Za određivanje tvrdoće materijala najčešće se koristi izum švedskog inženjera Brinella - metoda koja mjeri svojstva površine i daje dodatne karakteristike polimernih metala.
Procjena materijala
Zahvaljujući ovom otkriću sada se procjenjuje najefikasnija upotreba plastike. Ne previše tvrda plastika se ispituje na elastičnost i mekoću kako bi se koristila kao materijal za brtvljenje, brtvljenje i amortizaciju. Brinellov razvoj je metoda za određivanje čvrstoće i tvrdoće materijala koji će služiti u važnim aplikacijama - u zupčanicima i felgama, ležajevima pod velikim opterećenjem, navojnim spojevima, itd.
Ova metoda daje najtačniju procjenu snage. Vrijednost parametra, koja je označena sa P1B, teško je precijeniti. U tu svrhu najčešće se koristi razvoj Brinella, metode u kojoj se čelična kugla od pet milimetara utiskuje u materijal. Prema dubini udubljenja lopte, određuje se GOST.
Historija
Godine 1900., inženjer iz Švedske Johan August Brinell, metodu koju je predložio svijetunauka o materijalima, postala poznata. Ne samo da je nazvan po izumitelju, već je postao i najčešće korišten, standardiziran.
Šta je tvrdoća? Ovo je posebno svojstvo materijala koji ne doživljava plastičnu deformaciju od lokalnog kontaktnog djelovanja, što se najčešće svodi na unošenje indeksera (tvrđeg tijela) u materijal.
Oporavljena i neobnovljena tvrdoća
Brinellova metoda pomaže u mjerenju obnovljene tvrdoće, koja je određena omjerom veličine opterećenja i zapremine otiska, površine projekcije ili površine. Dakle, tvrdoća može biti volumetrijska, projekcijska i površinska. Potonji je određen omjerom: opterećenje prema površini otiska. Masivna tvrdoća se mjeri omjerom opterećenja i njegove zapremine, a tvrdoća projekcije je opterećenje na površinu projekcije koju je ostavio otisak.
Neobnovljena tvrdoća po Brinellovoj metodi određena je istim parametrima, samo sila otpora postaje glavna izmjerena vrijednost, čiji je odnos prema površini, zapremini ili projekciji prikazan indeksom ugrađenim u materijal. Volumetrijska, projekcijska i površinska tvrdoća izračunavaju se na isti način: omjerom sile otpora ili prema površini ugrađenog dijela indeksa, ili prema njegovoj projekcijskoj površini, ili prema zapremini.
Određivanje tvrdoće
Sposobnost otpornosti na plastičnu i elastičnu deformaciju kada su izloženi tvrđem materijaluIndeks je određivanje tvrdoće, odnosno, u stvari, ovo je test udubljenja materijala. Metoda Brinellove tvrdoće je mjerenje koliko je induktor duboko prodro u materijal. Da bi se znala tačna vrijednost tvrdoće datog materijala, potrebno je izmjeriti dubinu prodiranja. Da biste to učinili, postoji Brinell i Rockwell metoda, Vickersova metoda se rjeđe koristi.
Ako Rockwellova metoda direktno određuje dubinu prodiranja lopte u materijal, tada Vickers i Brinell mjere otisak po njegovoj površini. Ispostavilo se da što je dublji indeks u materijalu, to je veća površina za ispis. Apsolutno bilo koji materijal se može ispitati na tvrdoću: minerali, metali, plastika i slično, ali se tvrdoća svakog od njih određuje svojom metodom.
Kako pronaći put
Metoda Brinellove tvrdoće je vrlo dobra za nehomogene materijale, za legure koje nisu previše tvrde. Ne samo da vrsta materijala određuje način mjerenja, već i sami parametri koje je potrebno odrediti. Tvrdoća legura se meri u proseku, jer u njima koegzistiraju materijali različitih karakteristika. Na primjer, liveno gvožđe. Veoma je heterogene strukture, ima cementita, grafita, perlita, ferita, pa je izmerena tvrdoća livenog gvožđa prosečna vrednost, koja se sastoji od tvrdoće svih komponenti.
Mjerenje tvrdoće metala po Brinellovoj metodi vrši se pomoću velikog indeksera, tako da se otisak dobija na većoj površini uzorka. Tako je pod ovim uslovima moguće dobiti i vrednost za liveno gvožđe, koja je prosek za mnoge i različite faze. Ova metoda je vrlo dobra pri mjerenju tvrdoće legura - livenog gvožđa, obojenih metala, bakra, aluminijuma i slično. Ova metoda precizno pokazuje vrijednost tvrdoće plastike.
Poređenje Rockwella
Dobar je za tvrde i super tvrde metale, a rezultujuća vrijednost tvrdoće je također prosječna. Ista čelična kugla ili konus služi kao indikator, ali osim njih koristi se i dijamantska piramida. Otisak na materijalu kada se mjeri Rockwell metodom također se pokazuje velikim, a broj tvrdoće za različite faze je u prosjeku.
Brinell i Rockwell metode se u principu razlikuju: prva predstavlja rezultat kao količnik nakon dijeljenja sile udubljenja sa površinom površine otiska, dok Rockwell izračunava omjer dubine prodiranja prema jedinici skale instrument koji meri dubinu. Zbog toga je tvrdoća po Rockwellu praktično bezdimenzionalna, a prema Brinellu se jasno mjeri u kilogramima po kvadratnom milimetru.
