Untuk menentukan kekerasan bahan, ciptaan jurutera Sweden Brinell paling kerap digunakan - kaedah yang mengukur sifat permukaan dan memberikan ciri tambahan logam polimer.
Penilaian bahan
Berkat penemuan ini, penggunaan plastik yang paling berkesan kini sedang dinilai. Plastik yang tidak terlalu keras diuji untuk keanjalan dan kelembutan untuk digunakan sebagai bahan pengedap, pengedap dan kusyen. Pembangunan Brinell ialah kaedah untuk menentukan kekuatan dan kekerasan bahan yang akan digunakan dalam aplikasi penting - dalam gear dan rim, galas di bawah beban berat, kelengkapan berulir, dsb.
Kaedah ini memberikan penilaian kekuatan yang paling tepat. Nilai parameter, yang dilambangkan dengan P1B, sukar untuk dinilai terlalu tinggi. Yang paling biasa digunakan untuk tujuan ini ialah pembangunan Brinell, kaedah di mana bola keluli lima milimeter ditekan ke dalam bahan. Mengikut kedalaman lekukan bola, GOST ditentukan.
Sejarah
Pada tahun 1900, seorang jurutera dari Sweden Johan August Brinell, kaedah yang dicadangkannya kepada duniasains bahan, dibuat terkenal. Ia bukan sahaja dinamakan sempena pencipta, tetapi menjadi yang paling banyak digunakan, diseragamkan.
Apakah itu kekerasan? Ini ialah sifat istimewa bahan yang tidak mengalami ubah bentuk plastik daripada tindakan sentuhan setempat, yang selalunya berpunca daripada pengenalan pengindeks (badan lebih keras) ke dalam bahan.
Kekerasan pulih dan tidak pulih
Kaedah Brinell membantu mengukur kekerasan yang dipulihkan, yang ditentukan oleh nisbah magnitud beban kepada isipadu cetakan, kawasan unjuran atau luas permukaan. Oleh itu, kekerasan boleh menjadi isipadu, unjuran dan permukaan. Yang terakhir ditentukan oleh nisbah: beban ke kawasan cetakan. Kekerasan pukal diukur dengan nisbah beban kepada isipadunya dan kekerasan unjuran ialah beban ke kawasan unjuran yang ditinggalkan oleh jejak.
Kekerasan yang tidak dipulihkan oleh kaedah Brinell ditentukan oleh parameter yang sama, hanya daya rintangan menjadi nilai diukur utama, nisbahnya kepada luas permukaan, isipadu atau unjuran ditunjukkan oleh indeks yang tertanam dalam bahan. Isipadu, unjuran dan kekerasan permukaan dikira dengan cara yang sama: mengikut nisbah daya rintangan sama ada kepada luas permukaan bahagian tertanam indeks, atau kepada kawasan unjurannya, atau kepada isipadu.
Penentuan kekerasan
Keupayaan untuk menahan plastik dan ubah bentuk keanjalan apabila terdedah kepada bahan yang lebih kerasIndeks adalah penentuan kekerasan, iaitu, sebenarnya, ini adalah ujian lekukan bahan. Kaedah kekerasan Brinell ialah ukuran sejauh mana induktor telah menembusi bahan. Untuk mengetahui nilai sebenar kekerasan bahan tertentu, adalah perlu untuk mengukur kedalaman penembusan. Untuk melakukan ini, terdapat kaedah Brinell dan Rockwell, kaedah Vickers kurang biasa digunakan.
Jika kaedah Rockwell secara langsung menentukan kedalaman penembusan bola ke dalam bahan, maka Vickers dan Brinell mengukur kesan dengan luas permukaannya. Ternyata semakin dalam indeks dalam bahan, semakin besar kawasan cetakan. Semestinya mana-mana bahan boleh diuji untuk kekerasan: mineral, logam, plastik, dan seumpamanya, tetapi kekerasan setiap bahan ditentukan oleh kaedahnya sendiri.
