Твердость это: ТВЁРДОСТЬ – это… Что такое ТВЁРДОСТЬ?

alexxlab | 23.04.1973 | 0 | Разное

Содержание

ТВЁРДОСТЬ - это... Что такое ТВЁРДОСТЬ?

  • Твёрдость (этика) — У этого термина существуют и другие значения, см. Твёрдость (значения). Твёрдость (также твёрдость характера, твёрдость воли)  черта характера, характеризующаяся последовательностью и упорством в достижении целей или отстаивании взглядов.… …   Википедия

  • Твёрдость — У этого термина существуют и другие значения, см. Твёрдость (значения). Твёрдость  это способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твёрдого тела  индентора во всем диапазоне нагружения: от момента касания с… …   Википедия

  • Твёрдость по Шору (Метод вдавливания) — У этого термина существует и другое значение, см. Твёрдость по Шору. При этом следует понимать, что хотя в другом значении этот метод также является методом измерения твёрдости, оба метода предложены одним и тем же автором, имеют совпадающие… …   Википедия

  • твёрдость — и; ж. 1) к твёрдый 2), 3), 4), 5), 6), 7), 8), 9) Твёрдость древесины. Твёрдость духа. Твёрдость воли, характера, убеждений. Твёрдость памяти. Твёрдость решения. Твёрдость движений …   Словарь многих выражений

  • Твёрдость по Шору (Метод отскока) — У этого термина существует и другое значение, см. Твёрдость по Шору. При этом следует понимать, что хотя в другом значении этот метод так же является методом измерения твёрдости, оба метода предложены одним и тем же автором, имеют совпадающие… …   Википедия

  • твёрдость по Мартенсу — склерометрическая твёрдость твёрдость по склероскопу — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность Синонимы склерометрическая твёрдостьтвёрдость по склероскопу EN… …   Справочник технического переводчика

  • Твёрдость металлов —         сопротивление металлов вдавливанию. Т. м. не является физической постоянной, а представляет собой сложное свойство, зависящее как от прочности и пластичности, так и от метода измерения. Т. м. характеризуется числом твёрдости. Наиболее… …   Большая советская энциклопедия

  • Твёрдость по Бринеллю — Бринелля метод [по имени шведского инженера Ю.А.Бринелля (J.A.Brinell)] способ определения твёрдости материалов вдавливанием в испытываемую поверхность стального закалённого шарика диаметром 2,5; 5 и 10 мм пр нагрузке P от 625 H до 30 кН. Число… …   Металлургический словарь

  • Твёрдость по Виккерсу — Виккерса метод [по названию английского военно промышленного концерна Виккерс ( Vickers Limited )] способ определения твёрдости материалов вдавливанием в поверхность образца или изделия алмазного индентора имеющего форму правильной четырёхгранной …   Металлургический словарь

  • Твёрдость по Роквеллу — Роквелла метод [по имени американского металлурга С.Роквелла (S.Rockwell), разработавшего этод метод] способ определения твёрдости материалов (главным образом металлов) вдавливанием в испытываемую поверхность алмазного индентора с углом при… …   Металлургический словарь

  • Твёрдость минералов —         свойство минералов оказывать сопротивление проникновению в них др. тел. Твёрдость важный диагностический и типоморфный признак минерала, функция его состава и структуры, которые в различной мере отражают условия минералообразования. Т. м …   Большая советская энциклопедия

  • Испытания на твердость

    СОДЕРЖАНИЕ

    1. Способ измерения твердости методом царапания
    2. Измерение твердости по Бринеллю
    3. Измерение твердости по Виккерсу
    4. Измерение твердости по Роквеллу
    5. Измерение твердости по Шору
    6. Измерение микротвердости
    7. Соотношение значений твердости

    Твердость — свойство материала оказывать сопротивление упругой и пластической деформации или разрушению при внедре­нии в поверхностный слой материала другого, более твердого и не получающего остаточной деформации тела - индентора.

    Способы определения твердости в зависимости от временного характера приложения нагрузки и измерения сопротивления вдавливанию индентора подразделяют на:

    • статические
    • динамические
    • кинетические

    Наиболее распространенными являются статические методы, при которых нагрузку к индентору прикладывают плавно и постепенно, а время выдержки под нагрузкой регламентируется стандартами на соответствующие методы.

    При динамических методах определения твердости индентор подействует на образец с определенной кинетической энергией, затрачиваемой на упругую отдачу и/или формирование отпечатка, динамическую твердость часто называют также твердостью материала при ударе. Твердость при ударе характеризует сопротивление внедрению не только на поверхности образца, но и в некото­ром объеме материала.

    Кинетические методы определения твердости основываются на непрерывной регистрации процесса вдавливания индентора с за­писью диаграммы «нагрузка на индентор — глубина внедрения индентора. Особенность такого подхода заключается в регистрации всей кинетики процесса упругопластического деформирования материала при вдавливании индентора, а не только конечного результата испытаний, как при других методах.

    По принципу приложения нагрузки способы определения твердости можно подразделить на способы вдавливания, отскока, царапания и резания.

    Способы вдавливания являются наиболее распространенными. Твердость в этом случае определяется как сопротивление, которое оказывает испытуемое тело внедрению более твердого индентора и отражает преимущественно сопротивление поверхностных слоев материала пластической деформации.

    Способы отскока основаны на измерении твердости по высоте отскока бойка, падающего на испытуемую поверхность. Твердость при этом отражает преиму­щественно сопротивление упругой деформации. Измерение твердости способом отскока широко применяют для контроля качест­ва прокатных валков, больших изделий и конструкций с использо­ванием переносных приборов.

    Способ измерения твердости методом царапания

    Способами царапания и резания твердость определяется соответственно как сопротивление материала царапанию или резанию. Способ царапания разработал Моос в начале XIX в.; им были предложена шкала твердости минералов по способности одного наносить царапины на поверхности другого. Эта десятибалльная шкала (от талька № 1 до алмаза № 10) используется в минералогии, а также для оценки твердости технической керамики и монокристаллов.

    При определении твердости всеми методами (кроме микротвердости) измеряют интегральное значение твердости материала (усредненное для всех структурных составляющих).

    Значения твердости нельзя однозначно переводить в значения других механических свойств материала. Однако определение твердости является эффективным способом сравнения друг с другом однотипных материалов и контроля их качества.

    Измерение твердости по Бринеллю

    Метод измерения твердости по Бринеллю регламентирован ГОСТ 9012.

    При определении твердости этим методом стальной шарик определенного диаметра D вдавливают в тестируемый образец под действием нагрузки Р, приложенной перпендикулярно к поверхности образца, в течение определенного времени. После снятия нагрузки измеряют диаметр отпечатка d. Число твердости по Бринеллю обозначается буквами НВ, и его определяют путем деления нагрузки Р на площадь поверхности сферического отпечатка F.

    Для удобства имеются таблицы чисел твердости по Бринеллю и зависимости от диаметра шарика D, диаметра отпечатка d и нагрузки Р.

    В качестве инденторов используют полированные (Ra < 0,04 мкм) шарики из стали ШХ15 с номинальными диаметрами D =1; 2; 2,5; 5 и 10 мм, последние считаются более предпочтительными, как обеспечивающие большую точность измерения твердости.

    Минимально допустимая толщина образца для корректного измерения твердости НВ должна быть не менее десятикратной глубины отпечатка h.

    Испытания проводят при комнатной температуре в отсутствие вибраций и ударов. Время выдержки под нагрузкой т для черных металлов составляет 10...15 с, а для цветных металлов и сплавов от 10 до 180 с. Нагрузку на индентор выбирают с учетом соотношения К=Р/D2:

    Металлы и сплавы                                                         К, кгс/мм2

    Сталь, чугун и другие высокопрочные сплавы ………..30

    Медь, никель и их сплавы...............................................10

    Алюминий, магний и их сплавы.......................................5

    Например, при испытании сталей и чугунов при диаметре шарика D =10 мм нагрузка должна быть 3000 кгс, а время выдержки под нагрузкой 10...15 с. Число твердости в этом случае обозначается цифрами со стоящим после них символом НВ (например, 250 НВ). Иногда после букв НВ указывают условия испытаний - НВ D/P/τ, например: 250 НВ 5/750/25 - твердость по Бринеллю 250, полученная при диаметре шарика D =5 мм, нагрузке Р= 750 кгс и времени выдержки под нагрузкой т=25 с.

    Измерение твердости по Бринеллю не рекомендуется применять для стали с твердостью более 450 НВ, а для цветных металлов более 200 НВ

    Измерение твердости по Виккерсу

    Метод измерения твердости по Виккерсу регламентируется ГОСТ 2999. Метод используют для определения твердости деталей и металлопродукции малой толщины, а также тонких поверхностных слоев, имеющих высокую твердость.

    Твердость по Виккерсу измеряют путем вдавливания в образец алмазного наконечника в форме правильной четырехгранной пирамиды под действием нагрузки Р в течение времени выдержки τ. После снятия нагрузки измеряют диагонали оставшегося на поверхности материала отпечатка –d1, d2 и вычисляют их среднее арифметическое значение — d, мм.

    Значения твердости по Виккерсу при стандартных нагрузках н зависимости от длины диагонали d (мм) даны в соответствующих таблицах.

    При испытаниях применяют следующие нагрузки Р, кгc: 1; 2; 2,5; 3; 5; 10; 20; 30; 50; 100. Число твердости по Виккерсу обозначают цифрами, характеризующими величину твердости со стоящим после них символом HV (например, 200 HV). Иногда после символа HV указывают нагрузку и время выдержки, например: 200 HV 10/40 - твердость по Виккерсу, полученная при нагрузке Р= 10 кгс и времени выдержки под нагрузкой т=40 с.

    В ГОСТе сказано, что точного перевода чисел твердости по Виккерсу на числа твердости, полученные другими методами, или на механические свойства при растяжении не существует и таких переводов (за исключением частных случаев) следует избегать.

    Измерение твердости по Роквеллу

    Метод измерения твердости по Роквеллу регламентирован ГОСТ 9013. При определении твердости этим методом тестируемый образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок - предварительной P0 (обычно Р0 =10 кгс) и общей Р - вдавливают индентор (алмазный конус или стальной шарик). При этом общая нагрузка равна сумме предварительной P0 и основной Р1 нагрузок:

    P = P0+P1

    После выдержки под приложенной общей нагрузкой Р в течение 3...5 с основную нагрузку Р1 снимают и измеряют глубину проникновения индентора в материал А под действием общей нагрузки Р затем снимают оставшуюся предварительную нагрузку P0.

    Твердость по Роквеллу измеряют в условных единицах. За единицу твердости принята величина, соответствующая осевому перемещению индентора на 0,002 мм. Число твердости опре­деляется по шкале индикатора (как правило, часового типа). Индикатор показывает результат вычитания разности глубин (h –h0), на которые вдавливается индентор под действием двух последовательно приложенных нагрузок, из некоторой константы. Величина h0 — глубина внедрения индентора в испыту­емый образец под действием предварительной нагрузки P0.

    В зависимости от формы индентора и прилагаемой нагрузки введены три измерительные шкалы: А, В, С. Наиболее часто используемыми шкалами являются А и С.

