Til at bestemme hårdheden af et materiale bruges oftest opfindelsen af den svenske ingeniør Brinell - en metode, der måler overfladeegenskaber og giver yderligere egenskaber ved polymermetaller.
Materialeevaluering
Det er takket være denne opdagelse, at den mest effektive anvendelse af plastik nu vurderes. Ikke for hård plast er testet for elasticitet og blødhed for at kunne bruges som tætnings-, tætnings- og dæmpningsmateriale. Brinells udvikling er en metode til at bestemme styrken og hårdheden af et materiale, der vil tjene i vigtige applikationer - i gear og fælge, lejer under tung belastning, gevindfittings osv.
Denne metode giver den mest nøjagtige vurdering af styrke. Værdien af parameteren, som er angivet med P1B, er svær at overvurdere. Den mest brugte til dette formål er udviklingen af Brinell, en metode, hvor en fem millimeter stålkugle presses ind i materialet. I henhold til kuglens indrykningsdybde bestemmes GOST.
Historie
I 1900, en ingeniør fra Sverige Johan August Brinell, den metode, han foreslog verdenmaterialevidenskab, gjort berømt. Det blev ikke kun opkaldt efter opfinderen, men blev det mest udbredte, standardiserede.
Hvad er hårdhed? Dette er en særlig egenskab ved et materiale, der ikke oplever plastisk deformation fra lokal kontaktvirkning, hvilket oftest kommer ned til indførelsen af en indekser (hårdere krop) i materialet.
Genvundet og ikke-gendannet hårdhed
Brinell-metoden hjælper med at måle den genoprettede hårdhed, som bestemmes af forholdet mellem størrelsen af belastningen og volumen af printet, projektionsområdet eller overfladearealet. Hårdheden kan således være volumetrisk, projektion og overflade. Sidstnævnte bestemmes af forholdet: belastning til området af aftrykket. Bulkhårdhed måles ved forholdet mellem belastningen og dens volumen, og projektionshårdhed er belastningen til det projektionsområde, som aftrykket efterlod.
Ugendannet hårdhed ved Brinell-metoden bestemmes af de samme parametre, kun modstandskraften bliver den primære målte værdi, hvis forhold til overfladeareal, volumen eller projektion er vist af indekset indlejret i materialet. Den volumetriske, projektions- og overfladehårdhed beregnes på samme måde: ved forholdet mellem modstandskraften enten til overfladearealet af den indlejrede del af indekset eller til dets projektionsområde eller til volumenet.
Hårdhedsbestemmelse
Evnen til at modstå plastisk og elastisk deformation, når den udsættes for et hårdere materialeIndekset er en bestemmelse af hårdhed, det vil sige, at dette faktisk er en fordybningstest af materialet. Brinell-hårdhedsmetoden er en måling af, hvor dybt en induktor er trængt ind i et materiale. For at kende den nøjagtige værdi af hårdheden af et givet materiale er det nødvendigt at måle indtrængningsdybden. For at gøre dette er der Brinell og Rockwell-metoden, Vickers-metoden er mindre almindeligt anvendt.
Hvis Rockwell-metoden direkte bestemmer dybden af boldens indtrængning i materialet, så måler Vickers og Brinell aftrykket efter dets overfladeareal. Det viser sig, at jo dybere indekset er i materialet, jo større er printområdet. Absolut alle materialer kan testes for hårdhed: mineraler, metaller, plastik og lignende, men hårdheden af hvert af dem bestemmes af deres egen metode.
Sådan finder du en vej
Brinell-hårdhedsmetoden er meget god til inhomogene materialer, til legeringer, der ikke er for hårde. Ikke kun materialetypen bestemmer målemetoden, men også selve parametrene, der skal bestemmes. Hårdheden af legeringer måles som det var i gennemsnit, da materialer med forskellige egenskaber eksisterer side om side i dem. For eksempel støbejern. Det har en meget heterogen struktur, der er cementit, grafit, perlit, ferrit, og derfor er den målte hårdhed af støbejern en gennemsnitsværdi, der består af hårdheden af alle komponenter.
Måling af metallers hårdhed ved Brinell-metoden udføres ved hjælp af en stor indekser, således at aftrykket opnås på et større område af prøven. Det er således under disse forhold også muligt at opnå en værdi for støbejern, som er et gennemsnit for mange og forskellige faser. Denne metode er meget god ved måling af hårdheden af legeringer - støbejern, ikke-jernholdige metaller, kobber, aluminium og lignende. Denne metode angiver nøjagtigt hårdhedsværdien af plast.
Rockwell-sammenligning
Den er god til hårde og superhårde metaller, og den resulterende hårdhedsværdi er også gennemsnittet. Den samme stålkugle eller kegle tjener som en indikator, men ud over dem bruges også en diamantpyramide. Aftrykket på materialet, målt med Rockwell-metoden, viser sig også at være stort, og hårdhedstallet for forskellige faser beregnes som gennemsnit.
Brinell- og Rockwell-metoderne adskiller sig i princippet: den første præsenterer resultatet som en kvotient efter at have divideret fordybningskraften med overfladen af aftryksområdet, mens Rockwell beregner forholdet mellem indtrængningsdybden og skalaenheden af instrumentet der måler dybden. Derfor er Rockwell-hårdheden praktisk t alt dimensionsløs, og ifølge Brinell er den tydeligt målt i kilogram pr. kvadratmillimeter.
