Co je tvrdost? Určení a stanovení tvrdosti

Všichni víme, že každý materiál na zemi má různé vlastnosti: fyzikální, chemické, mechanické, technologické, provozní a mnoho dalších. Také zde lze připsat a tvrdost. Všichni dohromady nám umožňují předurčit jejich použití v určité sféře lidské činnosti. Ale co je tvrdost? kovy, slitiny nebo jiné materiály? Mezi dalšími vlastnostmi je to zajímavé, protože neexistuje žádná jasná definice.

Co je tvrdost?

Tvrdost jakéhokoliv materiálu je jeho důležitou vlastností, protože na něm závisí trvanlivost a trvanlivost vyrobených konstrukcí. A protože neexistuje žádná jasná definice, samotný pojem může být "dešifrován", protože je vlastnictvím materiálu, který brání proniknutí jiného těla (nástroje) do něj. Tato funkce umožňuje vyhodnotit kvalitu mnoha objektů:

• kovy (slitiny);
• keramika;
• dřevo;
• plast;
• kámen;
• grafitu.

Tvrdost navíc ovlivňuje stupeň zpracování materiálu. To znamená, že čím těžší je, tím těžší je pracovat s ním. Opačný je také pravdivý. Proto je příjemné se zabývat dřevem při výrobě různých řemesel.

Různí odborníci mají svůj vlastní koncept tvrdosti. Například v oblasti mineralogie tato definice znamená odolnost jednoho materiálu vůči vzhledu škrábanců při vystavení jinému objektu.

V metalurgii se poněkud liší, co je tvrdost - odolnost proti plastické deformaci. Základní definice, na kterou odkazují většina odborníků nějaké profese, je však již uvedena na samém začátku sekce.

Tvrdost se však může projevovat různými způsoby:

• tuhost;
• odolnost:
• poškrábání;
• oděru;
• řezání;
• deformace:
• ohýbat;
• kink;
• změna tvaru.

Čím vyšší je hodnota tvrdosti, tím větší je odolnost materiálu. Na základě této řady projevů této vlastnosti existují různé způsoby měření.

Způsoby měření tvrdosti

Zjistil, že test tvrdosti se provádí častěji než stanovení všech ostatních vlastností materiálů - síla, relativní prodloužení a další. Existuje několik způsobů, jak zjistit, jak tvrdá ocel nebo jiné minerály jsou. Ale všechny jsou založeny na obecném principu: zkušební vzorek je ovlivněn jiným objektem za použití určitého tlaku. Může to být míč, pyramida, úder.

Tvrdost je určena hloubkou průniku a indikátory tlaku. Minimální úsilí a velká hloubka hovoří o nízkých vlastnostech materiálu. Ekvivalent a naopak, velké úsilí a mělká hloubka - tvrdost je vysoká.

V tomto případě mohou být testy dvou hlavních typů:

• Statické.
• Dynamické.

Pokud dojde během určitého časového intervalu ke styku mezi zkušebním vzorkem a objektem, je test statický. Jinak je to dynamický způsob určení tvrdosti.

V současné době určuje tvrdost použitých materiálů:

• Vickersova metoda (GOST 2999-75).
• Metoda Brinell (GOST 9012-59).
• Metoda Rockwell (GOST 9013-59).
• Metoda Shore.
• Mohsova metoda.

Výběr konkrétního testu závisí na konkrétním použití dílů, požadované přesnosti výsledku, stejně jako schopnost reprodukovat výzkum za různých podmínek.

Vickers way

Co je tvrdost Vickers? Podstata této techniky spočívá v stisknutí diamantové pyramidy do vzorku. V pyramidálním indenteru musí být poměr stran striktně definován. Výsledkem testu na zkušebním vzorku zůstává otisk v kosočtverce a někdy může mít nepravidelný tvar.

Tvrdost je označena dvěma latinkami - HV - a je nastavena v závislosti na diagonální hodnotě výsledného kosočtverce. Někdy se používá aritmetický průměr obou diagonálů.

Zařízení, které měří tvrdost Vickers, je statického typu a může být stacionární nebo přenosné. V tomto případě se samotný postup provádí následovně:

• Vzorek je umístěn na pracovní ploše zařízení s vyskočeným povrchem nahoru. Pak se spolu s stolem zvedne až k lehkému kontaktu s pracovní špičkou.
• Pomocí časového relé je nastavena specifická expoziční hodina, po níž zůstává snížit páku, která ovládá nakládací mechanismus. Na konci zkušebního času se z části vyjme zatížení a hrot se vrátí do své předchozí polohy.
• Zařízení je vybaveno čtecím mikroskopem, takže po dokončení operace je třeba rozšířit tabulku se vzorkem a měřit diagonál tisku.

V některých případech je tvrdost oceli nebo jakéhokoli jiného materiálu podle této metody označena hodnotou zatížení. Například takové označení HV ₅₀ 940 udává, že při vystavení zatížení rovnajícímu se 50 kg je tvrdost 940 jednotek.

Výhody této zkušební metody jsou:

• Je možné měřit součásti prakticky libovolnou tloušťkou v důsledku malého povrchu, který zaujímá indenter (nejkrajnější pozice).
• Vysoká přesnost výsledku díky ideálnímu stupni tvrdosti diamantového hrotu. Jako výsledek, on sám není předmětem deformace.
• Rozsah měření je poměrně široký a je schopen pokrýt oba poměrně slabé kovy, jako je hliník a měď, a vysoce pevná ocel a slitiny.
• Je možné stanovit tvrdost jedné vrstvy kovů. Například vzorka prošla procesem cementace nebo chemické složení bylo změněno z části kvůli povrchovému kalení nebo dopingu.

Jak ukazuje praxe, rozsah měření tvrdosti se pohybuje od 145 do 1000 HV. Pro měření tvrdosti velké šarže vzorků existuje automatizované zařízení firmy Reicherter z Německa, které má hydraulický nebo elektromechanický pohon. Výpočet výsledku se provádí automaticky a poté se zobrazí na monitoru.

Brinellova tvrdost

Tvrdost touto metodou je také označena dvěma, ale jinými písmeny - HB - a je také statickým testem. Teplota ve studii by měla být v rozmezí 20 ± 10 ° C. Jeho podstatou je následující: vzorek je stlačen ocelovou tvrzenou koulí. Součástí vybavení je také další kulička, která je vyrobena z wolframu a kobaltu tvrdá slitina. To vám umožní zvýšit rozsah měření tvrdosti.

Podle standardu jsou definovány určité podmínky týkající se tvrdosti společnosti Brinell:

• Vzorek se naplní v rozmezí od 12,25 do 29420 N.
• Velikost koulí je 1-10 mm.
• Doba expozice by neměla přesáhnout 10-15 s.
• Otisk na vzorku by neměl překročit limity: 0,2-0,7 D (D je průměr koule.)

Proces měření probíhá takto:

• Vzorek je umístěn na stole a zajištěn na doraz.
• Pohon je nastaven na požadovanou hodnotu zatížení, po kterém je vřeteno aktivováno.
• Na konci postupu se pracovní špička dostane do výchozí polohy. Na obrazovce se zobrazí indikátor šipky, který indikuje velikost průměru výtisku. Vlastní tvrdost je nastavena pomocí tabulky umístěné na rámečku zařízení. Pokud potřebujete změnit zatížení, pak je k dispozici sada znovu nainstalovaných kolíků.

Existují přenosné nástroje, které se v terénu dobře používají. Jsou vybaveny svěrkou, na kterou je vzorek připojen, a zátěž je vytvořena rukojetí.

Pracovní rozsah pro měření tvrdosti slitin je 8-450 HB, což odpovídá většině ocelí a slitin, které se používají při výrobě různých kovových konstrukcí. Ale jeden má pouze překročit horní hranici měření, protože přesnost již není pravdivá, což je způsobeno deformací indenteru. Nedoporučuje se používat karbidové kuličky, pokud je očekávaná tvrdost 350-450 HB.

