За определяне на твърдостта на даден материал най-често се използва изобретението на шведския инженер Бринел - метод, който измерва свойствата на повърхността и дава допълнителни характеристики на полимерните метали.
Оценка на материала
Благодарение на това откритие сега се оценява най-ефективното използване на пластмасите. Не твърде твърдите пластмаси са тествани за еластичност и мекота, за да се използват като уплътняващ, уплътняващ и омекотяващ материал. Разработката на Brinell е метод за определяне на здравината и твърдостта на материал, който ще служи във важни приложения - в зъбни колела и джанти, лагери при голямо натоварване, резбови фитинги и др.
Този метод дава най-точната оценка на силата. Стойността на параметъра, който се обозначава с P1B, е трудно да се надценява. Най-често използваната за тази цел е разработката на Brinell, метод, при който петмилиметрова стоманена топка се притиска в материала. Според дълбочината на вдлъбнатина на топката се определя GOST.
История
През 1900 г., инженер от Швеция Йохан Август Бринел, методът, който той предлага на светаматериалознанието, станало известно. Той не само беше кръстен на изобретателя, но и стана най-широко използваният, стандартизиран.
Какво е твърдостта? Това е специално свойство на материал, който не изпитва пластична деформация от локално контактно действие, което най-често се свежда до въвеждането на индексатор (по-твърдо тяло) в материала.
Възстановена и невъзстановена твърдост
Методът на Бринел помага да се измери възстановената твърдост, която се определя от съотношението на големината на натоварването към обема на отпечатъка, прожекционната площ или повърхността. По този начин твърдостта може да бъде обемна, проекционна и повърхностна. Последното се определя от съотношението: натоварване към площта на отпечатъка. Обемната твърдост се измерва чрез съотношението на натоварването към неговия обем, а твърдостта на изпъкналост е натоварването към проекционната площ, която е оставил отпечатъка.
Невъзстановената твърдост по метода на Бринел се определя от същите параметри, само силата на съпротивление става основна измерена стойност, чието съотношение към повърхността, обема или проекцията се показва от индекса, вграден в материала. Обемната, проекционната и повърхностната твърдост се изчисляват по същия начин: чрез съотношението на силата на съпротивление или към повърхността на вградената част на индекса, или към нейната проекционна площ, или към обема.
Определяне на твърдостта
Способността да устои на пластична и еластична деформация при излагане на по-твърд материалИндексът е определяне на твърдостта, тоест всъщност това е тест за вдлъбнатина на материала. Методът на твърдост по Бринел е измерване на това колко дълбоко е проникнал индуктор в материал. За да се знае точната стойност на твърдостта на даден материал, е необходимо да се измери дълбочината на проникване. За да направите това, има метода на Бринел и Рокуел, методът на Викерс се използва по-рядко.
Ако методът на Рокуел директно определя дълбочината на проникване на топката в материала, тогава Викерс и Бринел измерват отпечатъка по неговата повърхностна площ. Оказва се, че колкото по-дълбок е индексът в материала, толкова по-голяма е площта за печат. Абсолютно всякакви материали могат да бъдат тествани за твърдост: минерали, метали, пластмаси и други подобни, но твърдостта на всеки от тях се определя по собствен метод.
Как да намеря начин
Методът за твърдост по Бринел е много добър за нехомогенни материали, за сплави, които не са твърде твърди. Не само видът на материала определя метода на измерване, но и самите параметри, които трябва да бъдат определени. Твърдостта на сплавите се измерва средно, тъй като в тях съжителстват материали с различни характеристики. Например, чугун. Той има много хетерогенна структура, има циментит, графит, перлит, ферит и затова измерената твърдост на чугуна е средна стойност, състояща се от твърдостта на всички компоненти.
Измерването на твърдостта на металите по метода на Бринел се извършва с помощта на голям индексатор, така че отпечатъкът да се получи върху по-голяма площ от пробата. Така при тези условия е възможно да се получи и стойност за чугун, която е средна стойност за много и различни фази. Този метод е много добър при измерване на твърдостта на сплави – чугун, цветни метали, мед, алуминий и други подобни. Този метод точно показва стойността на твърдостта на пластмасите.
Сравнение на Rockwell
Добър е за твърди и супер твърди метали, като получената стойност на твърдост също се осреднява. Същата стоманена топка или конус служи като индикатор, но в допълнение към тях се използва и диамантена пирамида. Отпечатъкът върху материала при измерване по метода на Рокуел също се оказва голям, а числото на твърдостта за различните фази е осреднено.
Методите на Бринел и Рокуел се различават по принцип: първият представя резултата като частно след разделяне на силата на вдлъбнатина на повърхността на отпечатъка, докато Рокуел изчислява съотношението на дълбочината на проникване към единицата на скалата на инструментът, който измерва дълбочината. Ето защо твърдостта по Рокуел е практически безразмерна и според Бринел се измерва ясно в килограми на квадратен милиметър.
