Medžiagos kietumui nustatyti dažniausiai naudojamas švedų inžinieriaus Brinelio išradimas – metodas, kuriuo matuojamos paviršiaus savybės ir suteikiamos papildomos polimerinių metalų charakteristikos.
Medžiagos įvertinimas
Šio atradimo dėka dabar vertinamas efektyviausias plastiko panaudojimas. Ne per kietų plastikų elastingumas ir minkštumas tikrinamas, kad būtų galima naudoti kaip sandarinimo, sandarinimo ir amortizavimo medžiagą. „Brinell“kūrimas – tai metodas, leidžiantis nustatyti medžiagos stiprumą ir kietumą, kuris bus naudojamas svarbiose srityse – pavarose ir ratlankiuose, guoliuose, kuriems taikoma didelė apkrova, srieginėse jungiamosiose detalėse ir kt.
Šis metodas leidžia tiksliausiai įvertinti stiprumą. Parametro reikšmę, kuri žymima P1B, sunku pervertinti. Dažniausiai šiam tikslui naudojamas Brinell kūrimas – metodas, kai į medžiagą įspaudžiamas penkių milimetrų plieninis rutulys. Pagal rutulio įdubimo gylį nustatomas GOST.
Istorija
1900 m. inžinierius iš Švedijos Johanas Augustas Brinelis – metodą, kurį jis pasiūlė pasauliuimedžiagų mokslas, išgarsėjo. Jis buvo ne tik pavadintas išradėjo vardu, bet ir tapo plačiausiai naudojamu, standartizuotu.
Kas yra kietumas? Tai yra ypatinga medžiagos savybė, kuri nepatiria plastinių deformacijų dėl vietinio sąlyčio poveikio, o tai dažniausiai nulemia indeksatoriaus (kietesnio korpuso) įvedimą į medžiagą.
Atkurtas ir neatkurtas kietumas
Brinelio metodas padeda išmatuoti atkurtą kietumą, kuris nustatomas pagal apkrovos dydžio ir atspaudo tūrio, projekcijos ploto ar paviršiaus ploto santykį. Taigi kietumas gali būti tūrinis, projekcinis ir paviršinis. Pastarasis nustatomas pagal santykį: apkrova ir atspaudo plotas. Tūrinis kietumas matuojamas pagal apkrovos ir jos tūrio santykį, o projekcinis kietumas yra projekcijos srities apkrova, kurią paliko įspaudas.
Neatkurtas kietumas Brinelio metodu nustatomas pagal tuos pačius parametrus, tik pagrindine išmatuota verte tampa pasipriešinimo jėga, kurios santykį su paviršiaus plotu, tūriu ar projekcija parodo medžiagoje įdėtas indeksas. Tūrinis, projekcinis ir paviršiaus kietumas apskaičiuojami taip pat: pasipriešinimo jėgos santykį su įterptosios rodyklės dalies paviršiaus plotu, arba su jo projekcijos plotu, arba su tūriu.
Kietumo nustatymas
Sugebėjimas atsispirti plastinėms ir elastinėms deformacijoms, kai medžiaga veikia stipriauIndeksas yra kietumo nustatymas, tai yra, iš tikrųjų tai yra medžiagos įdubimo testas. Brinelio kietumo metodas yra matas, kaip giliai induktorius įsiskverbė į medžiagą. Norint sužinoti tikslią tam tikros medžiagos kietumo vertę, būtina išmatuoti įsiskverbimo gylį. Tam naudojamas Brinell ir Rockwell metodas, Vickers metodas naudojamas rečiau.
Jei Rokvelio metodas tiesiogiai nustato rutulio įsiskverbimo į medžiagą gylį, Vickers ir Brinell matuoja atspaudą pagal jo paviršiaus plotą. Pasirodo, kuo gilesnis indeksas medžiagoje, tuo didesnis spausdinimo plotas. Kietumą galima tikrinti absoliučiai bet kokias medžiagas: mineralus, metalus, plastikus ir panašiai, tačiau kiekvienos iš jų kietumas nustatomas pagal savo metodą.
