Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Твердість



План:


Введення

Твердість - властивість матеріалу чинити опір проникненню в нього іншого, більш твердого тіла - індентора.

Твердість визначається як відношення величини навантаження до площі чи обсягу поверхні відбитку. Розрізняють поверхневу й об'ємну твердість:

  • поверхнева твердість - відношення навантаження на площу поверхні відбитка;
  • об'ємна твердість - відношення навантаження до обсягу відбитка.

Розрізняють також відновлену і непоновлення твердість. Відновлена ​​твердість визначається як відношення навантаження до площі чи обсягу відбитка, а невідновлення твердість визначається як відношення сили опору впровадженню індентора до площі чи обсягу впровадженої в матеріал частини індентора.

Твердість вимірюють в трьох діапазонах: макро, мікро, нано. Макродіапазоні регламентує величину навантаження на індентор від 2 Н до 30 кН. Мікродіапазон регламентує величину навантаження на індентор до 2 Н і глибину впровадження індентора більше 0,2 мкм. Нанодіапазон регламентує тільки глибину впровадження індентора, яка повинна бути менше 0,2 мкм [1]. Часто твердість у нанодіапазоне називають нанотвердостью (nanohardness) [ невідомий термін ] [2].

Вимірюється твердість, насамперед, залежить від навантаження, що прикладається до індентора. Така залежність отримала назву розмірного ефекту, в англомовній літературі - indentation size effect. Характер залежності твердості від навантаження визначається формою індентора:

  • для сферичного індентора - зі збільшенням навантаження твердість збільшується - зворотний розмірний ефект (reverse indentation size effect);
  • для індентора у вигляді піраміди Віккерса або Берковича - зі збільшенням навантаження твердість зменшується - прямий або просто розмірний ефект (indentation size effect);
  • для сфероконіческій індентора (типу конуса для твердомери Роквелла) - зі збільшенням навантаження твердість спочатку збільшується, коли впроваджується сферична частина індентора, а потім починає зменшуватися (для сфероконіческій частини індентора).


Побічно твердість також може залежати від:

  1. Міжатомних відстаней.
  2. Координаційного числа - чим вище число, тим вище твердість.
  3. Валентності.
  4. Природи хімічного зв'язку
  5. Від напрямку (наприклад мінерал дистен - його твердість вздовж кристала 4, а впоперек - 7)
  6. Крихкості і ковкості
  7. Гнучкості - мінерал легко гнеться, вигин не випрямляється (наприклад, тальк)
  8. Пружності - мінерал згинається, але випрямляється (наприклад, слюди)
  9. В'язкості - мінерал важко зламати (наприклад, жадеїт)
  10. Спайності
  11. і ряду інших фізико-механічних властивостей матеріалу.

Найбільш твердими з існуючих на сьогоднішній день матеріалів є дві алотропні модифікації вуглецю - лонсдейліт, на 58% перевершує за твердістю алмаз і фулерен (приблизно в 2 рази твердіше алмаза [3]). Однак практичне застосування цих речовин поки малоймовірно. Найтвердішим з поширених речовин є алмаз (10 одиниць за шкалою Мооса, див нижче).


1. Методи вимірювання твердості

Прилад Польді

Методи визначення твердості за способом прикладення навантаження діляться на: 1) статичні і 2) динамічні (ударні).

Для виміру твердості є кілька шкал (методів виміру):

