Az anyagok keménységének meghatározására a leggyakrabban Brinell svéd mérnök találmányát alkalmazzák – egy olyan módszert, amely méri a felületi tulajdonságokat, és további jellemzőket ad a polimer fémeknek.
Anyagértékelés
Ennek a felfedezésnek köszönhető, hogy jelenleg a műanyagok leghatékonyabb felhasználását értékelik. A nem túl kemény műanyagok rugalmasságát és puhaságát tesztelték, hogy tömítő-, tömítő- és párnázóanyagként használják őket. A Brinell fejlesztése egy módszer egy olyan anyag szilárdságának és keménységének meghatározására, amely fontos alkalmazásokban szolgál majd – fogaskerekek és felnik, nagy terhelés alatt álló csapágyak, menetes szerelvények stb.
Ez a módszer adja a legpontosabb szilárdsági értékelést. A paraméter értékét, amelyet P1B jelöl, nehéz túlbecsülni. Erre a célra leggyakrabban a Brinell kifejlesztését alkalmazzák, egy olyan módszert, amelyben öt milliméteres acélgolyót nyomnak az anyagba. A golyó bemélyedési mélysége szerint kerül meghatározásra a GOST.
Előzmények
1900-ban egy svéd mérnök, Johan August Brinell, a módszert javasolta a világnakanyagtudomány, híressé tette. Nemcsak a feltalálóról nevezték el, hanem a legszélesebb körben használt, szabványosított lett.
Mi a keménység? Ez egy speciális tulajdonsága annak az anyagnak, amely nem tapasztal plasztikus deformációt a helyi érintkezés következtében, ami leggyakrabban egy indexelő (keményebb test) anyagba való behelyezésén múlik.
visszanyert és nem visszanyert keménység
A Brinell-módszer segít a helyreállított keménység mérésében, amelyet a terhelés nagyságának a nyomat térfogatához, a vetítési területhez vagy a felülethez viszonyított aránya határoz meg. Így a keménység lehet térfogati, vetületi és felületi. Ez utóbbit a terhelés és a lenyomat területéhez viszonyított arány határozza meg. A térfogati keménységet a terhelés és a térfogat aránya méri, a vetítési keménység pedig a vetítési terület terhelése, amelyet a lenyomat hagyott.
A Brinell módszerrel nem helyreállított keménységet ugyanazok a paraméterek határozzák meg, csak az ellenállási erő lesz a fő mért érték, aminek a felülethez, térfogathoz vagy vetülethez viszonyított arányát az anyagba ágyazott index mutatja. A térfogati, vetületi és felületi keménységet ugyanúgy számítjuk ki: az ellenállási erőnek vagy az index beágyazott részének felületéhez, vagy a vetületi területéhez, vagy a térfogathoz viszonyított arányával.
Keménység meghatározása
Az a képesség, hogy ellenáll a képlékeny és rugalmas deformációnak, ha keményebb anyaggal érintkezikAz index a keménység meghatározása, vagyis valójában ez az anyag bemélyedésvizsgálata. A Brinell keménységi módszer azt méri, hogy az induktor milyen mélyen hatolt be egy anyagba. Egy adott anyag keménységének pontos meghatározásához meg kell mérni a behatolási mélységet. Ehhez létezik a Brinell- és Rockwell-módszer, a Vickers-módszer ritkábban használatos.
Ha a Rockwell-módszer közvetlenül meghatározza a golyó anyagba való behatolási mélységét, akkor Vickers és Brinell a felületével méri a lenyomatot. Kiderült, hogy minél mélyebb az index az anyagban, annál nagyobb a nyomtatási terület. Abszolút bármilyen anyag keménysége megvizsgálható: ásványok, fémek, műanyagok és hasonlók, de mindegyik keménységét a saját módszere határozza meg.
Hogyan találjuk meg az utat
A Brinell keménységi módszer nagyon jó inhomogén anyagokhoz, olyan ötvözetekhez, amelyek nem túl kemények. Nemcsak az anyag típusa határozza meg a mérési módszert, hanem maguk a paraméterek is, amelyeket meg kell határozni. Az ötvözetek keménységét úgymond átlagosan mérik, mivel eltérő tulajdonságú anyagok vannak bennük. Például öntöttvas. Nagyon heterogén szerkezetű, van cementit, grafit, perlit, ferrit, ezért az öntöttvas mért keménysége egy átlagos érték, amely az összes komponens keménységéből áll.
A fémek keménységének Brinell-módszerrel történő mérése nagy indexerrel történik, így a lenyomatot a minta nagyobb területén kapjuk. Így ezen feltételek mellett az öntöttvasra is lehet olyan értéket kapni, amely sok és különböző fázis átlaga. Ez a módszer nagyon jó ötvözetek - öntöttvas, színesfémek, réz, alumínium és hasonlók - keménységének mérésére. Ez a módszer pontosan jelzi a műanyagok keménységi értékét.
Rockwell-összehasonlítás
Kemény és szuperkemény fémekhez jó, és a kapott keménységi értéket is átlagolják. Ugyanaz az acélgolyó vagy kúp szolgál indikátorként, de rajtuk kívül gyémánt piramist is használnak. A Rockwell-módszerrel mérve az anyagon lévő lenyomat is nagynak bizonyul, és a különböző fázisok keménységi számát átlagolják.
A Brinell- és Rockwell-módszer elviekben különbözik: az első az eredményt hányadosként mutatja be, miután elosztja a benyomódási erőt a lenyomatfelület felületével, míg Rockwell a behatolási mélység és a skála mértékegységének arányát számítja ki. a mélységet mérő műszer. Ezért a Rockwell-keménység gyakorlatilag mérettelen, és Brinell szerint egyértelműen kilogramm per négyzetmilliméterben mérik.
Vickers-módszer
Ha a minta túl kicsi, vagy a behúzó lenyomat méreténél kisebb objektumot kell mérni, amely Rockwell vagy Brinell keménységet mér, mikrokeménységi módszereket kell alkalmazni, amelyek közül a Vickers módszer a legnépszerűbb. Az index egy gyémánt piramis, a lenyomatot egy mikroszkóphoz hasonló optikai rendszer vizsgálja és méri. Az átlagérték is ismert lesz, de a keménységet ebből számítjáksokkal kisebb terület.
Ha a mért objektum léptéke nagyon kicsi, akkor mikrokeménységmérőt használnak, amely külön szemcsés, fázisban, rétegben tud lenyomatot készíteni, és a bemélyedés terhelése egymástól függetlenül választható. A fémtudomány lehetővé teszi ezen módszerek alkalmazását a fémek keménységének és mikrokeménységének meghatározására, az anyagtudomány pedig ugyanúgy meghatározza a nem fémes anyagok mikrokeménységét és keménységét.
Tartomány
Három tartomány van a keménység mérésére. A makro tartományban a terhelést 2 N és 30 kN között szabályozzák. A mikrotartomány nemcsak az indexelő terhelését korlátozza, hanem a behatolási mélységet is. Az első érték nem haladja meg a 2 N-t, a második pedig több, mint 0,2 μm. A nanotartományban csak az index beépítési mélysége szabályozott - kevesebb, mint 0,2 µm. Az eredmény megadja az anyag nanokeménységét.
A mérési paraméterek elsősorban az indexre alkalmazott terheléstől függenek. Ez a függőség még külön nevet is kapott - a mérethatás, angolul - indentation size effect. A mérethatás jellegét az index alakja határozhatja meg. Gömb alakú - a keménység a terhelés növekedésével nő, ezért ez a mérethatás megfordul. A Vickers vagy Berkovich piramis a terhelés növekedésével csökkenti a keménységet (itt a szokásos vagy közvetlen mérethatás). A Rockwell-módszerhez használt kúpgömb azt mutatja, hogy a terhelés növelése először a keménység növekedéséhez vezet, majd a gömb alakú rész bevezetésekorcsökkenő.