Kaip rasti būdą
Brinelio kietumo metodas labai tinka nehomogeninėms medžiagoms, lydiniams, kurie nėra per kieti. Ne tik medžiagos rūšis lemia matavimo metodą, bet ir pačius parametrus, kuriuos reikia nustatyti. Lydinių kietumas matuojamas tarsi vidutiniškai, nes juose yra skirtingų charakteristikų medžiagų. Pavyzdžiui, ketaus. Jo struktūra labai nevienalytė, yra cementito, grafito, perlito, ferito, todėl išmatuotas ketaus kietumas yra vidutinė vertė, susidedanti iš visų komponentų kietumo.
Metalų kietumo matavimas Brinelio metodu atliekamas naudojant didelį rodyklę, kad atspaudas būtų gaunamas didesniame mėginio plote. Taigi tokiomis sąlygomis taip pat galima gauti ketaus vertę, kuri yra daugelio ir skirtingų fazių vidurkis. Šis metodas labai geras matuojant lydinių – ketaus, spalvotųjų metalų, vario, aliuminio ir panašiai – kietumą. Šis metodas tiksliai nurodo plastikų kietumo vertę.
Rockwell palyginimas
Jis tinka kietiems ir ypač kietiems metalams, o gauta kietumo vertė taip pat apskaičiuojama vidurkiu. Tas pats plieninis rutulys ar kūgis tarnauja kaip indikatorius, tačiau be jų naudojama ir deimantinė piramidė. Matuojant Rokvelio metodu, medžiagos įspaudas taip pat yra didelis, o skirtingų fazių kietumo skaičius yra vidutinis.
Brinelio ir Rokvelio metodai skiriasi iš esmės: pirmasis rezultatas pateikiamas kaip koeficientas, padalijus įspaudimo jėgą iš atspaudo ploto paviršiaus, o Rokvelas apskaičiuoja įsiskverbimo gylio santykį su skalės vienetu. prietaisas, matuojantis gylį. Štai kodėl Rokvelo kietumas praktiškai neturi matmenų ir, pasak Brinell, jis aiškiai matuojamas kilogramais kvadratiniam milimetrui.
Vickers metodas
Jei mėginys per mažas arba reikia išmatuoti objektą, mažesnį nei įspaudo dydis, kuriuo matuojamas Rockwell arba Brinell kietumas, reikėtų naudoti mikrokietumo metodus, tarp kurių populiariausias yra Vickers metodas.. Rodyklė yra deimantinė piramidė, o įspaudas tiriamas ir matuojamas optine sistema, panašia į mikroskopą. Vidutinė vertė taip pat bus žinoma, tačiau kietumas skaičiuojamas nuodaug mažesnis plotas.
Jei matuojamo objekto mastelis labai mažas, tuomet naudojamas mikrokietumo matuoklis, kuris gali padaryti atspaudą atskirame grūdelyje, fazėje, sluoksnyje, o įdubimo apkrovą galima pasirinkti savarankiškai. Metalo mokslas leidžia naudojant šiuos metodus nustatyti metalų kietumą ir mikrokietumą, o medžiagų mokslas taip pat nustato nemetalinių medžiagų mikrokietumą ir kietumą.
Asortimentas
Yra trys kietumo matavimo diapazonai. Makro diapazone apkrova reguliuojama nuo 2 N iki 30 kN. Mikrodiapazonas riboja ne tik indeksatoriaus apkrovą, bet ir įsiskverbimo gylį. Pirmoji vertė neviršija 2 N, o antroji - daugiau nei 0,2 μm. Nano diapazone reguliuojamas tik indekso įterpimo gylis – mažesnis nei 0,2 µm. Rezultatas suteikia medžiagos nanokietumą.