Hlavní výhodou metody Brinell lze považovat za schopnost stanovit tvrdost horkých vzorků. Současně se nedá zjistit na okrajích nebo okrajích dílů nebo na tenkých vzorcích.

Rockwellova metoda

Písmena označující tvrdost společnosti Rockwell jsou HR. Tímto způsobem je do vzorku přitlačena ocelová kulička nebo diamantový kužel.

Zkouška se provádí za následujících podmínek:

• Je načten předběžný vzorek, který umožňuje vyhnout se vlivu počtu povrchových faktorů: drsnosti, teploty, rychlosti vkládání do středu.
• Vyrobeno hlavním zatížením, kterým je výpočet výsledku.
• Postup se ukončí odebráním zátěže.

Pokud je tato metoda porovnána s předchozími metodami pro určení tvrdosti, zobrazí se zde tři stupnice.

• A - označeno HRA, indenter - diamantový kužel, rozsah měření: 60-80 HRA. Použitelné pro vysoce legované uhlíky nástrojové oceli, a tvrdých slitin.
• B - označení HRB, indenter - kalená koule, rozsah měření: 35-100 HRB. Stala se středně tvrdá a slitinami neželezných kovů.
• C - označení HRC, indenter - diamantový kužel, rozsah měření: 20-90 HRC. U ocelí střední tvrdosti.

Pokud jde o specifické podmínky pro výpočet tvrdosti, například ocelové plechy válcované za studena, používá se metoda Super-Rockwell s označením tvrdosti HRN a HRT.

Zařízení může být stacionární i přenosné. V tomto případě je první typ řízen elektromechanickým nebo hydraulickým pohonem.

Měření Rockwell je obtížnější, jelikož je nutné specifikovat primární a pak sekundární rychlost indenteru. Kromě toho má pracovní hrot diamantu tvar kužele, což se odráží v přijetí výsledku. A určení velikosti výsledného tisku je mnohem obtížnější.

Tvrdost Shore

Metoda Shora má hlavní rys. Všechny výše uvedené metody pro stanovení tvrdosti kovů a jiných materiálů měly společnou nevýhodu - na povrchu vzorku, který je předmětem studie, se objevil otisk. V tomto případě, pokud je to nutné, nemůže být zkušební část vrácena do sestavy nebo konstrukce. Metoda Shore zcela eliminuje tuto deformaci.

Kromě toho se měření tvrdosti oceli například vztahuje již k testování dynamického typu a jeho podstata se snižuje na následující. Scleroscope (přenosný tester tvrdosti) je podáván na vyšetřovaný povrch vzorku, uvnitř kterého jsou ocelové příchytky s diamantovým hrotem. Tvrdost je definována následovně: čím je materiál měkčí, tím menší je odrazová vzdálenost, a to díky absorpci nárazu samotným materiálem. A čím tvrdší je vzorek, tím větší bude odraz.

Rozsah měření je od 30 do 140 HS. Kalená vysoko uhlíková ocel odpovídá hodnotě 100 HS. A protože zařízení nepoškozuje povrch výrobků, je důležité pro testování těch částí, které jsou součástí návrhu existující jednotky nebo jednotky.

Technika je jednoduše implementovatelná, posouzení se provádí poměrně rychle a část může být znovu sestavena do uzlu. To vše lze považovat za hlavní výhody. Existují však některá omezení.

Stupnice tvrdosti HS nemá standard, existují však tabulky a grafy, které vám umožňují převést jednotky na základě hodnot Shore na hodnotu HV, HR nebo HB. Vlastnost, jako je Youngův modul, ovlivňuje vzdálenost zpětného odrazu. Proto není možné porovnávat jednotky HS různých materiálů.

Tvrdost SHOR je navíc pouze srovnávací hodnotou. Kromě toho je přesnost výsledků výrazně nižší než přesnost všech výše uvedených analogů.

Mohsova měřítka

Německý vědec Friedrich Moos, v roce 1811, navrhl vlastní metodu pro stanovení tvrdosti různých materiálů. Nicméně jeho měřítko obsahuje hodnoty od 1 do 10, což odpovídá nejběžnějším minerálům, počínaje talkem (nejmalenějším kamenem) a končí nejdrsnějším diamantem.

Samotná technika je velmi jednoduchá a je založena na odolnosti zkoumaného vzorku proti poškrábání. Například objekt B může poškrábat tělo C, ale nemá vliv na část A. Nebo naopak materiál A jen lehce poškrábá část B, ale může vážně poškodit objekt C.

Navzdory skutečnosti, že metoda stanovení tvrdosti na stupnici Mohs byla navržena o něco více než před dvěma stoletími, je úspěšně používána dodnes. Pouze získaný výsledek daleko zdaleka neobsahuje úplné informace, protože neexistují absolutní hodnoty a není možné stanovit poměr tvrdostí. Jinými slovy, nelze říci, kolikrát jeden z materiálů je těžší nebo měkčí než druhý.

Normy Mohsovy tvrdosti

Jako referenční kritérium pro stanovení tvrdosti podle Mohsovy metody jsou odebrány tyto deset minerálů (přiřazená hodnota bude uvedena v závorkách):

1. Talc.
2. Sádra.
3. Kalcit.
4. Fluorit.
5. Apatit.
6. Ortoklasy.
7. Quartz
8. Topaz.
9. Corundum.
10. Diamond

Co jsou to minerály? Všechny je stručně popisujeme níže.

Pět nejlepších

Talc je tak měkký, že si můžete poškrábat nehet. Stejná tvrdost v tužkách (přesněji grafit). Váha odpovídá jedné. Je dobře známo mnoha lidem, protože je z nich vyrobeno dětský prášek.

Dalším z tvrdostí je sádra (2), která je také snadno poškrábaná a má zvláštní vlastnost. Měl by být rozdrcen do prášku a smíchán s vodou - dostanete talířovou hmotu, která může mít jakýkoliv tvar. Kromě bílé barvy existují originální verze žlutého odstínu.

Na třetím místě není kalcit náhodou (3). Nemůžete to poškrábat pomocí hřebíku, ale to může být provedeno s měděnou mincí. Stejný stupeň tvrdosti ve zlatě a stříbře. Jeho druhé jméno je biominerální a skládá se z mušlí.

Fluorit je jinak označován jako kazivý a překládá se jako "tekutina". Nepoškrábe se svými nehty nebo mince, což není případ skla nebo běžného nože. Jeho tvrdost, jak můžete pochopit, je - 4.

Na pátém místě je apatit (5), který je stále schopen škrábání nožem nebo sklem (lapis lazuli se může pochlubit stejnou vlastností). Pomocí tohoto minerálního fosforu nebo kyseliny fosforečné se extrahuje.

Druhé pět

Šestý v seznamu je ortoklasa, která už neberá sklo, ale nemůže vydržet soubor. Pro průmysl je cenným zdrojem pro výrobu elektrokeramiky a porcelánu. Opál má stejnou tvrdost, ale nelze jej použít jako odkaz, jelikož existuje mnoho druhů a všichni mají své vlastní pevnostní vlastnosti.

Na sedmém místě v našem "hodnocení" vlastností tvrdosti je známý křemen, který odpovídá jeho ukazateli - 7. Mnoho lidí to ví jako obyčejný písek. Mohou však být v jiných formách: ve formě skalních krystalů, achátů, ametystů.

Mezi považované minerály je nejtvrdší topaz (8). Je obtížné zpracovat a ve většině případů se k tomu používá diamant. To bylo poprvé objeveno na ostrově Topazios, který se nachází v Rudém moři. Takže jeho jméno.

Korund vypadá, že je stejný v tvrdosti diamantu, nicméně jeho charakteristiky byly určeny jinými technikami. A jako výsledek - diamant je mnohem tvrdší než korund (90-180 krát). Rubíny a safíry se rovnají tomuto minerálu a díky své tvrdosti jsou ideální pro výrobu brusných nástrojů.

Diamant uzavírá celou desítku, do které ze všech existujících minerálů není z hlediska pevnosti stejná síla, a jeho ukazatel na stupnici tvrdosti je zasloužený 10!