Anyagok és mérési módszerek
A jelenleg létező legkeményebb anyagok a szén két változata: a lonsdaleit, amely fele olyan kemény, mint a gyémánt, és a fullerit, amely kétszer olyan kemény, mint a gyémánt. Ezeknek az anyagoknak a gyakorlati alkalmazása még csak most kezdődik, de egyelőre a gyémánt a legkeményebb az elterjedt anyagok közül. Segítségével állapítható meg minden fém keménysége.
A meghatározási módszereket (a legnépszerűbbeket) fentebb felsoroltuk, de a jellemzőik megértéséhez és a lényeg megértéséhez figyelembe kell venni másokat is, amelyeket feltételesen fel lehet osztani dinamikusra, azaz ütőhangszeresre és statikusra. már figyelembe vették. A mérési módszert más néven skála. Emlékeztetni kell arra, hogy a legnépszerűbb továbbra is a Brinell-skála, ahol a keménységet a lenyomat átmérőjével mérik, amely acélgolyót hagy az anyag felületébe nyomva.
A keménységi szám meghatározása
A Brinell-módszer (GOST 9012-59) lehetővé teszi a keménység számának mértékegység nélküli felírását, jelölve azt HB-vel, ahol H a keménység (keménység), B pedig maga a Brinell. A lenyomat területét egy gömb részeként mérik, nem egy kör területeként, ahogy például a Meyer-skála teszi. A Rockwell-módszert az különbözteti meg, hogy az anyagba került gyémántgolyó vagy kúp mélységének meghatározásával a keménység mérettelen. Megjelölése HRA, HRC, HRB vagy HR. A számított keménységi képlet így néz ki: HR=100 (130) - kd. Itt d a behúzás mélysége, k pedig az együttható.
Vickers keménysége lehetaz anyag felületébe nyomott tetraéderes gúla által hagyott lenyomat határozza meg, a gúlára gyakorolt terheléshez viszonyítva. A lenyomat területe nem rombusz, hanem a piramis területének része. A Vickers egységeket kgf per mm-nek kell tekinteni2, amelyet a HV egység jelöl. Létezik egy Shore szerinti mérési módszer is (behúzás), amelyet gyakrabban alkalmaznak polimereknél, és tizenkét mérési skálával rendelkezik. A Shore-nak megfelelő Asker mérlegek (japán módosítás lágy és rugalmas anyagokra) sok tekintetben hasonlítanak az előző módszerhez, csak a mérőeszköz paraméterei eltérőek és eltérő indexeket használnak. Egy másik módszer Shore szerint - visszapattanással - nagy modulusú, azaz nagyon kemény anyagokhoz. Ebből arra a következtetésre juthatunk, hogy az anyagok keménységét mérő összes módszer két kategóriába sorolható - dinamikus és statikus.
Eszközök és készülékek
A keménység meghatározására szolgáló eszközöket keménységmérőknek nevezzük, ezek műszeres mérések. A tesztelés különböző módon hat egy objektumra, így a módszerek lehetnek destruktív vagy roncsolásmentesek. Nincs közvetlen kapcsolat ezen skálák között, mivel egyik módszer sem tükrözi az anyag egészének alapvető tulajdonságait.
Mindazonáltal készültek kellően közelítő táblázatok, ahol az anyagok kategóriáihoz és egyes csoportjaihoz skálák és különböző módszerek kapcsolódnak. Ezeknek a táblázatoknak az elkészítése kísérletek és tesztek sorozata után vált lehetővé. Azonban elméletek, hogymég nem létezik, hogy az egyik számítási módszer egyik módszerről a másikra váltson. A keménység meghatározásának konkrét módszerét általában a rendelkezésre álló berendezések, mérési feladatok, mérési feltételek és természetesen magának az anyagnak a tulajdonságai alapján választják ki.
