Материалдың қаттылығын анықтау үшін көбінесе швед инженері Бринеллдің өнертабысы қолданылады – бұл әдіс беттік қасиеттерді өлшейтін және полимер металдардың қосымша сипаттамаларын беретін әдіс.
Материалды бағалау
Осы ашылымның арқасында қазір пластмассаларды ең тиімді пайдалану бағалануда. Тым қатты емес пластмассаларды тығыздау, тығыздау және жастықтаушы материал ретінде пайдалану үшін серпімділік пен жұмсақтық сыналады. Бринелл әзірлеген материалдың беріктігі мен қаттылығын анықтау әдісі маңызды қолданбаларда – тісті доңғалақтар мен жиектерде, ауыр жүктеме кезіндегі мойынтіректерде, бұрандалы фитингтерде және т.б.
Бұл әдіс күштің ең дәл бағасын береді. Р1В деп белгіленген параметр мәнін асыра бағалау қиын. Осы мақсатта ең жиі қолданылатын - бұл материалға бес миллиметрлік болат шарды басатын әдіс - Бринеллдің дамуы. Шардың шегініс тереңдігі бойынша ГОСТ анықталады.
Тарих
1900 жылы швециялық инженер Йохан Август Бринел әлемге ұсынған әдістіматериалтану, танымал болды. Ол өнертапқыштың есімімен аталып қана қойған жоқ, сонымен қатар ең кең таралған, стандартталған болды.
Қаттылық дегеніміз не? Бұл материалдың жергілікті жанасу әрекетінен пластикалық деформацияға ұшырамайтын ерекше қасиеті, ол көбінесе материалға индекстеуіштің (қатты дене) енгізілуіне байланысты.
Қалпына келтірілген және қалпына келмейтін қаттылық
Бринелл әдісі қалпына келтірілген қаттылықты өлшеуге көмектеседі, ол жүктеме шамасының басып шығару көлеміне, проекция аймағына немесе бет аймағына қатынасымен анықталады. Осылайша, қаттылық көлемдік, проекциялық және беттік болуы мүмкін. Соңғысы қатынаспен анықталады: іздің ауданына жүктеме. Көлемді қаттылық жүктің оның көлеміне қатынасымен өлшенеді, ал проекциялық қаттылық із қалдырылған проекция аймағына жүктеме болып табылады.
Бринелл әдісі бойынша қалпына келтірілмеген қаттылық бірдей параметрлермен анықталады, тек қарсылық күші негізгі өлшенетін шамаға айналады, оның бетінің ауданына, көлеміне немесе проекциясына қатынасы материалға енгізілген индекс арқылы көрсетіледі. Көлемдік, проекциялық және беттік қаттылық дәл осылай есептеледі: қарсылық күшінің индекстің енгізілген бөлігінің бетінің ауданына, оның проекциялық ауданына немесе көлеміне қатынасы бойынша.
Қаттылықты анықтау
Қаттырақ материал әсер еткенде пластикалық және серпімді деформацияға қарсы тұру мүмкіндігіИндекс қаттылықты анықтау болып табылады, яғни шын мәнінде бұл материалдың шегініс сынағы. Бринелл қаттылық әдісі индуктордың материалға қаншалықты терең енгенін өлшеу болып табылады. Берілген материалдың қаттылығының нақты мәнін білу үшін ену тереңдігін өлшеу қажет. Ол үшін Бринелл және Роквелл әдісі бар, Викерс әдісі сирек қолданылады.
Егер Роквелл әдісі доптың материалға ену тереңдігін тікелей анықтаса, онда Викерс пен Бринелл ізді оның бетінің ауданы бойынша өлшейді. Материалдағы индекс неғұрлым терең болса, басып шығару аумағы да үлкен болады екен. Қаттылыққа кез келген материалды тексеруге болады: минералдар, металдар, пластмассалар және т.б., бірақ олардың әрқайсысының қаттылығы өз әдісімен анықталады.
