Materiāla cietības noteikšanai visbiežāk tiek izmantots zviedru inženiera Brinela izgudrojums - metode, kas mēra virsmas īpašības un piešķir polimērmetālu papildu raksturlielumus.
Materiālu novērtējums
Pateicoties šim atklājumam, tagad tiek novērtēta visefektīvākā plastmasas izmantošana. Ne pārāk cietai plastmasai tiek pārbaudīta elastība un maigums, lai tās izmantotu kā blīvēšanas, blīvēšanas un amortizācijas materiālu. Brinell izstrāde ir metode materiāla stiprības un cietības noteikšanai, kas kalpos svarīgos lietojumos - zobratos un diskos, lielas slodzes gultņos, vītņotos veidgabalos utt.
Šī metode sniedz visprecīzāko spēka novērtējumu. Parametra vērtību, ko apzīmē ar P1B, ir grūti pārvērtēt. Visbiežāk šim nolūkam tiek izmantota Brinell izstrāde, metode, kurā materiālā tiek iespiesta piecu milimetru tērauda lode. Atbilstoši lodītes ievilkuma dziļumam tiek noteikts GOST.
Vēsture
1900. gadā inženieris no Zviedrijas Johans Augusts Brinels, metodi, kuru viņš piedāvāja pasauleimateriālu zinātne, kļuva slavena. Tas tika ne tikai nosaukts izgudrotāja vārdā, bet arī kļuva par visplašāk izmantoto, standartizēto.
Kas ir cietība? Šī ir īpaša materiāla īpašība, kas nepiedzīvo plastisku deformāciju lokālas kontakta darbības rezultātā, kas visbiežāk izpaužas kā indeksētāja (cietāka korpusa) ievietošana materiālā.
Atgūta un neatgūta cietība
Brinela metode palīdz izmērīt atjaunoto cietību, ko nosaka slodzes lieluma attiecība pret drukas tilpumu, projekcijas laukumu vai virsmas laukumu. Tādējādi cietība var būt tilpuma, projekcijas un virsmas. Pēdējo nosaka attiecība: slodze pret nospieduma laukumu. Tilpuma cietību mēra pēc slodzes attiecības pret tās tilpumu, un projekcijas cietība ir slodze uz projekcijas laukumu, ko atstāj nospiedums.
Neatjaunoto cietību pēc Brinela metodes nosaka pēc tiem pašiem parametriem, tikai pretestības spēks kļūst par galveno izmērīto vērtību, kura attiecību pret virsmas laukumu, tilpumu vai projekciju parāda materiālā iestrādātais indekss. Tilpuma, projekcija un virsmas cietība tiek aprēķināta tādā pašā veidā: pēc pretestības spēka attiecības vai nu indeksa iegultās daļas virsmas laukumu, vai tās projekcijas laukumu, vai tilpumu.
Cietības noteikšana
Spēja pretoties plastiskai un elastīgai deformācijai, ja tiek pakļauta cietāka materiāla iedarbībaiIndekss ir cietības noteikšana, tas ir, faktiski šī ir materiāla ievilkuma pārbaude. Brinela cietības metode mēra, cik dziļi induktors ir iekļuvis materiālā. Lai precīzi zinātu konkrētā materiāla cietības vērtību, ir nepieciešams izmērīt iespiešanās dziļumu. Lai to izdarītu, ir Brinela un Rokvela metode, Vikersa metode tiek izmantota retāk.
Ja Rokvela metode tieši nosaka bumbiņas iespiešanās dziļumu materiālā, tad Vikers un Brinels mēra nospiedumu pēc tā virsmas laukuma. Izrādās, jo dziļāks rādītājs materiālā, jo lielāks ir drukas laukums. Cietību var pārbaudīt pilnīgi jebkuriem materiāliem: minerāliem, metāliem, plastmasām un tamlīdzīgiem materiāliem, taču katram no tiem cietību nosaka pēc savas metodes.
Kā atrast veidu
Brinela cietības metode ir ļoti piemērota neviendabīgiem materiāliem, sakausējumiem, kas nav pārāk cieti. Mērīšanas metodi nosaka ne tikai materiāla veids, bet arī paši parametri, kas ir jānosaka. Sakausējumu cietība tiek mērīta it kā vidēji, jo tajos līdzās pastāv materiāli ar dažādām īpašībām. Piemēram, čuguns. Tam ir ļoti neviendabīga struktūra, ir cementīts, grafīts, perlīts, ferīts, un tāpēc čuguna izmērītā cietība ir vidējā vērtība, kas sastāv no visu komponentu cietības.
Metālu cietības mērīšana ar Brinela metodi tiek veikta, izmantojot lielu indeksētāju, lai nospiedums tiktu iegūts uz lielāka parauga laukuma. Tādējādi pie šiem nosacījumiem ir iespējams iegūt arī čuguna vērtību, kas ir daudzu un dažādu fāžu vidējais rādītājs. Šī metode ir ļoti laba, mērot sakausējumu cietību - čuguna, krāsaino metālu, vara, alumīnija un tamlīdzīgi. Šī metode precīzi norāda plastmasas cietības vērtību.
Rokvela salīdzinājums
Tas ir piemērots cietiem un īpaši cietiem metāliem, un iegūtā cietības vērtība arī tiek aprēķināta vidēji. Tā pati tērauda lodīte vai konuss kalpo kā indikators, bet papildus tiem tiek izmantota arī dimanta piramīda. Nospiedums uz materiāla, mērot ar Rokvela metodi, arī izrādās liels, un dažādu fāžu cietības skaitlis tiek aprēķināts vidēji.
Brinela un Rokvela metodes atšķiras principā: pirmā uzrāda rezultātu kā koeficientu pēc ievilkuma spēka dalīšanas ar nospieduma laukuma virsmu, savukārt Rokvels aprēķina iespiešanās dziļuma attiecību pret skalas mērvienību. instruments, kas mēra dziļumu. Tāpēc Rokvela cietība ir praktiski bezizmēra, un saskaņā ar Brinela teikto to skaidri mēra kilogramos uz kvadrātmilimetru.
Vickers metode
Ja paraugs ir pārāk mazs vai nepieciešams izmērīt objektu, kas ir mazāks par iespieduma izmēru, kas mēra Rokvela vai Brinela cietību, jāizmanto mikrocietības metodes, starp kurām populārākā ir Vikersa metode.. Indekss ir dimanta piramīda, un nospiedumu pārbauda un mēra ar mikroskopam līdzīgu optisko sistēmu. Būs zināma arī vidējā vērtība, bet cietība tiek aprēķināta nodaudz mazāka platība.
Ja mērāmā objekta mērogs ir ļoti mazs, tad tiek izmantots mikrocietības testeris, ar kuru var izveidot nospiedumu atsevišķā graudiņā, fāzē, slānī, un ievilkuma slodzi var izvēlēties neatkarīgi. Metālu zinātne ļauj izmantot šīs metodes, lai noteiktu gan metālu cietību, gan mikrocietību, un materiālzinātne tādā pašā veidā nosaka nemetālisku materiālu mikrocietību un cietību.
Diapazons
Ir trīs cietības mērīšanas diapazoni. Makro diapazonā slodze tiek regulēta no 2 N līdz 30 kN. Mikrodiapazons ierobežo ne tikai indeksētāja slodzi, bet arī iespiešanās dziļumu. Pirmā vērtība nepārsniedz 2 N, bet otrā - vairāk nekā 0,2 μm. Nanodiapazonā tiek regulēts tikai indeksa iestrādāšanas dziļums - mazāks par 0,2 µm. Rezultātā tiek iegūta materiāla nanocietība.
Mērījumu parametri galvenokārt ir atkarīgi no indeksam pielietotās slodzes. Šī atkarība pat saņēma īpašu nosaukumu - izmēra efekts, angļu valodā - indentation size effect. Lieluma efekta raksturu var noteikt pēc indeksa formas. Sfērisks - cietība palielinās, palielinoties slodzei, tāpēc šis izmēra efekts ir pretējs. Vikersa vai Berkoviča piramīda samazina cietību, palielinoties slodzei (šeit parastā vai tiešā izmēra efekts). Konusa sfēra, ko izmanto Rokvela metodei, parāda, ka, palielinot slodzi, vispirms palielinās cietība, un pēc tam, kad tiek ieviesta sfēriskā daļa,samazinās.
