För att bestämma ett materials hårdhet används oftast den svenska ingenjören Brinells uppfinning - en metod som mäter ytegenskaper och ger ytterligare egenskaper hos polymermetaller.
Materialutvärdering
Det är tack vare denna upptäckt som den mest effektiva användningen av plast nu utvärderas. Inte för hårda plaster testas med avseende på elasticitet och mjukhet för att kunna användas som tätnings-, tätnings- och dämpningsmaterial. Brinells utveckling är en metod för att bestämma hållfastheten och hårdheten hos ett material som kommer att fungera i viktiga applikationer - i växlar och fälgar, lager under tung belastning, gängade beslag, etc.
Denna metod ger den mest exakta bedömningen av styrka. Värdet på parametern, som betecknas med P1B, är svårt att överskatta. Det vanligaste som används för detta ändamål är utvecklingen av Brinell, en metod där en fem millimeters stålkula pressas in i materialet. Beroende på bollens indragningsdjup bestäms GOST.
Historia
År 1900, en ingenjör från Sverige Johan August Brinell, den metod han föreslog till världenmaterialvetenskap, gjort känd. Den var inte bara uppkallad efter uppfinnaren, utan blev den mest använda, standardiserade.
Vad är hårdhet? Detta är en speciell egenskap hos ett material som inte upplever plastisk deformation från lokal kontaktverkan, vilket oftast beror på införandet av en indexerare (hårdare kropp) i materialet.
Återställd och icke-återställd hårdhet
Brinell-metoden hjälper till att mäta den återställda hårdheten, som bestäms av förhållandet mellan storleken på belastningen och volymen på utskriften, projektionsarean eller ytarean. Således kan hårdheten vara volymetrisk, projektion och yta. Det senare bestäms av förhållandet: belastning till tryckytan. Bulkhårdhet mäts genom förhållandet mellan lasten och dess volym, och projektionshårdhet är lasten till projektionsområdet som avtrycket lämnade.
Oåterställd hårdhet med Brinell-metoden bestäms av samma parametrar, endast motståndskraften blir det huvudsakliga uppmätta värdet, vars förhållande till ytarea, volym eller projektion visas av indexet som är inbäddat i materialet. Den volymetriska, projektions- och ythårdheten beräknas på samma sätt: genom förhållandet mellan motståndskraften antingen till ytarean av den inbäddade delen av indexet, eller till dess projektionsarea, eller till volymen.
Bestämning av hårdhet
Förmågan att motstå plastisk och elastisk deformation när den utsätts för ett hårdare materialIndexet är en bestämning av hårdheten, det vill säga i själva verket är detta ett indragningstest av materialet. Brinell-hårdhetsmetoden är ett mått på hur djupt en induktor har penetrerat ett material. För att veta det exakta värdet på hårdheten hos ett givet material är det nödvändigt att mäta inträngningsdjupet. För att göra detta finns Brinell och Rockwell-metoden, Vickers-metoden är mindre vanligt förekommande.
Om Rockwell-metoden direkt bestämmer bollens penetrationsdjup i materialet, mäter Vickers och Brinell avtrycket efter dess yta. Det visar sig att ju djupare index i materialet är, desto större tryckyta. Absolut alla material kan testas för hårdhet: mineraler, metaller, plaster och liknande, men hårdheten för vart och ett av dem bestäms av sin egen metod.
Hur man hittar ett sätt
Brinell-hårdhetsmetoden är mycket bra för inhomogena material, för legeringar som inte är för hårda. Inte bara typen av material bestämmer mätmetoden, utan också parametrarna själva som behöver bestämmas. Hårdheten hos legeringar mäts så att säga i genomsnitt, eftersom material med olika egenskaper samexisterar i dem. Till exempel gjutjärn. Den har en mycket heterogen struktur, det finns cementit, grafit, perlit, ferrit, och därför är den uppmätta hårdheten hos gjutjärn ett medelvärde, bestående av hårdheten hos alla komponenter.
Mätning av metallers hårdhet med Brinell-metoden utförs med en stor indexerare, så att avtrycket erhålls på en större yta av provet. Under dessa förhållanden är det alltså också möjligt att få ett värde för gjutjärn, vilket är ett medelvärde för många och olika faser. Denna metod är mycket bra när man mäter hårdheten hos legeringar - gjutjärn, icke-järnmetaller, koppar, aluminium och liknande. Den här metoden indikerar hårdhetsvärdet för plast korrekt.
Rockwell-jämförelse
Den är bra för hårda och superhårda metaller, och det resulterande hårdhetsvärdet beräknas också. Samma stålkula eller kon fungerar som en indikator, men utöver dem används också en diamantpyramid. Avtrycket på materialet när det mäts med Rockwell-metoden visar sig också vara stort, och hårdhetstalet för olika faser är ett medelvärde.
Brinell- och Rockwell-metoderna skiljer sig i princip: den första presenterar resultatet som en kvot efter att ha dividerat intryckningskraften med ytan av avtrycksområdet, medan Rockwell beräknar förhållandet mellan penetrationsdjupet och skalenheten för instrumentet som mäter djupet. Det är därför Rockwells hårdhet är praktiskt taget dimensionslös, och enligt Brinell mäts den tydligt i kilogram per kvadratmillimeter.