  • Метод Брінелля - твердість визначається за діаметром відбитка, що залишається металевим кулькою, вдавлюється в поверхню. Твердість обчислюється як відношення зусилля, прикладеного до кульки, до площі відбитка (причому площа відбитка береться як площа частини сфери, а не як площа кола (твердість за Мейеру)); розмірність одиниць твердості за Бринеллю МПа (кг-с/мм ). Число твердості по Бринеллю по ГОСТ 9012-59 записують без одиниць виміру. Твердість, визначена за цим методом, позначається HB, де H = hardness (твердість, англ.), B - Брінеллю;
  • Метод Роквелла - твердість визначається за відносною глибині вдавлення металевої кульки чи алмазного конуса в поверхню тестованого матеріалу. Твердість, визначена за цим методом, є безрозмірною і позначається HR, HRB, HRC і HRA; твердість обчислюється за формулою HR = 100 (130) - kd, де d - глибина втискування наконечника після зняття основного навантаження, а k - коефіцієнт. Таким чином, максимальна твердість по Роквеллу за шкалами A і C складає 100 одиниць, а за шкалою B - 130 одиниць.
  • Метод Віккерса - твердість визначається за площею відбитка, що залишається чотиригранної алмазної пірамідкою, вдавлюється в поверхню. Твердість обчислюється як відношення навантаження, прикладеної до пірамідці, до площі відбитка (причому площа відбитка береться як площа частини поверхні піраміди, а не як площа ромба); розмірність одиниць твердості за Віккерсом кг-с/мм . Твердість, визначена за цим методом, позначається HV;
  • Методи Шора:
  • Твердість по Шору (Метод вдавлювання) - твердість визначається за глибиною проникнення в матеріал спеціальної загартованої сталевої голки ( індентора) під дією каліброваної пружини [4]. У цьому методі вимірювальний прилад іменується дюрометром. Зазвичай метод Шора використовується для визначення твердості нізкомодульних матеріалів ( полімерів). Метод Шора, описаний стандартом ASTM D2240, обумовлює 12 шкал вимірювання. Найчастіше використовуються варіанти A (для м'яких матеріалів) або D (для більш твердих). Твердість, визначена за цим методом, позначається буквою використовуваної шкали, записуваної після числа з явною вказівкою методу.
  • Дюрометри і шкали Аскер - за принципом вимірювання відповідає методу втискування (по Шору). Фірмова і нац. японська модифікація методу. Використовується для м'яких і еластичних матеріалів. Відрізняється від класичного методу Шора деякими параметрами вимірювального приладу, фірмовими найменуваннями шкал і індентора.
  • Твердість по Шору (Метод відскоку) - метод визначення твердості дуже твердих (високомодульних) матеріалів, переважно металів, по висоті, на яку після удару відскакує спеціальний бойок (основна частина склероскопа - вимірювального приладу для даного методу), що падає з певної висоти [5]. Твердість за цим методом Шора оцінюється в умовних одиницях, пропорційних висоті отскаківанія бойка. Основні шкали C і D. Позначається HSx, де H - Hardness, S - Shore і x - латинська буква, що позначає тип використаної при вимірюванні шкали. [6] [7]
Слід розуміти, що хоча обидва цих методи є методами вимірювання твердості, запропоновані одним і тим же автором, мають співпадаючі назви і збігаються позначення шкал це - не версії одного методу, а два принципово різних методу з різними значеннями шкал, описуваних різними стандартами.
  • Метод Кузнєцова - Герберта - Ребіндера - твердість визначається часом загасання коливань маятника, опорою якого є досліджуваний метал;
  • Метод Польді (подвійного відбитка кульки) - твердість оцінюється в порівнянні з твердістю еталона, випробування проводиться шляхом ударного вдавлювання сталевої кульки одночасно в зразок і еталон (див. ілюстрацію);
  • Шкала Мооса - визначається по тому, який із десяти стандартних мінералів дряпає тестований матеріал, і який матеріал із десяти стандартних мінералів дряпається тестуємим матеріалом.
  • Метод Бухгольца - метод визначення твердості за допомогою приладу "Бухгольца". Призначений для випробування на твердість (твердість за Бухгольц) полімерних лакофарбових покриттів при вдавливании індентора "Бухгольца". Метод регламентують стандарти ISO 2815, DIN 53153, ГОСТ 22233. [8] [9]

Методи вимірювання твердості діляться на дві основні категорії: статичні методи визначення твердості й динамічні методи визначення твердості.

Для інструментального визначення твердості використовуються прилади, іменовані твердомери. Методи визначення твердості, залежно від ступеня впливу на об'єкт, можуть ставитися як до неруйнівним, так і до руйнівним методам.

Існуючі методи визначення твердості не відображають цілком якого-небудь одного певного фундаментального властивості матеріалів, тому не існує прямого зв'язку між різними шкалами і методами, але існують наближені таблиці, що зв'язують шкали окремих методів для певних груп і категорій матеріалів. Дані таблиці побудовані тільки за результатами експериментальних тестів і не існує теорій, що дозволяють розрахунковим методом перейти від одного способу визначення твердості до іншого.

Конкретний спосіб визначення твердості вибирається виходячи з властивостей матеріалу, завдань вимірювання, умов його проведення, наявної апаратури та ін

У СНД стандартизовані не всі шкали твердості.


2. Нормативні документи

  • ГОСТ 8.062-85 "Державна система забезпечення єдності вимірювань. Державний спеціальний еталон і державна перевірочна схема для засобів вимірювань твердості за шкалами Брінелля"
  • МЕТ 33-85 "Державний спеціальний еталон одиниць твердості за шкалами Брінелля"
  • ГОСТ 24621-91 ( ISO 868-85) "Визначення твердості при вдавливании за допомогою дюрометра (твердість по Шору)".
  • ГОСТ 263-75 "Гума. Метод визначення твердості по Шору А".
  • ГОСТ 23273-78 "Метали і сплави. Вимірювання твердості методом пружного відскоку бойка (по Шору)".
  • ISO 2815 "Paints and varnishes - Buchholz indentation test".
  • DIN 53153 "Buchholz hardness".
  • ISO 14577 Metallic Materials. Instrumented indentation test for hardness and materials parameters. Part 1: Test method.

Примітки

  1. ISO 14577 Metallic Materials. Instrumented indentation test for hardness and materials parameters. Part 1: Test method.
  2. Нанотвердость - thesaurus.rusnano.com/wiki/article1375
  3. Ultrahard and superhard phases of fullerite C60: comparison with diamond on hardness and wear - nanoscan.info/wp-content/publications/article_03.pdf
  4. ГОСТ 24621-91 (ISO 868-85) Визначення твердості при вдавливании за допомогою дюрометра (твердість по Шору).
  5. ГОСТ 23273-78 Метали і сплави. Вимірювання твердості методом пружного відскоку бойка (по Шору).
  6. Українська Радянська Енциклопедія, Том 12, Київ, 1985 р.
  7. Новий Політехнічний Словник, Москва, Наукове видавництво "Велика Російська енциклопедія", Москва, 2000 р.
  8. ГОСТ 22233, Розділ 7. Методи контролю, п. 7.16
  9. "Експерт". Контроль якості лакофарбових покриттів. - www.expert.ru/printissues/equipment/2007/06/lakokrasochnye_pokrytiya/

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru