Materiaalin kovuuden määrittämiseen käytetään useimmiten ruotsalaisen insinööri Brinellin keksintöä - menetelmää, joka mittaa pintaominaisuuksia ja antaa lisäominaisuuksia polymeerimetallille.
Materiaaliarviointi
Tämän löydön ansiosta muovin tehokkainta käyttöä arvioidaan nyt. Ei liian kovien muovien kimmoisuus ja pehmeys testataan, jotta niitä voidaan käyttää tiivistys-, tiivistys- ja pehmustemateriaalina. Brinellin kehitystyö on menetelmä tärkeissä sovelluksissa käytettävän materiaalin lujuuden ja kovuuden määrittämiseksi - hammaspyörissä ja vanteissa, raskaan kuormituksen alaisena olevissa laakereissa, kierreliittimissä jne.
Tämä menetelmä antaa tarkimman lujuuden arvioinnin. Parametrin arvoa, jota merkitään P1B, on vaikea yliarvioida. Yleisimmin käytetty tähän tarkoitukseen on kehitetty Brinell, menetelmä, jossa viiden millimetrin teräskuula puristetaan materiaaliin. GOST määritetään pallon sisennyksen syvyyden mukaan.
Historia
Vuonna 1900 ruotsalainen insinööri Johan August Brinell, menetelmä, jota hän ehdotti maailmallemateriaalitiede, tehty tunnetuksi. Sitä ei vain nimetty keksijän mukaan, vaan siitä tuli eniten käytetty, standardoitu.
Mikä on kovuus? Tämä on materiaalin erityinen ominaisuus, joka ei aiheuta plastista muodonmuutosta paikallisen kosketuksen vaikutuksesta, mikä useimmiten johtuu indeksaattorin (kovemman kappaleen) lisäämisestä materiaaliin.
Palautunut ja palautumaton kovuus
Brinell-menetelmä auttaa mittaamaan palautettua kovuutta, joka määräytyy kuormituksen suuruuden suhteesta painatuksen, projektioalueen tai pinta-alan tilavuuteen. Siten kovuus voi olla tilavuus, projektio ja pinta. Jälkimmäinen määräytyy suhteella: kuormitus jäljen pinta-alaan. Bulkkikovuus mitataan kuorman suhteella sen tilavuuteen, ja projektiokovuus on kuormitus projektioalueelle, jonka jälki on jättänyt.
Brinell-menetelmällä palauttamaton kovuus määritetään samoilla parametreilla, vain vastusvoimasta tulee päämittausarvo, jonka suhde pinta-alaan, tilavuuteen tai projektioon näkyy materiaaliin upotetun indeksin avulla. Tilavuus, projektio ja pintakovuus lasketaan samalla tavalla: vastusvoiman suhteella joko indeksin upotetun osan pinta-alaan tai sen projektiopinta-alaan tai tilavuuteen.
Kovuuden määritys
Kyky vastustaa muovista ja elastista muodonmuutosta, kun se altistetaan kovemmalle materiaalilleIndeksi on kovuuden määritys, eli itse asiassa tämä on materiaalin painaumatesti. Brinellin kovuusmenetelmällä mitataan kuinka syvälle kela on tunkeutunut materiaaliin. Tietyn materiaalin kovuuden tarkan arvon selvittämiseksi on tarpeen mitata tunkeutumissyvyys. Tätä varten on Brinell- ja Rockwell-menetelmä, Vickers-menetelmää käytetään harvemmin.
Jos Rockwell-menetelmä määrittää suoraan pallon tunkeutumissyvyyden materiaaliin, Vickers ja Brinell mittaavat jäljen sen pinta-alalla. Osoittautuu, että mitä syvempi indeksi materiaalissa on, sitä suurempi on tulostusalue. Täysin minkä tahansa materiaalin kovuus voidaan testata: mineraalit, metallit, muovit ja vastaavat, mutta jokaisen kovuus määräytyy omalla menetelmällään.
