnika w materiał i ocenę wielkości lub głębokości odcisku. Twarde metale są odporne na zużycie, ścieranie i wgniecenia; miękkie metale łatwiej się odkształcają, ale łatwiej je obrabiać.

Twardość jest powiązana z innymi właściwościami mechanicznymi, ale nie jest z nimi tożsama:

  • Wytrzymałość to odporność na zniszczenie pod obciążeniem. W przypadku stali wytrzymałość na rozciąganie można oszacować na podstawie twardości: wytrzymałość na rozciąganie w MPa ≈ 3,3 × twardość Vickersa.
  • Ciągliwość to zdolność do pochłaniania energii bez pękania. Bardzo twarde stale są często kruche – wysoka twardość oznacza zwykle mniejszą ciągliwość.
  • Odporność na zużycie rośnie na ogół wraz z twardością, dlatego narzędzia skrawające, prowadnice i matryce są hartowane.

Metody pomiaru twardości: Brinell, Rockwell i Vickers

Dla metali stosuje się trzy znormalizowane metody. Różnią się one wgłębnikiem, siłą obciążającą i sposobem pomiaru wyniku:

MetodaWgłębnikWielkość mierzonaNormaZastosowanie
Brinell (HBW)Kulka z węglika wolframu, zwykle 10 mmŚrednica odciskuISO 6506Metale miękkie i średnio twarde, odlewy, materiały gruboziarniste; do ok. 650 HBW
Rockwell (HRC, HRB)Stożek diamentowy (HRC) lub kulka stalowa albo z węglika spiekanego (HRB)Głębokość odciskuISO 6508Szybkie pomiary w produkcji: HRC dla stali hartowanych, HRB dla bardziej miękkich metali
Vickers (HV)Diamentowy ostrosłup o podstawie kwadratowej, 136°Przekątne odciskuISO 6507Wszystkie metale od miękkich po bardzo twarde, cienkie części, powłoki i warstwy wierzchnie

Twardość Brinella (HBW)

Kulkę z węglika wolframu wciska się w powierzchnię z określoną siłą, a następnie mierzy średnicę odcisku. Ponieważ odcisk jest duży, metoda Brinella uśrednia wynik dla mikrostruktury, co czyni ją idealną do badania odlewów i materiałów gruboziarnistych. Przykładowo stal miękka ma twardość ok. 120–140 HBW. Obowiązująca norma nie dopuszcza już kulek stalowych, dlatego stosuje się symbol HBW.

Twardość Rockwella (HRC, HRB)

W metodzie Rockwella mierzy się głębokość odcisku, a wynik jest wyświetlany bezpośrednio na twardościomierzu, dzięki czemu pomiar jest szybki i powszechnie stosowany w produkcji oraz kontroli dostaw. Skala określa wgłębnik i siłę: w skali HRC stosuje się stożek diamentowy i jest ona standardem dla stali hartowanych i narzędziowych – hartowana stal narzędziowa osiąga 58–64 HRC. W skali HRB stosuje się kulkę; obejmuje ona bardziej miękkie metale, takie jak stopy miedzi, stale miękkie i aluminium.

Twardość Vickersa (HV)

Diamentowy ostrosłup o podstawie kwadratowej pozostawia niewielki odcisk, którego przekątne mierzy się pod mikroskopem. Metoda Vickersa obejmuje cały zakres twardości jedną skalą, a przy małych siłach obciążających pozwala mierzyć także cienkie części, warstwy nawęglane i powłoki (mikrotwardość). Twarde chromowanie osiąga na przykład ok. 800–1000 HV.

Przeliczanie twardości: HV, HB i HRC

Nie istnieje dokładny wzór na przeliczanie wartości między skalami twardości, ponieważ każda metoda odkształca materiał w inny sposób. Przybliżone tabele przeliczeniowe dla stali podaje norma ISO 18265. Traktuj je wyłącznie orientacyjnie – przy badaniach odbiorczych zawsze mierz w skali podanej na rysunku.