Cara mencari jalan
Kaedah kekerasan Brinell sangat baik untuk bahan yang tidak homogen, untuk aloi yang tidak terlalu keras. Bukan sahaja jenis bahan menentukan kaedah pengukuran, tetapi juga parameter itu sendiri yang perlu ditentukan. Kekerasan aloi diukur, seolah-olah, secara purata, kerana bahan dengan ciri yang berbeza wujud bersama di dalamnya. Contohnya, besi tuang. Ia mempunyai struktur yang sangat heterogen, terdapat simentit, grafit, perlit, ferit, dan oleh itu kekerasan besi tuang yang diukur adalah nilai purata, yang terdiri daripada kekerasan semua komponen.
Pengukuran kekerasan logam dengan kaedah Brinell dijalankan menggunakan pengindeks yang besar, supaya kesan diperoleh pada kawasan sampel yang lebih besar. Oleh itu, di bawah keadaan ini, ia juga mungkin untuk mendapatkan nilai untuk besi tuang, yang merupakan purata untuk fasa yang banyak dan berbeza. Kaedah ini sangat baik apabila mengukur kekerasan aloi - besi tuang, logam bukan ferus, tembaga, aluminium dan seumpamanya. Kaedah ini menunjukkan nilai kekerasan plastik dengan tepat.
Perbandingan Rockwell
Ia baik untuk logam keras dan super keras, dan nilai kekerasan yang terhasil juga dipuratakan. Bola keluli atau kon yang sama berfungsi sebagai penunjuk, tetapi sebagai tambahan kepada mereka, piramid berlian juga digunakan. Cetakan pada bahan apabila diukur dengan kaedah Rockwell juga ternyata besar, dan nombor kekerasan untuk fasa berbeza dipuratakan.
Kaedah Brinell dan Rockwell berbeza pada dasarnya: kaedah pertama membentangkan hasil sebagai hasil bahagi selepas membahagikan daya lekukan dengan permukaan kawasan jejak, manakala Rockwell mengira nisbah kedalaman penembusan kepada unit skala alat yang mengukur kedalaman. Itulah sebabnya kekerasan Rockwell boleh dikatakan tidak berdimensi, dan menurut Brinell ia diukur dengan jelas dalam kilogram setiap milimeter persegi.
Kaedah Vickers
Jika sampel terlalu kecil atau perlu mengukur objek yang lebih kecil daripada saiz jejak inden, yang mengukur kekerasan Rockwell atau Brinell, kaedah microhardness harus digunakan, antaranya kaedah Vickers adalah yang paling popular. Indeksnya ialah piramid berlian, dan jejaknya diperiksa dan diukur oleh sistem optik yang serupa dengan mikroskop. Nilai purata juga akan diketahui, tetapi kekerasan dikira daripadakawasan yang jauh lebih kecil.
Jika skala objek yang diukur adalah sangat kecil, maka penguji kekerasan mikro digunakan, yang boleh membuat kesan dalam butiran, fasa, lapisan dan beban lekukan yang berasingan boleh dipilih secara bebas. Sains logam membenarkan penggunaan kaedah ini untuk menentukan kedua-dua kekerasan dan kekerasan mikro logam, dan sains bahan dengan cara yang sama menentukan kekerasan mikro dan kekerasan bahan bukan logam.
Julat
Terdapat tiga julat untuk mengukur kekerasan. Dalam julat makro, beban dikawal dari 2 N hingga 30 kN. Jangkauan mikro mengehadkan bukan sahaja beban pada pengindeks, tetapi juga kedalaman penembusan. Nilai pertama tidak melebihi 2 N, dan yang kedua - lebih daripada 0.2 μm. Dalam julat nano, hanya kedalaman penggabungan indeks yang dikawal - kurang daripada 0.2 µm. Hasilnya memberikan kekerasan nano bahan.
Parameter pengukuran bergantung terutamanya pada beban yang digunakan pada indeks. Pergantungan ini malah menerima nama khas - kesan saiz, dalam bahasa Inggeris - kesan saiz lekukan. Sifat kesan saiz boleh ditentukan oleh bentuk indeks. Sfera - kekerasan meningkat dengan peningkatan beban, oleh itu, kesan saiz ini diterbalikkan. Piramid Vickers atau Berkovich mengurangkan kekerasan dengan peningkatan beban (di sini, kesan saiz biasa atau langsung). Sfera kon, yang digunakan untuk kaedah Rockwell, menunjukkan bahawa peningkatan beban mula-mula membawa kepada peningkatan kekerasan, dan kemudian, apabila bahagian sfera diperkenalkan,berkurangan.