Kuinka löytää keino
Brinell-kovuusmenetelmä on erittäin hyvä epähomogeenisille materiaaleille, seoksille, jotka eivät ole liian kovia. Mittausmenetelmän määrää ei vain materiaalityyppi, vaan myös itse määritettävät parametrit. Seosten kovuus mitataan ikään kuin keskimäärin, koska niissä esiintyy rinnakkain materiaaleja, joilla on erilaiset ominaisuudet. Esimerkiksi valurautaa. Sen rakenne on hyvin heterogeeninen, siinä on sementiittiä, grafiittia, perliittiä, ferriittiä, ja siksi valuraudan mitattu kovuus on keskiarvo, joka koostuu kaikkien komponenttien kovuudesta.
Metallien kovuuden mittaus Brinell-menetelmällä suoritetaan suurella indeksaattorilla, jolloin jälki saadaan suuremmalle näytteen alueelle. Näin ollen näissä olosuhteissa on mahdollista saada myös valuraudalle arvo, joka on useiden eri vaiheiden keskiarvo. Tämä menetelmä on erittäin hyvä, kun mitataan metalliseosten - valuraudan, ei-rautametallien, kuparin, alumiinin ja vastaavien - kovuutta. Tämä menetelmä osoittaa tarkasti muovien kovuusarvon.
Rockwell-vertailu
Se sopii koville ja superkoville metalleille, ja tuloksena oleva kovuusarvo on myös keskiarvo. Sama teräspallo tai kartio toimii indikaattorina, mutta niiden lisäksi käytetään myös timanttipyramidia. Myös materiaalin jälki Rockwell-menetelmällä mitattuna osoittautuu suureksi ja kovuusluku eri vaiheille lasketaan keskiarvoksi.
Brinell- ja Rockwell-menetelmät eroavat toisistaan periaatteessa: ensimmäinen esittää tuloksen osamääränä sen jälkeen, kun painaumavoima on jaettu painatusalueen pinnalla, kun taas Rockwell laskee tunkeutumissyvyyden suhteen asteikkoyksikköön. syvyyttä mittaava laite. Siksi Rockwellin kovuus on käytännössä mittaton, ja se mitataan Brinellin mukaan selvästi kilogrammoina neliömillimetriä kohti.
Vickersin menetelmä
Jos näyte on liian pieni tai on tarpeen mitata Rockwell- tai Brinell-kovuutta mittaavan sisennysjäljen kokoa pienempi esine, tulee käyttää mikrokovuusmenetelmiä, joista Vickersin menetelmä on suosituin.. Indeksi on timanttipyramidi, ja jälkiä tutkitaan ja mitataan mikroskoopin k altaisella optisella järjestelmällä. Myös keskiarvo tiedetään, mutta kovuus lasketaanpaljon pienempi alue.
Jos mitattavan kohteen mittakaava on hyvin pieni, käytetään mikrokovuusmittaria, joka voi tehdä jäljen erilliseen rakeeseen, vaiheeseen, kerrokseen ja painaumakuorma voidaan valita itsenäisesti. Metallitieteen avulla näiden menetelmien avulla voidaan määrittää sekä metallien kovuus että mikrokovuus, ja materiaalitiede määrittää samalla tavalla ei-metallisten materiaalien mikrokovuuden ja kovuuden.
Alue
Kovuuden mittaamiseen on kolme aluetta. Makroalueella kuormitusta säädetään välillä 2 N - 30 kN. Mikroalue ei rajoita vain indeksointilaitteen kuormitusta, vaan myös tunkeutumissyvyyttä. Ensimmäinen arvo ei ylitä 2 N ja toinen - yli 0,2 μm. Nanoalueella vain indeksin liitossyvyyttä säädellään - alle 0,2 µm. Tulos antaa materiaalin nanokovuuden.
Mittausparametrit riippuvat ensisijaisesti indeksiin kohdistetusta kuormituksesta. Tämä riippuvuus sai jopa erityisen nimen - kokoefekti, englanniksi - sisennyskokoefekti. Kokovaikutuksen luonne voidaan määrittää indeksin muodon perusteella. Pallomainen - kovuus kasvaa kuormituksen kasvaessa, joten tämä kokovaikutus on päinvastainen. Vickers- tai Berkovich-pyramidi vähentää kovuutta kuormituksen kasvaessa (tässä tavallinen tai suora kokovaikutus). Rockwell-menetelmässä käytetty kartiopallo osoittaa, että kuormituksen lisääminen johtaa ensin kovuuden kasvuun ja sitten, kun pallomainen osa viedään,vähenee.