Vickers (HV)Brinell (HBW)Rockwell
150ok. 143ok. 79 HRB
200ok. 190ok. 92 HRB
250ok. 238ok. 22 HRC
300ok. 284ok. 30 HRC
400ok. 379ok. 41 HRC
500ok. 471ok. 49 HRC
600ok. 564ok. 55 HRC
700–ok. 60 HRC
800–ok. 64 HRC

Typowa twardość popularnych metali

Twardość metalu zależy w dużym stopniu od stopu i stanu materiału (wyżarzony, umocniony przez zgniot, hartowany). Poniższe przybliżone wartości ułatwiają dobór materiału i planowanie obróbki:

MateriałStanTypowa twardość
Stopy aluminium (EN AW-5052, EN AW-6061)Umocnione przez zgniot lub utwardzone wydzieleniowook. 60–95 HBW
Miedź (Cu-ETP)Od wyżarzonej do umocnionej przez zgniotok. 40–100 HBW
Mosiądz (CW614N)Pręt ciągnionyok. 90–150 HBW
Stal konstrukcyjna S235 (EN 1.0038)Stan po walcowaniuok. 120–140 HBW
Stal węglowa C45 (EN 1.1191)Normalizowanaok. 170–210 HBW
Stal nierdzewna EN 1.4301Wyżarzonaok. 150–200 HBW
Stal stopowa 42CrMo4 (EN 1.7220)Ulepszona cieplnieok. 26–32 HRC
Tytan Ti-6Al-4VWyżarzonyok. 30–36 HRC
Stal narzędziowa EN 1.2379Hartowana i odpuszczonaok. 58–63 HRC

Więcej o tych materiałach dowiesz się z naszych poradników o stali węglowej, stali nierdzewnej i stopach miedzi.

Jak twardość metali wpływa na obróbkę CNC

Dobór narzędzi

Im twardszy przedmiot obrabiany, tym twardsze i bardziej odporne na wysoką temperaturę musi być narzędzie skrawające:

Twardość przedmiotu obrabianegoTypowe materiałyZalecane narzędzia
Miękkie (poniżej ok. 150 HBW)Aluminium, miedź, mosiądz, stal miękkaHSS lub niepowlekany węglik spiekany z ostrymi krawędziami
Średnio twarde (ok. 150–300 HBW)Stale węglowe, stale nierdzewne, stale wstępnie ulepszonePowlekany węglik spiekany
Twarde (ok. 45–65 HRC)Hartowane stale narzędziowe i stale łożyskowePowlekany węglik spiekany do obróbki na twardo, CBN, ceramika; szlifowanie jako obróbka wykończeniowa

Twardość nie jest jedynym czynnikiem. Tytan i stopy na bazie niklu, takie jak Inconel, są trudnoobrabialne, choć nie są wyjątkowo twarde: słabo przewodzą ciepło i ulegają umocnieniu przez zgniot, dlatego wymagają ostrych narzędzi z węglika spiekanego, niskich prędkości skrawania i obfitego chłodzenia.

Parametry skrawania

Wraz ze wzrostem twardości należy obniżać parametry skrawania, aby utrzymać zużycie narzędzia i ilość wydzielanego ciepła pod kontrolą:

TwardośćPrędkość skrawaniaPosuwGłębokość skrawaniaZużycie narzędzia
Niska (poniżej ok. 150 HBW)WysokaŚredni do wysokiegoŚrednia do wysokiejNiskie
Średnia (ok. 150–300 HBW)ŚredniaŚredniŚredniaŚrednie
Wysoka (powyżej ok. 300 HBW / 30 HRC)NiskaNiskiNiskaWysokie

Niewłaściwe parametry prowadzą do wykruszania ostrzy narzędzi, przegrzewania, słabej jakości powierzchni i błędów wymiarowych.

Metale miękkie a twarde w obróbce CNC

Metale miękkie, takie jak aluminium, miedź, mosiądz i stal miękka, obrabia się szybko:

  • Wysokie prędkości skrawania i krótkie czasy obróbki.
  • Długa trwałość narzędzi i dobra jakość powierzchni.
  • Stopy aluminium i miedzi zapewniają ponadto dobrą odporność na korozję.

Wady: mniejsza wytrzymałość i odporność na zużycie, a miękkie, plastyczne materiały mogą tworzyć zadziory i narost na ostrzu narzędzia.

Metale twarde, takie jak hartowane stale narzędziowe i martenzytyczne stale nierdzewne, zapewniają wysokie parametry użytkowe:

  • Wysoka wytrzymałość i doskonała odporność na zużycie.
  • Stabilność wymiarowa pod obciążeniem – idealne do prowadnic, matryc, wałów i części eksploatacyjnych.

Wady: wolniejsza obróbka, większe zużycie narzędzi i wyższe koszty oraz konieczność stosowania sztywnych obrabiarek, specjalnych narzędzi i skutecznego chłodzenia.

Wskazówki projektowe dla materiałów twardych

Twardość powinna od początku wpływać na geometrię, tolerancje i sposób wytwarzania części:

  • Upraszczaj geometrię: w materiałach twardych unikaj głębokich kieszeni, cienkich ścianek i małych promieni wewnętrznych – powodują one ugięcie narzędzia i wydłużają czas obróbki.
  • Stosuj zaokrąglenia i fazy: zmniejszają koncentrację naprężeń i ryzyko pęknięć podczas hartowania.
  • Określaj realistyczne tolerancje: bardzo wąskie tolerancje na częściach hartowanych znacznie podnoszą koszty.
  • Najpierw obróbka w stanie miękkim, potem hartowanie: jeśli gotowa część ma być bardzo twarda, obrabiaj ją w stanie miękkim lub wstępnie ulepszonym, następnie przeprowadź obróbkę cieplną i dopiero potem wykończ tylko krytyczne powierzchnie.
  • Rozważ stale wstępnie ulepszone: stale ulepszone cieplnie o twardości ok. 30 HRC można obrabiać bezpośrednio i często nie wymagają one dalszej obróbki cieplnej.

Części ze stali hartowanej i wstępnie ulepszonej z meviy

meviy, platforma produkcji na żądanie firmy MISUMI, wytwarza indywidualnie zaprojektowane części bezpośrednio na podstawie Twoich danych 3D CAD – nie części katalogowe ani znormalizowane. Dla części wymagających określonej twardości meviy oferuje zarówno materiały wstępnie ulepszone, jak i obróbkę cieplną w ramach usługi frezowania CNC:

  • Stale wstępnie ulepszone cieplnie: EN 1.1206 equiv. (twardość referencyjna 20–34 HRC), EN 1.7220 equiv. (26–32 HRC) i NAK55 equiv. (37–43 HRC).
  • Hartowanie do wymaganej twardości: EN 1.2379 equiv. do 63 HRC, EN 1.7220 equiv. do 55 HRC i EN 1.1206 equiv. do 50 HRC – gwarantujemy podaną przez Ciebie twardość minimalną.
  • Materiały miękkie do szybkiej obróbki: aluminium, miedź, mosiądz i tworzywa sztuczne – zarówno do frezowania, jak i toczenia CNC.

Prześlij swój model, wybierz materiał i obróbkę cieplną, a natychmiast otrzymasz cenę i termin realizacji. Dowiedz się więcej o obróbce CNC z meviy.

Twardość metali – najczęściej zadawane pytania

Czym jest twardość metali?

Twardość metali to odporność metalu na trwałe odkształcenie pod wpływem wgłębnika, zarysowanie i zużycie. Mierzy się ją, wciskając twardy wgłębnik w powierzchnię i oceniając odcisk, na przykład metodą Brinella, Rockwella lub Vickersa.

Czym różnią się HRC, HB i HV?

To różne skale twardości. HRC (Rockwell C) mierzy głębokość odcisku stożka diamentowego i jest stosowana dla stali hartowanych. HB (Brinell) mierzy średnicę odcisku kulki i nadaje się do bardziej miękkich metali. HV (Vickers) mierzy przekątne odcisku ostrosłupa i obejmuje wszystkie zakresy twardości.

Jak przeliczyć HRC na HV lub HB?