Қалай жол табуға болады
Бринелл қаттылық әдісі біртекті емес материалдар үшін, тым қатты емес қорытпалар үшін өте жақсы. Өлшеу әдісін материалдың түрі ғана емес, сонымен қатар анықтау қажет параметрлердің өзі де анықтайды. Қорытпалардың қаттылығы орташа есеппен өлшенеді, өйткені оларда әртүрлі сипаттамалары бар материалдар бірге болады. Мысалы, шойын. Ол өте гетерогенді құрылымға ие, цементит, графит, перлит, феррит бар, сондықтан шойынның өлшенетін қаттылығы барлық компоненттердің қаттылығынан тұратын орташа мән болып табылады.
Бринелл әдісі бойынша металдардың қаттылығын өлшеу үлкен индекстеуіш көмегімен жүргізіледі, осылайша із үлгінің үлкенірек аймағында алынады. Осылайша, бұл шарттарда шойын үшін де көп және әртүрлі фазалар үшін орташа мәнді алуға болады. Бұл әдіс қорытпалардың қаттылығын өлшеу кезінде өте жақсы - шойын, түсті металдар, мыс, алюминий және т.б. Бұл әдіс пластмассалардың қаттылық мәнін дәл көрсетеді.
Роквеллді салыстыру
Бұл қатты және өте қатты металдар үшін жақсы, нәтижесінде алынған қаттылық мәні де орташаланған. Бірдей болат шар немесе конус индикатор ретінде қызмет етеді, бірақ олардан басқа алмаз пирамидасы да қолданылады. Роквелл әдісімен өлшенген материалдағы із де үлкен болып шығады және әртүрлі фазалар үшін қаттылық саны орташаланады.
Бринелл және Роквелл әдістері принцип бойынша ерекшеленеді: біріншісі шегініс күшін басып шығару аймағының бетіне бөлгеннен кейін нәтижені үлес ретінде көрсетеді, ал Роквелл ену тереңдігінің масштаб бірлігіне қатынасын есептейді. тереңдікті өлшейтін құрал. Сондықтан Роквелл қаттылығы іс жүзінде өлшемсіз және Бринелл бойынша ол шаршы миллиметрге килограмммен анық өлшенеді.
Виккерс әдісі
Егер үлгі тым кішкентай болса немесе Роквелл немесе Бринелл қаттылығын өлшейтін интенсивті іздің өлшемінен кіші нысанды өлшеу қажет болса, микроқаттылық әдістерін қолдану керек, олардың ішінде Викерс әдісі ең танымал.. Индекс гауһар пирамида болып табылады, ал із микроскопқа ұқсас оптикалық жүйе арқылы зерттеледі және өлшенеді. Орташа мән де белгілі болады, бірақ қаттылық мынадан есептеледіәлдеқайда аз аумақ.
Егер өлшенетін объектінің масштабы өте кішкентай болса, онда бөлек дәнде, фазада, қабатта із қалдыра алатын микроқаттылықты өлшейтін құрал пайдаланылады және шегініс жүктемесін дербес таңдауға болады. Металлтану бұл әдістерді металдардың қаттылығын да, микроқаттылығын да анықтауға мүмкіндік береді, ал материалтану металл емес материалдардың микроқаттылығы мен қаттылығын дәл осылай анықтайды.
Ауқым
Қаттылықты өлшеудің үш диапазоны бар. Макро диапазонда жүктеме 2 Н-ден 30 кН-ға дейін реттеледі. Микро диапазон индекстегі жүктемені ғана емес, сонымен қатар ену тереңдігін де шектейді. Бірінші мән 2 Н-ден аспайды, ал екіншісі - 0,2 мкм-ден жоғары. Наноранжде тек индексті енгізу тереңдігі реттеледі - 0,2 мкм-ден аз. Нәтиже материалдың наноқаттылығын береді.
Өлшем параметрлері ең алдымен индекске қолданылатын жүктемеге байланысты. Бұл тәуелділік тіпті арнайы атау алды - өлшем эффектісі, ағылшын тілінде - шегініс өлшемі әсері. Өлшем әсерінің сипатын индекстің пішіні арқылы анықтауға болады. Сфералық - қаттылық жүктеме артқан сайын артады, сондықтан бұл өлшем әсері кері болады. Викерс немесе Беркович пирамидасы жүктеменің жоғарылауымен қаттылықты төмендетеді (мұнда әдеттегі немесе тікелей өлшем әсері). Роквелл әдісі үшін қолданылатын конус-сфера жүктемені ұлғайту алдымен қаттылықтың жоғарылауына әкелетінін көрсетеді, содан кейін сфералық бөлік енгізілгенде,азаюда.
Материалдар және өлшеу әдістері
Қазіргі уақытта бар ең қатты материалдар көміртектің екі модификациясы болып табылады: алмаздан жарты есе қатты лонсдалейт және алмаздан екі есе қатты фуллерит. Бұл материалдарды практикалық қолдану енді ғана басталып жатыр, бірақ әзірге гауһар ең қарапайымдардың ішіндегі ең қиыны болып табылады. Оның көмегімен барлық металдардың қаттылығы анықталады.
Анықтау әдістері (ең танымал) жоғарыда келтірілген, бірақ олардың ерекшеліктерін түсіну және мәнін түсіну үшін шартты түрде динамикалық, яғни перкуссиялық және статикалық деп бөлуге болатын басқаларын қарастыру керек. қазірдің өзінде қарастырылды. Өлшеу әдісі басқаша шкала деп аталады. Естеріңізге сала кетейік, ең танымал әлі де Бринел шкаласы болып табылады, мұнда қаттылық материалдың бетіне басылған болат шарикті қалдыратын іздің диаметрімен өлшенеді.
Қаттылық санын анықтау
Бринелл әдісі (ГОСТ 9012-59) қаттылық нөмірін өлшем бірліктерінсіз жазуға мүмкіндік береді, оны HB деп белгілейді, мұндағы Н - қаттылық (қаттылық), ал В - Бринеллдің өзі. Іздің ауданы, мысалы, Мейер шкаласы сияқты шеңбердің ауданы емес, шардың бөлігі ретінде өлшенеді. Роквелл әдісі материалға енген гауһар шардың немесе конустың тереңдігін анықтау арқылы қаттылықтың өлшемсіз болуымен ерекшеленеді. Ол HRA, HRC, HRB немесе HR деп белгіленген. Есептелген қаттылық формуласы келесідей көрінеді: HR=100 (130) - кд. Мұндағы d - шегініс тереңдігі және k - коэффициент.
Виккерс қаттылығы болуы мүмкінпирамидаға түсірілген жүктемеге қатысты материалдың бетіне басылған тетраэдрлік пирамида қалдырған ізімен анықталады. Іздің ауданы ромб емес, пирамида ауданының бөлігі. Викерс бірліктерін HV бірлігімен белгіленген мм2 үшін кгс ретінде қарастыру керек. Шор (шегіну) бойынша өлшеу әдісі де бар, полимерлер үшін жиі қолданылады және он екі өлшем шкаласы бар. Жағаға сәйкес келетін Asker таразылары (жұмсақ және серпімді материалдардың жапондық модификациясы) алдыңғы әдіске көп жағынан ұқсас, тек өлшеу құрылғысының параметрлері әртүрлі және әртүрлі индекстер қолданылады. Шорға сәйкес тағы бір әдіс - кері серпіліспен - жоғары модульді, яғни өте қатты материалдар үшін. Бұдан материалдың қаттылығын өлшейтін барлық әдістер екі санатқа бөлінеді - динамикалық және статикалық.
Құралдар мен құрылғылар
Қаттылықты анықтауға арналған құрылғылар қаттылықты өлшегіштер деп аталады, бұл аспаптық өлшемдер. Тестілеу объектіге әртүрлі жолдармен әсер етеді, сондықтан әдістер деструктивті немесе бұзбайтын болуы мүмкін. Барлық осы шкалалардың арасында тікелей байланыс жоқ, өйткені әдістердің ешқайсысы жалпы материалдың негізгі қасиеттерін көрсетпейді.
Дегенмен, материалдар санаттары мен олардың жеке топтары үшін шкалалар мен әртүрлі әдістер байланыстырылған жеткілікті жуық кестелер жасалды. Бұл кестелерді құру бірқатар тәжірибелер мен сынақтардан кейін мүмкін болды. Дегенмен, бұл теорияларбір әдістен екіншісіне өтуге мүмкіндік беретін есептеу әдістерінің бірі әлі жоқ. Қаттылықты анықтаудың нақты әдісі әдетте қолда бар жабдыққа, өлшеу тапсырмаларына, өлшеу шарттарына және, әрине, материалдың қасиеттеріне қарай таңдалады.
