Để xác định độ cứng của vật liệu, người ta thường sử dụng phát minh của kỹ sư người Thụy Điển Brinell - một phương pháp đo tính chất bề mặt và đưa ra các đặc tính bổ sung của kim loại polyme.
Đánh giá chất liệu
Chính nhờ khám phá này mà việc sử dụng nhựa hiệu quả nhất hiện nay đang được đánh giá. Chất dẻo không quá cứng được kiểm tra về độ đàn hồi và độ mềm để được sử dụng làm vật liệu làm kín, làm kín và đệm. Sự phát triển của Brinell là một phương pháp để xác định độ bền và độ cứng của vật liệu sẽ phục vụ trong các ứng dụng quan trọng - trong bánh răng và vành, vòng bi chịu tải nặng, phụ kiện có ren, v.v.
Phương pháp này đánh giá sức mạnh chính xác nhất. Giá trị của tham số, được ký hiệu là P1B, rất khó để đánh giá quá cao. Được sử dụng phổ biến nhất cho mục đích này là sự phát triển của Brinell, một phương pháp trong đó một viên bi thép dài 5 mm được ép vào vật liệu. Theo độ sâu của vết lõm của quả bóng, GOST được xác định.
Lịch sử
Năm 1900, một kỹ sư người Thụy Điển Johan August Brinell, phương pháp mà ông đã đề xuất với thế giớikhoa học vật liệu, nổi tiếng. Nó không chỉ được đặt theo tên của nhà phát minh, mà đã trở thành tiêu chuẩn, được sử dụng rộng rãi nhất.
Độ cứng là gì? Đây là tính chất đặc biệt của vật liệu không bị biến dạng dẻo do tác động tiếp xúc cục bộ, điều này thường xảy ra khi đưa một chỉ số (phần thân cứng hơn) vào vật liệu.
Độ cứng phục hồi và không phục hồi
Phương pháp Brinell giúp đo độ cứng phục hồi, được xác định bằng tỷ lệ giữa độ lớn của tải trọng với thể tích của bản in, diện tích hình chiếu hoặc diện tích bề mặt. Như vậy, độ cứng có thể là thể tích, hình chiếu và bề mặt. Sau đó được xác định theo tỷ lệ: tải trọng trên diện tích của dấu ấn. Độ cứng khối lượng lớn được đo bằng tỷ số giữa tải trọng với thể tích của nó và độ cứng hình chiếu là tải trọng đối với vùng hình chiếu mà dấu ấn để lại.
Độ cứng không giới hạn theo phương pháp Brinell được xác định bằng các thông số giống nhau, chỉ lực cản trở thành giá trị đo chính, tỷ lệ giữa diện tích bề mặt, thể tích hoặc hình chiếu được thể hiện bằng chỉ số nhúng trong vật liệu. Thể tích, hình chiếu và độ cứng bề mặt được tính theo cùng một cách: bằng tỷ số của lực cản với diện tích bề mặt của phần nhúng của chỉ số hoặc với diện tích hình chiếu của nó hoặc với thể tích.
Xác định độ cứng
Khả năng chống biến dạng dẻo và đàn hồi khi tiếp xúc với vật liệu cứng hơnChỉ số này là một phép xác định độ cứng, trên thực tế, đây là một bài kiểm tra độ lõm của vật liệu. Phương pháp độ cứng Brinell là phép đo mức độ sâu của một cuộn cảm đã xuyên qua vật liệu. Để biết chính xác giá trị độ cứng của vật liệu nhất định, cần phải đo độ sâu xuyên thấu. Để làm được điều này, có phương pháp Brinell và Rockwell, phương pháp Vickers ít được sử dụng hơn.
Nếu phương pháp Rockwell xác định trực tiếp độ sâu của bóng vào vật liệu, thì Vickers và Brinell đo dấu ấn bằng diện tích bề mặt của nó. Nó chỉ ra rằng chỉ số trong vật liệu càng sâu, vùng in càng lớn. Hoàn toàn có thể kiểm tra độ cứng của bất kỳ vật liệu nào: khoáng chất, kim loại, chất dẻo và những thứ tương tự, nhưng độ cứng của mỗi vật liệu được xác định bằng phương pháp riêng.
