Hårdhet

Hårdhet  - egenskapen hos ett material att motstå införandet av en hårdare kropp - en indenter .

Metod för att bestämma den återställda hårdheten.

Hårdhet definieras som förhållandet mellan belastningens storlek och ytarea, projektionsarea eller intryckningsvolym. Det finns yta , projektion och volymhårdhet :

• ythårdhet  - förhållandet mellan belastningen och avtryckets yta;
• projektionshårdhet  - förhållandet mellan belastningen och projiceringsområdet för avtrycket;
• bulkhårdhet  - förhållandet mellan belastningen och tryckets volym.

Hårdhet mäts i tre områden: makro , mikro , nano .

• Makroområdet reglerar belastningen på intryckaren från 2 N till 30 kN.
• Mikroområdet (se mikrohårdhet ) reglerar belastningen på indentern mindre än 2 N och inträngningsdjupet för indentern är större än 0,2 mikron .
• Nanoområdet reglerar endast penetrationsdjupet för indentern, vilket bör vara mindre än 0,2 µm [1] . Ofta kallas hårdhet i nanoområdet nanohårdhet .  Värdet på nanohårdhet kan skilja sig betydligt från mikrohårdhet för samma material [2] [3] .

Den uppmätta hårdheten beror i första hand på belastningen på intryckaren. Detta beroende kallas storlekseffekten ( indragningsstorlekseffekt ). Typen av hårdhetsberoende på belastningen bestäms av formen på indentern:

• för en sfärisk indenter - med ökande belastning ökar hårdheten - den omvända fördjupningsstorlekseffekten ;
• för en indenter i form av en Vickers- eller Berkovich-pyramid - med ökande belastning minskar hårdheten - en direkt eller helt enkelt dimensionell effekt ( intryckningsstorlekseffekt );
• för en sfärisk indenter (som en kon för en Rockwell hårdhetstestare) - med ökande belastning ökar hårdheten först när den sfäriska delen av indentern introduceras och börjar sedan minska (för den koniska delen av indentern).

Metoder för att mäta hårdhet

Metoder för att bestämma hårdhet enligt metoden för att applicera belastningen är indelade i: 1) statisk och 2) dynamisk (chock).

Det finns flera skalor (mätmetoder) för att mäta hårdhet:

• Brinell-metoden  - hårdheten bestäms av diametern på fördjupningen som lämnas av en hårdmetallkula som pressas in i ytan. Hårdhet beräknas som förhållandet mellan kraften som appliceras på kulan och arean av avtrycket (dettare tas avtrycksytan som arean av en del av sfären och inte som arean av cirkeln, se Meyer-hårdhet ); hårdhetsenheten enligt Brinell är MPa (kgf/mm²). Hårdheten som bestäms av denna metod betecknas HBW, där H är hårdhet (från  engelska  -  "hårdhet"), B är Brinell, W är indentermaterialet, sedan anges indenterens diameter, belastning och hålltid. Stålkulor används inte längre som indragare för Brinell-metoden.
• Rockwell-metoden  - hårdheten bestäms av det relativa djupet av intrycket av en stål-, hårdmetallkula eller diamantkon i ytan på materialet som testas. Hårdheten som bestäms med denna metod är dimensionslös och betecknas HRA, HRB, HRC, etc.; hårdheten beräknas med formeln HR = 100 (130) - h / e , där h  är det relativa intryckningsdjupet för spetsen efter avlägsnande av huvudbelastningen, och e  är en koefficient lika med 0,002 mm för Rockwell-metoden och 0,001 mm för super Rockwell-metoden. Således är den maximala Rockwell-hårdheten på A- och C-skalorna 100 enheter och på B-skalan - 130 enheter. Det finns totalt 54 Rockwell hårdhetsskalor.
• Vickers metod  - hårdheten bestäms av avtrycksytan som lämnas av en tetraedrisk diamantpyramid pressad in i ytan. Hårdhet beräknas som förhållandet mellan belastningen som appliceras på pyramiden och avtryckets yta (dettare tas avtryckets yta som arean av en del av en geometriskt regelbunden pyramid, och inte som ytan på det faktiska avtrycket); dimensionalitet för Vickers hårdhetsenheter kgf/mm² . Hårdheten som bestäms av denna metod betecknas HV med den obligatoriska indikeringen av belastningen och exponeringstiden.
• Strandmetoder:

• Shore-hårdhet (intryckningsmetod)  - hårdhet bestäms av penetrationsdjupet i materialet av en speciell härdad stålnål ( indenter ) under inverkan av en kalibrerad fjäder [4] . I denna metod kallas mätinstrumentet för en durometer . Vanligtvis används Shore-metoden för att bestämma hårdheten hos material med låg modul ( polymerer ). Shore-metoden, beskriven av ASTM D2240, specificerar 12 mätskalor. De vanligaste alternativen är A (för mjuka material) eller D (för hårdare material). Hårdheten som bestäms av denna metod indikeras med bokstaven på den använda skalan, skriven efter siffran med en explicit indikation av metoden.

• Durometrar och Asker-skalor  - enligt mätprincipen motsvarar det indragningsmetoden (enligt Shore). Fast och nationell Japansk modifiering av metoden. Används för mjuka och elastiska material. Den skiljer sig från den klassiska Shore-metoden i vissa parametrar för mätanordningen, märkesnamn på vågar och indenters .

• Shore-hårdhet (rebound-metod)  är en metod för att bestämma hårdheten hos mycket hårda (högmodulerande) material, främst metaller, genom den höjd till vilken en speciell anfallare studsar efter stöten (huvuddelen av skleroskopet  - en mätanordning för detta metod), faller från en viss höjd [5] . Hårdheten enligt denna Shore-metod uppskattas i konventionella enheter som är proportionella mot höjden på anslagets rebound. Huvudskalorna C och D. Den betecknas HSx , där H  är hårdhet , S  är Shore och x  är en latinsk bokstav som anger vilken typ av skala som används i mätningen [6] [7] .

Det bör förstås att även om båda dessa metoder är metoder för att mäta hårdhet, föreslagna av samma författare, har samma namn och samma skalbeteckningar, är dessa inte versioner av en metod, utan två fundamentalt olika metoder med olika skalvärden, beskrivs av olika standarder.

• Kuznetsov-Herbert-Rehbinder-metoden  - hårdheten bestäms av sönderfallstiden för pendelsvängningarna, vars stöd är metallen som studeras;
• Poldi-metoden (dubbelkultryck) - hårdheten utvärderas i jämförelse med standardens hårdhet, testet utförs genom att en stålkula stöts in samtidigt i provet och standarden (se bild);
• Mohs-skalan  bestäms av vilket av de tio standardmineralerna som testmaterialet repar, och vilket av de tio standardmineralerna som repas av testmaterialet.
• Buchholz-  metoden är en metod för att bestämma hårdhet med hjälp av en "Buchholz-anordning". Designad för att testa hårdheten (Buchholz-hårdheten) hos polymerfärgsbeläggningar vid indragning av "Buchholz-indenter". Metoden regleras av ISO 2815, DIN 53153, GOST 22233 [8] [9] standarder .
• Janks hårdhetstest  är en metod för att bestämma träets hårdhet genom indragning av en stålkula.

Hårdhetsmätningsmetoder delas in i två huvudkategorier: statiska hårdhetsmetoder och dynamiska hårdhetsmetoder.

För instrumentell bestämning av hårdhet används enheter som kallas hårdhetstestare . Metoder för att bestämma hårdhet, beroende på graden av påverkan på föremålet, kan avse både oförstörande och destruktiva metoder.

De befintliga metoderna för att bestämma hårdhet återspeglar inte helt någon specifik grundläggande egenskap hos material, därför finns det inget direkt samband mellan olika skalor och metoder, men det finns ungefärliga tabeller som kopplar samman skalorna för individuella metoder för vissa grupper och kategorier av material. Dessa tabeller är byggda endast på grundval av resultaten från experimentella tester och det finns inga teorier som tillåter beräkningsmetoden att flytta från en metod för att bestämma hårdhet till en annan.

En specifik metod för att bestämma hårdhet väljs utifrån materialets egenskaper, mätuppgifterna, villkoren för dess genomförande, tillgänglig utrustning etc.

I CIS är inte alla hårdhetsskalor standardiserade.

Normativa dokument

• GOST 8.062-85 "Statligt system för att säkerställa enhetlighet i mätningar. Ange speciell standard och statligt verifieringssystem för hårdhetsmätinstrument enligt Brinell-skalor"
• GET 33-85 "Ange speciell standard för hårdhetsenheter enligt Brinell-skalor"
• GOST 24621-91 ( ISO 868-85) "Bestämning av intryckshårdhet med hjälp av en durometer (Shore hårdhet)".
• GOST 263-75 "Gummi. Shore En hårdhetstestmetod.
• GOST 23273-78 "Metaller och legeringar. Mätning av hårdhet med metoden för elastisk rebound av anfallaren (enligt Shore).
• ISO 2815 "Färgar och lacker - Buchholz intryckningstest".
• DIN 53153 Buchholz hårdhet.
• ISO 14577 metalliska material. Instrumenterat intryckningstest för hårdhets- och materialparametrar. Del 1: Testmetod.

Se även

• Mikrohårdhet
• Hårdhet av mineraler
• Miller index

Anteckningar

1. ↑ ISO 14577 metalliska material. Instrumenterat intryckningstest för hårdhets- och materialparametrar. Del 1: Testmetod.
2. ↑ Moshchenok V.I. Nanoindentation och nanohårdhet hos material // Biltransport. 2008. V. 22. S. 151-154.
3. ↑ Nanohårdhet . Datum för åtkomst: 6 december 2010. Arkiverad från originalet den 25 november 2010. (obestämd)
4. ↑ GOST 24621-91 (ISO 868-85) Bestämning av intryckningshårdhet med hjälp av en durometer (Shore hårdhet).
5. ↑ GOST 23273-78 Metaller och legeringar. Mätning av hårdhet med metoden för elastisk rebound av anfallaren (enligt Shore).
6. ↑ Ukrainian Soviet Encyclopedia , volym 12, Kiev, 1985
7. ↑ New Polytechnical Dictionary, Moskva, Scientific Publishing House "Big Russian Encyclopedia", Moskva, 2000
8. ↑ GOST 22233, avsnitt 7. Kontrollmetoder, klausul 7.16
9. ↑ "Expert". Kvalitetskontroll av färgbeläggningar.

Länkar

• Om mineralernas hårdhet.
• Jämförande tabell över hårdhet i olika skalor. (Obs: I tabellen motsvarar Shore-skalan rebound-metoden.)

Ordböcker och uppslagsverk	Stor katalanska Stor katalanska Britannica (online)
I bibliografiska kataloger	BNF : 119765333 GND : 4158703-0 J9U : 987007550635605171 LCCN : sh85058886 NKC : ph318931