    Число твердости по Роквеллу обозначается цифрами, характе­ризующими величину твердости, со стоящим после них символом HRA, HRB или HRC (в зависимости от используемой шкалы измерения), например: 28 HRC

    Шкалы, использующиеся при измерении твердости по Роквеллу

    Измерение твердости по Шору

    Метод измерения твердости по Шору регламентирован ГОСТ 23273. Это - основной метод определения твердости поверхности прокатных валков при их изготовлении, поставке на металлургическое предприятие, а также в процессе эксплуатации валков на прокатных станах.

    При измерении твердости по Шору боек определенной массы с алмазным индентором на конце свободно надает по вертикали с определенной высоты h падения =19,0 ± 0,5 мм на испытуемую поверхность. Индентор представляет собой алмазный наконечник в виде тела вращения с радиусом закруглений рабочего конца R =1,0 ± 0,1 мм. Масса бойка вместе с алмазным индентором составляет 36,0 г. За характеристику твердости принимается высота отскока бойка h. За 100 единиц твердости по Шору принимается определенная величина отскока бойка h200 = 13,6 ± 0,5 мм. Такая твердость соответствует максимальной твердости стабилизированной после закалки на мартенсит углеродистой эвтектоидной инструментальной стали по ГОСТ 1435. Согласно стандарту, твердость по Шору измеряют в диапазоне от 20 до 140 единиц (HSD). Число твердости по Шору обозначается цифрами, характеризующими величину твердости, со стоящими после них символом HSD, например 95 HSD. Число твердости указывается с округле­нием до целого числа.

    Измерение микротвердости

    Метод измерения микротвердости регламентирован ГОСТ 9450. Определение микротвердости (твердости в микроскопически малых объемах) проводят при исследовании отдельных структурных составляющих сплавов, тонких покрытий, а также при из­мерении твердости мелких деталей. Прибор для определения микротвердости состоит из механизма для вдавливания алмазной пи­рамиды под небольшой нагрузкой и металлографического микроскопа. В испытываемую поверхность вдавливают алмазную пира­миду под нагрузкой 0,05...5 Н.

    Микротвердость измеряют путем вдавливания в образец (изделие) алмазного индентора под действием статической нагрузки Р в течении определенного времени выдержки т. Число твердости определяют (как и по Виккерсу) делением приложенной нагрузки в Н или кгс на условную площадь боковой поверхности полученного отпечатка в мм2.

    Основным вариантом испытания является так называемый метод восстановленного отпечатка, когда размеры отпечатков определяются после снятия нагрузки. Для случая, когда требуется определение дополнительных характеристик материала (упругое восстановление, релаксация, ползучесть при комнатной температуре и др.) допускается проводить испытание по методу невосстановленного отпечатка. При этом размеры отпечатка определяют на глубине вдавливания индентора в процессе приложения нагрузки.

    Практически микротвердость определяют по стандартным таблицам дня конкретной формы индентора, нагрузки Р и полученных в испытании размеров диагоналей отпечатка.

    В качестве инденторов используют алмазные наконечники разных форм и размеров в зависимости от назначения испытании микротвердости. Основным и наиболее распространенным нконечником является четырехгранная алмазная пирамида с квадратым основанием (по форме подобна индентору, применяющемуся при определении твердости по Виккерсу).

    Число микротвердости обозначают цифрами, характеризующими величину твердости со стоящим перед ними символом H с указанием индекса формы наконечника, например, Н□ =3000. Допускается указывать после индекса формы наконечника величину прилагаемой нагрузки, например: Н□ 0,196 =3000 - число микротвердости 3000 Н/мм2, полученное при испытании с четырех гранной пирамидой при нагрузке 0,196 Н. Размерность микротвердости (Н/мм2 или кгс/мм2) обычно не указывают. Если микротвердость определяли по методу невосстановленного отпечанка, то к индексу формы наконечника добавляют букву h (Н□h).

    Соотношение значений твердости

    При сопоставлении значений твердости, полученных разными методами, между собой и с механическими свойствами материалов необходимо помнить, что приводимые в литературных источниках таблицы или зависимости для такого сопоставительного перевода являются чисто эмпирическими. Физического смысла такой перевод лишен, так как при вдавливании paзличных по форме и размерам инденторов и с разной нагрузкой твердость определяется при совершенно различных напряженных состояниях материала. Даже при одном и том же способе измерения твердости значение сильно зависит от нагрузки: при меньших нагрузках значения твердости получаются более высокими.

    Выше были рассмотрены основные методы контроля твердости. Существуют и другие методики контроля, которые основаны на косвенных измерениях значений механических свойств. Например электрические, магнитные, акустические и т.д. Все эти методы основаны на составлении экспериментальных корреляционных таблиц "измеряемый параметр - параметр механических свойств", где все параметры постоянны (химический состав металла, номер плавки, количество загрязнений), а меняются лишь табличные параметры. Такие методы на производстве практически не работают, т.к. например химический состав металлов по ГОСТам требуется в селекте, т.е. может быть в заданном пределе и меняться от плавки к плавке. Составление градуировочных таблиц на каждую партию металла - очень трудоёмкая работа.

    Pla пластик растворитель - https://www.dcpt.ru

    Способы измерения твёрдости металла, резины, бетона

    Первоисточник статьи - https://vostok-7.ru/articles/tverdost/

    Единого общепринятого определения термина «ТВЁРДОСТЬ» не существует поскольку методы определения этой метрологической величины настолько разнообразны, что нет возможности их объединить в одной фразе или описании. При этом даже для одного типа материала (напр. металлов) методов определения твердости существует более 5… Также именно по этой причине приборы для измерения твёрдости именуются не только твердомерами, но и другими названиями, указывающими на метод или материал измерения: дюрометр (для резин), склерометр (для минералов) и т.д.

    Лаборатория НТЦ «Эксперт» оказывает услуги по измерению твердости различных деталей. Лаборатория укомплектована твердомерами различных типов и имеет аттестованных специалистов II уровня. По результатам измерений выдается заключение лаборатории неразрушающего контроля или заключение метрологической службы по выбору заказчика. Мы работаем с юридическими и физическими лицами. Проведение работ возможно как лабораторно, так и с выездом.

    Твёрдость минералов

    Шкала твёрдости минералов Мооса (склерометры царапающие) – метод определения твёрдости минералов путём царапания одного минерала другим минералом для сравнительной диагностики твёрдости минералов между собой по системе мягче-твёрже. Испытываемый минерал либо не царапается другим минералом (эталоном Мооса или склерометром) и тогда его твёрдость по Моосу выше, либо царапается - и тогда его твёрдость по Моосу ниже.

    Типы исследуемых материалов:

    • минералы (природные и искусственные), в т.ч. измеряется твёрдость камней горных пород
    • бетон и другие строительные материалы: твёрдость искусственных камней, плитки, стекла и др.

    Молотки Шмидта (склерометры-молотки) – метод определения твёрдости и прочности на сжатие без разрушения строительный материалов: бетона, кирпичей, строительного раствора и пр. Оценка материалов происходит по предварительно установленной градуировочной зависимости между прочностью эталонных образцов и значением отскока бойка молотка Шмидта от поверхности материала.

    Типы исследуемых материалов:

    • бетон
    • кирпич
    • строительный раствор
    • природные камни и горные породы

    Твёрдость металлов

    Твёрдость металлов – наиболее глубоко изученное и стандартизированное международной практикой измерение твёрдости. Наиболее распространены следующие методы:

    Измерение твёрдости металлов по Бринеллю (твердомеры)

    Один из старейших методов, твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Обозначается HB, где H — Hardness (твёрдость, англ.), B — Brinell (Бринелль, англ.)

    Измерение твёрдости металлов по Роквеллу (твердомеры)

    Это самый распространённый из методов начала XX века, твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания металлического шарика или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Обозначается HR, где H — Hardness (твёрдость, англ.), R — Rockwell (Роквелл, англ.), а 3-й буквой идёт обозначение типа шкалы, напр. HRA, HRB, HRC и т.д.

    Измерение твёрдости металлов по Виккерсу (твердомеры и микротвердомеры)

    Самая широкая по охвату шкала, твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Обозначается HV, где H — Hardness (твёрдость, англ.), V — Vickers (Виккерс, англ.).

    Измерение твёрдости металлов по Шору (твердомеры и склероскопы)

    Данный метод крайне редко используется, твёрдость определяется по высоте отскока бойка от поверхности. Обозначается HS, где H — Hardness (твёрдость, англ.), S — Shore (Шор, англ.), а 3-й буквой идёт обозначение типа шкалы, напр. HSD

    Измерение твёрдости металлов по Либу (твердомеры)

    Это самый широко применяемый на сегодня метод в мире, твёрдость определяется как отношение скоростей до и после отскока бойка от поверхности. Обозначается HL, где H — Hardness (твёрдость, англ.), L — Leeb (Либ, англ.), а 3-й буквой идёт обозначение типа датчика, напр. HLD, HLC и т.д.

    Твёрдость резины

    Определить твердость резины сегодня можно несколькими методами:

    Измерение твёрдости резины по Шору (твердомеры и дюрометры)

    Самый широко применяемый на сегодня метод в мире, твёрдость резины определяется по глубине проникновения в материал специальной закаленной стальной иглы (индентора) под действием калиброванной пружины. Твёрдость резины обозначается в международной практике как H, где H — Hardness (твёрдость, англ.), а 2-й буквой идёт обозначение типа шкалы, напр. HA, HB, HC, HD и т.д., в практике России пишется как «твёрдость по Шору тип А» или «твёрдость по Шору тип D».

    Измерение твёрдости по Аскеру (твердомеры и дюрометры)

    Это национальный японский метод, сходный с методом измерения твёрдости резины по Шору, но отличающийся от него типом инденторов, пружин и пр. Твёрдость резины обозначается в международной практике как Asker (Аскер, англ.), а далее идёт обозначение типа шкалы, напр. Asker С, Asker D и т.д. В России не применяется.

    Измерение твёрдости по Роквеллу (твердомеры)

    В этом случае используется стандартный твердомер Роквелла для измерения твёрдости металлов, но вместо индентора-конуса используются инденторы со стальными шариками. Твёрдость резины обозначается HR, где H — Hardness (твёрдость, англ.), R — Rockwell (Роквелл, англ.), а 3-й буквой идёт обозначение типа шкалы, напр. HRP, HRL, HRM или HRE.

     

    Механические методы определения твердости. | Блог ТС «Профиль»

    Твердость материала – это способность оказывать сопротивление механическому проникновению в его поверхностный слой другого твердого материала. Она определяется величиной нагрузки необходимой для начала разрушения материала. Твердость делится на относительную и абсолютную. Относительная твердость – это твердость одного материала по отношению к другому. Абсолютная твердость определяется с помощью методов вдавливания.

    Твёрдость зависит от множества факторов. Среди них: межатомные расстояния вещества, валентность, природа химической связи, хрупкости и ковкости материала, гибкости, упругости, вязкости и других качеств.

    Наиболее твёрдыми из существующих на сегодняшний день материалов являются две аллотропные модификации углерода — лонсдейлит, который твёрже алмаза в полтора раза и фуллерит с превышением твёрдости алмаза в два раза. Однако среди распространённых веществ по-прежнему самым твёрдым является алмаз.

    Для измерения твёрдости существует несколько шкал (методов измерения). Для разных материалов они будут разными. Для измерения твердости металлов применяются методы:

    Метод Бринелля — твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение усилия, приложенного к шарику, к площади отпечатка. 

