Щоб визначити твердість матеріалу, найчастіше використовується винахід шведського інженера Бринелля - метод, що вимірює властивості поверхні і дає додаткові характеристики полімерних металів.
оцінка матеріалу
Саме завдяки цьому відкриттю зараз оцінюються шляху найбільш ефективного застосування пластиків. Чи не занадто високої твердості пластмаси перевіряються на еластичність і м'якість, щоб бути використаними як герметизуючий, ущільнювальний і прокладки. Розробка Бринелля - метод, що дозволяє визначити міцність і твердість матеріалу, який буде служити в важливих конструкціях - в зубчастих колесах і вінцях, підшипниках під важкої навантаженням, деталях різьбових з'єднань і т.д.
Оцінку міцності найбільш точно дає саме цей спосіб. Значення параметра, який позначається Р1В, важко переоцінити. Найбільш часто для цієї мети використовується технологія Бринелля - метод, при якому п'ятиміліметровий сталева кулька вдавлюється в матеріал. За глибиною вдавлення кульки і визначається ГОСТ.
Що таке твердість? Це особлива властивість матеріалу, який не зазнає пластичну деформацію від контактного місцевого впливу, яке частіше за все зводиться до впровадження індектора (більш твердого тіла) в матеріал.
Відновлена і невідновлення твердість
Метод Брінелля допомагає виміряти відновлену твердість, яка визначається відношенням величини навантаження до обсягу відбитка, площі проекції або площі поверхні. Таким чином, твердість буває об'ємна, проекційна і поверхнева. Остання визначається відношенням: навантаження до площі відбитка. Об'ємна твердість вимірюється ставленням навантаження до обсягу його, а проекційна - навантаження до площі проекції, яку залишив відбиток.
Невідновлення твердість за методом Брінелля визначається за тими ж параметрами, тільки основний вимірюваноївеличиною стає сила опору, ставлення якої до площі поверхні, об'єму або проекції показує впроваджений в матеріал індектор. Таким же чином розраховується об'ємна, проекційна і поверхнева твердість: ставленням сили опору або до площі поверхні впровадженої частини індектора, або до площі проекції його, або до обсягу.
визначення твердості
Здатність до опору пластичної і пружної деформації при впливі на матеріал більш твердого індектора - це визначення твердості, тобто, фактично це тест матеріалу на вдавлення. Метод вимірювання твердості по Бринеллю - вимір, наскільки глибоко індектор проник в матеріал. Щоб знати точне значення твердості даного матеріалу, потрібно виміряти глибину проникнення. Для цього існує метод Брінелля і Роквелла, рідше застосовується метод Віккерса.
Якщо метод Роквелла визначає безпосередньо глибину проникнення кульки в матеріал, то Віккерс і Бринелля вимірюють відбиток по площі його поверхні. Виходить, що чим глибше індектор в матеріалі, тим відбиток виходить більшої площі. На твердість можна тестувати абсолютно будь-які матеріали: мінерали, метали, пластмаси тощо, але визначається твердість кожного з них власним методом.
Як знайти спосіб
Метод визначення твердості по Бринеллю дуже хороший для неоднорідних матеріалів, для сплавів, які не дуже тверді. Не тільки вид матеріалу визначає спосіб вимірювання, але і самі параметри, які потрібно визначити. Твердість сплавів вимірюється як би усереднені, оскільки в них є сусідами матеріали з різними характеристиками. Наприклад, чавун. У нього дуже неоднорідна структура, там присутні цементит, графіт, перліт, ферит, а тому виміряна твердість чавуну - величина усереднена, слагающаяся з твердості всіх складових.
Вимірювання твердості металів за методом Брінелля проводиться з використанням великого індектора, щоб відбиток вийшов на більшій площі зразка. Таким чином і на чавуні можна отримати в цих умовах значення, що є середнім по багатьом і різних фаз. Дуже хороший цей метод при вимірюванні твердості сплавів - чавуну, кольорових металів, міді, алюмінію і тому подібного. Досить точно цей метод показує значення твердості пластмас.
Метод Роквелла в порівнянні
Він хороший для твердих і надтвердих металів, і отримане значення твердості теж усереднено. Індектором служить такий же сталева кулька або конус, але крім них використовується і алмазна піраміда. Відбиток на матеріалі при вимірюванні за методом Роквелла теж виходить більшим, а число твердості по різних фаз усереднено.