Vickers-metode
Hvis prøven er for lille, eller det er nødvendigt at måle en genstand, der er mindre end størrelsen af indenter-aftrykket, som måler Rockwell- eller Brinell-hårdhed, bør der anvendes mikrohårdhedsmetoder, blandt hvilke Vickers-metoden er den mest populære. Indekset er en diamantpyramide, og aftrykket undersøges og måles af et optisk system, der ligner et mikroskop. Gennemsnitsværdien vil også være kendt, men hårdheden regnes ud frameget mindre område.
Hvis skalaen af det målte objekt er meget lille, så bruges en mikrohårdhedstester, som kan lave et aftryk i et separat korn, fase, lag, og fordybningsbelastningen kan vælges uafhængigt. Metalvidenskab gør det muligt at bruge disse metoder til at bestemme både hårdheden og mikrohårdheden af metaller, og materialevidenskaben bestemmer på samme måde mikrohårdheden og hårdheden af ikke-metalliske materialer.
Range
Der er tre områder til måling af hårdhed. I makroområdet reguleres belastningen fra 2 N til 30 kN. Mikroområdet begrænser ikke kun belastningen på indekseren, men også indtrængningsdybden. Den første værdi overstiger ikke 2 N, og den anden - mere end 0,2 μm. I nanoområdet er kun dybden af inkorporering af indekset reguleret - mindre end 0,2 µm. Resultatet giver materialets nanohårdhed.
Måleparametre afhænger primært af den belastning, der påføres indekset. Denne afhængighed fik endda et særligt navn - størrelseseffekten, på engelsk - indrykningsstørrelseseffekt. Arten af størrelseseffekten kan bestemmes af indeksets form. Sfærisk - hårdhed øges med stigende belastning, derfor er denne størrelseseffekt vendt. Vickers- eller Berkovich-pyramiden reducerer hårdheden med stigende belastning (her den sædvanlige eller direkte størrelseseffekt). Keglekuglen, som bruges til Rockwell-metoden, viser, at forøgelse af belastningen først fører til en stigning i hårdheden, og derefter, når den sfæriske del indføres,faldende.
Materialer og målemetoder
De hårdeste materialer, der findes i øjeblikket, er to modifikationer af kulstof: lonsdaleite, som er halvt så hårdt som diamant, og fullerit, der er dobbelt så hårdt som diamant. Den praktiske anvendelse af disse materialer er lige begyndt, men indtil videre er diamant den sværeste af de almindelige. Det er med dens hjælp, at hårdheden af alle metaller fastslås.
Bestemmelsesmetoder (de mest populære) blev anført ovenfor, men for at forstå deres egenskaber og forstå essensen, skal du overveje andre, der kan betinget opdeles i dynamisk, dvs. percussion og statisk, som allerede er blevet overvejet. Målemetoden kaldes ellers skalaen. Det skal erindres, at den mest populære stadig er Brinell-skalaen, hvor hårdhed måles ved aftrykkets diameter, som efterlader en stålkugle presset ind i materialets overflade.
Bestemmelse af hårdhedstallet
Brinell-metoden (GOST 9012-59) giver dig mulighed for at nedskrive hårdhedstallet uden måleenheder, der angiver det HB, hvor H er hårdhed (hårdhed), og B er selve Brinell. Arealet af et aftryk måles som en del af en kugle, ikke arealet af en cirkel, som Meyer-skalaen for eksempel gør. Rockwell-metoden udmærker sig ved, at ved at bestemme dybden af en diamantkugle eller kegle, der er trængt ind i materialet, er hårdheden dimensionsløs. Det betegnes HRA, HRC, HRB eller HR. Den beregnede hårdhedsformel ser således ud: HR=100 (130) - kd. Her er d indrykningsdybden, og k er koefficienten.
Vickers hårdhed kan værebestemt af aftrykket efterladt af en tetraedrisk pyramide presset ind i overfladen af materialet, i forhold til den belastning, der blev påført pyramiden. Aftrykkets område er ikke en rombe, men en del af pyramidens område. Vickers-enheder skal betragtes som kgf pr. mm2, angivet med HV-enheden. Der er også en målemetode ifølge Shore (indrykning), der oftere bruges til polymerer og har tolv måleskalaer. Shore-tilsvarende Asker-skalaer (japansk modifikation for bløde og elastiske materialer) ligner på mange måder den tidligere metode, kun måleapparatets parametre er forskellige, og der bruges forskellige indekser. En anden metode ifølge Shore - med rebound - til højmodul, det vil sige meget hårde materialer. Ud fra dette kan vi konkludere, at alle metoder, der måler et materiales hårdhed, er opdelt i to kategorier - dynamisk og statisk.
Værktøj og apparater
Enheder til at bestemme hårdhed kaldes hårdhedstestere, disse er instrumentelle målinger. Test påvirker et objekt på forskellige måder, så metoder kan være destruktive eller ikke-destruktive. Der er ingen direkte sammenhæng mellem alle disse skalaer, da ingen af metoderne afspejler materialets grundlæggende egenskaber som helhed.
Alligevel er der konstrueret tilstrækkeligt omtrentlige tabeller, hvor skalaer og forskellige metoder er forbundet for kategorier af materialer og deres individuelle grupper. Oprettelsen af disse tabeller blev mulig efter en række eksperimenter og tests. Dog teorier om, attilladt en af beregningsmetoderne at flytte fra en metode til en anden eksisterer endnu ikke. Den specifikke metode, hvormed hårdhed bestemmes, vælges sædvanligvis ud fra det tilgængelige udstyr, måleopgaver, måleforhold og naturligvis ud fra materialets egenskaber.