Materiāli un mērīšanas metodes
Pašlaik viscietākie materiāli ir divas oglekļa modifikācijas: lonsdaleīts, kas ir uz pusi cietāks par dimantu, un fullerīts, kas ir divreiz cietāks par dimantu. Šo materiālu praktiskā pielietošana tikai sākas, taču pagaidām dimants ir cietākais no parastajiem. Ar tās palīdzību tiek noteikta visu metālu cietība.
Noteikšanas metodes (vispopulārākās) tika uzskaitītas iepriekš, taču, lai izprastu to īpašības un saprastu būtību, jāņem vērā citas, kuras nosacīti var iedalīt dinamiskajās, tas ir, perkusijās un statiskajās, kuras jau ir izskatīti. Mērīšanas metodi citādi sauc par skalu. Jāatgādina, ka vispopulārākā joprojām ir Brinela skala, kur cietību mēra pēc nospieduma diametra, kas atstāj materiāla virsmā iespiestu tērauda lodi.
Cietības skaitļa noteikšana
Brinela metode (GOST 9012-59) ļauj pierakstīt cietības skaitli bez mērvienībām, apzīmējot to HB, kur H ir cietība (cietība), bet B ir pati Brinela. Nospieduma laukums tiek mērīts kā sfēras daļa, nevis apļa laukums, kā to dara, piemēram, Meijera skala. Rokvela metode izceļas ar to, ka, nosakot dimanta lodītes vai konusa dziļumu, kas iekļuvis materiālā, cietība ir bezizmēra. To apzīmē HRA, HRC, HRB vai HR. Aprēķinātā cietības formula izskatās šādi: HR=100 (130) - kd. Šeit d ir ievilkuma dziļums un k ir koeficients.
Vickers cietība var būtnosaka nospiedums, ko atstāj tetraedriska piramīda, kas iespiesta materiāla virsmā, attiecībā pret slodzi, kas tika piemērota piramīdai. Nospieduma laukums nav rombs, bet gan daļa no piramīdas laukuma. Vickers vienības jāuzskata par kgf uz mm2, ko apzīmē ar HV vienību. Ir arī mērīšanas metode pēc Šora (ievilkums), ko biežāk izmanto polimēriem un kurai ir divpadsmit mērījumu skalas. Krastam atbilstošās Asker skalas (japāņu modifikācija mīkstajiem un elastīgajiem materiāliem) daudzējādā ziņā ir līdzīgas iepriekšējai metodei, atšķiras tikai mērierīces parametri un tiek izmantoti dažādi indeksi. Vēl viena metode saskaņā ar Šoru - ar atsitienu - augsta moduļa, tas ir, ļoti cietiem materiāliem. No tā mēs varam secināt, ka visas metodes, kas mēra materiāla cietību, ir sadalītas divās kategorijās - dinamiskā un statiskā.
Rīki un ierīces
Ierīces cietības noteikšanai sauc par cietības testeriem, tie ir instrumentālie mērījumi. Pārbaude objektu ietekmē dažādos veidos, tāpēc metodes var būt destruktīvas vai nesagraujošas. Starp visām šīm skalām nav tiešas attiecības, jo neviena no metodēm neatspoguļo materiāla pamatīpašības kopumā.
Tomēr ir izveidotas pietiekami aptuvenas tabulas, kurās tiek savienotas skalas un dažādas metodes materiālu kategorijām un to atsevišķām grupām. Šo tabulu izveide kļuva iespējama pēc virknes eksperimentu un testu. Tomēr teorijas, kaļāva vienai no aprēķina metodēm pāriet no vienas metodes uz citu, vēl nepastāv. Konkrētā cietības noteikšanas metode parasti tiek izvēlēta, pamatojoties uz pieejamo aprīkojumu, mērīšanas uzdevumiem, mērīšanas apstākļiem un, protams, no paša materiāla īpašībām.