Cách tìm đường
Phương pháp độ cứng Brinell rất tốt cho các vật liệu không đồng nhất, cho các hợp kim không quá cứng. Không chỉ loại vật liệu xác định phương pháp đo, mà còn chính các thông số cần được xác định. Tính trung bình, độ cứng của hợp kim được đo vì các vật liệu có các đặc tính khác nhau cùng tồn tại trong chúng. Ví dụ: gang. Nó có cấu trúc rất không đồng nhất, có xi măng, graphit, đá trân châu, ferit, và do đó độ cứng đo được của gang là giá trị trung bình, bao gồm độ cứng của tất cả các thành phần.
Phép đo độ cứng của kim loại bằng phương pháp Brinell được thực hiện bằng cách sử dụng một chỉ số lớn, do đó, dấu ấn thu được trên diện tích lớn hơn của mẫu. Do đó, trong các điều kiện này, cũng có thể nhận được giá trị của gang, giá trị này là giá trị trung bình cho nhiều pha khác nhau. Phương pháp này rất tốt khi đo độ cứng của hợp kim - gang, kim loại màu, đồng, nhôm và các loại tương tự. Phương pháp này chỉ ra chính xác giá trị độ cứng của nhựa.
so sánh Rockwell
Nó tốt cho các kim loại cứng và siêu cứng, và giá trị độ cứng thu được cũng được tính trung bình. Quả cầu hoặc hình nón bằng thép tương tự như một vật chỉ thị, nhưng ngoài chúng, một kim tự tháp kim cương cũng được sử dụng. Dấu ấn trên vật liệu khi được đo bằng phương pháp Rockwell cũng lớn và con số độ cứng cho các pha khác nhau được tính trung bình.
Phương pháp Brinell và Rockwell khác nhau về nguyên tắc: phương pháp đầu tiên trình bày kết quả dưới dạng thương số sau khi chia lực thụt vào cho bề mặt của khu vực dấu ấn, trong khi Rockwell tính toán tỷ lệ của độ sâu xuyên qua đơn vị tỷ lệ của dụng cụ đo độ sâu. Đó là lý do tại sao độ cứng của Rockwell thực tế là không có thứ nguyên, và theo Brinell, nó được đo rõ ràng bằng kilôgam trên milimét vuông.
phương pháp Vickers
Nếu mẫu quá nhỏ hoặc cần đo một vật thể nhỏ hơn kích thước của vết lõm, để đo độ cứng Rockwell hoặc Brinell, nên sử dụng phương pháp đo độ cứng vi mô, trong đó phương pháp Vickers là phổ biến nhất. Chỉ số này là một kim tự tháp kim cương, và dấu ấn được kiểm tra và đo lường bằng một hệ thống quang học tương tự như kính hiển vi. Giá trị trung bình cũng sẽ được biết, nhưng độ cứng được tính từdiện tích nhỏ hơn nhiều.
Nếu tỷ lệ của đối tượng được đo là rất nhỏ, thì máy kiểm tra độ cứng siêu nhỏ được sử dụng, có thể tạo dấu ấn trong hạt, pha, lớp riêng biệt và tải trọng thụt vào có thể được chọn độc lập. Khoa học kim loại cho phép sử dụng các phương pháp này để xác định cả độ cứng và độ cứng siêu nhỏ của kim loại, và khoa học vật liệu theo cách tương tự xác định độ cứng và độ cứng vi mô của vật liệu phi kim loại.
Phạm vi
Có ba phạm vi để đo độ cứng. Trong phạm vi vĩ mô, tải được quy định từ 2 N đến 30 kN. Phạm vi vi mô không chỉ giới hạn tải trên trình chỉ mục, mà còn giới hạn độ sâu thâm nhập. Giá trị đầu tiên không vượt quá 2 N và giá trị thứ hai - hơn 0,2 μm. Trong phạm vi nano, chỉ độ sâu tích hợp của chỉ số được quy định - nhỏ hơn 0,2 µm. Kết quả là độ cứng nano của vật liệu.
Các thông số đo lường phụ thuộc chủ yếu vào tải áp dụng cho chỉ số. Sự phụ thuộc này thậm chí còn nhận được một cái tên đặc biệt - hiệu ứng kích thước, trong tiếng Anh - hiệu ứng kích thước thụt lề. Bản chất của hiệu ứng kích thước có thể được xác định bởi hình dạng của chỉ số. Hình cầu - độ cứng tăng khi tải trọng tăng lên, do đó, tác động kích thước này bị đảo ngược. Kim tự tháp Vickers hoặc Berkovich làm giảm độ cứng khi tăng tải trọng (ở đây, hiệu ứng kích thước thông thường hoặc trực tiếp). Hình cầu hình nón, được sử dụng cho phương pháp Rockwell, cho thấy rằng việc tăng tải trước tiên dẫn đến tăng độ cứng và sau đó, khi phần hình cầu được đưa vào,đang giảm.