Vickers-metoden
Om provet är för litet eller om det är nödvändigt att mäta ett föremål som är mindre än storleken på indenter-avtrycket, vilket mäter Rockwell- eller Brinell-hårdhet, bör mikrohårdhetsmetoder användas, bland vilka Vickers-metoden är den mest populära. Indexet är en diamantpyramid, och avtrycket undersöks och mäts med ett optiskt system som liknar ett mikroskop. Medelvärdet kommer också att vara känt, men hårdheten beräknas frånmycket mindre område.
Om skalan på det uppmätta objektet är mycket liten, används en mikrohårdhetstestare, som kan göra ett avtryck i ett separat korn, fas, lager och intryckningsbelastningen kan väljas oberoende. Metallvetenskap gör det möjligt att använda dessa metoder för att bestämma både hårdheten och mikrohårdheten hos metaller, och materialvetenskapen bestämmer på samma sätt mikrohårdheten och hårdheten hos icke-metalliska material.
Range
Det finns tre intervall för att mäta hårdhet. I makroområdet regleras lasten från 2 N till 30 kN. Mikroområdet begränsar inte bara belastningen på indexern, utan även inträngningsdjupet. Det första värdet överstiger inte 2 N, och det andra - mer än 0,2 μm. I nanoområdet regleras endast djupet för inkorporering av indexet - mindre än 0,2 µm. Resultatet ger materialets nanohårdhet.
Mätningsparametrar beror i första hand på belastningen som appliceras på indexet. Detta beroende fick till och med ett speciellt namn - storlekseffekten, på engelska - indragsstorlekseffekt. Typen av storlekseffekten kan bestämmas av indexets form. Sfärisk - hårdheten ökar med ökande belastning, därför är denna storlekseffekt omvänd. Vickers- eller Berkovich-pyramiden minskar hårdheten med ökande belastning (här, den vanliga eller direkta storlekseffekten). Konsfären, som används för Rockwell-metoden, visar att ökning av belastningen först leder till en ökning av hårdheten, och sedan, när den sfäriska delen introduceras,minskar.
Material och mätmetoder
De hårdaste materialen som finns för närvarande är två modifieringar av kol: lonsdaleite, som är hälften så hårt som diamant, och fullerite, som är dubbelt så hårt som diamant. Den praktiska tillämpningen av dessa material har bara börjat, men för närvarande är diamant det svåraste av de vanligaste. Det är med dess hjälp som hårdheten hos alla metaller fastställs.
Bestämningsmetoder (de mest populära) listades ovan, men för att förstå deras egenskaper och förstå essensen måste du överväga andra som kan villkorligt delas in i dynamisk, det vill säga slagverk och statisk, vilket har redan övervägts. Mätmetoden kallas annars för skalan. Man bör komma ihåg att den mest populära fortfarande är Brinell-skalan, där hårdheten mäts av avtryckets diameter, som lämnar en stålkula intryckt i materialets yta.
Bestämning av hårdhetstalet
Brinellmetoden (GOST 9012-59) låter dig skriva ner hårdhetstalet utan måttenheter och betecknar det HB, där H är hårdhet (hårdhet) och B är Brinell själv. Arean av ett avtryck mäts som en del av en sfär, inte arean av en cirkel, som till exempel Meyer-skalan. Rockwell-metoden kännetecknas av att genom att bestämma djupet på en diamantkula eller kon som har kommit in i materialet blir hårdheten dimensionslös. Det betecknas HRA, HRC, HRB eller HR. Formeln för beräknad hårdhet ser ut så här: HR=100 (130) - kd. Här är d indragningsdjupet och k är koefficienten.
Vickers hårdhet kan varabestäms av avtrycket som lämnats av en tetraedrisk pyramid som pressats in i materialets yta, i förhållande till den belastning som anbringats på pyramiden. Området för avtrycket är inte en romb, utan en del av pyramidens område. Vickers-enheter ska betraktas som kgf per mm2, betecknat med HV-enheten. Det finns även en mätmetod enligt Shore (indragning), som oftare används för polymerer och har tolv mätskalor. Shore-motsvarande Asker-skalor (japansk modifiering för mjuka och elastiska material) liknar på många sätt den tidigare metoden, endast parametrarna för mätanordningen är olika och olika index används. En annan metod enligt Shore - med rebound - för högmodul, det vill säga mycket hårda material. Av detta kan vi dra slutsatsen att alla metoder som mäter ett materials hårdhet är indelade i två kategorier - dynamiska och statiska.
Verktyg och apparater
Enheter för att bestämma hårdhet kallas hårdhetstestare, dessa är instrumentella mätningar. Testning påverkar ett objekt på olika sätt, så metoder kan vara destruktiva eller icke-destruktiva. Det finns inget direkt samband mellan alla dessa skalor, eftersom ingen av metoderna återspeglar de grundläggande egenskaperna hos materialet som helhet.
Ändå har tillräckligt ungefärliga tabeller konstruerats, där skalor och olika metoder kopplas samman för kategorier av material och deras individuella grupper. Skapandet av dessa tabeller blev möjligt efter en serie experiment och tester. Men teorier somtillåtit en av beräkningsmetoderna att flytta från en metod till en annan finns inte ännu. Den specifika metod med vilken hårdheten bestäms väljs vanligtvis utifrån tillgänglig utrustning, mätuppgifter, mätförhållanden och, naturligtvis, från materialets egenskaper.