Метод на Викерс
Ако пробата е твърде малка или е необходимо да се измери обект, по-малък от размера на отпечатъка на индентора, който измерва твърдостта по Рокуел или Бринел, трябва да се използват методи за микротвърдост, сред които методът на Викерс е най-популярният. Индексът е диамантена пирамида, а отпечатъкът се изследва и измерва с оптична система, подобна на микроскоп. Средната стойност също ще бъде известна, но твърдостта се изчислява отмного по-малка площ.
Ако мащабът на измервания обект е много малък, тогава се използва микротвърдомер, който може да направи отпечатък в отделно зърно, фаза, слой, а натоварването на вдлъбнатината може да бъде избрано независимо. Науката за метали позволява използването на тези методи за определяне както на твърдостта, така и на микротвърдостта на металите, а науката за материалите по същия начин определя микротвърдостта и твърдостта на неметалните материали.
Обхват
Има три диапазона за измерване на твърдост. В макро диапазона натоварването се регулира от 2 N до 30 kN. Микродиапазонът ограничава не само натоварването на индексатора, но и дълбочината на проникване. Първата стойност не надвишава 2 N, а втората - повече от 0,2 μm. В нанообхвата се регулира само дълбочината на вграждане на индекса - по-малко от 0,2 µm. Резултатът дава нанотвърдостта на материала.
Параметрите на измерване зависят основно от натоварването, приложено към индекса. Тази зависимост дори получи специално име - ефектът на размера, на английски - ефект на размера на отстъпа. Естеството на ефекта на размера може да се определи от формата на индекса. Сферична - твърдостта се увеличава с увеличаване на натоварването, следователно този ефект на размера е обърнат. Пирамидата на Викерс или Беркович намалява твърдостта с увеличаване на натоварването (тук обичайният или директен ефект на размера). Конусната сфера, която се използва за метода на Рокуел, показва, че увеличаването на натоварването първо води до увеличаване на твърдостта, а след това, когато се въведе сферичната част,намалява.
Материали и методи за измерване
Най-твърдите материали в момента са две модификации на въглерода: лонсдейл, който е наполовина по-твърд от диаманта, и фулерит, който е два пъти по-твърд от диаманта. Практическото приложение на тези материали тепърва започва, но засега диамантът е най-твърдият от разпространените. С негова помощ се установява твърдостта на всички метали.
Методите за определяне (най-популярните) бяха изброени по-горе, но за да разберете техните характеристики и да разберете същността, трябва да вземете предвид други, които могат условно да бъдат разделени на динамични, тоест ударни и статични, които вече са разгледани. Методът на измерване се нарича иначе скала. Трябва да се припомни, че все още най-популярна е скалата на Бринел, където твърдостта се измерва чрез диаметъра на отпечатъка, който оставя стоманена топка, притисната към повърхността на материала.
Определяне на номера на твърдостта
Методът на Бринел (GOST 9012-59) ви позволява да запишете числото на твърдостта без мерни единици, обозначавайки го HB, където H е твърдостта (твърдостта), а B е самият Бринел. Площта на отпечатъка се измерва като част от сфера, а не като площ на кръг, както прави скалата на Майер, например. Методът на Рокуел се отличава с факта, че чрез определяне на дълбочината на диамантена топка или конус, който е влязъл в материала, твърдостта е безразмерна. Означава се HRA, HRC, HRB или HR. Изчислената формула за твърдост изглежда така: HR=100 (130) - kd. Тук d е дълбочината на вдлъбнатината, а k е коефициентът.
Твърдостта по Викерс може да бъдеопределя се от отпечатъка, оставен от тетраедрична пирамида, притисната към повърхността на материала, по отношение на натоварването, приложено към пирамидата. Площта на отпечатъка не е ромб, а част от площта на пирамидата. Единиците на Vickers трябва да се разглеждат като kgf на mm2, обозначени с HV единица. Съществува и метод за измерване по Шор (вдлъбнатина), използван по-често за полимери и има дванадесет измервателни скали. Съответстващите на Шор скали на Аскер (японска модификация за меки и еластични материали) в много отношения са подобни на предишния метод, само параметрите на измервателното устройство са различни и се използват различни индекси. Друг метод според Шор - с отскок - за високомодулни, тоест много твърди материали. От това можем да заключим, че всички методи, които измерват твърдостта на даден материал, са разделени на две категории - динамични и статични.
Инструменти и уреди
Устройствата за определяне на твърдостта се наричат твърдомери, това са инструментални измервания. Тестването засяга обект по различни начини, така че методите могат да бъдат разрушителни или неразрушителни. Няма пряка връзка между всички тези скали, тъй като нито един от методите не отразява основните свойства на материала като цяло.
Въпреки това са изградени достатъчно приблизителни таблици, в които са свързани скали и различни методи за категории материали и техните отделни групи. Създаването на тези таблици стана възможно след поредица от експерименти и тестове. Въпреки това, теориите, чепозволи на един от методите за изчисление да премине от един метод към друг, все още не съществува. Конкретният метод, чрез който се определя твърдостта, обикновено се избира въз основа на наличното оборудване, задачите за измерване, условията на измерване и, разбира се, от свойствата на самия материал.