Vật liệu và phương pháp đo lường
Vật liệu cứng nhất hiện đang tồn tại là hai biến thể của carbon: lonsdaleite, cứng bằng một nửa kim cương và fullerite, cứng gấp đôi kim cương. Ứng dụng thực tế của những vật liệu này chỉ mới bắt đầu, nhưng hiện tại, kim cương là loại cứng nhất trong số những vật liệu thông thường. Nhờ sự trợ giúp của nó mà độ cứng của tất cả các kim loại được thiết lập.
Các phương pháp xác định (phổ biến nhất) đã được liệt kê ở trên, nhưng để hiểu các tính năng của chúng và hiểu bản chất của chúng, bạn cần xem xét các phương pháp khác có thể được chia theo điều kiện thành động, tức là bộ gõ và tĩnh, đã được xem xét. Phương pháp đo lường có tên gọi khác là thang đo. Cần nhắc lại rằng phổ biến nhất vẫn là thang đo Brinell, trong đó độ cứng được đo bằng đường kính của dấu ấn, tạo ra một quả bóng thép ép vào bề mặt vật liệu.
Xác định số độ cứng
Phương pháp Brinell (GOST 9012-59) cho phép bạn viết ra số độ cứng mà không có đơn vị đo lường, biểu thị nó là HB, trong đó H là độ cứng (độ cứng) và B là chính Brinell. Diện tích của một dấu ấn được đo như một phần của hình cầu, không phải diện tích của hình tròn, chẳng hạn như thang Meyer. Phương pháp Rockwell được phân biệt bởi thực tế là bằng cách xác định độ sâu của một quả cầu hoặc hình nón kim cương đã đi vào vật liệu, độ cứng là không thứ nguyên. Nó được chỉ định HRA, HRC, HRB hoặc HR. Công thức tính độ cứng có dạng như sau: HR=100 (130) - kd. Ở đây d là độ sâu thụt lề và k là hệ số.
Vickers độ cứng có thểđược xác định bởi dấu ấn để lại của một kim tự tháp tứ diện ép vào bề mặt vật liệu, liên quan đến tải trọng tác dụng lên kim tự tháp. Diện tích của dấu ấn không phải là hình thoi mà là một phần của diện tích hình chóp. Đơn vị Vickers nên được coi là kgf trên mm2, được ký hiệu bằng đơn vị HV. Ngoài ra còn có một phương pháp đo lường theo Shore (thụt đầu dòng), thường được sử dụng cho polyme và có mười hai thang đo lường. Cân Asker tương ứng với bờ (sửa đổi của Nhật Bản cho vật liệu mềm và đàn hồi) về nhiều mặt tương tự như phương pháp trước, chỉ khác các thông số của thiết bị đo và sử dụng các chỉ số khác nhau. Một phương pháp khác theo Shore - với sự phục hồi - đối với mô đun cao, đó là vật liệu rất cứng. Từ đó chúng ta có thể kết luận rằng tất cả các phương pháp đo độ cứng của vật liệu được chia thành hai loại - động và tĩnh.
Dụng cụ và thiết bị
Thiết bị để xác định độ cứng được gọi là máy đo độ cứng, đây là các phép đo công cụ. Kiểm tra ảnh hưởng đến một đối tượng theo những cách khác nhau, vì vậy các phương pháp có thể phá hủy hoặc không phá hủy. Không có mối quan hệ trực tiếp giữa tất cả các quy mô này, vì không có phương pháp nào phản ánh các đặc tính cơ bản của vật liệu nói chung.
Tuy nhiên, các bảng gần đúng đã được xây dựng, nơi các thang đo và các phương pháp khác nhau được kết nối cho các loại vật liệu và các nhóm riêng lẻ của chúng. Việc tạo ra các bảng này đã trở nên khả thi sau một loạt các thí nghiệm và thử nghiệm. Tuy nhiên, giả thuyết rằngcho phép một trong các phương pháp tính toán chuyển từ phương pháp này sang phương pháp khác chưa tồn tại. Phương pháp cụ thể để xác định độ cứng thường được chọn dựa trên thiết bị có sẵn, nhiệm vụ đo, điều kiện đo và tất nhiên, từ các đặc tính của chính vật liệu.