    Существуют два вида методов расчета твердости:

    По методу восстановленного отпечатка твёрдость рассчитывается как отношение приложенной нагрузки к площади поверхности отпечатка:

    ,

    где:

    •  — приложенная нагрузка, H;
    •  — диаметр шарика, мм;
    •  — диаметр отпечатка, мм.

    По методу невосстановленного отпечатка твёрдость определяется как отношение приложенной нагрузки к площади внедрённой в материал части индентора:

    ,

    где  — глубина внедрения индентора, мм.

    Единицами измерения являются кгс/мм². Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HB, где H = hardness (твёрдость, англ.), B — Бринелль. Это одни из самых старых методов, применявшиеся еще в XIX веке.


    Метод Роквелла — твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания металлического или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Твёрдость, обозначается HR, где H – hardness, а R - Rockwell. Твёрдость вычисляется по формуле HR = 100 − kd, где d — глубина вдавливания наконечника после снятия основной нагрузки, а k — коэффициент. Таким образом, максимальная твёрдость по Роквеллу соответствует HR 100. 3-й буквой в обозначении идёт наименование типа шкалы, напр. HRA, HRB, HRC и т.д. Для ножей твердость определяется по шкале HRC, которая фактически заканчивается на 70 единицах, так как большая твердость ножа не позволяет им полноценно пользоваться из-за снижения ударной вязкости, повышения хрупкости и т.д. Эта система была самой распространенной в XX веке.

     

    Твердость по методу Роквелла можно измерять:

     1)    Алмазным конусом с общей нагрузкой 150 кгс. Твердость измеряется по шкале С и обозначается HRC (например, 62 HRC). Метод позволяет  определять твердость закаленной и отпущенной сталей, материалов средней твердости, поверхностных слоев толщиной более 0,5 мм; 

      2)    Алмазным конусом с общей нагрузкой 60 кгс. Твердость измеряется по шкале А, совпадающей со шкалой С, и обозначается HRA. Применяется для оценки твердости очень твердых материалов, тонких поверхностных слоев (0,3 … 0,5 мм) и тонколистового материала;

      3)    Стальным шариком с общей нагрузкой 100 кгс. Твердость обозначается HRB и измеряется по шкале B. Так определяют твердость мягкой (отожженной) стали и цветных сплавов.

     

    При измерении твердости на приборе Роквелла необходимо, чтобы на поверхности образца не было окалины, трещин, выбоин и др. Необходимо контролировать перпендикулярность приложения нагрузки к поверхности образца и устойчивость его положения на столике прибора. Расстояние отпечатка должно быть не менее 1,5 мм при вдавливании конуса и не менее 4 мм при вдавливании шарика. Твердость измеряется не менее 3 раз на одном образце, затем выводится среднее значение. Преимущество метода Роквелла по сравнению с методами Бринелля и Виккерса заключается в том, что значение твердости по методу Роквелла фиксируется непосредственно стрелкой индикатора, при этом отпадает необходимость в оптическом измерении размеров отпечатка.

    Метод Виккерса - самая широкая по охвату шкала, твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Обозначается HV, где H — Hardness (твёрдость, англ.), V — Vickers (Виккерс, англ.). При испытании твердости по методу Виккерса, в поверхность материала вдавливается алмазная четырехгранная пирамида с углом. После снятия нагрузки вдавливания измеряется диагональ отпечатка. Число твердости по Виккерсу обозначается символом HV с указанием нагрузки P и времени выдержки под нагрузкой, причем размерность числа твердости (кгс/мм2) не ставится. Продолжительность выдержки индентора под нагрузкой  для сталей 10 – 15 с, а для цветных металлов – 30 с. Преимущества метода Виккерса по сравнению с методом Бринелля заключается в том, что методом Виккерса можно испытывать материалы более высокой твердости из-за применения алмазной пирамиды.


    Твёрдость по Шору (Метод вдавливания) — твёрдость определяется по глубине проникновения в материал специальной закаленной стальной иглы (индентора) под действием калиброванной пружины. В данном методе измерения используется прибор — дюрометр. Обычно метод Шора используется для определения твердости низкомодульных материалов (полимеров). Метод Шора, предполагает 12 шкал измерения. Чаще всего используются варианты A (для мягких материалов) или D (для более твердых). Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается буквой используемой шкалы, записываемой после числа с указанием метода. В качестве примера, можно привести резину в покрышке колеса легкового автомобиля, которая имеет твердость примерно 70A, а школьный ластик — примерно 50A.


    Твёрдость по Шору (Метод отскока) — метод определения твёрдости очень твёрдых материалов, преимущественно металлов, по высоте, на которую после удара отскакивает специальный боёк, падающий с определённой высоты. Твердость по этому методу Шора оценивается в условных единицах, пропорциональных высоте отскакивания бойка. Обозначается HSx, где H — Hardness, S — Shore и x — латинская буква, обозначающая тип использованной при измерении шкалы.


    Метод  Либу (твердомеры)

    Это самый широко применяемый на сегодня метод в мире, твёрдость определяется как отношение скоростей до и после отскока бойка от поверхности. Обозначается HL, где H — Hardness (твёрдость, англ.), L — Leeb (Либ, англ.), а 3-й буквой идёт обозначение типа датчика, напр. HLD, HLC и т.д. При использовании данного метода падающий нормально к поверхности исследуемого материала боек сталкивается с поверхностью и отскакивает. Скорость бойка измеряют до и после отскакивания. Предполагается, что боек не подвергается необратимой деформации.


    Метод Аскер  — твёрдость определяется по глубине введения стальной полусферы под действием пружины. Используется для мягких резин. По принципу измерения соответствует методу Шора, но отличается формой поверхности щупа. Аскер использует полусферу диаметром 2.54 мм.

    Метод Кузнецова — Герберта — Ребиндера — твёрдость определяется временем затухания колебаний маятника, опорой которого является исследуемый металл.

    Метод Польди (двойного отпечатка шарика) — твердость оценивается в сравнении с твердостью эталона, испытание производится путем ударного вдавливания стального шарика одновременно и в образец, и в эталон.

    Твёрдость минералов.

    Шкала твёрдости минералов Мооса (склерометры царапающие) – метод определения твёрдости минералов путём царапания одного минерала другим, для сравнительной диагностики твёрдости минералов между собой по системе мягче-твёрже. Испытываемый минерал либо не царапается другим минералом (эталоном Мооса или склерометром) и тогда его твёрдость по Моосу выше, либо царапается - и тогда его твёрдость по Моосу ниже. Шкала Мооса — опредедяет, какой из десяти стандартных минералов царапает тестируемый материал, и какой материал из десяти стандартных минералов царапается тестируемым материалом.

     

     

    Что значит и что означает твердость режущего инструмента

    Такая характеристика, как твердость режущего инструмента, неоднократно упоминается в технических документациях и описаниях ленточных и дисковых пил, ножей и фрез. Однако, что этот показатель означает, как получается и относительно чего измеряется, уточняется намного реже.

    Твердость – это способность материала сопротивляться пластическим деформациям под воздействием контактного давления.

    Применяя этот критерии по отношению к инструменту (например, ленточной пиле), следует понимать, что он оказывает режущее давление на материал. Базовые знания физики помогут понять, что на действие со стороны пилы будет возникать противодействие со стороны материала и оно будет направлено в противоположную ему сторону. Именно твердость материала определяет, согнется или же не согнется зуб под воздействием сопротивления материала, который обрабатывается.

    На данный момент, существует большое множество шкал и принципов измерения твердости материала. Относительно режущего инструмента, наиболее достоверным и распространенным принято считать шкалу Роквелла (HR). Дополнительную популярность ей обеспечивает и максимальная простота измерения. Фактически, этот показатель определяется глубиной погружения специального индикатора специфической формы и материала в измеряемый объект.

    В зависимости от типа и силы применения индикатора, меняется и шкала измерения.

    ШКАЛА ИНДИКАТОР НАГРУЗКА кг/с
    (HR) A Алмазный конус, угол 120° при вершине  60
    (HR) B Шарик диаметром 1/16 дюйма из карбида вольфрама (или закалённой стали)  100
    (HR) C Алмазный конус, угол 120° при вершине  150

    Для характеристики режущего инструмента, в частности ленточных и дисковых пил, и ножей, а также фрез, наиболее распространена шкала HRC. Так, можно выделить несколько категорий твердости материала:

    40-47 HRC – низкий уровень твердости. Инструмент с такой характеристикой используется в качестве основы под твердосплавную и стеллитовую напайку. Еще одной сферой его применения является изготовление пил, которые нуждаются в регулярном разведении и плющении. Инструмент с таким уровнем твердости повсеместно распространен в деревообработке.

    50-57 HRC – средний уровень твердости. Наиболее характерным представителем данного спектра являются фрезы, небольшого (до 15мм) диаметра.

    60 HRC и выше – высокий уровень твердости. Таким параметрам соответствует твердосплавный инструмент и зубья ленточных пил, подверженные индукционному закаливанию либо же изготовленные из быстрорежущей (HSS) стали. Инструмент с таким уровнем твердости применяется для обработки дерева и металлов.

    Помимо физических и химических характеристик самого сплава, твердость инструмент обеспечивается за счет закалки. Закаливание – это процедура при которой материал доводится до температуры критического диапазона или выше и мгновенно охлаждается. После нее на поверхности металла образуется мартенситная структура, которая и обеспечивает готовому инструменту определенный уровень твердости.

    Фактически, чем выше уровень твердости, тем более износостойким будет инструмент, однако следует понимать, что инструмент с высоким уровнем твердости лишается пластичности и его ресурс существенно снизится при регулярных боковых нагрузках (для дисковых пил) и перегибании (например, через шкивы – для ленточных).

    Именно поэтому, в противовес закалке, разработана процедура отпуска. При данной процедуре металл нагревается до высокой температуры и свободно охлаждается. В результате этого процесса, мартенситы, образовавшиеся на поверхности металла, распадаются, делая инструмент менее твердым, но более пластичным.

    Более подробные рекомендации к выбору и использованию ленточных пил по металлу, смотрите здесь.

    Твердость и микротвердость

    Твердость – это способность материала сопротивляться упругой и пластической деформации при внедрении в него более твердого тела (индентора). Т.е. фактически твердость – это тест на вдавливание.

    При этом мы определяем, как глубоко проник индентор в материал. Ну а для того, чтобы вычислить значение твердости, надо измерить величину проникновения этого более твердого тела в менее твердое тело (твердость которого мы определяем).
    На лабораторных работах мы «проходим» методы Роквелла и Бринелля, реже – Виккерса. В методе Роквелла непосредственно определяют глубину проникновения индентора. В методе Бринелля и Виккерса определяют площадь поверхности отпечатка – чем глубже проник индентор, тем площадь поверхности отпечатка больше.

    В принципе, можно измерять твердость практически любых материалов – металлов, минералов, пластмасс, и т.д. Следует только помнить, что для каждого материала  используют свой метод определения твердости.
    Помимо вида материала способ измерения твердости определяется тем, что именно надо определить. Если надо знать твердость материала «в общем» (усредненно), то надо использовать методы, при которых отпечаток большой, когда под индентор попадает как можно больше материала. Например, чугун имеет неоднородную структуру – там присутствует феррит, перлит, графит, цементит. Поэтому твердость чугуна – это усредненная величина, которая складывается из твердости всех этих структурных составляющих. Твердость чугуна измеряют по методу Бринелля, где используется большой индентор – шарик из твердого сплава. Отпечаток при этом получается большой, он покрывает большую площадь образца, значит мы получим значение твердости чугуна, усредненное по площади, которое является средним по разным фазам.Твердость по Бринеллю пригодна для неоднородных или не очень твердых материалов, например для чугуна, сплавов цветных металлов – алюминия, меди и пр. По Бринеллю можно измерить твердость некоторых пластмасс.

