Om de hardheid van een materiaal te bepalen, wordt de uitvinding van de Zweedse ingenieur Brinell het vaakst gebruikt - een methode die oppervlakte-eigenschappen meet en aanvullende kenmerken van polymeermetalen geeft.
Materiële evaluatie
Het is dankzij deze ontdekking dat het meest effectieve gebruik van kunststoffen nu wordt geëvalueerd. Niet te harde kunststoffen worden getest op elasticiteit en zachtheid om te worden gebruikt als afdichtings-, afdichtings- en dempingsmateriaal. De ontwikkeling van Brinell is een methode om de sterkte en hardheid van een materiaal te bepalen dat zal dienen in belangrijke toepassingen - in tandwielen en velgen, lagers onder zware belasting, schroefdraadfittingen, enz.
Deze methode geeft de meest nauwkeurige beoordeling van kracht. De waarde van de parameter, die wordt aangeduid met P1B, is moeilijk te overschatten. De meest gebruikte hiervoor is de ontwikkeling van Brinell, een methode waarbij een stalen kogel van vijf millimeter in het materiaal wordt gedrukt. Afhankelijk van de diepte van de inkeping van de bal, wordt GOST bepaald.
Geschiedenis
In 1900, een ingenieur uit Zweden, Johan August Brinell, de methode die hij aan de wereld voorsteldemateriaalkunde, beroemd gemaakt. Het werd niet alleen genoemd naar de uitvinder, maar werd de meest gebruikte, gestandaardiseerde.
Wat is hardheid? Dit is een speciale eigenschap van een materiaal dat geen plastische vervorming ervaart door lokale contactwerking, wat meestal neerkomt op de introductie van een indexer (harder lichaam) in het materiaal.
Herstelde en niet-herstelde hardheid
De Brinell-methode helpt bij het meten van de herstelde hardheid, die wordt bepaald door de verhouding tussen de grootte van de belasting en het volume van de afdruk, het projectiegebied of het oppervlak. De hardheid kan dus volumetrisch, projectie en oppervlak zijn. Dit laatste wordt bepaald door de verhouding: belasting tot het gebied van de opdruk. Bulkhardheid wordt gemeten door de verhouding van de belasting tot het volume, en de projectiehardheid is de belasting tot het projectiegebied dat de afdruk achterliet.
Onherstelde hardheid volgens de Brinell-methode wordt bepaald door dezelfde parameters, alleen de weerstandskracht wordt de belangrijkste meetwaarde, waarvan de verhouding tot het oppervlak, het volume of de projectie wordt weergegeven door de index die in het materiaal is ingebed. De volumetrische, projectie- en oppervlaktehardheid worden op dezelfde manier berekend: door de verhouding van de weerstandskracht tot het oppervlak van het ingebedde deel van de index, of tot het projectiegebied ervan, of tot het volume.
Bepaling van de hardheid
Het vermogen om plastische en elastische vervorming te weerstaan bij blootstelling aan een harder materiaalDe index is een bepaling van de hardheid, dat wil zeggen, dit is in feite een inkepingstest van het materiaal. De Brinell-hardheidsmethode is een meting van hoe diep een inductor een materiaal is binnengedrongen. Om de exacte waarde van de hardheid van een bepaald materiaal te kennen, is het noodzakelijk om de penetratiediepte te meten. Hiervoor is er de Brinell en Rockwell methode, de Vickers methode wordt minder vaak gebruikt.
Als de Rockwell-methode direct de penetratiediepte van de bal in het materiaal bepa alt, meten Vickers en Brinell de afdruk aan de hand van het oppervlak. Het blijkt dat hoe dieper de index in het materiaal, hoe groter het afdrukgebied. Absoluut alle materialen kunnen worden getest op hardheid: mineralen, metalen, kunststoffen en dergelijke, maar de hardheid van elk van hen wordt bepaald door zijn eigen methode.