Методи Бринелля і Роквелла розрізняються в принципі: у першого результат представлений у вигляді приватного після поділу сили вдавлення на поверхню площі відбитка, а ось Роквелл обчислює співвідношення глибини проникнення до одиниці шкали приладу, що вимірює глибину. Саме тому твердість по Роквеллу практично безрозмірна, а по Бріннелю вона чітко вимірюється в кілограмах на квадратний міліметр.
метод Віккерса
Якщо зразок малуватий або необхідні вимірювання об'єкта меншого, ніж величина відбитка індектора, якими вимірюється твердість по Роквеллу або Бринелю, потрібно використовувати методи мікротвердості, серед яких найпопулярніший - метод Віккерса. Індектором служить алмазна піраміда, а відбиток вивчається і вимірюється оптичною системою, схожою на мікроскоп. Буде відомо теж усереднене значення, але твердість визначається за значно меншої площі.
Якщо масштаб вимірюваного об'єкта зовсім малий, то використовується Мікротвердоміри, вміє зробити відбиток в окремому зерні, фазі, шарі, і навантаження вдавлення можна вибрати самостійно. Металознавство дозволяє з використанням цих методів визначити і твердість, і мікротвердість металів, а матеріалознавство таким же чином визначає мікротвердість і твердість матеріалів неметалевих.
Існує три діапазони для вимірювання твердості. У макродіапазоні регламентується величина навантаження від 2 Н до 30 кН. Мікродіапазон обмежує не тільки навантаження на індектор, а й глибину впровадження. Перша величина не перевищує 2 Н, а друга - більш 0,2 мкм. У нанодіапазоні регламентується тільки глибина впровадження індектора - менше 0,2 мкм. Результат дає нанотвёрдость матеріалу.
Параметри вимірювань залежать, перш за все, від навантаження, яка прикладається до індектору. Ця залежність навіть отримала особливу назву - розмірний ефект, по англійськи - indentation size effect. Характер розмірного ефекту можна визначити формою індектора. Сферичний - твердість збільшується зі збільшенням навантаження, отже, цей розмірний ефект зворотний. Піраміда Віккерса або Берковича зменшує твердість зі збільшенням навантаження (тут звичайний або прямий розмірний ефект). Конус-сфера, який використовується для методу Роквелла, показує, що збільшення навантаження спочатку призводить до збільшення твердості, а потім, при впровадженні сферичної частини, зменшується.
Матеріали і методи вимірювання
Найтвердіші на сьогоднішній день з існуючих матеріалів - дві модифікації вуглецю: лонсдейліт, наполовину перевершує алмаз по твердості, а також фуллерит, який перевершує алмаз в два рази. Практичне застосування цих матеріалів тільки починається, а поки з поширених самим твердим є алмаз. Саме з його допомогою встановлюється твердість всіх металів.
Методи визначення (найпопулярніші) були перераховані вище, але, щоб усвідомити їх особливості і зрозуміти суть, потрібно розглянути і інші, які можна умовно поділити на динамічні, тобто ударні, і статичні, які були вже розглянуті. Метод вимірювання інакше називається шкалою. Необхідно нагадати, що найпопулярнішою є все-таки шкала Бринелля, де твердість вимірюється по діаметру відбитка, який залишає сталева кулька, вдавлюють в поверхню матеріалу.
Визначення числа твердості
Метод Брінелля (ГОСТ 9012-59) дозволяє записати число твердості без одиниць виміру, позначаючи її НВ, де Н - твердість (hardness), а В - власне Бринелля. Площа відбитка вимірюється як частина сфери, а не площа кола, як це робить шкала Мейєра наприклад. Метод Роквелла відрізняє те, що ухвалою глибини увійшов в матеріал кульки або конуса з алмаза твердість виходить безрозмірною. Позначається вона HRA, HRC, HRB або HR. Формула обчисленої твердості виглядає так: HR = 100 (130) - kd. Тут d є глибиною вдавлення, а k - коефіцієнтом.
Інструменти і прилади
Прилади для визначення твердості називаються твёрдомерамі, це вимірювання інструментальні. Тестування по-різному впливає на об'єкт, тому методи можуть бути руйнівними його і не руйнують. Між усіма цими шкалами прямого взаємозв'язку немає, оскільки жоден з методів не відображає фундаментальних властивостей матеріалу цілком.