Matavimo parametrai pirmiausia priklauso nuo indeksui taikomos apkrovos. Ši priklausomybė netgi gavo specialų pavadinimą – dydžio efektas, angliškai – indentation size effect. Dydžio efekto pobūdį galima nustatyti pagal indekso formą. Sferinis - kietumas didėja didėjant apkrovai, todėl šis dydžio efektas yra atvirkštinis. Vickers arba Berkovich piramidė sumažina kietumą didėjant apkrovai (čia įprastas arba tiesioginis dydžio efektas). Kūgio rutulys, naudojamas Rokvelo metodui, rodo, kad padidinus apkrovą pirmiausia padidėja kietumas, o tada, kai įdedama sferinė dalis,mažėja.
Medžiagos ir matavimo metodai
Kiečiausios šiuo metu egzistuojančios medžiagos yra dvi anglies modifikacijos: lonsdaleitas, kuris yra perpus kietesnis už deimantą, ir fulleritas, kuris yra dvigubai kietesnis už deimantą. Praktinis šių medžiagų pritaikymas tik prasideda, tačiau kol kas deimantas yra kiečiausias iš įprastų. Su jo pagalba nustatomas visų metalų kietumas.
Nr. jau buvo svarstomi. Matavimo metodas kitaip vadinamas skale. Reikia priminti, kad vis dar populiariausia yra Brinelio skalė, kur kietumas matuojamas atspaudo skersmeniu, kuris palieka plieninį rutulį įspaustą į medžiagos paviršių.
Kietumo skaičiaus nustatymas
Brinelio metodas (GOST 9012-59) leidžia užrašyti kietumo skaičių be matavimo vienetų, nurodant jį HB, kur H yra kietumas (kietumas), o B yra pats Brinelis. Atspaudo plotas matuojamas kaip sferos dalis, o ne apskritimo plotas, kaip, pavyzdžiui, Meyer skalė. Rokvelo metodas išsiskiria tuo, kad nustačius į medžiagą patekusio deimantinio rutulio ar kūgio gylį, kietumas yra bematis. Jis žymimas HRA, HRC, HRB arba HR. Apskaičiuota kietumo formulė atrodo taip: HR=100 (130) - kd. Čia d yra įtraukos gylis, o k yra koeficientas.
Vickerso kietumas gali būtinustatomas pagal įspaudą, kurį palieka tetraedrinė piramidė, įspausta į medžiagos paviršių, atsižvelgiant į apkrovą, kuri buvo taikoma piramidei. Atspaudo plotas yra ne rombas, o dalis piramidės ploto. Vickers vienetai turėtų būti laikomi kgf per mm2, žymimi HV vienetu. Taip pat yra matavimo metodas pagal Shore (įtraukimas), dažniau naudojamas polimerams ir turi dvylika matavimo skalių. Šorą atitinkančios Asker svarstyklės (japoniška modifikacija minkštoms ir elastingoms medžiagoms) daugeliu atžvilgių yra panašios į ankstesnį metodą, skiriasi tik matavimo prietaiso parametrai ir naudojami skirtingi indeksai. Kitas metodas pagal Shore - su atšokimu - didelio modulio, tai yra, labai kietoms medžiagoms. Iš to galime daryti išvadą, kad visi medžiagos kietumo matavimo metodai yra suskirstyti į dvi kategorijas – dinaminį ir statinį.
Įrankiai ir prietaisai
Kietumo nustatymo prietaisai vadinami kietumo matuokliais, tai instrumentiniai matavimai. Testavimas įvairiais būdais veikia objektą, todėl metodai gali būti destruktyvūs arba neardomieji. Nėra tiesioginio ryšio tarp visų šių svarstyklių, nes nė vienas metodas neatspindi pagrindinių visos medžiagos savybių.
Vis dėlto yra sukonstruotos pakankamai apytikslės lentelės, kuriose sujungiamos skalės ir skirtingi metodai medžiagų kategorijoms ir atskiroms jų grupėms. Sukurti šias lenteles tapo įmanoma po daugybės eksperimentų ir bandymų. Tačiau teorijos, kadleido vienam iš skaičiavimo metodų pereiti nuo vieno metodo prie kito dar neegzistuoja. Konkretus kietumo nustatymo metodas dažniausiai parenkamas atsižvelgiant į turimą įrangą, matavimo užduotis, matavimo sąlygas ir, žinoma, pagal pačios medžiagos savybes.