Bahan dan kaedah pengukuran
Bahan paling sukar yang wujud pada masa ini ialah dua pengubahsuaian karbon: lonsdaleite, yang separuh keras seperti berlian, dan fullerite, yang dua kali lebih keras daripada berlian. Aplikasi praktikal bahan-bahan ini baru bermula, tetapi buat masa ini, berlian adalah yang paling sukar daripada yang biasa. Dengan bantuannya, kekerasan semua logam ditetapkan.
Kaedah penentuan (paling popular) disenaraikan di atas, tetapi untuk memahami ciri-cirinya dan memahami intipati, anda perlu mempertimbangkan kaedah lain yang boleh dibahagikan secara bersyarat kepada dinamik, iaitu perkusi dan statik, yang telah pun dipertimbangkan. Kaedah pengukuran sebaliknya dipanggil skala. Harus diingat bahawa yang paling popular ialah skala Brinell, di mana kekerasan diukur dengan diameter cetakan, yang meninggalkan bola keluli ditekan ke permukaan bahan.
Penentuan nombor kekerasan
Kaedah Brinell (GOST 9012-59) membolehkan anda menulis nombor kekerasan tanpa unit ukuran, menandakannya HB, dengan H ialah kekerasan (kekerasan), dan B ialah Brinell itu sendiri. Luas sesuatu cetakan diukur sebagai sebahagian daripada sfera, bukan luas bulatan, seperti yang dilakukan oleh skala Meyer, sebagai contoh. Kaedah Rockwell dibezakan oleh fakta bahawa dengan menentukan kedalaman bola berlian atau kon yang telah memasuki bahan, kekerasannya tidak berdimensi. Ia ditetapkan sebagai HRA, HRC, HRB atau HR. Formula kekerasan yang dikira kelihatan seperti ini: HR=100 (130) - kd. Di sini d ialah kedalaman lekukan dan k ialah pekali.
Vickers kekerasan bolehditentukan oleh kesan yang ditinggalkan oleh piramid tetrahedral yang ditekan ke dalam permukaan bahan, berhubung dengan beban yang dikenakan pada piramid. Kawasan cetakan bukan rombus, tetapi sebahagian daripada kawasan piramid. Unit Vickers hendaklah dianggap sebagai kgf setiap mm2, dilambangkan dengan unit HV. Terdapat juga kaedah pengukuran mengikut Shore (indentasi), lebih kerap digunakan untuk polimer dan mempunyai dua belas skala ukuran. Skala Asker sepadan pantai (pengubahsuaian Jepun untuk bahan lembut dan elastik) dalam banyak cara serupa dengan kaedah sebelumnya, hanya parameter alat pengukur berbeza dan indeks berbeza digunakan. Kaedah lain menurut Shore - dengan lantunan - untuk modulus tinggi, iaitu bahan yang sangat keras. Daripada ini kita boleh membuat kesimpulan bahawa semua kaedah yang mengukur kekerasan bahan dibahagikan kepada dua kategori - dinamik dan statik.
Alat dan perkakas
Peranti untuk menentukan kekerasan dipanggil penguji kekerasan, ini adalah pengukuran instrumental. Pengujian mempengaruhi objek dalam cara yang berbeza, jadi kaedah boleh merosakkan atau tidak merosakkan. Tiada hubungan langsung antara semua skala ini, kerana tiada satu pun kaedah yang mencerminkan sifat asas bahan secara keseluruhan.
Namun begitu, jadual anggaran yang mencukupi telah dibina, di mana skala dan kaedah berbeza disambungkan untuk kategori bahan dan kumpulan individunya. Penciptaan jadual ini menjadi mungkin selepas beberapa siri eksperimen dan ujian. Namun, teori yangdibenarkan salah satu kaedah pengiraan untuk berpindah dari satu kaedah ke kaedah yang lain belum wujud. Kaedah khusus untuk menentukan kekerasan biasanya dipilih berdasarkan peralatan yang tersedia, tugas pengukuran, keadaan pengukuran dan, sudah tentu, daripada sifat bahan itu sendiri.