Een manier vinden
De Brinell-hardheidsmethode is erg goed voor inhomogene materialen, voor legeringen die niet te hard zijn. Niet alleen het soort materiaal bepa alt de meetmethode, maar ook de parameters zelf die bepaald moeten worden. De hardheid van legeringen wordt als het ware gemiddeld gemeten, daar materialen met verschillende eigenschappen naast elkaar bestaan. Gietijzer bijvoorbeeld. Het heeft een zeer heterogene structuur, er zijn cementiet, grafiet, perliet, ferriet, en daarom is de gemeten hardheid van gietijzer een gemiddelde waarde, bestaande uit de hardheid van alle componenten.
Meting van de hardheid van metalen door de Brinell-methode wordt uitgevoerd met behulp van een grote indexer, zodat de afdruk op een groter gebied van het monster wordt verkregen. Zo is het onder deze omstandigheden ook mogelijk om voor gietijzer een waarde te verkrijgen, die een gemiddelde is voor vele en verschillende fasen. Deze methode is erg goed bij het meten van de hardheid van legeringen - gietijzer, non-ferrometalen, koper, aluminium en dergelijke. Deze methode geeft nauwkeurig de hardheidswaarde van kunststoffen aan.
Rockwell-vergelijking
Het is goed voor harde en superharde metalen en de resulterende hardheidswaarde wordt ook gemiddeld. Dezelfde stalen kogel of kegel dient als indicator, maar daarnaast wordt ook een diamanten piramide gebruikt. De afdruk op het materiaal, gemeten met de Rockwell-methode, blijkt ook groot te zijn en het hardheidsgetal voor verschillende fasen wordt gemiddeld.
De methoden van Brinell en Rockwell verschillen in principe: de eerste presenteert het resultaat als een quotiënt nadat de indrukkracht is gedeeld door het oppervlak van het afdrukgebied, terwijl Rockwell de verhouding berekent van de penetratiediepte tot de schaaleenheid van het instrument dat de diepte meet. Daarom is de Rockwell-hardheid praktisch dimensieloos en wordt deze volgens Brinell duidelijk gemeten in kilogram per vierkante millimeter.
Vickers-methode
Als het monster te klein is of als het nodig is om een object te meten dat kleiner is dan de grootte van de indenter-afdruk, die de Rockwell- of Brinell-hardheid meet, moeten microhardheidsmethoden worden gebruikt, waarvan de Vickers-methode het populairst is. De index is een diamanten piramide en de afdruk wordt onderzocht en gemeten door een optisch systeem vergelijkbaar met een microscoop. De gemiddelde waarde zal ook bekend zijn, maar de hardheid wordt berekend vanafveel kleiner gebied.
Als de schaal van het gemeten object erg klein is, wordt een microhardheidstester gebruikt, die een afdruk kan maken in een afzonderlijke korrel, fase, laag en de indrukkingsbelasting kan onafhankelijk worden geselecteerd. Met metaalwetenschap kunnen deze methoden worden gebruikt om zowel de hardheid als de microhardheid van metalen te bepalen, en materiaalwetenschap bepa alt op dezelfde manier de microhardheid en hardheid van niet-metalen materialen.
Bereik
Er zijn drie bereiken voor het meten van de hardheid. In het macrobereik wordt de belasting geregeld van 2 N tot 30 kN. Het microbereik beperkt niet alleen de belasting van de indexer, maar ook de penetratiediepte. De eerste waarde is niet groter dan 2 N en de tweede - meer dan 0,2 m. In het nanobereik wordt alleen de inbouwdiepte van de index geregeld - minder dan 0,2 µm. Het resultaat geeft de nanohardheid van het materiaal.
Meetparameters zijn voornamelijk afhankelijk van de belasting die op de index wordt uitgeoefend. Deze afhankelijkheid kreeg zelfs een speciale naam - het size-effect, in het Engels - indentation size-effect. De aard van het grootte-effect kan worden bepaald door de vorm van de index. Bolvormig - hardheid neemt toe met toenemende belasting, daarom wordt dit grootte-effect omgekeerd. De Vickers- of Berkovich-piramide vermindert de hardheid bij toenemende belasting (hier het gebruikelijke of directe grootte-effect). De kegelbol, die wordt gebruikt voor de Rockwell-methode, laat zien dat het verhogen van de belasting eerst leidt tot een toename van de hardheid en vervolgens, wanneer het bolvormige deel wordt geïntroduceerd,afnemend.