Vickers metoda
Ako je uzorak premali ili je potrebno izmjeriti predmet manji od veličine otiska indentera, koji mjeri tvrdoću po Rockwellu ili Brinellu, treba koristiti metode mikrotvrdoće, među kojima je najpopularnija Vickersova metoda. Indeks je dijamantska piramida, a otisak se ispituje i mjeri optičkim sistemom sličnim mikroskopu. Prosječna vrijednost će također biti poznata, ali se tvrdoća računa iz togamnogo manja površina.
Ako je skala mjernog objekta vrlo mala, tada se koristi mikrotvrdometar, koji može napraviti otisak u posebnom zrnu, fazi, sloju, a opterećenje udubljenja može se odabrati nezavisno. Nauka o metalu dozvoljava korištenje ovih metoda za određivanje i tvrdoće i mikrotvrdoće metala, a nauka o materijalima na isti način određuje mikrotvrdoću i tvrdoću nemetalnih materijala.
Raspon
Postoje tri opsega za mjerenje tvrdoće. U makro opsegu opterećenje je regulirano od 2 N do 30 kN. Mikroopseg ograničava ne samo opterećenje indeksera, već i dubinu prodiranja. Prva vrijednost ne prelazi 2 N, a druga - više od 0,2 μm. U nanorangeu je regulisana samo dubina ugradnje indeksa - manja od 0,2 µm. Rezultat daje nanotvrdoću materijala.
Parametri mjerenja prvenstveno zavise od opterećenja primijenjenog na indeks. Ova zavisnost je čak dobila i poseban naziv - efekat veličine, na engleskom - efekat veličine udubljenja. Priroda efekta veličine može se odrediti oblikom indeksa. Sferni - tvrdoća se povećava sa povećanjem opterećenja, stoga je ovaj efekat veličine obrnut. Vickersova ili Berkovichova piramida smanjuje tvrdoću sa povećanjem opterećenja (ovdje, uobičajeni ili direktni efekat veličine). Konusna sfera, koja se koristi za Rockwell metodu, pokazuje da povećanje opterećenja prvo dovodi do povećanja tvrdoće, a zatim, kada se uvede sferni dio,smanjuje se.
Materijal i metode mjerenja
Najtvrđi materijali koji trenutno postoje su dvije modifikacije ugljika: lonsdaleit, koji je upola tvrđi od dijamanta, i fulerit, koji je dvostruko tvrđi od dijamanta. Praktična primjena ovih materijala tek počinje, ali za sada je dijamant najtvrđi od uobičajenih. Uz nju se utvrđuje tvrdoća svih metala.
Metode utvrđivanja (najpopularnije) su navedene gore, ali da biste razumjeli njihove karakteristike i razumjeli suštinu, morate uzeti u obzir druge koje se uslovno mogu podijeliti na dinamičke, odnosno udaraljke i statičke, koje već su razmatrani. Metoda mjerenja se inače naziva skala. Treba podsjetiti da je i dalje najpopularnija Brinellova skala, gdje se tvrdoća mjeri prečnikom otiska, koji ostavlja čeličnu kuglu utisnutu u površinu materijala.
Određivanje broja tvrdoće
Brinellova metoda (GOST 9012-59) omogućava vam da zapišete broj tvrdoće bez mjernih jedinica, označavajući ga HB, gdje je H tvrdoća (tvrdoća), a B je sam Brinel. Površina otiska se mjeri kao dio sfere, a ne površina kruga, kao što to radi, na primjer, Meyerova skala. Rockwellova metoda se razlikuje po tome što određivanjem dubine dijamantske kugle ili stošca koja je ušla u materijal, tvrdoća je bezdimenzionalna. Označava se HRA, HRC, HRB ili HR. Izračunata formula tvrdoće izgleda ovako: HR=100 (130) - kd. Ovdje je d dubina udubljenja, a k je koeficijent.
Vickers tvrdoća može bitiodređena otiskom koje ostavlja tetraedarska piramida utisnuta u površinu materijala, u odnosu na opterećenje koje je primijenjeno na piramidu. Površina otiska nije romb, već dio površine piramide. Vickers jedinice treba smatrati kgf po mm2, označene sa HV jedinicom. Postoji i metoda mjerenja prema Shoreu (udubljenje), koja se češće koristi za polimere i ima dvanaest mjernih skala. Asker skale koje odgovaraju Shore-u (japanska modifikacija za meke i elastične materijale) su po mnogo čemu slične prethodnoj metodi, samo su parametri mjernog uređaja različiti i koriste se različiti indeksi. Druga metoda prema Shoreu - sa odskokom - za visoko modularne, odnosno vrlo tvrde materijale. Iz ovoga možemo zaključiti da su sve metode koje mjere tvrdoću nekog materijala podijeljene u dvije kategorije - dinamičke i statičke.
Alati i uređaji
Uređaji za određivanje tvrdoće nazivaju se testeri tvrdoće, to su instrumentalna mjerenja. Testiranje utječe na objekt na različite načine, tako da metode mogu biti destruktivne ili nedestruktivne. Ne postoji direktna veza između svih ovih skala, jer nijedna od metoda ne odražava fundamentalna svojstva materijala u cjelini.
Ipak, napravljene su dovoljno približne tabele u kojima se povezuju skale i različite metode za kategorije materijala i njihove pojedinačne grupe. Kreiranje ovih tablica postalo je moguće nakon niza eksperimenata i testova. Međutim, teorije kojedozvoljeno da jedna od metoda izračunavanja pređe s jedne metode na drugu još ne postoji. Konkretna metoda kojom se utvrđuje tvrdoća obično se bira na osnovu raspoložive opreme, zadataka mjerenja, uslova mjerenja i, naravno, od svojstava samog materijala.