Materiaalit ja mittausmenetelmät
Kovimpia materiaaleja tällä hetkellä ovat kaksi hiilen muunnelmaa: lonsdaleiitti, joka on puolet timantista kovaa, ja fulleriitti, joka on kaksi kertaa timanttia kovempi. Näiden materiaalien käytännön käyttö on vasta alussa, mutta toistaiseksi timantti on vaikein tavallisista. Sen avulla saadaan selville kaikkien metallien kovuus.
Määritysmenetelmät (suosituimmat) lueteltiin yllä, mutta niiden ominaisuuksien ymmärtämiseksi ja olemuksen ymmärtämiseksi sinun on otettava huomioon muut, jotka voidaan ehdollisesti jakaa dynaamisiin, eli lyömäsoittimiin ja staattisiin. on jo otettu huomioon. Mittausmenetelmää kutsutaan muuten asteikoksi. On syytä muistaa, että suosituin on edelleen Brinell-asteikko, jossa kovuus mitataan jäljen halkaisijalla, joka jättää teräspallon painettuna materiaalin pintaan.
Kovuusluvun määritys
Brinell-menetelmän (GOST 9012-59) avulla voit kirjoittaa kovuusluvun muistiin ilman mittayksikköjä, jolloin se merkitsee HB:tä, jossa H on kovuus (kovuus) ja B on itse Brinell. Jäljen pinta-ala mitataan osana palloa, ei ympyrän pinta-alaa, kuten esimerkiksi Meyerin asteikko tekee. Rockwell-menetelmä erottuu siitä, että määrittämällä materiaaliin menneen timanttipallon tai -kartion syvyys, kovuus on mittaton. Se on nimetty HRA, HRC, HRB tai HR. Laskettu kovuuskaava näyttää tältä: HR=100 (130) - kd. Tässä d on sisennyksen syvyys ja k on kerroin.
Vickersin kovuus voi ollamääräytyy materiaalin pintaan puristetun tetraedrisen pyramidin jättämän jäljen perusteella suhteessa pyramidiin kohdistettuun kuormaan. Jälkipinta-ala ei ole rombi, vaan osa pyramidin aluetta. Vickers-yksiköt tulee katsoa kgf per mm2, merkitty HV-yksiköllä. On olemassa myös Shore-mittausmenetelmä (indentation), jota käytetään useammin polymeereille ja jossa on kaksitoista mitta-asteikkoa. Shorea vastaavat Asker-vaa'at (japanilainen muunnos pehmeille ja elastisille materiaaleille) ovat monessa suhteessa edellisen menetelmän k altaisia, vain mittalaitteen parametrit ovat erilaiset ja käytetään erilaisia indeksejä. Toinen Shoren mukainen menetelmä - reboundilla - korkeamoduulisille eli erittäin koville materiaaleille. Tästä voimme päätellä, että kaikki materiaalin kovuutta mittaavat menetelmät on jaettu kahteen kategoriaan - dynaamisiin ja staattisiin.
Työkalut ja laitteet
Kovuuden määrityslaitteita kutsutaan kovuusmittareiksi, nämä ovat instrumentaalisia mittauksia. Testaus vaikuttaa kohteeseen eri tavoin, joten menetelmät voivat olla destruktiivisia tai ei-hajottavia. Kaikkien näiden asteikkojen välillä ei ole suoraa yhteyttä, koska mikään menetelmistä ei heijasta materiaalin perusominaisuuksia kokonaisuutena.
Kuitenkin on tehty riittävän likimääräisiä taulukoita, joissa on yhdistetty asteikot ja erilaiset menetelmät materiaaliluokille ja niiden yksittäisille ryhmille. Näiden taulukoiden luominen tuli mahdolliseksi useiden kokeiden ja testien jälkeen. Kuitenkin teorioita siitäei vielä ole olemassa. Tarkka menetelmä, jolla kovuus määritetään, valitaan yleensä käytettävissä olevien laitteiden, mittaustehtävien, mittausolosuhteiden ja tietysti itse materiaalin ominaisuuksien perusteella.