Materialen en meetmethoden
De hardste materialen die momenteel bestaan, zijn twee modificaties van koolstof: lonsdaleiet, dat half zo hard is als diamant, en fulleriet, dat twee keer zo hard is als diamant. De praktische toepassing van deze materialen is nog maar net begonnen, maar voor nu is diamant de moeilijkste van de meest voorkomende. Het is met zijn hulp dat de hardheid van alle metalen wordt vastgesteld.
Bepalingsmethoden (de meest populaire) werden hierboven vermeld, maar om hun kenmerken en de essentie te begrijpen, moet u rekening houden met andere die voorwaardelijk kunnen worden onderverdeeld in dynamisch, dat wil zeggen percussie en statisch, die zijn al overwogen. De meetmethode wordt ook wel de schaal genoemd. Er moet aan worden herinnerd dat de meest populaire nog steeds de Brinell-schaal is, waarbij de hardheid wordt gemeten aan de hand van de diameter van de opdruk, waardoor een stalen bal in het oppervlak van het materiaal wordt gedrukt.
Bepaling van het hardheidsgetal
Met de Brinell-methode (GOST 9012-59) kunt u het hardheidsgetal noteren zonder meeteenheden, waarbij het HB wordt aangegeven, waarbij H de hardheid (hardheid) is en B Brinell zelf. De oppervlakte van een afdruk wordt gemeten als onderdeel van een bol, niet de oppervlakte van een cirkel, zoals bijvoorbeeld de Meyer-schaal doet. De Rockwell-methode onderscheidt zich door het feit dat door het bepalen van de diepte van een diamanten bol of kegel die het materiaal is binnengedrongen, de hardheid dimensieloos is. Het wordt aangeduid als HRA, HRC, HRB of HR. De berekende hardheidsformule ziet er als volgt uit: HR=100 (130) - kd. Hier is d de inkepingsdiepte en k is de coëfficiënt.
Vickers hardheid kan zijnbepaald door de afdruk achtergelaten door een tetraëdrische piramide die in het oppervlak van het materiaal is gedrukt, in verhouding tot de belasting die op de piramide werd uitgeoefend. Het gebied van de afdruk is geen ruit, maar een deel van het gebied van de piramide. Vickers-eenheden moeten worden beschouwd als kgf per mm2, aangeduid met de HV-eenheid. Er is ook een meetmethode volgens Shore (inspringing), vaker gebruikt voor polymeren en heeft twaalf meetschalen. Shore-corresponderende Asker-schalen (Japanse modificatie voor zachte en elastische materialen) zijn in veel opzichten vergelijkbaar met de vorige methode, alleen de parameters van het meetapparaat zijn anders en er worden verschillende indexen gebruikt. Een andere methode volgens Shore - met een rebound - voor high-modulus, dat wil zeggen zeer harde materialen. Hieruit kunnen we concluderen dat alle methoden die de hardheid van een materiaal meten, zijn onderverdeeld in twee categorieën - dynamisch en statisch.
Gereedschappen en apparaten
Apparaten voor het bepalen van de hardheid worden hardheidstesters genoemd, dit zijn instrumentele metingen. Testen beïnvloedt een object op verschillende manieren, dus methoden kunnen destructief of niet-destructief zijn. Er is geen direct verband tussen al deze schalen, aangezien geen van de methoden de fundamentele eigenschappen van het materiaal als geheel weerspiegelt.
Desalniettemin zijn er voldoende benaderende tabellen geconstrueerd, waarin schalen en verschillende methoden zijn verbonden voor categorieën materialen en hun individuele groepen. Het maken van deze tabellen werd mogelijk na een reeks experimenten en tests. Echter, theorieën dietoegestaan dat een van de rekenmethoden van de ene methode naar de andere kan gaan, bestaat nog niet. De specifieke methode waarmee de hardheid wordt bepaald, wordt meestal gekozen op basis van de beschikbare apparatuur, meettaken, meetomstandigheden en natuurlijk de eigenschappen van het materiaal zelf.
