Шта је тврдоћа? Означавање и одређивање тврдоће

Сви знамо да сваки материјал на земљи има различита својства: физичке, хемијске, механичке, технолошке, оперативне и многе друге. Такође овде се може приписати и тврдоћа. Сви они заједно нам омогућавају да унапријед одредимо њихову употребу у одређеној сфери људске активности. Али шта је тврдоћа? метали, легуре или било који други материјал? Међу осталим својствима, ово је најзанимљивије, јер не постоји јасна дефиниција.

Шта је тврдоћа?

Тврдоћа било којег материјала је његова важна карактеристика, јер од ње зависи издржљивост и трајност произведених конструкција. А пошто нема јасне дефиниције, сам појам се може "дешифровати" јер је то својство материјала да се одупре продирању другог тела (инструмента) у њега. Ова функција вам омогућава да процените квалитет многих објеката:

• метал (легуре);
• керамика;
• дрво;
• пластика;
• камен;
• графит.

Поред тога, тврдоћа утиче на степен обраде материјала. То јест, што је теже, то је теже радити с њом. И обрнуто је истина. Зато је пријатно бавити се дрветом у изради разних рукотворина.

Различити стручњаци имају свој концепт тврдоће. На пример, у области минералогије, ова дефиниција значи отпорност једног материјала на појаву огреботина када је изложен другом објекту.

У металургији је нешто другачије када се схвати каква је тврдоћа - отпорност на пластичну деформацију. Међутим, основна дефиниција, на коју упућује већина стручњака било које професије, већ је дата на самом почетку ове секције.

Међутим, тврдоћа се може манифестовати на различите начине:

• крутост;
• отпорност:
• гребање;
• абразија;
• резање;
• деформација:
• бенд;
• кинк;
• промена облика.

Што је већа тврдоћа, то је већи степен отпорности материјала. На основу овако разноврсних манифестација ове својине, постоје различити начини за њено мерење.

Начини мерења тврдоће

Значајно је да се испитивање тврдоће врши чешће него одређивање свих других својстава материјала - чврстоће, релативног издужења и других. Постоји неколико начина да сазнате како је тврди челик или било који други минерал. Али све се заснивају на општем принципу: тест узорак је под утицајем другог објекта, примењујући одређени притисак. То може бити лопта, пирамида, ударац.

Тврдоћа се одређује дубином пенетрације и индикаторима притиска. Минимални напор и велика дубина говоре о ниским својствима материјала. Еквивалентан и обрнуто, велики напор и мала дубина - тврдоћа је висока.

У овом случају, тестови могу бити два главна типа:

• Статиц.
• Динамиц.

Ако се контакт између узорка за тестирање и објекта појави у одређеном временском периоду, тест је статичан. У супротном, то је динамичан начин одређивања тврдоће.

Тренутно, за утврђивање тврдоће употребљених материјала:

• Вицкерсова метода (ГОСТ 2999-75).
• Бринелова метода (ГОСТ 9012-59).
• Роцквелл метода (ГОСТ 9013-59).
• Схоре метода.
• Мохсова метода.

Избор одређеног теста зависи од специфичне употребе делова, тражене тачности резултата, као и од способности да се истраживања врше у различитим условима.

Вицкерс начин

Шта је тврдоћа по Вицкерсу? Суштина ове технике је да се у узорак притисне пирамида направљена од дијаманта. У пирамидалном индентеру, однос ширине и висине мора бити строго дефинисан. Као резултат теста на узорку за тестирање остаје отисак у облику дијаманта, а понекад може бити и неправилног облика.

Тврдоћа је означена са два латинична слова - ХВ - и постављена је у зависности од дијагоналне вредности насталог ромба. Понекад се користи аритметичка средина обе дијагонале.

Опрема са којом се мери тврдоћа по Викерсу је статички и може бити стационарна или преносива. У овом случају, сама процедура се изводи на следећи начин:

• Узорак се поставља на радну површину опреме са испитиваном површином навише. Затим се, заједно са столом, подигне до лаког контакта са радним врхом.
• Помоћу временског релеја поставља се специфичан сат излагања, након чега остаје да се спусти полуга, која покреће механизам за пуњење. На крају времена испитивања, оптерећење се уклања са дела и врх се враћа у свој претходни положај.
• Опрема је опремљена микроскопом за читање, тако да након завршетка операције потребно је проширити таблицу с узорком и измјерити дијагоналу отиска.

У неким случајевима, тврдоћа челика или било којег другог материјала према овој методи је означена са вредношћу оптерећења. На пример, таква ознака ХВ ₅₀ 940 указује да је тврдоћа једнака 940 јединица када је изложена оптерећењу које је једнако 50 кг.

