Materjali kõvaduse määramiseks kasutatakse kõige sagedamini Rootsi inseneri Brinelli leiutist – meetodit, mis mõõdab pinnaomadusi ja annab polümeermetallidele lisaomadusi.
Materjali hindamine
Just tänu sellele avastusele hinnatakse nüüd plasti kõige tõhusamat kasutamist. Mitte liiga kõvade plastide elastsust ja pehmust testitakse, et neid saaks kasutada tihendus-, tihendus- ja pehmendusmaterjalina. Brinelli arendus on meetod materjalide tugevuse ja kõvaduse määramiseks, mida kasutatakse olulistes rakendustes – hammasratastes ja velgedes, suure koormuse all olevates laagrites, keermestatud liitmikes jne.
See meetod annab tugevuse kõige täpsema hinnangu. Parameetri väärtust, mida tähistatakse P1B-ga, on raske üle hinnata. Kõige sagedamini kasutatakse selleks Brinelli väljatöötamist – meetodit, mille käigus pressitakse materjali sisse viiemillimeetrine teraskuul. Vastav alt kuuli süvendi sügavusele määratakse GOST.
Ajalugu
1900. aastal pakkus Rootsi insener Johan August Brinell maailmale välja meetodimaterjaliteadus, kuulsaks saanud. Seda ei nimetatud mitte ainult leiutaja järgi, vaid sellest sai kõige laialdasem alt kasutatav, standardiseeritud.
Mis on kõvadus? See on materjali eriomadus, mis ei koge plastseid deformatsioone lokaalse kontakti mõjul, mis taandub enamasti indekseerija (kõvema korpuse) lisamisele materjali.
Taastatud ja taastamata kõvadus
Brinelli meetod aitab mõõta taastatud kõvadust, mille määrab koormuse suuruse ja trükise mahu, projektsiooniala või pinna suhe. Seega võib kõvadus olla mahuline, projektsioon ja pind. Viimane määratakse suhtega: koormus ja jäljendi pindala. Mahukasedus mõõdetakse koormuse ja selle ruumala suhtega ning projektsiooni kõvadus on projektsiooniala koormus, mille jäljend jättis.
Brinelli meetodil taastamata kõvadus määratakse samade parameetritega, põhiliseks mõõdetud väärtuseks saab ainult takistusjõud, mille suhet pindala, ruumala või projektsiooniga näitab materjali sisse põimitud indeks. Mahuline, projektsioon ja pinna kõvadus arvutatakse samal viisil: takistusjõu suhtega kas indeksi sisseehitatud osa pindalasse või selle projektsioonialasse või ruumalasse.
Kõvaduse määramine
Võime taluda plastilist ja elastset deformatsiooni tugevama materjaliga kokkupuutelIndeks on kõvaduse määramine, see tähendab, et tegelikult on see materjali süvenduskatse. Brinelli kõvaduse meetod mõõdab, kui sügavale on induktiivpool materjali tunginud. Et teada saada antud materjali kõvaduse täpset väärtust, on vaja mõõta läbitungimissügavust. Selleks on Brinelli ja Rockwelli meetod, Vickersi meetodit kasutatakse harvemini.
Kui Rockwelli meetod määrab otseselt kuuli materjalisse tungimise sügavuse, siis Vickers ja Brinell mõõdavad jäljendit selle pindala järgi. Selgub, et mida sügavam on materjalis indeks, seda suurem on trükipind. Kõvaduse suhtes saab testida absoluutselt kõiki materjale: mineraale, metalle, plastmassi ja muud sarnast, kuid igaühe kõvadus määratakse oma meetodiga.
Kuidas leida viis
Brinelli kõvaduse meetod sobib väga hästi mittehomogeensete materjalide, mitte liiga kõvade sulamite puhul. Mõõtmismeetodit ei määra mitte ainult materjali tüüp, vaid ka parameetrid ise, mis tuleb kindlaks määrata. Sulamite kõvadust mõõdetakse justkui keskmiselt, kuna neis eksisteerivad koos erinevate omadustega materjalid. Näiteks malm. Sellel on väga heterogeenne struktuur, seal on tsementiit, grafiit, perliit, ferriit ja seetõttu on malmi mõõdetud kõvadus keskmine väärtus, mis koosneb kõigi komponentide kõvadusest.
Metallide kõvaduse mõõtmine Brinelli meetodil toimub suure indekseerija abil, nii et jäljend saadakse proovi suuremale alale. Seega on nendel tingimustel võimalik saada ka malmi väärtus, mis on paljude ja erinevate faaside keskmine. See meetod on väga hea sulamite – malmi, värviliste metallide, vase, alumiiniumi jms kõvaduse mõõtmisel. See meetod näitab täpselt plasti kõvaduse väärtust.
Rockwelli võrdlus
See sobib kõvade ja ülikõvade metallide jaoks ning saadud kõvaduse väärtus on samuti keskmistatud. Indikaatorina toimib sama teraskuul või -koonus, kuid lisaks neile kasutatakse ka teemantpüramiidi. Materjalile jääv jäljend Rockwelli meetodil mõõdetuna osutub samuti suureks ja erinevate faaside kõvadusarv on keskmistatud.
Brinelli ja Rockwelli meetodid erinevad põhimõtteliselt: esimene esitab tulemuse jagatisena pärast taandumisjõu jagamist jäljendi pinnaga, Rockwell arvutab aga läbitungimissügavuse ja skaalaühiku suhte. seade, mis mõõdab sügavust. Seetõttu on Rockwelli kõvadus praktiliselt mõõtmeteta ja Brinelli sõnul mõõdetakse seda selgelt kilogrammides ruutmillimeetri kohta.
Vickersi meetod
Kui valim on liiga väike või on vaja mõõta objekti, mis on väiksem kui taandrijälje suurus, mis mõõdab Rockwelli või Brinelli kõvadust, tuleks kasutada mikrokõvaduse meetodeid, mille hulgas on kõige populaarsem Vickersi meetod. Indeks on teemantpüramiid ning jäljendit uuritakse ja mõõdetakse mikroskoobiga sarnase optilise süsteemiga. Teada saab ka keskmine väärtus, kuid kõvadust arvutataksepalju väiksem ala.
Kui mõõdetava objekti skaala on väga väike, siis kasutatakse mikrokõvaduse testerit, millega saab teha jäljendi eraldi tera, faasi, kihina ning taandekoormust saab valida iseseisv alt. Metalliteadus võimaldab nende meetodite abil määrata nii metallide kõvadust kui ka mikrokõvadust ning materjaliteadus määrab samal viisil ka mittemetalliliste materjalide mikrokõvaduse ja kõvaduse.
Vahestus
Kareduse mõõtmiseks on kolm vahemikku. Makropiirkonnas reguleeritakse koormust vahemikus 2 N kuni 30 kN. Mikrovahemik ei piira mitte ainult indekseerija koormust, vaid ka läbitungimissügavust. Esimene väärtus ei ületa 2 N ja teine - üle 0,2 μm. Nanovahemikus on reguleeritud ainult indeksi sisseehitamise sügavus - alla 0,2 µm. Tulemus annab materjali nanokõvaduse.
Mõõtmisparameetrid sõltuvad peamiselt indeksile rakendatavast koormusest. See sõltuvus sai isegi erilise nime – suurusefekt, inglise keeles – indentation size effect. Suuruse efekti olemust saab määrata indeksi kuju järgi. Sfääriline - kõvadus suureneb koormuse suurenemisega, seetõttu on see suuruse mõju vastupidine. Vickersi või Berkovichi püramiid vähendab koormuse suurenedes kõvadust (siinkohal tavaline või otsene suuruse efekt). Rockwelli meetodi puhul kasutatav koonussfäär näitab, et koormuse suurendamine viib esm alt kõvaduse suurenemiseni ja seejärel sfäärilise osa sisseviimiselväheneb.
Materjalid ja mõõtmismeetodid
Praegu kõige kõvemad materjalid on süsiniku kaks modifikatsiooni: lonsdaleiit, mis on teemandist poole kõvem, ja fulleriit, mis on teemandist kaks korda kõvem. Nende materjalide praktiline rakendamine on alles algamas, kuid praegu on teemant tavalistest materjalidest kõige kõvem. Selle abil määratakse kindlaks kõigi metallide kõvadus.
Määramismeetodid (kõige populaarsemad) olid loetletud ülal, kuid nende omaduste mõistmiseks ja olemuse mõistmiseks peate arvestama ka teistega, mida saab tinglikult jagada dünaamilisteks, st löökpillideks ja staatilisteks. on juba kaalutud. Mõõtmismeetodit nimetatakse muidu skaalaks. Tuletame meelde, et kõige populaarsem on endiselt Brinelli skaala, kus kõvadust mõõdetakse jäljendi läbimõõduga, mis jätab materjali pinnale pressitud teraskuuli.
Kõvadusarvu määramine
Brinelli meetod (GOST 9012-59) võimaldab teil kõvaduse numbri üles kirjutada ilma mõõtühikuteta, tähistades seda HB, kus H on kõvadus (kõvadus) ja B on Brinell ise. Jälje pindala mõõdetakse sfääri osana, mitte ringi pindalana, nagu seda teeb näiteks Meyeri skaala. Rockwelli meetod eristub selle poolest, et materjali sattunud teemantkuuli või -koonuse sügavuse määramisel on kõvadus dimensioonitu. Seda tähistatakse HRA, HRC, HRB või HR. Arvutatud kõvaduse valem näeb välja selline: HR=100 (130) - kd. Siin d on taande sügavus ja k on koefitsient.
Vickersi kõvadus võib ollamääratakse materjali pinnale surutud tetraeedrilise püramiidi jäljendi järgi püramiidile rakendatud koormuse suhtes. Jälje pindala ei ole romb, vaid osa püramiidi pindalast. Vickersi ühikuid tuleks käsitleda kui kgf per mm2, mida tähistatakse HV ühikuga. Samuti on olemas Shore'i mõõtmismeetod (taandumine), mida kasutatakse sagedamini polümeeride jaoks ja millel on kaksteist mõõteskaalat. Kaldale vastavad Asker-kaalud (jaapani modifikatsioon pehmete ja elastsete materjalide jaoks) on paljuski sarnased eelmisele meetodile, erinevad on ainult mõõteseadme parameetrid ja kasutatakse erinevaid indekseid. Teine meetod Shore'i järgi - tagasilöögiga - kõrge mooduliga, see tähendab väga kõvade materjalide jaoks. Sellest võime järeldada, et kõik materjali kõvadust mõõtvad meetodid jagunevad kahte kategooriasse – dünaamilised ja staatilised.
Tööriistad ja seadmed
Kõvaduse määramise seadmeid nimetatakse kõvaduse testeriteks, need on instrumentaalsed mõõtmised. Testimine mõjutab objekti erineval viisil, seega võivad meetodid olla hävitavad või mittepurustavad. Kõigi nende kaalude vahel puudub otsene seos, kuna ükski meetod ei kajasta materjali kui terviku põhiomadusi.
Sellele vaatamata on koostatud piisav alt ligikaudsed tabelid, kus on omavahel ühendatud skaalad ja erinevad meetodid materjalikategooriate ja nende üksikute rühmade kaupa. Nende tabelite loomine sai võimalikuks pärast mitmeid katseid ja katseid. Samas teooriad, misvõimaldas ühel arvutusmeetodil liikuda ühelt meetodilt teisele, ei ole veel olemas. Konkreetne kõvaduse määramise meetod valitakse tavaliselt olemasolevate seadmete, mõõtmisülesannete, mõõtmistingimuste ja loomulikult materjali enda omaduste põhjal.