    Для твердых материалов используют измерение твердости по Роквеллу. Там тоже происходит усреднение значения твердости. Используется индентор в виде стального конуса или стального шарика, а также алмазная пирамида. Отпечаток по Роквеллу тоже большой, число твердости тоже является средним по разным фазам; в некоторых случаях можно измерить твердость чугуна по Роквеллу шариком (рис.1). На рис.2 показаны отпечатки инденторов Роквелла – шарика (рис.2,а) и алмазной пирамиды (рис.2,б ) в темном поле. Поскольку в темном поле освещены именно наклонные поверхности, то хорошо видно, какую форму имел индентор. Пирамида имеет трехгранную форму. То, что отпечаток имеет наклонные стенки, хорошо видно при большем увеличении- в темном поле на отпечатке пирамиды виден муаровый узор (рис.3).

                                          а                                       б

    Рисунок 1. Отпечатки твердости по Роквеллу на шлифе чугуна (индентор - шарик)

       
                                                 а                                                б 

    Рисунок 2. Отпечатки индентора твердомера Роквелла: а – шарик, б- алмазная пирамида.

    Рисунок 3. Муаровый узор при освещении отпечатка пирамиды (Роквелл) по методу темного поля.

    Кстати, не следует забывать, что принципы измерения твердости по Роквеллу и Бринеллю различаются: Бринелль представляет собой частное от деления усилия вдавливания на площадь отпечатка, а Роквелл – отношение глубины проникновения индентора к единице деления шкалы прибора, который измеряет эту глубину (поэтому твердость по Роквеллу безразмерная, а по Бринеллю – измеряется в кг/мм2).

    Что делать, если образец очень мал или нам надо измерить твердость объекта меньшей величины, чем величина отпечатка индентора Бринелля или Роквелла? Для этого используются методы микротвердости.Один из них – метод Виккерса. В качестве индентора используется алмазная пирамида, а измеряют величину отпечатка с помощью оптической системы, подобной микроскопу, т.к. отпечаток «захватывает» определенное количество зерен материала. Твердость по Виккерсу тоже дает усредненное значение твердости, но по сравнению с твердостью по Бринеллю или Роквеллу это усреднение берется по гораздо меньшей площади. Твердость по Виккерсу позволяет оценить вклад границ зерен в значение твердости, т.е. показать связь твердости и величины зерна. Отпечаток твердомера Виккерса показан на рис.4 в светлом и темном поле. Его размер по диагонали составляет порядка 300 мкм, т.е. намного больше размера зерна в обычных сплавах. 

       
                                                  а                                                 б 

    Рисунок 4. Отпечатки твердости по Виккерсу в светлом (а) и темном (б) поле.


    Что делать, если надо измерить твердость объекта еще меньшего масштаба? Можно использовать микротвердомер, который позволяет поставить отпечаток в отдельное зерно, фазу, слой, причем можно выбрать нагрузку, с которой вдавливается отпечаток – от 0,5 до 200г.  На рис.5,а показано определение твердости отдельной фазы в двухфазном сплаве. Видно, что отпечаток алмазной пирамидки поставлен непосредственно на включение фазы. Нагрузка на индентор здесь небольшая – 20г. Или другой случай - на поверхность нанесли упрочняющий слой и надо определить его твердость. Индентор Роквелла или Бринелля больше толщины слоя, и здесь эти методы использовать нельзя. Микротвердомер позволяет «проколоть дорожку» отпечатков (рис. 5,б) и определить микротвердость в любой точке слоя, а также подложки. Слой на рис.5,б достаточно толстый, порядка 100 мкм. Микротвердость здесь определяется при нагрузке 50 или 100г. Для определения твердости тонких слоев выбирают небольшую нагрузку в несколько граммов (рис.6). Для измерения микротвердости верхнего слоя использована нагрузка 2г.

                                                    а                                                   б

    Рисунок 5. Отпечатки микротвердости: а - определение твердости фазы; б - определение твердости слоя и подложки. 

    Рисунок 6. Отпечатки индентора микротвердомера при измерении микротвердости тонкого слоя, полученного воздействием компрессионной плазмы.

    Можно определить микротвердость отдельного зерна (рис.7). Отпечаток индентора при этом меньше размера зерна.

                                                    а                                                    б

    Рисунок 7. Определение микротвердости зерна бронзы БрБ2 (Cu-2% Be).

    В металловедении определяют твердость и микротвердость металлов. В материаловедении также определяют твердость и микротвердость неметаллических материалов. На рис.8 продемонстрировано определение микротвердости политетрафторэтилена. Отпечаток (полученный при небольшой нагрузке) хорошо виден (рис.8,а). При повышении увеличения можно рассмотреть отпечаток в деталях (рис.8,б).   Кстати, отпечатки на рис.7 и 8 вогнутые, чего не наблюдается, скажем, на рис.5. Сама пирамида имеет правильную форму, значит изменение геометрии отпечатка – это уже реакция материала после снятия нагрузки. Если стороны отпечатка вогнутые, значит материал стремится вернуть себе сплошность в месте внедрения индентора. Значит, в материале работают напряжения сжатия.

                                                  а                                                б 

    Рисунок 8. Отпечатки индентора микротвердомера на поверхности политетрафторэтилена.

    Соотношение между различными методами измерения твердости иллюстрирует рис.9, на котором приведены отпечатки твердости по Бринеллю, Роквеллу, микротвердомера ПМТ-3. 1 - отпечаток Бринелля (нагрузка 600 кг), 2 - отпечаток Роквелла (шарик, нагрузка 100 кг), 3 - отпечаток Роквелла (пирамида, нагрузка 60 кг), 4 - отпечатки микротвердости (нагрузка 50, 100 и 200г).

    Рисунок 9. Отпечатки инденторов Бринелля, Роквелла,  микротвердомера

    Хорошо видно, что отпечаток индентора окружен ободком. Это зона пластической деформации, в которой произошло смятие металла. Эту зону можно подробно рассмотреть при большом увеличении (рис.10). При обычном освещении образца на отражение можно видеть границы некоторых зерен и полосы внутри них (рис.10,а). Если применить дифференциально-интерференционный контраст, то можно увидеть все те детали изображения, которые различаются по высоте (рис.10,б). Под действием шарика, вдавливающегося в материал, зерна металла поворачиваются - это особенно хорошо видно там, где на границе зерен есть светло-розовая  или белая окантовка. Внутри зерен заметны полосы. Так смялся металл под действием шарика. 

       
                                                 а                                                    б 

    Рисунок 10. Деформированная зона вокруг отпечатка индентора твердомера Роквелла: а - светлое поле, б- дифференциально-интерференционный контраст.

    Зона смятого металла заметна не только вокруг отпечатка индентора большого размера. Можно увидеть зону деформации и вокруг отпечатка индентора микротвердомера, только она будет существенно меньше. Обычно эта зона видна, особенно если шлиф не был протравлен (рис. 11,а). Наиболее красиво зона дефомрации смотрится в дифференциально-интерференционном контрасте (рис. 11,б; 12). На рис.12,а показан практически идеальный вариант - материал однороден, плоскость образца перпендикулярна направлению приложения нагрузки. Поверхность образца на рис.12,б неровная, это видно как по форме отпечатка, так и по неоднородности цвета в дифференциоально-интенрференционном контрасте. Возможна также ошибка при установке нагрузки в процессе измерения твердости.

       
                                                  а                                                б 

    Рисунок 11. Отпечатки индентора микротвердомера: а - светлое поле, б - дифференциально-интерференционный контраст. 

       
                                                   а                                                  б 

    Рисунок 12. Отпечатки индентора Виккерса.

    Измерение твердости, методы, применение мер твердости

    Твёрдость — это свойство материала сопротивляться внедрению в него другого, более твёрдого тела.

    Измерение твердости объекта — самый распространённый метод выявления его механических характеристик. Полученное значение в зависимости от метода прибора будет иметь свою размерность и свои цели определения твердости.

    Твёрдость материала определяется как отношение величины нагрузки к площади поверхности, площади проекции или объёму отпечатка. Различают три вида твердости: проекционную, поверхностную и объемную.

    Проекционная — это отношение нагрузки к площади проекции отпечатка.

    Поверхностная — это отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка.

    Объёмная — это отношение нагрузки к объёму отпечатка.

    Большое количество методов определения данного значения и их направленности не предоставляет возможность выбрать один из них в качестве основного.

    Наиболее распространенные способы:

    1. БРИНЕЛЛЯ. Данный метод разработан инженером из Швеции в далеком 1900 году и называется по его фамилии. Для получения результатов выполняется вдавливание индентора в форме шарика. При выборе условий испытаний следят, чтобы толщина образца как минимум в 8 раз превышала глубину вдавливания индентора. В настоящий момент почти все электронные портативные приборы измерения твердости универсальны (за исключением твердомеров резины по методу Шора А!!!). Стационарные твердомеры зачастую выпускаются для конкретного метода определения твердости, так как есть существенные отличия в наконечниках и изучении отпечатка.
    2. РОКВЕЛЛА. Способ был впервые предложен профессором Людвигом в своей книге «Испытания конусом» в 1908 году. Метод Роквелла — это определение относительной глубины проникновения твёрдого наконечника в материал. Потребность в машине Роквелла с применением данного метода была вызвана необходимостью быстрого определения эффектов термообработки на обоймах стальных подшипников. Метод Бринелля был в то время медленным, не подходил для закалённых сталей и оставлял слишком большой отпечаток, чтобы рассматриваться как неразрушающий.
    3. ВИККЕРСА. Способ основывается на вдавливании в материал исследования правильной четырёхгранной алмазной пирамиды. Твёрдость вычисляется путём деления нагрузки Р на площадь поверхности полученного пирамидального отпечатка. Метод Виккерса позволяет определять твёрдость азотированных и цементированных поверхностей, а также тонких листовых материалов.
    4. ШОРА. Метод зачастую используется для резины, пластмасс и иных полимеров. Существует два типа определения значения по Шору: Метод Шора А (вдавливание) для полимеров и метод Шора D (отскок) для металлов.
    5. ЛИБА. Метод разработан инженером швейцарской компании Proceq  Д. Либом в 1975г. Для определения твёрдости используется отскок бойка (измеряется соотношение скоростей бойка до и после удара).

     

    Важно: для портативных твердомеров по любому методу при контроле образца от 0,03 г (при толщине изделия не менее 3 мм) до 2 кг необходимо использовать методику притирки. При толщине контролируемого объекта от 3 до 0,5 мм  требуется струбцина (дополнительная комплектация к твердомерам), для маленьких деталей сложной формы рекомендуются специальные штативы. Поверхность исследуемого образца должна быть не более 2,5 Ra !!! Для её зачистки рекомендуем применять миниатюрные шлифмашины и для более грамотной работы — измерители шероховатости.

    Образцовые меры твёрдости предназначены для воспроизведения твёрдости металлов по стандартизированным шкалам твердости: Роквелл (ГОСТ 9013-59), Супер-Роквелл (ГОСТ 22975-78), Бринелль (ГОСТ 9012-59), Виккерс (ГОСТ 2999-75), Шор (ГОСТ 23273-78), Либа (ASTM A956, DIN 50156-3).

