K určení tvrdosti materiálu se nejčastěji používá vynález švédského inženýra Brinella - metoda, která měří povrchové vlastnosti a udává další charakteristiky polymerních kovů.
Hodnocení materiálu
Právě díky tomuto objevu se nyní vyhodnocuje nejúčinnější využití plastů. Nepříliš tvrdé plasty jsou testovány na elasticitu a měkkost, aby mohly být použity jako těsnící, těsnící a tlumící materiál. Vývoj společnosti Brinell je metoda pro stanovení pevnosti a tvrdosti materiálu, který bude sloužit v důležitých aplikacích – v ozubených kolech a ráfcích, ložiskách pod velkým zatížením, závitových fitincích atd.
Tato metoda poskytuje nejpřesnější hodnocení síly. Hodnotu parametru, který je označen P1B, lze jen těžko přecenit. Nejčastěji se k tomuto účelu používá vývoj Brinella, což je metoda, kdy se do materiálu vtlačí pětimilimetrová ocelová kulička. Podle hloubky vtisku koule se určuje GOST.
Historie
V roce 1900, inženýr ze Švédska Johan August Brinell, metodu, kterou navrhl světuvěda o materiálech, která se proslavila. Byl nejen pojmenován po vynálezci, ale stal se nejpoužívanějším, standardizovaným.
Co je tvrdost? Jedná se o speciální vlastnost materiálu, u kterého nedochází k plastické deformaci v důsledku místního kontaktního působení, což nejčastěji spočívá v zavedení indexeru (tvrdšího tělesa) do materiálu.
Obnovená a neobnovená tvrdost
Metoda Brinell pomáhá měřit obnovenou tvrdost, která je určena poměrem velikosti zatížení k objemu tisku, projekční ploše nebo ploše povrchu. Tvrdost tedy může být objemová, průmětná a povrchová. Ten je určen poměrem: zatížení k ploše otisku. Objemová tvrdost se měří poměrem zátěže k jejímu objemu a projekční tvrdost je zátěž na projekční plochu, kterou otisk zanechal.
Neobnovená tvrdost Brinellovou metodou je určena stejnými parametry, pouze odporová síla se stává hlavní měřenou hodnotou, jejíž poměr k ploše, objemu nebo projekci ukazuje index zapuštěný do materiálu. Objemová, projekční a povrchová tvrdost se vypočítává stejným způsobem: poměrem odporové síly buď k ploše zapuštěné části indexu, nebo k její projekční ploše, nebo k objemu.
Určení tvrdosti
Schopnost odolávat plastické a elastické deformaci při vystavení tvrdšímu materiáluIndex je stanovením tvrdosti, to znamená, že se ve skutečnosti jedná o vtlačovací zkoušku materiálu. Metoda tvrdosti podle Brinella je měřením toho, jak hluboko induktor pronikl materiálem. Abychom znali přesnou hodnotu tvrdosti daného materiálu, je nutné změřit hloubku průniku. K tomu existuje metoda Brinell a Rockwell, méně často se používá metoda Vickers.
Pokud Rockwellova metoda přímo určuje hloubku průniku kuličky do materiálu, pak Vickers a Brinell měří otisk podle jeho povrchu. Ukazuje se, že čím hlubší je index v materiálu, tím větší je tisková plocha. Na tvrdost lze testovat naprosto všechny materiály: minerály, kovy, plasty a podobně, ale tvrdost každého z nich se určuje vlastní metodou.
Jak najít cestu
Metoda tvrdosti podle Brinella je velmi dobrá pro nehomogenní materiály, pro slitiny, které nejsou příliš tvrdé. Nejen druh materiálu určuje způsob měření, ale i samotné parametry, které je potřeba určit. Tvrdost slitin se měří jakoby v průměru, protože v nich koexistují materiály s různými vlastnostmi. Například litina. Má velmi heterogenní strukturu, vyskytuje se zde cementit, grafit, perlit, ferit, a proto je naměřená tvrdost litiny průměrnou hodnotou, skládající se z tvrdosti všech složek.
Měření tvrdosti kovů metodou Brinell se provádí pomocí velkého indexeru, takže otisk je získán na větší ploše vzorku. Za těchto podmínek je tedy také možné získat hodnotu pro litinu, která je průměrem pro mnoho různých fází. Tato metoda je velmi dobrá při měření tvrdosti slitin – litiny, barevných kovů, mědi, hliníku a podobně. Tato metoda přesně ukazuje hodnotu tvrdosti plastů.
Srovnání Rockwell
Je vhodný pro tvrdé a supertvrdé kovy a výsledná hodnota tvrdosti je také zprůměrována. Jako indikátor slouží stejná ocelová kulička nebo kužel, ale kromě nich se používá také diamantová pyramida. Otisk na materiálu při měření Rockwellovou metodou se také ukazuje jako velký a číslo tvrdosti pro různé fáze je zprůměrováno.
Metody Brinell a Rockwell se v zásadě liší: první z nich prezentuje výsledek jako kvocient po vydělení síly vtisku povrchem oblasti otisku, zatímco Rockwell vypočítává poměr hloubky vniknutí k jednotce měřítka přístroj, který měří hloubku. Proto je tvrdost podle Rockwella prakticky bezrozměrná a podle Brinella se jednoznačně měří v kilogramech na čtvereční milimetr.
Vickersova metoda
Pokud je vzorek příliš malý nebo je nutné změřit předmět menší, než je velikost otisku indentoru, který měří tvrdost Rockwell nebo Brinell, měly by být použity metody mikrotvrdosti, mezi nimiž je nejoblíbenější metoda Vickers. Index je diamantová pyramida a otisk je zkoumán a měřen optickým systémem podobným mikroskopu. Průměrná hodnota bude také známa, ale tvrdost se počítá zmnohem menší oblast.
Pokud je měřítko měřeného předmětu velmi malé, použije se mikrotvrdoměr, který dokáže vytvořit otisk v samostatném zrnu, fázi, vrstvě a zatížení vtisku lze zvolit nezávisle. Věda o kovech umožňuje pomocí těchto metod určit tvrdost i mikrotvrdost kovů a věda o materiálech stejným způsobem určuje mikrotvrdost a tvrdost nekovových materiálů.
Rozsah
Pro měření tvrdosti existují tři rozsahy. V makrorozsahu se zátěž reguluje od 2 N do 30 kN. Mikrorozsah omezuje nejen zatížení indexeru, ale také hloubku průniku. První hodnota nepřesahuje 2 N a druhá - více než 0,2 μm. V nanorozsahu je regulována pouze hloubka začlenění indexu - méně než 0,2 µm. Výsledek udává nanotvrdost materiálu.
Parametry měření závisí především na zatížení použitém na index. Tato závislost dokonce dostala speciální název – size effect, anglicky – indentation size effect. Charakter efektu velikosti může být určen tvarem indexu. Sférický - tvrdost roste s rostoucí zátěží, proto je tento efekt velikosti obrácený. Vickersova nebo Berkovichova pyramida snižuje tvrdost s rostoucí zátěží (zde obvyklý nebo přímý efekt velikosti). Kuželová koule, která se používá pro Rockwellovu metodu, ukazuje, že zvýšení zátěže vede nejprve ke zvýšení tvrdosti a poté, když se zavede kulová část,klesá.
Materiály a metody měření
Nejtvrdšími materiály, které v současnosti existují, jsou dvě modifikace uhlíku: lonsdaleit, který je o polovinu tvrdší než diamant, a fullerit, který je dvakrát tvrdší než diamant. Praktická aplikace těchto materiálů je teprve na začátku, ale zatím je diamant nejtvrdší z běžných. S jeho pomocí je stanovena tvrdost všech kovů.
Metody určování (nejoblíbenější) byly uvedeny výše, ale abyste pochopili jejich vlastnosti a porozuměli podstatě, musíte vzít v úvahu další, které lze podmíněně rozdělit na dynamické, tedy perkuse, a statické, které již byly zvažovány. Metoda měření se jinak nazývá stupnice. Je třeba připomenout, že nejoblíbenější je stále Brinellova stupnice, kde se tvrdost měří průměrem otisku, který zanechává ocelovou kuličku vtlačenou do povrchu materiálu.
Určení čísla tvrdosti
Metoda podle Brinella (GOST 9012-59) umožňuje zapsat číslo tvrdosti bez jednotek měření, označující ho HB, kde H je tvrdost (tvrdost) a B je samotný Brinell. Plocha otisku se měří jako část koule, nikoli plocha kruhu, jak to dělá například Meyerova stupnice. Rockwellova metoda se vyznačuje tím, že určením hloubky diamantové koule nebo kužele, která vnikla do materiálu, je tvrdost bezrozměrná. Označuje se HRA, HRC, HRB nebo HR. Vypočítaný vzorec tvrdosti vypadá takto: HR=100 (130) - kd. Zde d je hloubka odsazení a k je koeficient.
Tvrdost podle Vickerse může býturčeno otiskem zanechaným čtyřstěnným jehlanem vtlačeným do povrchu materiálu ve vztahu k zatížení, které bylo na jehlan aplikováno. Oblast otisku není kosočtverec, ale část plochy pyramidy. Jednotky Vickers by měly být považovány za kgf na mm2, označované jednotkou HV. Existuje také metoda měření podle Shorea (indentace), častěji používaná pro polymery a má dvanáct měřících stupnic. Shore odpovídající Askerovy stupnice (japonská modifikace pro měkké a elastické materiály) jsou v mnohém podobné předchozí metodě, pouze parametry měřícího zařízení jsou odlišné a používají se jiné indexy. Další metoda podle Shorea - s odrazem - pro vysokomodulové, tedy velmi tvrdé materiály. Z toho můžeme usoudit, že všechny metody, které měří tvrdost materiálu, jsou rozděleny do dvou kategorií – dynamické a statické.
Nástroje a zařízení
Přístroje pro stanovení tvrdosti se nazývají tvrdoměry, jedná se o přístrojová měření. Testování ovlivňuje objekt různými způsoby, takže metody mohou být destruktivní nebo nedestruktivní. Mezi všemi těmito stupnicemi není žádný přímý vztah, protože žádná z metod neodráží základní vlastnosti materiálu jako celku.
Přesto byly zkonstruovány dostatečně přibližné tabulky, kde jsou pro kategorie materiálů a jejich jednotlivé skupiny spojena měřítka a různé metody. Vytvoření těchto tabulek bylo možné po sérii experimentů a testů. Nicméně, teorie, žedovolil, aby jedna z metod výpočtu přešla z jedné metody na druhou, zatím neexistuje. Konkrétní metoda, kterou se tvrdost určuje, se obvykle volí na základě dostupného vybavení, úkolů měření, podmínek měření a samozřejmě na vlastnostech samotného materiálu.