Skorzystaj z tabel przeliczeniowych według ISO 18265, które obowiązują wyłącznie dla stali. Na przykład 30 HRC odpowiada ok. 300 HV i 284 HBW, a 55 HRC – ok. 600 HV. Przeliczenia są przybliżone i nie zastępują pomiaru.

Które metale są najtrudniejsze w obróbce?

Najtrudniej skrawa się hartowane stale narzędziowe o twardości powyżej ok. 45 HRC; często wymagają one narzędzi z CBN lub szlifowania. Trudne w obróbce są też tytan i stopy na bazie niklu – nie dlatego, że są bardzo twarde, lecz dlatego, że słabo przewodzą ciepło i ulegają umocnieniu przez zgniot.

Czy stal obrabiać przed hartowaniem, czy po nim?

Zwykle przed. Obróbka w stanie miękkim lub wstępnie ulepszonym jest szybsza i tańsza. Po hartowaniu wykańcza się tylko krytyczne powierzchnie, na przykład frezowaniem na twardo lub szlifowaniem, aby skorygować odkształcenia i uzyskać wąskie tolerancje.

Podsumowanie

Twardość metali określa, jak dobrze materiał opiera się wciskaniu wgłębnika i zużyciu; mierzy się ją metodami Brinella, Rockwella i Vickersa. Im twardszy metal, tym bardziej odporna na zużycie część – ale tym wolniejsza i droższa obróbka. Wybieraj twardość, której rzeczywiście wymaga funkcja części, stosuj stale wstępnie ulepszone lub obrabiaj materiał w stanie miękkim przed hartowaniem, a narzędzia i parametry skrawania dopasuj do materiału.

Gotowy, by zacząć?
Zamów hartowane części wykonane według Twojego modelu CAD
Prześlij swój model 3D CAD, wybierz materiał i obróbkę cieplną, a natychmiast otrzymasz cenę i termin realizacji.
Zacznij z meviy →
Table of Contents

Need a custom part made?

Upload your 3D CAD and order custom parts directly online.

  • Instant quote with price and lead time
  • No 2D drawing needed
  • CNC: milling and turning
  • Sheet metal: laser cutting and welding
Upload CAD, see your price

Free meviy account · no obligation

Bauteil fertigen lassen?

Laden Sie Ihr 3D-CAD hoch und bestellen Sie Ihre Teile direkt online.

  • Sofortangebot mit Preis und Lieferzeit
  • Keine 2D-Zeichnung nötig
  • CNC: Fräsen und Drehen
  • Blech: Laserschneiden und Schweißen
CAD hochladen, Preis sehen

Kostenloses meviy-Konto · unverbindlich

Besoin d’une pièce sur mesure ?

Importez votre CAO 3D et commandez vos pièces directement en ligne.

  • Devis instantané avec prix et délai
  • Aucun plan 2D nécessaire
  • CNC : fraisage et tournage
  • Tôlerie : découpe laser et soudage
Importer ma CAO, voir le prix

Compte meviy gratuit · sans engagement

Ti serve un pezzo su misura?

Carica il tuo CAD 3D e ordina i tuoi pezzi direttamente online.

  • Prezzo e tempi di consegna immediati
  • Nessun disegno 2D necessario
  • CNC: fresatura e tornitura
  • Lamiera: taglio laser e saldatura
Carica il CAD, vedi il prezzo

Account meviy gratuito · senza impegno

¿Necesitas una pieza a medida?

Sube tu CAD 3D y pide tus piezas directamente online.

  • Precio y plazo de entrega al instante
  • Sin necesidad de planos 2D
  • CNC: fresado y torneado
  • Chapa: corte por láser y soldadura
Sube tu CAD y mira el precio

Cuenta meviy gratuita · sin compromiso

Potrzebujesz części na zamówienie?

Prześlij swój model CAD 3D i zamawiaj części bezpośrednio online.

  • Cena i termin realizacji od ręki
  • Bez rysunku 2D
  • CNC: frezowanie i toczenie
  • Blacha: cięcie laserowe i spawanie
Prześlij CAD, zobacz cenę

Darmowe konto meviy · bez zobowiązań