    Меры твёрдости необходимы для двух основных задач:

    -первая — контроль исправности и точности показаний твердомеров. Все без исключения международные стандарты рекомендуют и требуют перед началом работы по серии измерений определить точность показаний вашего прибора на мерах твердости (той шкалы, по которой будут проводиться измерения). Если показания твердомера соответствуют номинальному значению меры твёрдости в пределах паспортной погрешности, можно приступать к измерению изделий. Это касается всех типов приборов определения твердости: стационарных, портативных, статических и т. д.    

     - вторая — калибровка твердомеров. Если при контроле исправности и точности показаний твердомера на мере твёрдости выявлено завышение или занижение показаний твёрдости за пределами паспортной погрешности твердомера, такой прибор необходимо откалибровать.  Возможность самостоятельной калибровки твердомера пользователем заложена практически в каждой модели.

    Не экономьте на мерах твёрдости: если рабочая поверхность меры использована более чем на 70 % (следы от уколов индентора), возьмите новую. Эта рекомендация предписана многими стандартами, в том числе российскими, из-за высокой вероятности попадания нового измерения в след от старого и, как следствие, получения некорректного результата измерения твёрдости.  Меры твёрдости металлов имеют только одну рабочую поверхность — ту, на которую нанесена градуировка (значение меры твёрдости либо поверочное клеймо).

    • Хиты продаж
    • Новинки
    • Акции

    Что такое твердость - определение

    В материаловедении твердость - это способность противостоять вдавливанию поверхности ( локализованная пластическая деформация ) и царапинам . Твердость - вероятно, наиболее плохо определенное свойство материала, поскольку оно может указывать на устойчивость к царапинам, сопротивление истиранию, сопротивление вдавливанию или даже сопротивление формованию или локализованной пластической деформации. Твердость важна с инженерной точки зрения, потому что сопротивление износу из-за трения или эрозии паром, маслом и водой обычно увеличивается с увеличением твердости.

    Существует трех основных типов твердости измерения:

    • Твердость к царапинам . Твердость к царапинам - это показатель устойчивости образца к остаточной пластической деформации из-за трения о острый предмет. Наиболее распространенной шкалой для этого качественного теста является шкала Мооса , которая используется в минералогии. Шкала твердости минералов по шкале Мооса основана на способности одного природного образца минерала заметно поцарапать другой минерал.Твердость материала измеряется по шкале путем определения самого твердого материала, который данный материал может поцарапать, или самого мягкого материала, который может поцарапать данный материал. Например, если какой-то материал поцарапан топазом, но не кварцем, его твердость по шкале Мооса будет между 7 и 8.
    • Твердость вдавливания . Твердость при вдавливании измеряет способность выдерживать поверхностных вдавливаний (локализованная пластическая деформация) и сопротивление образца деформации материала из-за постоянной сжимающей нагрузки от острого предмета.Испытания на твердость при вдавливании в основном используются в машиностроении и металлургии. Традиционные методы основаны на четко определенных испытаниях на твердость при вдавливании. Очень твердые инденторы определенной геометрии и размеров непрерывно вдавливаются в материал под определенным усилием. Параметры деформации, такие как глубина вдавливания в методе Роквелла, регистрируются для измерения твердости. Распространенные шкалы твердости при вдавливании - по Бринеллю , по Роквеллу и по Виккерсу .
    • Твердость отскока . Твердость отскока, также известная как динамическая твердость, измеряет высоту «отскока» молотка с алмазным наконечником, падающего с фиксированной высоты на материал. Одно из устройств, используемых для этого измерения, известно как склероскоп . Он состоит из стального шара, падающего с фиксированной высоты. Этот тип твердости связан с эластичностью.

    Внутри каждого из этих классов измерений есть индивидуальные шкалы измерений.По практическим причинам таблицы преобразования используются для преобразования одного масштаба в другой.

    Измерение твердости

    Многие методы были разработаны для получения качественного и количественного измерения твердости. Среди наиболее популярных - испытаний на вдавливание , которые основаны на способности материала выдерживать вдавливание поверхности (локализованная пластическая деформация). Чаще всего используются тесты по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу, Тукону, склероскопу и твердость отскока по Либу.Первые четыре основаны на испытаниях на вдавливание, а пятое - на высоте отскока металлического молотка с алмазным наконечником. Согласно динамическому принципу Лееба, значение твердости определяется из потерь энергии определенного ударного тела после удара по металлическому образцу, аналогично склероскопу Шора. В результате многих испытаний были подготовлены сравнения с использованием формул, таблиц и графиков, которые показывают взаимосвязь между результатами различных испытаний на твердость конкретных сплавов. Однако между любыми двумя методами нет точной математической связи.

    Испытание на твердость по Бринеллю

    Испытание на твердость по Бринеллю - это одно из испытаний на твердость при вдавливании, которое было разработано для испытания на твердость. При испытаниях по Бринеллю твердый сферический индентор под определенной нагрузкой вдавливается в поверхность испытываемого металла. Типичный тест использует шарик из закаленной стали диаметром 10 мм (0,39 дюйма) в качестве индентора с усилием 3000 кгс (29,42 кН; 6614 фунтов силы). Нагрузка поддерживается постоянной в течение определенного времени (от 10 до 30 с).Для более мягких материалов используется меньшее усилие; для более твердых материалов шарик из карбида вольфрама заменяется стальным шариком.

    Испытание предоставляет численные результаты для количественной оценки твердости материала, которая выражается числом твердости по Бринеллю HB . Число твердости по Бринеллю обозначается наиболее часто используемыми стандартами испытаний (ASTM E10-14 [2] и ISO 6506–1: 2005) как HBW (H - твердость, B - по Бринеллю, W - материал индентора, вольфрам ( вольфрам) карбид).В прежних стандартах HB или HBS использовались для обозначения измерений, сделанных со стальными инденторами.

    & nbsp;

    Твердость по Бринеллю (HB) - это нагрузка, деленная на площадь поверхности вдавливания. Диаметр слепка измеряется с помощью микроскопа с наложенной шкалой. Число твердости по Бринеллю рассчитывается по формуле:

    Существует множество широко используемых методов испытаний (например, по Бринеллю, Кнупу, Виккерсу и Роквеллу).Существуют таблицы, которые коррелируют значения твердости по различным методам испытаний, где корреляция применима. Во всех шкалах высокое число твердости соответствует твердому металлу.

    Помимо корреляции между различными числами твердости, возможны также некоторые корреляции с другими свойствами материала. Например, для термообработанных гладких углеродистых сталей и среднелегированных сталей другим удобным преобразованием является преобразование твердости по Бринеллю в предел прочности на разрыв .В этом случае предел прочности при растяжении (в фунтах на квадратный дюйм) приблизительно равен числу твердости по Бринеллю, умноженному на 500 . Как правило, высокая твердость указывает на относительно высокую прочность и низкую пластичность материала.

    В промышленности испытания металлов на твердость используются в основном для проверки качества и однородности металлов, особенно во время операций термообработки. Как правило, испытания могут применяться к готовому продукту без значительных повреждений.

    Испытание на твердость по Роквеллу

    Тест на твердость по Роквеллу - один из наиболее распространенных тестов на твердость при вдавливании, разработанный для определения твердости.В отличие от теста Бринелля, тестер Роквелла измеряет глубину проникновения индентора при большой нагрузке (большая нагрузка) по сравнению с проникновением при предварительной нагрузке (незначительная нагрузка). Незначительная нагрузка устанавливает нулевое положение. Основная нагрузка прикладывается, затем снимается, сохраняя при этом второстепенную нагрузку. Разница между глубиной проникновения до и после приложения основной нагрузки используется для расчета числа твердости по Роквеллу . То есть глубина проникновения и твердость обратно пропорциональны.Основным преимуществом твердости по Роквеллу является ее способность отображать значения твердости напрямую . Результатом является безразмерное число, обозначенное как HRA, HRB, HRC и т. Д., Где последняя буква - соответствующая шкала Роквелла.

    Можно использовать несколько различных шкал из возможных комбинаций различных инденторов и различных нагрузок - процесс, который позволяет испытывать практически все металлические сплавы. Тест предоставляет результаты для количественной оценки твердости материала, которая выражается числом твердости по Роквеллу - HR , которое отображается непосредственно на циферблате.Различные типы инденторов в сочетании с рядом испытательных нагрузок образуют матрицу шкал твердости по Роквеллу, которые применимы к широкому спектру материалов. Rockwell B и Rockwell C - типичные испытания на этом предприятии. Пенетратор Rockwell B представляет собой шарик из карбида вольфрама диаметром 1,59 мм (1/16 дюйма) диаметром , основная нагрузка составляет 100 кг. Испытание Rockwell C проводится с пенетратором Brale (, алмазный конус с углом 120 ° ) и основной нагрузкой 150 кг.

    Каждая шкала твердости по Роквеллу имеет буквенное обозначение, обозначающее тип индентора, а также основные и второстепенные нагрузки, использованные для испытания.Число твердости по Роквеллу выражается как комбинация измеренного числового значения твердости и буквы шкалы, которой предшествуют буквы HR.

    Существует множество широко используемых методов определения твердости (например, по Бринеллю, Кнупу, Виккерсу и Роквеллу). Существуют таблицы, которые коррелируют значения твердости по различным методам испытаний, где корреляция применима. Во всех шкалах высокое число твердости соответствует твердому металлу.

    В промышленности испытания металлов на твердость используются в основном для проверки качества и однородности металлов, особенно во время операций термообработки.Как правило, испытания могут применяться к готовому продукту без значительных повреждений. Коммерческая популярность теста твердости по Роквеллу объясняется его скоростью, надежностью, прочностью, разрешением и небольшой площадью вдавливания.

    Испытание на твердость по Виккерсу

    Метод испытания на твердость по Виккерсу Метод был разработан Робертом Л. Смитом и Джорджем Э. Сандлендом в компании Vickers Ltd в качестве альтернативы методу Бринелля для измерения твердости материалов. Метод для определения твердости по Виккерсу может также использоваться в качестве метода для определения микротвердости , который в основном используется для небольших деталей, тонких сечений или глубинных работ.Поскольку испытательное вдавливание в тесте на микротвердость по Виккерсу очень мало, его можно использовать для различных целей, таких как: испытание очень тонких материалов, таких как фольга, или измерение поверхности детали, мелких деталей или небольших площадей.

    Метод Виккерса основан на оптической системе измерения. Процедура испытания на микротвердость, ASTM E-384, определяет диапазон легких нагрузок с использованием алмазного индентора для создания отпечатка, который измеряется и преобразуется в значение твердости. Испытание Виккерса часто проще в использовании, чем другие испытания на твердость, поскольку требуемые расчеты не зависят от размера индентора, а индентор можно использовать для всех материалов независимо от твердости.Алмаз в форме пирамиды с квадратным основанием используется для тестирования по шкале Виккерса. Для микроиндентирования типичные нагрузки очень легкие, от 10 гс до 1 кгс, хотя макроиндентирования по Виккерсу могут достигать 30 кг и более.

    Тест на твердость по Кнупу

    Метод испытания на твердость по Кнупу является одним из испытаний на микротвердость - испытаний на механическую твердость, используемых, в частности, для очень хрупких материалов или тонких листов, где для целей испытаний можно сделать только небольшое углубление.Методы Кнупа и Виккерса называются методами тестирования на микроиндентирование на основе размера индентора. Оба хорошо подходят для измерения твердости небольших выбранных участков образца; кроме того, метод Кнупа используется для испытания хрупких материалов, таких как керамика. Геометрия этого индентора представляет собой вытянутую пирамиду с отношением длины к ширине 7: 1, а соответствующие углы граней составляют 172 градуса для длинной кромки и 130 градусов для короткой кромки.

