Na určenie tvrdosti materiálu sa najčastejšie používa vynález švédskeho inžiniera Brinella - metóda, ktorá meria povrchové vlastnosti a poskytuje ďalšie charakteristiky polymérových kovov.
Hodnotenie materiálu
Práve vďaka tomuto objavu sa teraz vyhodnocuje najefektívnejšie využitie plastov. Nie príliš tvrdé plasty sú testované na elasticitu a mäkkosť, aby sa dali použiť ako tesniaci, tesniaci a tlmiaci materiál. Vývoj spoločnosti Brinell je metóda na určenie pevnosti a tvrdosti materiálu, ktorý bude slúžiť v dôležitých aplikáciách - v ozubených kolesách a ráfikoch, ložiskách pod veľkým zaťažením, závitových spojoch atď.
Táto metóda poskytuje najpresnejšie hodnotenie sily. Hodnotu parametra, ktorý je označený P1B, je ťažké preceňovať. Najčastejšie sa na tento účel používa vývoj Brinella, metóda, pri ktorej sa do materiálu vtlačí päťmilimetrová oceľová gulička. Podľa hĺbky vtlačenia gule sa určuje GOST.
História
V roku 1900 inžinier zo Švédska Johan August Brinell, metódu, ktorú navrhol svetuveda o materiáloch, ktorá sa preslávila. Bol nielen pomenovaný po vynálezcovi, ale stal sa najpoužívanejším, štandardizovaným.
Čo je tvrdosť? Toto je špeciálna vlastnosť materiálu, ktorý nepodlieha plastickej deformácii v dôsledku lokálneho kontaktného pôsobenia, čo najčastejšie spočíva v zavedení indexéra (tvrdšieho tela) do materiálu.
Obnovená a neobnovená tvrdosť
Brinellova metóda pomáha merať obnovenú tvrdosť, ktorá je určená pomerom veľkosti zaťaženia k objemu tlače, projekčnej ploche alebo povrchu. Tvrdosť teda môže byť objemová, projekčná a povrchová. Ten je určený pomerom: zaťaženie k ploche odtlačku. Objemová tvrdosť sa meria pomerom záťaže k jej objemu a projekčná tvrdosť je záťaž na projekčnú plochu, ktorú odtlačok zanechal.
Neobnovená tvrdosť Brinellovou metódou je určená rovnakými parametrami, hlavnou meranou hodnotou sa stáva len odporová sila, ktorej pomer k ploche povrchu, objemu alebo priemetu ukazuje index zapustený do materiálu. Objemová, projekčná a povrchová tvrdosť sa vypočítava rovnakým spôsobom: pomerom odporovej sily buď k ploche zabudovanej časti indexu, alebo k jej projekčnej ploche, alebo k objemu.
Určenie tvrdosti
Schopnosť odolávať plastickej a elastickej deformácii pri vystavení tvrdšiemu materiáluIndex je určenie tvrdosti, to znamená, že ide v skutočnosti o skúšku vtlačenia materiálu. Metóda tvrdosti podľa Brinella je meraním toho, ako hlboko induktor prenikol do materiálu. Aby sme poznali presnú hodnotu tvrdosti daného materiálu, je potrebné zmerať hĺbku prieniku. Na tento účel existuje metóda podľa Brinella a Rockwella, menej často sa používa metóda Vickers.
Ak Rockwellova metóda priamo určuje hĺbku prieniku loptičky do materiálu, potom Vickers a Brinell merajú odtlačok podľa jeho povrchu. Ukazuje sa, že čím hlbší je index v materiáli, tým väčšia je plocha tlače. Na tvrdosť je možné testovať absolútne akékoľvek materiály: minerály, kovy, plasty a podobne, ale tvrdosť každého z nich sa určuje vlastnou metódou.