Предности ове методе су:

• Могуће је измерити делове практично било које дебљине због мале површине коју заузима индентер (најекстремнија позиција).
• Висока прецизност резултата, захваљујући идеалном степену тврдоће дијамантног врха. Као резултат тога, он сам не подлеже деформацијама.
• Мерни опсег је прилично широк и способан је да покрије и релативно слабе метале као што су алуминијум и бакар и челике и легуре високе чврстоће.
• Могуће је одредити тврдоћу једног слоја метала. На пример, узорак је прошао процес цементирања, или је хемијски састав промењен на делу због површинског отврдњавања или допирања.

Као што пракса показује, опсег мерења тврдоће се креће од 145 до 1000 ХВ. За мерење тврдоће великог броја узорака постоји аутоматизована опрема фирме Реицхертер из Немачке, која има хидраулични или електромеханички погон. Израчун резултата се врши аутоматски, а затим приказује на монитору.

Бринелл харднесс

Тврдоћа по овом методу је такође означена са два, али у другим словима - ХБ - и такође је статички тест. Температура у студији треба да буде у граници од 20 ± 10 ° Ц. Његова суштина је следећа: узорак је компримован челичном куглом. У опрему је укључена још једна кугла која је направљена од волфрам-кобалта тврда легура. То вам омогућава да повећате опсег мерења тврдоће.

Према стандарду, одређени услови су дефинисани у односу на Бринеллову тврдоћу:

• Оптерећење узорка је у опсегу од 12,25 до 29420 Н.
• Величина куглица је 1-10 мм.
• Трајање излагања не би требало да пређе 10-15 с.
• Отисак на узорку не смије прелазити границе: 0,2-0,7 Д (Д је промјер лопте).

Процес мерења се одвија овако:

• Узорак се ставља на стол и причвршћује на граничник.
• Погон је подешен на жељену вредност оптерећења, након чега се вретено активира.
• На крају поступка, радни врх заузима почетни положај. На екрану се може видети индикатор стрелице, који ће показати вредност пречника отиска. Сама тврдоћа се поставља помоћу стола који се налази на оквиру опреме. Ако је потребно да промените оптерећење, онда за ово постоји сет реинсталираних пинова.

Постоје преносни алати који се добро користе на терену. Они су опремљени са стезаљком, на коју је причвршћен узорак, а оптерећење се ствара помоћу ручице.

Радни опсег за мерење тврдоће легура је 8-450 ХБ, што одговара већини челика и легура које се користе у производњи различитих металних конструкција. Али, само треба да пређе горњу границу мерења, јер тачност више није истинита, што је због деформације индентера. Не препоручује се употреба карбидних куглица ако је очекивана тврдоћа 350-450 ХБ.

Главна предност Бринелове методе може се сматрати способношћу одређивања тврдоће врућих узорака. У исто вријеме, не може се одредити на рубовима или рубовима дијелова или на танким узорцима.

Роцквелл Метход

Слова која означавају Роцквелл тврдоћу су ХР. Овом методом се у узорак утисну челична кугла или дијамантни конус.

Тест се спроводи под следећим условима:

• Пред-узорак се пуни, што омогућава да се избегне утицај бројних површинских фактора: храпавост, температура, брзина убацивања индентера.
• Произведено од главног оптерећења, што је израчун резултата.
• Поступак се завршава уклањањем терета.

Ако се овај метод упореди са претходним методама за одређивање тврдоће, тада се појављују три скале.

• А - означен ХРА, индентер - дијамантни конус, опсег мерења: 60-80 ХРА. Може се применити на легуре са високим угљеником челични алати, и тврде легуре.
• Б - ознака ХРБ, куглица с отврдњавањем, опсег мерења: 35-100 ХРБ. Постала је средње тврда и легуре обојених метала.
• Ц - ознака ХРЦ, индентер - дијамантни конус, опсег мерења: 20-90 ХРЦ. За челике средње тврдоће.

Када су у питању специфични услови за израчунавање тврдоће, на пример, хладно ваљаног лима, користи се Супер-Роцквелл метода са ознаком тврдоће ХРН и ХРТ.

Опрема може бити и стационарна и преносива. У овом случају, први тип се контролише електромеханичким или хидрауличним погоном.

Роцквелл мјерења су теже проводити, јер је потребно одредити примарну, а затим секундарну брзину индентора. Поред тога, дијамантни радни врх има облик конуса, што се одражава у пријему резултата. И одредити величину резултирајућег отиска је много теже.

Схоре харднесс

Метода Схора има главну карактеристику. Све горе наведене методе за одређивање тврдоће метала и других материјала имале су заједнички недостатак - појављује се отисак на површини испитиваног узорка. У том случају, ако је потребно, тестни део се не може вратити у склоп или структуру. Метода Схореа потпуно елиминише такву деформацију.

Поред тога, мерење тврдоће челика, на пример, већ се односи на тестирање динамичког типа, а његова суштина се своди на следеће. Склероскоп (преносиви тестер тврдоће) се доводи на површину испитиваног узорка, унутар које се налазе челичне траке са дијамантним врхом. Тврдоћа се дефинише на следећи начин: што је материјал мекши, мања је одбојна удаљеност, због апсорпције ударца самог материјала. И што је узорак тежи, то ће бити већи скок.