    Числа твердости по Кнупу и Виккерсу обозначаются буквами HK и HV соответственно, а шкалы твердости для обоих методов приблизительно эквивалентны.Число твердости по Кнупу HK или определяется по формуле:

    Числа твердости и преобразование

    Существует множество широко используемых методов определения твердости (например, по Бринеллю, Кнупу, Виккерсу и Роквеллу). Существуют таблицы, которые коррелируют значения твердости по различным методам испытаний, где корреляция применима. Во всех шкалах высокое число твердости соответствует твердому металлу.

    В промышленности испытания металлов на твердость используются в основном для проверки качества и однородности металлов, особенно во время операций термообработки.Как правило, испытания могут применяться к готовому продукту без значительных повреждений. Коммерческая популярность теста твердости по Роквеллу объясняется его скоростью, надежностью, прочностью, разрешением и небольшой площадью вдавливания.

    Твердость и предел прочности

    Помимо корреляции между различными числами твердости, возможны также некоторые корреляции с другими свойствами материала. Например, для термообработанных гладких углеродистых сталей и среднелегированных сталей другим удобным преобразованием является преобразование твердости по Бринеллю в предел прочности на разрыв .В этом случае предел прочности при растяжении (в фунтах на квадратный дюйм) приблизительно равен числу твердости по Бринеллю, умноженному на 500 . Как правило, высокая твердость указывает на относительно высокую прочность и низкую пластичность материала.

    В промышленности испытания металлов на твердость используются в основном для проверки качества и однородности металлов, особенно во время операций термообработки. Как правило, испытания могут применяться к готовому продукту без значительных повреждений.

    Что такое твердость материалов?

    Что означает твердость материалов?

    Твердость материала определяется как его способность противостоять локальной остаточной деформации, обычно в результате вдавливания.Твердость также может использоваться для описания сопротивления материала деформации из-за других воздействий, таких как:

    • Резка
    • Истирание
    • Проникновение
    • Царапание

    Тип деформации, рассматриваемый при измерении твердости, - пластическая деформация. Другими словами, объект или материал не вернутся к своей исходной форме после деформации, в отличие от упругой деформации.

    Твердость используется во многих приложениях для инженерного проектирования.Это свойство важно, поскольку оно напрямую связано с характеристиками и пригодностью материала. Например, износостойкость компонента обычно увеличивается с увеличением твердости. Это особенно важно для механического оборудования с движущимися частями, например шахт лифтов.

    Твердость не является фундаментальным свойством материала, поэтому ее следует рассматривать в контексте с другими свойствами, такими как прочность, эластичность и пластичность, чтобы понять, как эти свойства связаны друг с другом.Например, хотя материал может быть твердым, он также может быть хрупким. Этот атрибут может ограничивать использование материала в определенных приложениях.

    Твердость материала измеряется с помощью теста на твердость. Значение твердости зависит от нескольких факторов, таких как:

    • Нагрузка на индентор
    • Характер нагрузки (удар, непрерывная нагрузка)
    • Продолжительность нагрузки
    • Геометрия индентора

    Corrosionpedia объясняет твердость материалов

    Материалы будут демонстрировать разные измерения твердости при разных типах нагрузки.Например, материал, который хорошо работает при кратковременной ударной нагрузке, может не работать так же хорошо, когда подвергается непрерывной длительной нагрузке.

    Следовательно, испытания на твердость должны проводиться при различных условиях нагрузки, чтобы гарантировать принятие обоснованных инженерных и проектных решений.

    Типы твердости

    Три основных типа твердости - это твердость по царапинам, отскоку и вдавливанию. Каждый из этих параметров измеряется с помощью различных тестов, в которых используются разные наборы инструментов.Ниже мы подробно обсудим эти типы твердости.

    Твердость при вдавливании

    Твердость при вдавливании - это сопротивление материала остаточной деформации из-за локальной непрерывной нагрузки. Во время испытаний на твердость вдавливанием испытуемый подвергается непрерывной точечной нагрузке до тех пор, пока не будет сформирован отпечаток.

    Испытания на твердость при вдавливании - одно из наиболее распространенных испытаний на твердость, проводимых в нескольких отраслях промышленности, поскольку в реальных условиях материалы часто подвергаются непрерывной нагрузке.Этот тип твердости обычно измеряется по шкале, известной как шкала Роквелла.

    Рис. 1. Оборудование для измерения твердости по Роквеллу. (Источник: Sorapol Ujjin / Dreamstime.com)

    Устойчивость к царапинам

    Твердость к царапинам, как следует из названия, представляет собой способность материала противостоять царапинам и истиранию на своей поверхности. Эти царапины обычно представляют собой узкие деформации, вызванные удалением материала из-за контакта с острым и более твердым материалом.

    Испытания на твердость от царапин обычно проводятся на хрупких материалах, таких как керамика и минералы, поскольку они не подвергаются пластической деформации.Этот тип твердости количественно определяется по шкале, известной как шкала Мооса, которая основана на относительной твердости различных материалов к царапинам. На этой шкале тальку присвоено значение 1, а алмазу - значение 10.

    Рис. 2. Шкала твердости Мооса. (Источник: https://www.nps.gov/articles/mohs-hardness-scale.htm)

    Отскок или динамическая твердость

    Твердость отскока связана с упругой твердостью материала, а не с его пластичностью (вдавливание) твердость.Во время испытаний на твердость по отскоку материал поглощает энергию удара от молотка с алмазным наконечником и возвращает его, заставляя молоток отскакивать после удара о поверхность.

    Тест на твердость по отскоку (LRHT) по Леебу - один из самых популярных методов, используемых для измерения твердости металлов по отскоку.

    Все, что вам нужно знать о твердости материалов

    Пригодность материала, используемого для детали, очень важна для того, чтобы деталь могла функционировать в предполагаемой среде.Одним из таких материалов, определяющих пригодность материала для проекта, является его твердость. Он определяет, требуется ли для вашего проекта материал с высокой твердостью, например сталь, или более мягкие материалы.

    Все мы знаем, что использование неправильных материалов в проекте может иметь катастрофические последствия, особенно когда произведенная деталь является частью более крупного проекта. Поэтому перед производством необходимо оценить твердость материала.

    Если вам нужно вещество, которое может выдерживать сильное вдавливание или истирание без деформации, вам следует выбирать твердые материалы.Однако материалы с высокой твердостью не обязательно подходят для всех проектов. Вам необходимо проконсультироваться с опытной обрабатывающей компанией, чтобы узнать, что подходит для вашего проекта.

    Что такое твердость материала?

    Твердость материала - это способность материала противостоять силе без деформации, царапин, проникновения и вдавливаний. Другими словами, это способность материала сохранять свои физические свойства даже перед лицом приложенной силы.

    Твердость многих материалов различается, при этом такие материалы, как сталь, имеют более высокую твердость по сравнению с другими материалами, такими как олово.Некоторые другие неметаллические материалы, такие как дерево и пластик, также обладают характеристиками мягких металлов.

    Твердость материалов зависит от нескольких факторов, таких как пластичность, упругая жесткость, пластичность, вязкость, деформация, прочность, вязкоупругость и вязкость.

    Какие бывают типы твердости материала?

    Материалы ведут себя по-разному в разных условиях. Например, материал может выдержать огромное единовременное воздействие, но не выдержать непрерывной нагрузки.Следовательно, вы должны определять твердость материала в соответствии с потребностями вашего проекта.

    Мы можем разделить твердость материалов на три категории. Материалы имеют разные значения для этих разных типов твердости. К ним относятся:

    • Твердость царапинам
    • Твердость отскока
    • Твердость вдавливания

    Твердость царапинам

    Машинисты определяют твердость царапин как способность материала сопротивляться царапинам на поверхности. Царапины - это узкие непрерывные линии на поверхности материалов.Когда острый и более жесткий материал проходит через поверхность более мягкого материала, он вызывает царапины на поверхности таких материалов.

    Измеритель твердости от царапин

    Машинисты проводят испытания на царапину для хрупких материалов, таких как керамика. Некоторые материалы могут не деформироваться пластично, но не устойчивы к царапинам. Некоторые дизайны чувствительны к царапинам; Таким образом, вам нужен материал с высокой устойчивостью к царапинам.

    Например, некоторые части машины могут нуждаться в трении. В этом случае использование материала с низкой твердостью к царапинам может быть недостаточно.Это связано с тем, что при небольшом трении материал может потерять гладкую поверхность и в конечном итоге повлиять на общую функциональность машины. Это означает, что вам придется часто тратить больше на ремонт. Вы можете предотвратить это, выполнив тест на устойчивость к царапинам, чтобы узнать, выдержит ли материал трение и не потеряет ли гладкую поверхность.

    Твердость отскока

    Синонимом этого является динамическая твердость, и это скорее упругая твердость, чем пластическая твердость. Упругая твердость означает, что материал не деформируется постоянно.Он теряет свою форму только при приложении внешней силы. После снятия внешней силы он автоматически восстанавливает свою первоначальную форму. Это не относится к пластической деформации, когда материал не может восстановить свою первоначальную форму. Таким образом, жесткость отскока больше упругой жесткости.

    Измеритель твердости отскока

    Для определения твердости отскока материал должен поглощать энергию удара и возвращать ее к индентору. Машинисты используют индентор для проверки твердости отскока.Материал, используемый в качестве индентора, уже имеет известную твердость, которую механики сравнивают с твердостью измеренного материала.

    Вы можете измерить отскок или динамическую твердость материала, уронив на него молоток с алмазным наконечником. Затем они измеряют силу удара молотка после удара по поверхности. Если молот возвращается ближе к исходной высоте падения, материал имеет высокое значение твердости отскока. С другой стороны, если молот не приближается к высоте падения, материал имеет низкую твердость отскока.

    Твердость при вдавливании

    Машинисты используют твердость при вдавливании для определения твердости материала к деформации. Это требует вдавливания исследуемого материала с постоянной нагрузкой до образования оттиска. Машинисты проводят испытания на твердость при вдавливании как в микроскопическом, так и в макроскопическом масштабе, в зависимости от испытуемого материала и цели, для которой он должен служить.

    Измеритель твердости при вдавливании

    Когда инженеры и металлурги говорят о твердости материала, они часто имеют в виду твердость при вдавливании.Измерение величины вдавливания материала помогает узнать, какую нагрузку может выдержать материал до того, как он деформируется.

    В какой единице измеряется твердость материала?

    Некоторые машинисты часто путают единицы твердости в системе СИ с единицей измерения давления. В первом случае используется единица СИ Н / мм², иначе называемая единицей Паскаль. Последний, с другой стороны, имеет единицу СИ (Н / м2 или кг · м − 1 · с − 2).

    Каждый из различных типов твердости, рассмотренных ранее, имеет разные шкалы измерения.Единицы получены из каждого метода измерения; поэтому они не подходят для прямого сравнения. Тем не менее, есть таблица преобразования, которую вы можете использовать для сравнения. Мы говорим «управлять», потому что сравнение не может быть точным на 100%, но оно дает подходящее представление.

    Некоторые общие единицы измерения твердости включают число твердости по Бринеллю (HB), число твердости по Роквеллу (HRA, HRB, HRC и т. Д.), Значение твердости по Либу (HLD, HLS, HLE и т. Д.) И число твердости по Виккерсу (HV ).Мы провели сравнение методов измерения в таблице ниже.

    Как проверить твердость материала

    Каждый тип твердости материала измеряется по-своему. Ниже описано, как проводить испытания на твердость любого типа:

    Испытание по Бриннелю

    Это обычное испытание на твердость, используемое машинистами. Сначала машинисты знакомятся с испытательной машиной. Перед проведением теста он производит все необходимые настройки на мониторе.

    Принцип заключается в использовании стального шарика диаметром 10 мм для создания отпечатка на образце.Затем производится расчет слепка для определения числа твердости материала по Бриннелю.

    Машина опускает шарик на материал, образуя углубление, и оставляет его примерно на 30 секунд. Затем машинист прикладывает к мячу силу. Тип испытуемого металла определяет прилагаемое усилие.

    Для некоторых металлов может потребоваться нагрузка 500 кг, а для некоторых может потребоваться до 3000 кг, что является стандартной нагрузкой. Если индентор удален, инженер измеряет его размер, наблюдая в маломощный микроскоп.Он вырезает другие области и вычисляет среднее значение измерений под прямым углом.

    После завершения испытания машинисты вычисляют число твердости по формуле расчета твердости по Бринеллю.

    Где,

    F - сила, Н

    D - диаметр индентора, мм

    d - диаметр вдавливания, мм

    Проверка твердости по Роквеллу

    Это еще один распространенный вид испытаний на твердость. Тип испытанного материала определяет тип используемой шкалы.

    На выбор 30 различных шкал; поэтому вы можете выбрать любую, подходящую для вашего материала. Однако чаще всего используются шкалы «B» и «C».

    Тестер прикладывает небольшую нагрузку перед приложением испытательной нагрузки. Незначительная нагрузка помогает правильно зафиксировать индентор в исследуемом образце и устранить любую форму неровностей поверхности для получения более точного результата.

    Затем он опускает индентор в материал, прикладывая большую нагрузку, чтобы создать отпечаток.Он измеряет оттиск, чтобы определить его твердость. Затем тестер определяет увеличение размера вмятины, вычисляя значение твердости.

    Формула твердости по Роквеллу:

    Где

    N - масштабный коэффициент в зависимости от используемой шкалы

    s - масштабный коэффициент в зависимости от используемой шкалы

    d - глубина остаточного вдавливания по сравнению с небольшой нагрузкой, мм

    Проверка твердости по Виккерсу

    Это еще один метод измерения твердости.Он больше подходит для мягких материалов, требующих меньших нагрузок. Поэтому, если вам нужна более высокая точность для мягких материалов, лучше всего подходит тест Виккерса.

    Vickers использует один алмазный индентор для всех материалов, что упрощает расчеты.

    Перед запуском тестировщику необходимо ознакомиться с машиной. Затем деталь помещается на машину, чтобы найти подходящую высоту с помощью микроскопа. Вы можете определить правильное место, проверив изображения на экране.Когда у вас есть более сфокусированное изображение, оно хорошо настроено.

    Алмазный индентор опускают на деталь и оставляют на определенное время.

    Поднимите индентор и измерьте значение вдавливания по следующей формуле:

    Где,

    F - сила, Н

    d - диагональ вдавливания, мм

    Испытание на твердость по Моосу

    Если вы хотите измерить стойкость к царапинам, это подходящий метод, который вы можете использовать. Обычно это испытание проводится путем царапания материала эталонным материалом с известной твердостью.В испытании на твердость по Моосу используются десять стандартных материалов с разной твердостью. Тип тестируемого материала определяет тип используемого справочного материала. Затем результат получается путем присвоения испытуемому материалу числового значения твердости.

    Ток - самый мягкий из используемых материалов со значением 1. Самым твердым материалом, с другой стороны, является алмаз со значением 10.

    Алмазный индентор Роквелла используется для современного испытания на твердость по Моосу. Принцип работы машины аналогичен традиционному методу.Он включает в себя царапание испытательного образца подходящей нагрузкой в ​​течение определенного периода времени.

    Тест склероскопа

    Вы можете использовать склероскоп для определения твердости материалов по отскоку. Вы можете выполнить этот тест, подсоединив полую вертикальную стеклянную трубку к подставке. Затем вы поместите алмазный молоток через трубку на образец для испытаний. Молоток будет подпрыгивать, и вы измеряете и записываете высоту удара. Материалы с более высокой твердостью будут иметь более высокий отскок, в то время как мягкие материалы будут иметь низкий предел прочности.

    Sceleroscope

    Таблица твердости материалов

    Таблица твердости материалов - один из самых простых способов определения твердости некоторых популярных типов материалов. В таблице приведены значения твердости этих различных материалов с использованием различных методов измерения. Например, приведенная выше диаграмма показывает значения твердости металлов, таких как алюминий и титан, с использованием таких методов измерения, как шкала Бринелля. Таким образом, вам не нужно оценивать твердость вашего сырья, если вы используете какой-либо материал из списка.

    Таблица твердости материала

    Однако вы должны убедиться, что используемая диаграмма рассчитана при стандартных условиях.

    Заключение

    Если вы хотите выбрать подходящий материал для своего проекта, важно провести надлежащий тест на твердость материала. Есть несколько способов проверить твердость вашего материала. Проконсультируйтесь с экспертом по поводу твердости вашего материала.

    RapidDirect Machining Services RapidDirect Machining Services

    Вот и заканчивается ваш поиск, если вы искали компанию, которая может предложить надежные услуги механической обработки для любого материала.В RapidDirect мы бесплатно анализируем твердость вашего материала. Мы - подходящая компания для оказания всех ваших услуг по механической обработке.

    Мы предлагаем экономичную металлообработку по требованию для изготовления небольших серий прототипов и крупносерийного производства. Просто загрузив ваши файлы САПР и указав требования, мы обещаем предоставить наиболее экономичные расценки в течение 12 часов вместе с БЕСПЛАТНЫМ профессиональным анализом пригодности вашей конструкции для производства.

    У нас есть опыт и мы готовы предоставить технические предложения для ваших проектов.

    Обзор твердости материала

    - Engineers Edge

    Обзор твердости материалов - механика прочности материалов

    Прочность / Механика материалов Содержание

    Обзор твердости материала

    Твердость - это свойство материала, которое позволяет ему противостоять пластической деформации, проникновению, вдавливанию и царапинам.Следовательно, твердость важна с инженерной точки зрения, поскольку сопротивление износу из-за трения или эрозии паром, маслом и водой обычно увеличивается с увеличением твердости.

    Испытания на твердость служат важной потребности в промышленности, даже если они не измеряют уникальное качество, которое можно было бы назвать твердостью. Тесты носят эмпирический характер, основаны на экспериментах и ​​наблюдениях, а не на фундаментальной теории. Его главная ценность - это устройство для проверки, способное обнаруживать определенные различия в материалах, когда они возникают, даже если эти различия могут быть неопределенными.Например, две партии материала с одинаковой твердостью могут быть, а могут и не быть одинаковыми, но если их твердость различна, материалы определенно не похожи.

    Было разработано несколько методов испытания на твердость. Чаще всего используются программы Brinell, Rockwell, Vickers, Tukon, Sclerscope и файлы test. Первые четыре основаны на испытаниях на вдавливание, а пятое - на высоте отскока металлического молотка с алмазным наконечником. Тест файла устанавливает характеристики того, насколько хорошо файл прикусывает материал.

    В результате многих испытаний были подготовлены сравнения с использованием формул, таблиц и графиков, которые показывают взаимосвязь между результатами различных испытаний на твердость конкретных сплавов. Однако между любыми двумя методами нет точной математической связи. По этой причине результат одного типа испытания на твердость, преобразованный в показания другого типа, должен иметь обозначение «преобразовано из» (например, «352 Бринелля преобразовано из Rockwell C-38»).

    Еще одно удобное преобразование - это преобразование твердости по Бринеллю в предел прочности на разрыв. Для закаленной и отпущенной стали предел прочности (psi) примерно в 500 раз превышает число твердости по Бринеллю (при условии, что прочность не превышает 200000 psi).

    Связанные:

    Шкала твердости Мооса

    Шкала твердости Мооса была разработана в 1822 году Фредерихом Моосом. Этот шкала представляет собой диаграмму относительной твердости различных минералов (1 - от самых мягких до 10 - самый тяжелый).Поскольку твердость зависит от кристаллографического направления (в конечном итоге из-за прочности связей между атомами в кристалле) могут быть вариации твердости в зависимости от направления измерения это свойство. Один из самых Ярким примером этого является кианит, твердость которого 5,5 параллельна направление 1 ( c -ось), а его твердость 7,0 параллельна оси 100 направление ( - ось ). Тальк (1), самый мягкий минерал по шкале Мооса, имеет твердость больше, чем у гипса (2) в направлении, перпендикулярном расщепление.Алмазы (10) также показывают изменение твердости (октаэдрические грани сложнее граней куба). Для получения дополнительной информации см. Статьи из American Минералог по микротвердости, Кнуп тестировщик и бриллианты.

    Твердость по Моосу - это мера относительной твердости и устойчивости к царапины между минералами. Другие шкалы твердости полагаются на способность создавать углубление в исследуемом минерале (таком как камни Роквелла, Виккерса и Твердость по Бринеллю - используются в основном для определения твердости металлов. и металлические сплавы).Твердость царапины связана с поломкой химические связи в материале, создание микротрещин на поверхности, или вытесняющие атомы (в металлах) минерала. Обычно минералы с ковалентной Связи самые твердые, в то время как минералы с ионными, металлическими или ван-дер-ваальсовыми склеивание намного мягче.

    При проведении испытаний минералов необходимо определить, какой минерал был поцарапан. Порошок можно потереть или сдувать и царапины на поверхности обычно можно почувствовать, проведя ногтем по поверхность.Можно также получить относительное ощущение разницы в твердости между два минерала. Например, кварц сможет поцарапать кальцит с большим легче, чем поцарапать кальцит флюоритом. Также необходимо использовать достаточно силы, чтобы создать царапину (если вы не приложите достаточно силы, даже алмаз не поцарапает кварц - это та область, где практика важный). Вы также должны быть осторожны при тестировании материала, который, по вашему мнению, вы это тестирование, а не какое-то небольшое включение в выборку.Вот где использование небольшая ручная линза может быть очень полезной для определения однородности исследуемой области.

    Важные факторы твердости по Шору А, которые необходимо знать

    Твердость по Шору A - это показатель твердости по Шору. Этот инструмент используется для измерения твердости резиновых полимеров и эластомеров, чтобы определить их устойчивость к вдавливанию. Более высокие числа на шкале означают большую твердость, а меньшие числа - более мягкие материалы.

    Твердость по Шору А - важный показатель, который следует учитывать при выборе материала для уплотнительного кольца. На уплотнительные кольца сильно влияют окружающая среда, давление и жидкости, поэтому важно знать, в какой степени уплотнительное кольцо вмятины и изменит форму при определенных условиях, чтобы избежать выхода из строя уплотнения.

    Рассмотрим подробнее важные факторы твердости по Шору А, которые вам необходимо знать.