Ako nájsť cestu
Metóda tvrdosti podľa Brinella je veľmi dobrá pre nehomogénne materiály, pre zliatiny, ktoré nie sú príliš tvrdé. O spôsobe merania nerozhoduje len druh materiálu, ale aj samotné parametre, ktoré je potrebné určiť. Tvrdosť zliatin sa meria v priemere, pretože v nich koexistujú materiály s rôznymi vlastnosťami. Napríklad liatina. Má veľmi heterogénnu štruktúru, nachádza sa v nej cementit, grafit, perlit, ferit, a preto nameraná tvrdosť liatiny je priemerná hodnota, pozostávajúca z tvrdosti všetkých zložiek.
Meranie tvrdosti kovov metódou podľa Brinella sa vykonáva pomocou veľkého indexéra, takže odtlačok sa získa na väčšej ploche vzorky. Za týchto podmienok je teda možné získať aj hodnotu pre liatinu, ktorá je priemerom pre mnohé a rôzne fázy. Táto metóda je veľmi dobrá pri meraní tvrdosti zliatin – liatiny, farebných kovov, medi, hliníka a pod. Táto metóda presne určuje hodnotu tvrdosti plastov.
Porovnanie Rockwell
Je vhodný pre tvrdé a supertvrdé kovy a výsledná hodnota tvrdosti je tiež spriemerovaná. Ako indikátor slúži rovnaká oceľová guľa alebo kužeľ, no okrem nich sa používa aj diamantová pyramída. Odtlačok na materiáli pri meraní Rockwellovou metódou sa tiež ukazuje ako veľký a číslo tvrdosti pre rôzne fázy je spriemerované.
Metódy podľa Brinella a Rockwella sa v zásade líšia: prvá prezentuje výsledok ako kvocient po vydelení sily vtlačenia povrchom plochy odtlačku, zatiaľ čo Rockwell vypočítava pomer hĺbky prieniku k jednotke mierky prístroj, ktorý meria hĺbku. Preto je tvrdosť podľa Rockwella prakticky bezrozmerná a podľa Brinella sa jednoznačne meria v kilogramoch na milimeter štvorcový.
Vickersova metóda
Ak je vzorka príliš malá alebo je potrebné zmerať predmet menší ako je veľkosť odtlačku indentoru, ktorým sa meria tvrdosť Rockwell alebo Brinell, mali by sa použiť metódy mikrotvrdosti, medzi ktorými je najobľúbenejšia metóda Vickers. Index je diamantová pyramída a odtlačok sa skúma a meria optickým systémom podobným mikroskopu. Priemerná hodnota bude tiež známa, ale tvrdosť sa počíta zoveľa menšia oblasť.
Ak je mierka meraného objektu veľmi malá, potom sa použije mikrotvrdomer, ktorý dokáže urobiť odtlačok v samostatnom zrnu, fáze, vrstve a zaťaženie vtlačenia je možné zvoliť nezávisle. Veda o kovoch umožňuje pomocou týchto metód určiť tvrdosť aj mikrotvrdosť kovov a veda o materiáloch rovnakým spôsobom určuje mikrotvrdosť a tvrdosť nekovových materiálov.
Rozsah
Na meranie tvrdosti existujú tri rozsahy. V makrorozsahu je záťaž regulovaná od 2 N do 30 kN. Mikrorozsah obmedzuje nielen zaťaženie indexéra, ale aj hĺbku prieniku. Prvá hodnota nepresahuje 2 N a druhá - viac ako 0,2 μm. V nanorozsahu je regulovaná iba hĺbka zabudovania indexu - menej ako 0,2 µm. Výsledkom je nanotvrdosť materiálu.
Parametre merania závisia predovšetkým od zaťaženia použitého na index. Táto závislosť dokonca dostala špeciálny názov – efekt veľkosti, v angličtine – indentation size effect. Charakter efektu veľkosti možno určiť tvarom indexu. Sférický - tvrdosť sa zvyšuje so zvyšujúcim sa zaťažením, preto je tento veľkostný efekt obrátený. Vickersova alebo Berkovichova pyramída znižuje tvrdosť so zvyšujúcou sa záťažou (tu obvyklý alebo priamy efekt veľkosti). Kužeľová guľa, ktorá sa používa pre Rockwellovu metódu, ukazuje, že zvýšenie zaťaženia vedie najskôr k zvýšeniu tvrdosti a potom, keď sa vloží guľová časť,klesá.
Materiály a metódy merania
Najtvrdšie materiály, ktoré v súčasnosti existujú, sú dve modifikácie uhlíka: lonsdaleit, ktorý je o polovicu tvrdší ako diamant, a fullerit, ktorý je dvakrát tvrdší ako diamant. Praktická aplikácia týchto materiálov je len na začiatku, ale zatiaľ je diamant najtvrdší z bežných. S jeho pomocou sa určuje tvrdosť všetkých kovov.
Metódy určovania (najpopulárnejšie) boli uvedené vyššie, ale aby ste pochopili ich vlastnosti a pochopili podstatu, musíte zvážiť ďalšie, ktoré možno podmienečne rozdeliť na dynamické, teda perkusie, a statické, ktoré už boli zvážené. Metóda merania sa inak nazýva stupnica. Treba pripomenúť, že najpopulárnejšia je stále Brinellova stupnica, kde sa tvrdosť meria priemerom odtlačku, ktorý zanecháva oceľovú guľu vtlačenú do povrchu materiálu.
Určenie čísla tvrdosti
Metóda podľa Brinella (GOST 9012-59) vám umožňuje zapísať si číslo tvrdosti bez jednotiek merania, pričom ho označíte HB, kde H je tvrdosť (tvrdosť) a B je samotný Brinell. Plocha odtlačku sa meria ako súčasť gule, nie ako plocha kruhu, ako to robí napríklad Meyerova stupnica. Rockwellova metóda sa vyznačuje tým, že určením hĺbky diamantovej gule alebo kužeľa, ktorý sa dostal do materiálu, je tvrdosť bezrozmerná. Označuje sa HRA, HRC, HRB alebo HR. Vypočítaný vzorec tvrdosti vyzerá takto: HR=100 (130) - kd. Tu d je hĺbka vtlačenia a k je koeficient.
Tvrdosť podľa Vickersa môže byťurčená odtlačkom zanechaným štvorstennou pyramídou vtlačenou do povrchu materiálu vo vzťahu k zaťaženiu, ktoré bolo aplikované na pyramídu. Oblasť odtlačku nie je kosoštvorec, ale časť plochy pyramídy. Jednotky Vickers by sa mali považovať za kgf na mm2, označované jednotkou HV. Existuje aj metóda merania podľa Shorea (indentácia), častejšie používaná pre polyméry a má dvanásť meracích stupníc. Askerove stupnice zodpovedajúce Shore (japonská modifikácia pre mäkké a elastické materiály) sú v mnohom podobné predchádzajúcej metóde, len parametre meracieho zariadenia sú odlišné a používajú sa iné indexy. Iná metóda podľa Shorea - s odrazom - pre vysokomodulové, teda veľmi tvrdé materiály. Z toho môžeme vyvodiť záver, že všetky metódy, ktorými sa meria tvrdosť materiálu, sú rozdelené do dvoch kategórií – dynamické a statické.
Nástroje a zariadenia
Zariadenia na zisťovanie tvrdosti sa nazývajú tvrdomery, ide o prístrojové merania. Testovanie ovplyvňuje objekt rôznymi spôsobmi, takže metódy môžu byť deštruktívne alebo nedeštruktívne. Medzi všetkými týmito mierkami neexistuje priamy vzťah, pretože žiadna z metód neodráža základné vlastnosti materiálu ako celku.
Napriek tomu boli skonštruované dostatočne približné tabuľky, kde sú pospájané škály a rôzne metódy pre kategórie materiálov a ich jednotlivé skupiny. Vytvorenie týchto tabuliek bolo možné po sérii experimentov a testov. Avšak, teórie, žepovolený prechod jednej z metód výpočtu z jednej metódy na druhú zatiaľ neexistuje. Konkrétna metóda, ktorou sa tvrdosť určuje, sa zvyčajne vyberá na základe dostupného vybavenia, úloh merania, podmienok merania a, samozrejme, vlastností samotného materiálu.