Мерни опсег је од 30 до 140 ХС. Ојачани челик високог угљеника одговара вредности од 100 ХС. Будући да опрема не оштећује површину производа, она је релевантна за тестирање оних дијелова који су укључени у пројект постојеће јединице или јединице.

Техника је једноставна за имплементацију, процјена се одвија прилично брзо и дио се може поново саставити у чвор. Све ово се може сматрати главним предностима. Међутим, постоје нека ограничења.

Скала тврдоће ХС нема стандард, али постоје табеле и графикони који вам омогућују да претворите јединице на основу вриједности Схоре у ХВ, ХР или ХБ. Карактеристика као што је Иоунг-ов модул утиче на удаљеност повратног одбијања. Стога је немогуће упоредити ХС јединице различитих материјала.

Поред тога, тврдоћа СХОР-а је само компаративна вредност. Поред тога, тачност резултата је приметно нижа од тачности свих горе наведених аналога.

Мохсова скала

Немачки научник Фридрих Моос, давне 1811. године, предложио је сопствени метод за одређивање тврдоће различитих материјала. Међутим, његова скала садржи вриједности од 1 до 10, што одговара најчешћим минералима, почевши од талка (најмекшег камена) и завршавајући с дијамантом (најтеже).

Сама техника је веома једноставна и заснива се на отпорности узорка који се испитује на огреботине. На пример, објекат Б може огребати тело Ц, али не утиче на део А. Или, напротив, материјал А само незнатно огреба део Б, али може озбиљно да оштети објекат Ц.

Упркос чињеници да је метода одређивања тврдоће по Мохсовој скали била предложена прије нешто више од два стољећа, успјешно се користи и данас. Само добијени резултат даје далеко од потпуне информације, јер нема апсолутних вриједности и није могуће одредити однос према тврдоћи. Другим речима, не може се рећи колико је пута један материјал тежи или мекши од другог.

Стандарди Мохсове тврдоће

Као мјерило за одређивање тврдоће према Мохсовој методи, узето је 10 минерала (додијељена вриједност ће бити назначена у заградама):

1. Талц.
2. Гипс.
3. Калцит.
4. Флуорит.
5. Апатите.
6. Ортхоцласе.
7. Кварц
8. Топаз.
9. Цорундум.
10. Диамонд

Шта су ти минерали? Све их укратко описујемо.

Топ пет

Талц је тако мекан да можете да изгребете нокат. Иста тврдоћа у оловкама (прецизније графит). Скала одговара једној. То је познато многим људима, као што је и направљено баби повдер.

Следећи у тврдоћи је гипс (2), који је такође лако изгребан и има посебну особину. Треба га здробити у прах и помијешати с водом - добивате масу плоче, којој се може дати било који облик. Поред беле боје постоје и оригиналне верзије жуте нијансе.

На трећем месту је калцит не случајно (3). Не можете га огребати ноктом, али то можете урадити са бакреним новчићем. Исти степен тврдоће у злату и сребру. Друго име је биоминерално и састоји се од шкољки.

Флуорит се другачије назива флуорит и преводи се као "флуид". Он не гребу ноктом или кованицом, што није случај са стаклом или обичним ножем. Његова тврдоћа, као што можете разумети, је - 4.

На петом месту је апатит (5), који је и даље подложан гребању ножем или стаклом (лапис лазули се може похвалити истом карактеристиком). Уз помоћ овог минерала се екстрахује фосфор или фосфорна киселина.

Друга пет

Шеста на листи је ортоклас, који више не узима стакло, али не може издржати досије. За индустрију је вриједан као извор за производњу електрокерамике и порцулана. Опал има сличну тврдоћу, само што се не може користити као референца, јер има много варијанти и све имају своје карактеристике снаге.

На седмом мјесту у нашем "рејтингу" својстава тврдоће, налази се добро познати кварц, који одговара његовом индикатору - 7. Многи га знају као обичан пијесак. Међутим, може бити иу другим облицима: у облику камена, ахата, аметиста.

Од разматраних минерала најтеже је топаз (8). Тешко је обрадити, ау већини случајева за то се користи дијамант. Први пут је откривен на острву Топазиос, који се налази у Црвеном мору. Отуда и његово име.

Чини се да је корунд истоветан тврдоћи дијаманта, али су његове карактеристике одређене другим техникама. И као резултат - дијамант је много тежи од корунда (90-180 пута). Рубини и сафири су такође једнаки овом минералу и због своје тврдоће идеални су за израду абразивних алата.

Дијамант затвара свих првих десет, на које од свих постојећих минерала нема једнаких снага, а његов показатељ на скали тврдоће је заслужен 10!