    Испытания для дюрометра

    Твердость уплотнительного кольца часто называют его дюрометром, потому что твердость измеряется дюрометром.Существует три основных категории твердости:

    • Shore 00: Измеряет очень мягкие каучуки и гели, включая леденцы и гелевые вставки для обуви.
    • Shore A: Наиболее часто используемая категория, обеспечивающая более широкий диапазон твердости. Эта шкала измеряет эластичность каучуков для форм от очень мягких до исключительно твердых каучуков с почти нулевой гибкостью. Некоторые полужесткие пластмассы также могут попасть на более высокий уровень.
    • Shore D: Включает твердые каучуки от умеренной до очень твердой. Шкала Шора D также охватывает полужесткие пластмассы и твердые пластмассы.
    • Тип M: Описывается как измеритель микротвердости. Тип M подходит для измерения твердости образцов, которую нельзя точно измерить с помощью прибора Shore A. Твердомер типа M предназначен для использования на образцах, имеющих минимальную толщину 0,050 дюйма, хотя его можно использовать и на более тонких образцах, если есть данные, подтверждающие точность измерения.

    Существует несколько стандартных методов тестирования для измерения твердости резины. ASTM D-2240 и ISO 868 - два наиболее распространенных. В этих спецификациях обычно учитываются каучуки, попадающие в диапазон от 20 до 90 по Шору А.

    ASTM D-2240: В этом методе испытаний для измерения вдавливания используется инструмент, проникающий сквозь резину при определенных условиях. Эта процедура используется для определения вдавливания термопластичных эластомеров, вулканизированной резины, эластомерных материалов, гелевых материалов и некоторых пластиков.

    ISO 868: В этом испытании измеряется стойкость пластмасс к вдавливанию с помощью двух типов: типа A и типа D. Тип A используется для более мягких материалов, а тип D - для более твердых пластмасс. Этот метод позволяет измерить начальное вдавливание или вдавливание по прошествии определенного периода времени, чтобы понять, как материал может функционировать в определенных условиях.

    Важно отметить, что шкала твердомера измеряет только твердость. Дюрометр не может предсказать сопротивление истиранию или скорость износа.Чтобы учесть эти другие факторы, необходимо провести дополнительное тестирование.

    Применение шкалы к конкретным приложениям

    Для успешной герметизации в каждом случае требуется разный уровень твердости. Резиновый материал должен быть достаточно мягким, чтобы заполнить промежутки между двумя поверхностями, но также достаточно твердым, чтобы выдерживать нагрузки без выдавливания. Для применений с низким давлением рекомендуется более низкая твердость, чтобы уплотнения деформировались быстрее и не допускали небольших утечек. В приложениях с более высоким давлением используется более высокий показатель твердости, чтобы снизить потребность в опорных кольцах.

    Нижняя граница шкалы твердости по Шору А охватывает каучуки, достаточно гибкие для использования с резинками и ластиками для карандашей. Эти твердомеры будут находиться в диапазоне от 20 до 40 по Шору А. Умеренная твердость по Шору А включает каучуки, используемые для автомобильных шин и каблуков обуви, которые обладают некоторой гибкостью, но являются относительно твердыми. Эти баллы по твердомеру будут находиться в диапазоне от 70 до 80 по Шору А. Каучуки, измеренные по верхней части шкалы, часто бывают очень твердыми и совсем не гибкими. Например, колеса тележки для покупок обычно измеряются примерно на отметке 95 по Шору А.Шкала твердости по Шору A - полезный инструмент для определения гибкости, необходимой вам для вашего герметизирующего применения.

    Хотите узнать больше о твердости резиновых материалов по Шору А?

    Ознакомьтесь с нашим Руководством по выбору материалов, чтобы узнать о конкретных измерениях по шкале Shore A для каждого материала, который мы используем.

    Что такое твердость и почему это важно?

    Грег Уильямс

    Меня часто спрашивают, какая отделка самая сложная для конкретного применения? Обычно считается, что твердость деревянного покрытия не является реальной проблемой.

    Чтобы понять, почему, давайте начнем с некоторых определений «твердости» применительно к отделке.

    Один производитель покрытий определяет это как «противоположность мягкости. Это свойство высушенной пленки отделочного материала, которое заставляет ее выдерживать вмятины или маркировку, когда на ее поверхность оказывается давление со стороны внешнего объекта или силы ».

    Free Dictionary определяет твердость как «качество или состояние твердости; относительное сопротивление минерала царапинам, измеряемое по шкале Мооса, и относительное сопротивление металла или другого материала царапинам, царапинам или изгибу.”

    Википедия говорит: «Твердость - это мера того, насколько твердое тело устойчиво к различным видам постоянного изменения формы при приложении сжимающей силы. Некоторые материалы (например, металлы) тверже других (например, пластмассы). Макроскопическая твердость обычно характеризуется сильными межмолекулярными связями, но поведение твердых материалов под действием силы является сложным; поэтому существуют разные измерения твердости: твердость поцарапания, твердость вдавливания и твердость отскока. Внутри каждого из этих классов измерений есть индивидуальные шкалы измерений.По практическим причинам таблицы преобразования используются для преобразования одного масштаба в другой. Твердость зависит от пластичности, упругой жесткости, пластичности, пластичности, деформации, прочности, вязкости, вязкоупругости и вязкости ».

    Твердость и гибкость покрытия могут повлиять на то, насколько хорошо и легко это покрытие можно натирать или полировать. Очень твердое и хрупкое покрытие можно растереть до сильного блеска с большим усилием, в то время как несколько более мягкое и гибкое покрытие может потребовать гораздо меньше усилий, но может не получить такой высокий блеск.Очень прочное и гибкое покрытие, такое как лак для лонжеронов, будет трудно стереть, и он может не иметь постоянного блеска. И очень мягкие покрытия, такие как высыхающие и полувысыхающие масла (тунговое масло, льняное масло, датское масло), вообще не растираются.

    У большинства производителей покрытий есть листы технических данных или технические листы, доступные в Интернете. Хотя не все они настолько полны и подробны, как нам хотелось бы, некоторые из них сделаны очень хорошо и предоставляют объективные данные, касающиеся характеристик, которые нас интересуют, таких как твердость, гибкость, блеск, содержание твердых частиц, устойчивость к нагреванию, растворителям, кислотам, щелочам. , соли, вода.Некоторые из лучших содержат результаты стандартных испытаний, проведенных с целью дать вам метрики для сравнения с другими покрытиями.

    Твердость - одно из многих свойств, которые не часто указываются в технических паспортах этих продуктов по разным причинам. Мы легко можем видеть, что даже определение твердости в более чем очень общем смысле может быть очень трудным. Сравнение результатов испытаний различных покрытий может не дать вам результатов или точной информации, которую вы ищете.

    Прочие соображения

    Твердость - одно из многих свойств, которые могут быть желательными для древесного покрытия, но твердость почти никогда не является единственным или самым важным необходимым свойством.Твердость покрытия может зависеть от других свойств, которые также необходимы для покрытия. Перечислю некоторые из тех, на которые стоит обратить внимание при отделке деревянной мебели, сантехники, музыкальных инструментов и шкафов.

    Стойкость к ударам, вдавливанию, истиранию, царапинам, царапинам, атмосферным воздействиям, свету, теплу, холоду, пожелтению, полировке, сколам, эрозии, растрескиванию, растрескиванию, печати, слипанию, матовости, специфическим растворителям, воде и водяному пару.

    Покрытие может также обладать жесткостью, гибкостью, вязкостью, эластичностью, удельной толщиной сухой пленки, особым блеском или блеском, ровностью, адгезией, прозрачностью, визуальной глубиной и поверхностным скольжением.

    Для специальных применений необходимо учитывать дополнительные положительные и отрицательные характеристики.

    Твердость - одно из многих свойств, которые могут повлиять на производительность, но обычно не являются определяющими ни для химической, ни для физической стойкости, такой как растворитель, нагревание, царапины, потускнение, удар, свет, влажность, блокирование, печать, легкость и эффективность полировки, сохранение блеска, адгезия и многие другие свойства.

    Испытания на твердость

    Американское общество испытаний и материалов устанавливает стандарты для тысяч процедур, включая нанесение покрытий на древесину.Они предоставляют протоколы для использования инструментов, которые измеряют производительность таким образом, чтобы различные материалы можно было осмысленно сравнивать друг с другом.

    Свойства пленочного покрытия для различных применений могут быть сформулированы таким образом, чтобы удовлетворить потребности этих применений. Основное тестирование должно измерять эффективность тех свойств, которые подходят для этих целей.

    При испытании на твердость карандашом проверяется один стандарт твердости пленки путем сравнения способности графитового / глиняного грифеля поцарапать затвердевшую пленку.Специально подготовленные карандаши разной твердости прижимают к затвердевшей пленке в соответствии с протоколом, описанным в ASTM D3363. В протоколе описывается возведение поводка в квадрат для получения острого края, угол атаки отведения к поверхности, давление, которое нужно приложить к поводку, и расстояние, на которое поводок следует протолкнуть по поверхности. Свинец либо повредит поверхность, либо порежет ее, либо поводок в месте контакта с поверхностью раздавится. Сначала наносится самый твердый карандаш, а затем последовательно наносятся более мягкие грифели, пока поверхность не будет размечена, а грифель раздавлен.Первый карандаш, который не помечает пленку перед раздавливанием, определяет «карандашную твердость» пленки. Это выражается числом и / или буквой, обозначающей твердость карандаша. Это от самого мягкого до самого жесткого: 9H, 8H, 7H, 6H, 5H, 4H, 3H, 2H, H, F HB, B, 2B, 3B, 4B, 5B, 6B, 7B, 8B и 9B.

    Существуют и другие методы, такие как коромысло, маятник, ударная ручка и ручка из карбида вольфрама, а также используются другие метрики. Учет различий при поиске корреляций является неточным и непостоянным.

    Тест коромысла на твердость по Сварду определяет уровень твердости путем приравнивания метрики к сопротивлению продолжающемуся движению колеблющегося качающегося устройства, помещенного на испытуемую поверхность.

    Другой тест, например, с абразивом Табера, может определить конкретный уровень износостойкости, из которых твердость по Сварду является одним из нескольких определяющих факторов. Abraser подвергает поверхность износу одного или нескольких абразивных кругов. Этот тест полезен, но только в той степени, в которой ответы соответствуют заданным вопросам и фактическим результатам в необходимых полевых условиях.Более мягкое покрытие, как определено тестом на качание, может быть более эластичным, чем более твердое покрытие, и лучше сопротивляться износу.

    В зависимости от области применения к внутренним покрытиям для дерева предъявляются различные требования к твердости. Покрытия для кухонных шкафов нуждаются в отличной водо- и химической стойкости, чтобы противостоять кухонной среде, но также должны обеспечивать высокую стойкость к блокированию, если они наносятся в заводских условиях. Покрытиям для деревянных полов необходима превосходная стойкость к царапинам и истиранию.Отделочные краски для архитектурного рынка DIY нуждаются в отличной стойкости к слипанию и печати, чтобы предотвратить запечатывание дверей и окон и повреждение окрашенных поверхностей.

    Для хорошего верхнего покрытия могут потребоваться защитные свойства, которые включают прочность, стойкость к царапинам, влагостойкость и устойчивость к растворителям, прозрачность, хорошие выравнивающие свойства, адгезию к основанию или подслоям (например, герметикам), хорошие свойства трения и полировки, достаточное образование пленки, гибкость. (чтобы противостоять растрескиванию или растрескиванию при движении древесины) и способность сохранять желаемый блеск во время использования.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *