Tvrdo?a - svojstvo materijala da se odupre prodiranju drugog, ?vr??eg tijela, kao ?to je alat, u njega. Podru?je primjene materijala, njihovo pona?anje tijekom rada i o?uvanje njihovog izgleda ovise o tvrdo?i. Ova karakteristika vrednuje kvalitet metala, plastike, keramike, drveta, kamena i drugih materijala.

To zna?ajno uti?e na prirodu i slo?enost obrade materijala.

Postoji nekoliko na?ina za odre?ivanje tvrdo?e materijala: grebanje, udubljenje, bu?enje standardnom iglom, ispitivanje udara?em i oscilacije klatna. Svi se baziraju na uvo?enju minerala, kugle, piramide, udarca u ispitni uzorak pod odre?enim pritiskom: ?to je manja sila i ve?a dubina prodiranja, to je manja tvrdo?a materijala i obrnuto.

Najjednostavniji i naj?e??i na?in u praksi odre?ivanja tvrdo?e prirodnog kamenog materijala je da se izgrebe drugim mineralima na skali tvrdo?e. Predlo?ena u pro?lom veku od strane nema?kog nau?nika F. Moosa, navedena skala sadr?i 10 minerala od najmek?eg (talk) do najtvr?eg (dijamant), a serijski broj minerala na skali odgovara njegovoj tvrdo?i, a svaki mineral slijede?i redom ostavlja liniju (grebotinu) na prethodnom, ali on sam nije povu?en od njega (vidi tabelu 3).

Tvrdo?a drugih materijala odre?uje se na razli?ite na?ine, naj?e??e na posebnim ure?ajima. Tvrdo?a metala, betona, drveta i plastike (osim poroznih) se ocjenjuje utiskivanjem ?eli?ne kugle ili dijamantskog konusa u uzorke. Vrijednost tvrdo?e se procjenjuje ili po dubini udubljenja kugle ili konusa, ili po pre?niku rezultiraju?eg otiska.

Numeri?ke karakteristike tvrdo?e materijala su brojevi tvrdo?e, koji su sa?eti u razli?itim skalama koje odgovaraju razli?itim metodama njenog mjerenja. Brojevi tvrdo?e su nazna?eni u jedinicama HB (Brinellova metoda), HV (Vickersova metoda), HR (Rockwellova metoda), gdje je H prvo slovo engleske rije?i tvrdo?a - tvrdo?a.

Prilikom odre?ivanja tvrdo?e Rockwell metodom uvode se dodatne oznake: B (kugla), C i A (konus, s razli?itim optere?enjima). Objasnimo ono ?to je re?eno na primjeru odre?ivanja tvrdo?e metala: za nekaljene dijelove koristi se kaljena ?eli?na kugla i te?ina od 100 kg, tvrdo?a se ra?una na crvenoj skali B i ozna?ava HRB za kaljene dijelove. visoke tvrdo?e koristi se dijamantski konus i te?ina 150 kg, tvrdo?a se ra?una na crnoj skali C i ozna?ava HRC; za posebno tvrde ili tanke dijelove koristi se i dijamantski konus, ali optere?enje je 60 kg, tvrdo?a se mjeri na A skali posebnog ure?aja i nosi oznaku HRA.

Treba napomenuti da tvrdo?a materijala ne odgovara uvijek njegovoj ?vrsto?i. Na primjer, drvo, koje je po tvrdo?i znatno inferiornije od betona, ima istu snagu s njim.

Dijelovi i mehanizmi za ma?inogradnju, kao i alati dizajnirani za njihovu obradu, imaju skup mehani?kih karakteristika. Tvrdo?a igra zna?ajnu ulogu me?u karakteristikama. Tvrdo?a metala jasno pokazuje:

• otpornost metala na habanje;
• mogu?nost obrade rezanjem, mljevenjem;
• otpornost na lokalni pritisak;
• sposobnost rezanja drugog materijala i dr.

U praksi je dokazano da ve?ina mehani?kih svojstava metala direktno zavisi od njihove tvrdo?e.

Koncept tvrdo?e

Tvrdo?a materijala je otpornost na lom kada se tvr?i materijal unese u vanjski sloj. Drugim rije?ima, sposobnost odupiranja deformiraju?im silama (elasti?na ili plasti?na deformacija).

Odre?ivanje tvrdo?e metala vr?i se uvo?enjem ?vrstog tijela, nazvanog indentor, u uzorak. Ulogu indentera obavljaju: metalna kugla velike tvrdo?e; dijamantski konus ili piramida.

Nakon izlaganja indentoru, na povr?ini uzorka ili dijela za ispitivanje ostaje otisak ?ija veli?ina odre?uje tvrdo?u. U praksi se koriste kinemati?ke, dinami?ke, stati?ke metode mjerenja tvrdo?e.

Kinemati?ka metoda se zasniva na sastavljanju grafikona na osnovu konstantno snimljenih o?itavanja koja se mijenjaju kako se alat utiskuje u uzorak. Ovdje se mo?e pratiti kinematika cijelog procesa, a ne samo kona?ni rezultat.

Dinami?ka metoda je sljede?a. Alat za mjerenje djeluje na radni predmet. Reverzna reakcija vam omogu?ava da izra?unate utro?enu kineti?ku energiju. Ova metoda vam omogu?ava da testirate tvrdo?u ne samo povr?ine, ve? i odre?ene koli?ine metala.

Stati?ke metode su nedestruktivne metode za odre?ivanje svojstava metala. Metode se zasnivaju na glatkom uvla?enju i naknadnom izlaganju neko vrijeme. Parametri su regulisani metodama i standardima.

• udubljenje;
• grebanje;
• rezanje;
• odskok.

Preduze?a u ma?inogradnji trenutno koriste metode Brinell, Rockwell, Vickers, kao i metodu mikrotvrdo?e za odre?ivanje tvrdo?e materijala.

Na osnovu provedenih ispitivanja sastavlja se tabela u kojoj su navedeni materijali, primijenjena optere?enja i dobiveni rezultati.

Jedinice tvrdo?e

Svaka metoda mjerenja otpornosti metala na plasti?nu deformaciju ima svoju metodologiju za svoju primjenu, kao i mjerne jedinice.

Tvrdo?a mekih metala se mjeri Brinellovom metodom. Ovoj metodi se podvrgavaju obojeni metali (bakar, aluminij, magnezij, olovo, kalaj) i legure na njihovoj osnovi, lijevano ?eljezo (osim bijelog) i ?areni ?elici.

Tvrdo?a po Brinellu se odre?uje udubljenjem kaljene, polirane kugle od ?elika za kugli?ni le?aj ShKh15. Obim lopte zavisi od materijala koji se testira. Za tvrde materijale - sve vrste ?elika i livenog gvo??a - 10 mm, za mek?e materijale - 1 - 2 - 2,5 - 5 mm. Potrebno optere?enje primijenjeno na loptu:

• legure ?eljeza - 30 kgf / mm2;
• bakar i nikal - 10 kgf / mm2;
• aluminijum i magnezij - 5 kgf / mm2.

Jedinica mjerenja tvrdo?e je numeri?ka vrijednost iza koje slijedi numeri?ki indeks HB. Na primjer, 200 HB.

Tvrdo?a po Rockwellu odre?ena je razlikom primijenjenih optere?enja na dio. Prvo se primjenjuje prednaprezanje, a zatim totalno, pri ?emu se indenter uvodi u uzorak i eksponira.

Piramida (konus) od dijamanta ili kugla od volframovog karbida (kaljeni ?elik) se uvodi u ispitni uzorak. Nakon uklanjanja optere?enja, mjeri se dubina otiska.

Jedinica mjerenja tvrdo?e su konvencionalne jedinice. Op?enito je prihva?eno da je jedinica vrijednost aksijalnog pomaka konusa, jednaka 2 mikrona. Oznaka tvrdo?e je ozna?ena sa tri slova HR (A, B, C) i numeri?kom vrijedno??u. Tre?e slovo u oznaci ozna?ava skalu.

Tehnika prikazuje tip indentera i optere?enje primijenjeno na njega.

U osnovi se koriste mjerne skale A i C. Na primjer, tvrdo?a ?elika je HRC 26…32, HRB 25…29, HRA 70…75.

Vickers mjerenja tvrdo?e primjenjuju se na proizvode male debljine ili dijelove koji imaju tanak, tvrdi povr?inski sloj. Kao o?trica koristi se pravilna tetraedarska piramida, ugao na vrhu, koji je 136 °. Prikaz vrijednosti tvrdo?e je sljede?i: 220 HV.

Tvrdo?a po Shoreu se mjeri mjerenjem visine odskoka palog udara?a. Ozna?ava se brojevima i slovima, na primjer, 90 HSD.

Odre?ivanju mikrotvrdo?e se pribjegava kada je potrebno dobiti vrijednosti sitnih detalja, tankog premaza ili zasebne strukture legure. Mjerenje se vr?i mjerenjem otiska vrha odre?enog oblika. Zapis vrijednosti izgleda ovako:

H ? 0,195 = 2800, gdje je

? - oblik vrha;

2800 - numeri?ka vrijednost tvrdo?e, N / mm 2.

Tvrdo?a osnovnih metala i legura

Mjerenje vrijednosti tvrdo?e vr?i se na gotovim dijelovima poslanim na monta?u. Vr?i se kontrola uskla?enosti sa crte?om i tehnolo?kim procesom. Za sve osnovne materijale ve? su sastavljene tabele tvrdo?e kako u po?etnom stanju tako i nakon termi?ke obrade.

Obojeni metali

Tvrdo?a bakra prema Brinellu je 35 HB, vrijednosti mesinga su 42-60 HB jedinica, ovisno o njegovoj marki. Za aluminij je tvrdo?a u rasponu od 15-20 HB, dok je za duralumin ve? 70HB.

Crni metali

Rockwell tvrdo?a livenog gvo??a SCh20 HRC 22, ?to odgovara 220 HB. ?elik: alat - 640-700 HB, ner?aju?i - 250HB.

Tabele se koriste za prijenos iz jednog mjernog sistema u drugi. Vrijednosti u njima nisu istinite, jer su izvedene na imperijalni na?in. Nije pun volumen prikazan u tabeli.

Vrijednosti tvrdo?e, ?ak i ako su proizvedene istom metodom, zavise od primijenjenog optere?enja. ?to je optere?enje ni?e, to su o?itanja ve?a.

Metode za mjerenje tvrdo?e

Sve metode za odre?ivanje tvrdo?e metala koriste mehani?ki u?inak na ispitni uzorak - utiskivanje indentera. Me?utim, to ne uni?tava uzorak.

Metoda Brinellove tvrdo?e bila je prva koja je standardizirana u nauci o materijalima. Princip ispitivanja uzorka je opisan gore. Na njega se primjenjuje GOST 9012. Ali mo?ete izra?unati vrijednost pomo?u formule ako precizno izmjerite otisak na uzorku:

HB=2P/(pD*?(D 2 -d 2),

• D – obim kugle, mm;
• d – obim otiska, mm.
  Lopta se bira u odnosu na debljinu uzorka. Optere?enje se preliminarno izra?unava iz prihva?enih standarda za relevantne materijale:
  legure gvo??a - 30D 2;
  bakar i njegove legure - 10D 2;
  babiti, olovne bronze - 2.5D 2.

Preuzmite GOST 9012-59

Tvrdo?a - svojstvo materijala da se odupre uvo?enju u njega drugog, ?vr??eg tijela - indentera.

Tvrdo?a se definira kao omjer veli?ine optere?enja i povr?ine, povr?ine projekcije ili volumena udubljenja.

Postoje povr?inska, projekcijska i zapreminska tvrdo?a:

Povr?inska tvrdo?a -- omjer optere?enja i povr?ine otiska;

Tvrdo?a projekcije - omjer optere?enja i povr?ine projekcije otiska;

Masivna tvrdo?a je omjer optere?enja i zapremine otiska.

Tvrdo?a se definira kao omjer sile otpora prema povr?ini, povr?ini projekcije ili volumenu dijela indentera ugra?enog u materijal. Postoje povr?inska, projekcijska i zapreminska tvrdo?a:

Povr?inska tvrdo?a je omjer sile otpora prema povr?ini dijela indentera ugra?enog u materijal;

Tvrdo?a projekcije - omjer sile otpora prema povr?ini projekcije dijela indentera ugra?enog u materijal;

Obimna tvrdo?a je omjer sile otpora prema zapremini dijela indentera ugra?enog u materijal.

Tvrdo?a se mjeri u tri opsega: makro, mikro, nano. Makro opseg reguli?e optere?enje indentera od 2N do 30 kN. Mikroopseg reguli?e optere?enje indentera do 2 N, a dubina prodiranja indentera je ve?a od 0,2 µm. Nanorange regulira samo dubinu penetracije indentera, koja bi trebala biti manja od 0,2 µm. Tvrdo?a u nanoskali se ?esto naziva nanotvrdo?om.

Izmjerena tvrdo?a prvenstveno ovisi o optere?enju primijenjenom na utiskiva?. Ova zavisnost se naziva efekt veli?ine, u engleskoj literaturi - efekat veli?ine udubljenja. Priroda ovisnosti tvrdo?e o optere?enju odre?ena je oblikom indentera:

Za sferni indenter -- sa pove?anjem optere?enja, tvrdo?a se pove?ava -- efekat obrnutog utiskivanja;

Za utiskiva? u obliku Vickersove ili Berkovichove piramide - s pove?anjem optere?enja, tvrdo?a se smanjuje - direktni ili jednostavno dimenzionalni efekat (efekat veli?ine udubljenja);

Za sfero-konus - sa pove?anjem optere?enja, tvrdo?a se prvo pove?ava kada se unese sferni dio indentera, a zatim po?inje opadati (za sfero-konusni dio indentera).

Indirektno, tvrdo?a mo?e zavisiti i od:

1. Me?uatomske udaljenosti.

2. Koordinacioni broj - ?to je ve?i broj, ve?a je tvrdo?a.

3. Valencije.

4. Priroda hemijske veze

5. Iz pravca (na primjer, mineral disten - njegova tvrdo?a du? kristala je 4, a poprijeko - 7)

6. Krtost i savitljivost

7. Fleksibilnost - mineral se lako savija, savija se ne ispravlja

8. Elasti?nost - mineral se savija, ali ispravlja

9. Viskoznost - mineral se te?ko razbija (kao ?to je ?adeit)

10. Dekolte

11. i niz drugih fizi?kih i mehani?kih svojstava materijala.

Najtvr?i materijali koji danas postoje su dvije alotropske modifikacije ugljika - lonsdaleit, koji je 58% tvr?i od dijamanta i fulerita. Me?utim, prakti?na primjena ovih tvari je jo? uvijek malo vjerojatna. Naj?vr??a uobi?ajena supstanca je dijamant.

Metode za odre?ivanje tvrdo?e prema na?inu primjene optere?enja dijele se na: 1) stati?ke i 2) dinami?ke (udarne).

Postoji nekoliko skala za mjerenje tvrdo?e:

Brinellova metoda - tvrdo?a se odre?uje pre?nikom otiska koji ostavlja metalna kugla utisnuta u povr?inu. Tvrdo?a se izra?unava kao omjer sile primijenjene na loptu i povr?ine otiska (?tavi?e, povr?ina otiska se uzima kao povr?ina dijela kugle, a ne kao povr?ina kruga; jedinica tvrdo?e po Brinelu je MPa (kg-s/mm?) Broj tvrdo?e po Brinelu prema GOST 9012-59 upisuje se bez jedinica Tvrdo?a odre?ena ovom metodom ozna?ava se HB, gdje je H = tvrdo?a, B je Brinell;

Rockwell metoda - tvrdo?a se odre?uje relativnom dubinom udubljenja metalne kugle ili dijamantskog konusa u povr?inu materijala koji se ispituje. Tvrdo?a odre?ena ovom metodom je bezdimenzionalna i ozna?ava se HR, HRB, HRC i HRA; tvrdo?a se izra?unava po formuli HR = 100 (130)? kd, gdje je d dubina udubljenja vrha nakon uklanjanja glavnog optere?enja, a k je koeficijent. Dakle, maksimalna Rockwell tvrdo?a na A i C skali iznosi 100 jedinica, a na B skali - 130 jedinica.

Vickersova metoda - tvrdo?a se odre?uje povr?inom otiska koju ostavlja tetraedarska dijamantska piramida utisnuta u povr?inu. Tvrdo?a se izra?unava kao omjer optere?enja primijenjenog na piramidu i povr?ine otiska; jedinica tvrdo?e po Vickersu je kg-s/mm?. Tvrdo?a odre?ena ovom metodom ozna?ava se kao HV;

Shore metode:

Tvrdo?a po Shoreu (metoda udubljenja) - tvrdo?a se odre?uje dubinom prodiranja u materijal posebne igle od kaljenog ?elika (indentera) pod djelovanjem kalibrirane opruge. U ovoj metodi, mjerni instrument se naziva durometar. Obi?no se Shoreova metoda koristi za odre?ivanje tvrdo?e materijala niskog modula (polimera). Shoreova metoda, koju opisuje ASTM D2240, specificira 12 mjernih skala. Naj?e??e kori?tene opcije su A (za meke materijale) ili D (za tvr?e materijale). Tvrdo?a odre?ena ovom metodom ozna?ena je slovom upotrijebljene skale, ispisanim iza broja s eksplicitnim naznakom metode.

Durometri i Asker skale - po principu mjerenja odgovara metodi udubljenja (prema Shoreu). Firma i nacionalna Japanska modifikacija metode. Koristi se za meke i elasti?ne materijale. Razlikuje se od klasi?ne Shorove metode po nekim parametrima mjernog ure?aja, markama vaga i utiskiva?a.

Tvrdo?a po Shoreu (Rebound metoda) je metoda za odre?ivanje tvrdo?e vrlo tvrdih (visokomodulnih) materijala, uglavnom metala, po visini do koje se odbija specijalni udarnik (glavni dio skleroskopa - mjerni instrument za ovu metodu). nakon udara, pada sa odre?ene visine. Tvrdo?a prema ovoj Shore metodi se procjenjuje u konvencionalnim jedinicama proporcionalnim visini odskoka udara?a. Glavne skale su C i D. Ozna?eno HSx, gdje je H tvrdo?a, S Shore i x je latini?no slovo koje ozna?ava tip skale kori?tene u mjerenju.

Treba shvatiti da iako su obje ove metode metode za mjerenje tvrdo?e, koje je predlo?io isti autor, imaju iste nazive i iste oznake skala, to nisu verzije jedne metode, ve? dvije su?tinski razli?ite metode sa razli?itim razmjerima. vrijednosti, opisane razli?itim standardima.

Metoda Kuznjecov - Herbert - Rehbinder - tvrdo?a se odre?uje vremenom prigu?enja oscilacija klatna, ?iji je nosa? metal koji se prou?ava;

Poldi metoda (otisak dvostruke kugle) - tvrdo?a se ocjenjuje u pore?enju sa tvrdo?om standarda, ispitivanje se vr?i udarnim utiskivanjem ?eli?ne kuglice istovremeno u uzorak i standard;

Mohsova skala je odre?ena prema tome koji od deset standardnih minerala materijal za ispitivanje ogrebe, a koji od deset standardnih minerala ogreba ispitni materijal.

Buchholz metoda je metoda za odre?ivanje tvrdo?e pomo?u Buchholz instrumenta. Dizajniran za ispitivanje tvrdo?e (Buchholz tvrdo?e) premaza polimerne boje kada se utisne Buchholz indentor. Metoda je regulisana standardima ISO 2815, DIN 53153, GOST 22233.

Metode mjerenja tvrdo?e spadaju u dvije glavne kategorije: metode stati?ke tvrdo?e i metode dinami?ke tvrdo?e. Za instrumentalno odre?ivanje tvrdo?e koriste se ure?aji koji se nazivaju tvrdomjeri. Metode za odre?ivanje tvrdo?e, ovisno o stupnju utjecaja na objekt, mogu se odnositi i na nedestruktivne i na destruktivne metode. Postoje?e metode za odre?ivanje tvrdo?e ne odra?avaju u potpunosti nijedno specifi?no temeljno svojstvo materijala, stoga ne postoji direktna veza izme?u razli?itih skala i metoda, ali postoje pribli?ne tablice koje povezuju skale pojedinih metoda za odre?ene grupe i kategorije materijala. Ove tabele su izgra?ene samo na osnovu rezultata eksperimentalnih ispitivanja i ne postoje teorije koje dozvoljavaju da se metod prora?una pre?e sa jedne metode odre?ivanja tvrdo?e na drugu. Odre?ena metoda za odre?ivanje tvrdo?e bira se na osnovu svojstava materijala, zadataka mjerenja, uslova za njegovu primjenu, raspolo?ive opreme itd.

U CIS-u nisu sve skale tvrdo?e standardizovane.

Stranica 1

Tvrdo?u metala karakterizira otpornost na deformaciju, koja se provodi prodiranjem identifikatora u dio - strani predmet odre?enog oblika pod djelovanjem primijenjene sile.

Tvrdo?a metala deponovanog sa K-2-55 elektrodama, kao i kod U-340 p/b elektroda, zavisi od brzine hla?enja.

Tvrdo?a metala se tako?e odre?uje metodom utiskivanja dijamantskog konusa (tvrdo?a po Rockwellu. Dijamantski konus (ili ?eli?na kugla) se utiskuje u ispitni uzorak pod dejstvom dva uzastopno primenjena optere?enja (PL i P2; P, 10 kg, Pf60 , 100 ili 150 kg Razlika izme?u preliminarne i kona?ne dubine prodiranja konusa (ili kugle) karakteri?e tvrdo?u metala.

Tvrdo?a metala mo?e se odrediti na nekoliko na?ina, od kojih je metoda utiskivanja naj?e??a. Brinellovo ispitivanje se izvodi utiskivanjem kaljene ?eli?ne kugle u uzorak pomo?u posebne prese. Kao rezultat, na povr?ini uzorka ostaje otisak u obliku sfernog segmenta. Pre?nik otiska se meri posebnom lupom sa podelama. Ovaj omjer se naziva Brinellov broj tvrdo?e i ozna?ava se HB. Brinellova metoda se ne mo?e koristiti za odre?ivanje tvrdo?e vrlo jakih metala, jer pod velikim optere?enjem ?eli?na kugla mijenja svoj oblik, daje pogre?an otisak i mo?e se uni?titi.

Tvrdo?a metala u podru?ju nepotpune rekristalizacije pri zavarivanju toplinski kaljenog ?elika ve?a je nego u slu?aju zavarivanja toplo valjanih i normaliziranih ?elika.

Tvrdo?a metala se mo?e mjeriti s nekoliko metoda, od kojih su naj?e??e Brinell metoda i Rockwellova metoda.

Tvrdo?a metala ne uti?e zna?ajno na otpornost uzoraka kada se ispituju na korozijsko-erozijsko tro?enje.

Tvrdo?a metala se u ovom slu?aju pove?ava na 95 - 96 HRB. Pove?anje sadr?aja ugljika na 0 5% ne naru?ava mehani?ka svojstva i pobolj?ava deformabilnost.

Tvrdo?a metala je povezana sa njihovom vatrostalno??u; on je, kao i ovaj drugi, zbog snage kristalne re?etke. Za metale, tvrdo?a varira u vrlo ?irokom rasponu i nije njihovo karakteristi?no svojstvo.

Tvrdo?a metala prema ovoj metodi odre?uje se uvla?enjem u uzorak pravilne tetraedarske dijamantske piramide sa uglom izme?u suprotnih strana od 136 i izra?ava se brojem tvrdo?e koji se dobije dijeljenjem optere?enja P u kilogramima primijenjenog za odre?eno vrijeme sa povr?ina otiska u kvadratnim milimetrima. Povr?ina otiska u obliku piramide izra?unava se iz prosjeka obje dijagonale njegove osnove. Dijagonale se mjere mikroskopom ili posebnim ravnalom ako se otisak projektuje na platno u uve?anom obliku.

Svi znamo da svaki materijal na zemlji ima razli?ita svojstva: fizi?ka, hemijska, mehani?ka, tehnolo?ka, operativna i mnoga druga. Ovo tako?e uklju?uje tvrdo?u. Svi oni zajedno omogu?avaju da se unaprijed odredi njihova primjena u jednoj ili drugoj sferi ljudske djelatnosti. Ali koja je tvrdo?a metala, legura ili bilo kojeg drugog materijala? Me?u ostalim svojstvima, ovo je najzanimljivije, jer nema jasne definicije.

?ta je tvrdo?a?

Tvrdo?a bilo kojeg materijala je njegova va?na karakteristika, jer o tome ovisi otpornost i izdr?ljivost proizvedenih konstrukcija. A budu?i da nema jasne definicije, sam pojam se mo?e „de?ifrirati“ na sljede?i na?in - to je svojstvo materijala da se odupre prodiranju drugog tijela (instrumenta) u njega. Ova karakteristika vam omogu?ava da ocijenite kvalitetu mnogih objekata:

• metal (legure);
• keramika;
• drvo;
• plastika;
• kamen;
• grafit.

Osim toga, tvrdo?a uti?e na stepen obrade materijala. Odnosno, ?to je te?e, te?e je raditi s njim. I obrnuto je ta?no. Stoga je ugodno baviti se drvetom u proizvodnji raznih zanata.

Razli?iti stru?njaci imaju svoj koncept tvrdo?e. Na primjer, u podru?ju mineralogije, ova definicija se odnosi na otpornost jednog materijala na pojavu ogrebotina kada je izlo?en drugom predmetu.

U metalurgiji ne?to druga?ije shva?aju ?to je tvrdo?a - otpornost na plasti?nu deformaciju. Ali osnovna definicija, na koju se poziva ve?ina stru?njaka u bilo kojoj profesiji, ve? je data na samom po?etku odjeljka.

Me?utim, tvrdo?a se mo?e manifestirati na razli?ite na?ine:

• krutost;
• otpornost:
• grebanje;
• abrazija;
• rezanje;
• deformacija:
• bend;
• fraktura;
• promjena oblika.

?to je ve?a vrijednost tvrdo?e, ve?i je stupanj otpornosti materijala. Na osnovu takve raznolikosti manifestacija takvog svojstva, postoje razli?iti na?ini za njegovo mjerenje.

Metode za mjerenje tvrdo?e

Znakovito je da se ispitivanje tvrdo?e provodi ?e??e od utvr?ivanja svih ostalih svojstava materijala – ?vrsto?e, relativnog izdu?enja i dr. Postoji nekoliko na?ina da saznate koliko je ?vrst ?elik ili bilo koji drugi mineral. Ali svi se temelje na op?em principu: na ispitni uzorak djeluje drugi predmet, primjenom odre?enog pritiska. To mo?e biti lopta, piramida, udarac.

Tvrdo?a je odre?ena dubinom prodiranja i indikatorima pritiska. Minimalni napor i velika dubina govore o niskim svojstvima materijala. Ekvivalentno i obrnuto, veliki napor i mala dubina - visoka tvrdo?a.

U ovom slu?aju, testovi mogu biti dva glavna tipa:

• Stati?ki.
• Dynamic.

Ako se kontakt izme?u ispitnog uzorka i predmeta dogodi u odre?enom vremenskom periodu, tada je test stati?ke prirode. Ina?e, govorimo o dinami?koj metodi za odre?ivanje tvrdo?e.

Trenutno, za odre?ivanje tvrdo?e kori?tenih materijala:

• Vickersova metoda (GOST 2999-75).
• Brinellova metoda (GOST 9012-59).
• Rockwellova metoda (GOST 9013-59).
• Shore metoda.
• Mohsova metoda.

Izbor jednog ili drugog testa ovisi o specifi?nostima primjene detalja, potrebnoj to?nosti rezultata, kao i mogu?nosti reprodukcije studija pod razli?itim uvjetima.

Vickersova metoda

?ta je tvrdo?a po Vickersu? Su?tina ove tehnike je utisnuti piramidu napravljenu od dijamanta u uzorak. Omjer stranica piramidalnog utiskiva?a mora biti striktno definiran. Kao rezultat ispitivanja, na uzorku za ispitivanje ostaje otisak u obliku dijamanta, a ponekad mo?e biti i nepravilnog oblika.

Tvrdo?a se ozna?ava sa dva latini?na slova - HV - i postavlja se ovisno o vrijednosti dijagonale rezultiraju?eg romba. Ponekad se koristi aritmeti?ka sredina obje dijagonale.

Oprema kojom se mjeri tvrdo?a po Vickersu je stati?kog tipa i mo?e biti stacionarna ili prenosiva. U ovom slu?aju, sama procedura se izvodi na sljede?i na?in:

• Uzorak se postavlja na radni sto opreme sa ispitivanom povr?inom nagore. Zatim se ona, zajedno sa stolom, podi?e do laganog kontakta sa radnim vrhom.
• Uz pomo? vremenskog releja postavlja se odre?eni sat ekspozicije, nakon ?ega ostaje spustiti polugu, koja aktivira mehanizam za punjenje. Na kraju vremena testiranja, optere?enje se uklanja s dijela i vrh se vra?a u prvobitni polo?aj.
• Oprema je opremljena mikroskopom za ?itanje, pa nakon zavr?etka operacije potrebno je okrenuti sto s uzorkom prema njemu i izmjeriti dijagonale otiska.

U nekim slu?ajevima, tvrdo?a ?elika ili bilo kojeg drugog materijala prema ovoj metodi je nazna?ena vrijedno??u optere?enja. Na primjer, takva oznaka HV 50 940 ozna?ava da je tvrdo?a 940 jedinica kada je izlo?ena optere?enju od 50 kg.

Prednosti ove metode ispitivanja su:

• Mogu?e je izmjeriti dijelove gotovo bilo koje debljine zbog male povr?ine koju zauzima indenter (najekstremniji polo?aj).
• Visoka preciznost rezultata, zahvaljuju?i idealnom stepenu tvrdo?e dijamantskog vrha. Kao rezultat toga, on sam nije podlo?an deformaciji.
• Opseg mjerenja je prili?no ?irok i mo?e pokriti kako relativno lomljive metale poput aluminija i bakra, tako i ?elike i legure visoke ?vrsto?e.
• Mogu?e je odrediti tvrdo?u jednog sloja metala. Na primjer, uzorak je pro?ao proces karburizacije ili se kemijski sastav dijela promijenio zbog povr?inskog stvrdnjavanja ili legiranja.

Kao ?to pokazuje praksa, raspon mjerenja tvrdo?e je od 145 do 1000 HV. Za mjerenje tvrdo?e velike serije uzoraka postoji automatizirana oprema kompanije Reicherter iz Njema?ke, koja ima hidrauli?ki ili elektromehani?ki pogon. Izra?un rezultata se vr?i automatski, nakon ?ega se prikazuje na monitoru.

Brinell tvrdo?a

Tvrdo?a prema ovoj metodi je tako?er ozna?ena sa dva, ali ve? razli?ita slova - HB - i tako?er je stati?ki test. Temperatura tokom ispitivanja treba da bude u rasponu od 20 ± 10 °C. Njegova je su?tina sljede?a - uzorak je komprimiran kaljenom ?eli?nom kuglom. Uz opremu je uklju?ena i druga lopta, koja je napravljena od tvrde legure volfram-kobalt. Ovo vam omogu?ava da pove?ate opseg mjerenja tvrdo?e.

Prema standardu, definisani su neki uslovi u pogledu Brinellove tvrdo?e:

• Optere?enje uzorka je u rasponu od 12,25 do 29420 N.
• Veli?ina kuglica je 1-10 mm.
• Trajanje izlaganja ne bi trebalo da prelazi 10-15 s.
• Otisak na uzorku ne bi trebao prelaziti: 0,2-0,7 D (D je pre?nik lopte.)

Proces mjerenja ide ovako:

• Uzorak se stavlja na sto i fiksira na grani?nik.
• Na pogonu se postavlja potrebna vrijednost optere?enja, nakon ?ega se vreteno aktivira.
• Na kraju postupka, radni vrh zauzima svoj prvobitni polo?aj. Na ekranu mo?ete vidjeti indikator strelice, koji ?e ukazati na veli?inu pre?nika otiska. Sama tvrdo?a se postavlja pomo?u tablice koja se nalazi na okviru opreme. Ako trebate promijeniti optere?enje, za to postoji set klinova koji se mogu ponovo instalirati.

Postoje prenosivi alati koji su dobri za upotrebu na terenu. Opremljeni su stezaljkom na koju je uzorak pri?vr??en, a optere?enje stvara ru?ka.

Radni opseg za mjerenje tvrdo?e legura je 8-450 HB, ?to odgovara ve?ini razreda ?elika i legura koji se koriste u proizvodnji razli?itih metalnih konstrukcija. Ali ?im se prekora?i gornja granica mjerenja, ta?nost vi?e ne odgovara stvarnosti, ?to je posljedica deformacije indentera. Ne preporu?uje se upotreba karbidnih kuglica ako je o?ekivana tvrdo?a 350-450 HB.

Glavna prednost Brinellove metode mo?e se smatrati mogu?nost odre?ivanja tvrdo?e vru?ih uzoraka. Istovremeno, ne mo?e se odrediti na rubovima ili rubovima dijelova ili na tankim uzorcima.

Rockwell Method

Slova za Rockwell tvrdo?u su HR. U ovoj metodi, ?eli?na kugla ili dijamantski konus se utiskuje u uzorak.

Test se sprovodi pod slede?im uslovima:

• Uzorak je prethodno napunjen, ?to omogu?ava izbjegavanje utjecaja brojnih povr?inskih faktora: hrapavosti, temperature, brzine penetracije indentera.
• Proizvede se glavno optere?enje, prema kojem se izra?unava rezultat.
• Postupak se zavr?ava uklanjanjem tereta.

Ako se ova metoda uporedi s prethodnim metodama za odre?ivanje tvrdo?e, onda se ovdje pojavljuju tri skale.

• A - oznaka HRA, indenter - dijamantski konus, mjerni opseg: 60-80 HRA. Primjenjivo na alatne ?elike s visokim udjelom ugljika, kao i na tvrde legure.
• B - oznaka HRB, indenter - kaljena kugla, opseg mjerenja: 35-100 HRB. To su ve? srednje ?vrsti ?elici i legure obojenih metala.
• C - ozna?eno HRC, indenter - dijamantski konus, mjerni opseg: 20-90 HRC. Za srednje tvrde ?elike.

Kada su u pitanju specifi?ni uvjeti za izra?unavanje tvrdo?e, na primjer, hladno valjani tanki lim, tada se koristi Super-Rockwell metoda s oznakom tvrdo?e HRN i HRT.

Oprema mo?e biti i stacionarna i prenosiva. U ovom slu?aju, prvi tip se upravlja elektromehani?kim ili hidrauli?nim pogonom.

Rockwellova mjerenja su te?a, jer je potrebno podesiti primarnu, a zatim sekundarnu brzinu utiskiva?a. Osim toga, dijamantski radni vrh ima konusni oblik, ?to se odra?ava na rezultat. A odre?ivanje veli?ine rezultiraju?eg otiska ovdje je mnogo te?e.

Tvrdo?a po ?oru

Shoreova metoda ima glavnu karakteristiku. Sve gore opisane metode za odre?ivanje tvrdo?e metala i drugih materijala imale su zajedni?ki nedostatak - pojavljuje se otisak na povr?ini ispitnog uzorka. U tom slu?aju, ako je potrebno, ispitani dio se ne mo?e ponovo ugraditi u sklop ili strukturu. ?orova tehnika potpuno isklju?uje takvu deformaciju.

Osim toga, mjerenje, na primjer, tvrdo?e ?elika, ve? se odnosi na ispitivanje dinami?kog tipa, a njegova je su?tina sljede?a. Skleroskop (prijenosni mjera? tvrdo?e) se dovodi na povr?inu ispitnog uzorka, unutar kojeg se nalazi ?eli?na peka s dijamantskim vrhom. Tvrdo?a se definira na sljede?i na?in: ?to je materijal mek?i, to ?e biti kra?a udaljenost odskoka, zbog apsorpcije udara od strane samog materijala. I ?to je uzorak tvr?i, to je ve?i odboj.

Opseg mjerenja je od 30 do 140 HS. Kaljeni visokouglji?ni ?elik odgovara 100 HS. A budu?i da oprema ne o?te?uje povr?inu proizvoda, relevantna je za testiranje onih dijelova koji su dio dizajna postoje?e jedinice ili jedinice.

Tehnika je jednostavna za implementaciju, procjena je prili?no brza, a dio se mo?e ponovo ugraditi u sklop. Sve ovo se mo?e smatrati glavnim prednostima. Me?utim, postoje neka ograni?enja.

HS skala tvrdo?e nema standard, ali postoje tabele i grafikoni koji vam omogu?avaju pretvaranje SHOR jedinica u HV, HR ili HB vrijednosti. Na udaljenost odskoka napada?a uti?e takva karakteristika kao ?to je Youngov modul. Stoga nije mogu?e porediti HS jedinice od razli?itih materijala.

Uz to, tvrdo?a po shoru je samo komparativna vrijednost. Osim toga, ta?nost rezultata je znatno ni?a od svih gore navedenih analoga.

Mohsova skala

Davne 1811. godine njema?ki nau?nik Friedrich Moos predlo?io je vlastitu metodu za odre?ivanje tvrdo?e razli?itih materijala. Istovremeno, njegova skala sadr?i vrijednosti od 1 do 10, ?to odgovara naj?e??im mineralima, po?ev?i od talka (najmek?i kamen) i zavr?avaju?i s dijamantom (najtvr?i).

Sama tehnika je vrlo jednostavna i zasniva se na otpornosti ispitnog uzorka na grebanje. Na primjer, predmet B mo?e izgrebati tijelo C, ali ni na koji na?in ne uti?e na dio A. Ili, obrnuto, materijal A samo malo zagrebe dio B, ali mo?e ozbiljno o?tetiti objekt C.

Unato? ?injenici da je metoda za odre?ivanje tvrdo?e po Mohsovoj skali predlo?ena prije ne?to vi?e od dva stolje?a, ona se uspje?no koristi do danas. Samo dobijeni rezultat daje daleko od potpune informacije, jer ne postoje apsolutne vrijednosti , a omjer je nemogu?e odrediti prema tvrdo?i. Drugim rije?ima, nemogu?e je re?i koliko je puta jedan od materijala tvr?i ili mek?i od drugog.

Mohsovi standardi tvrdo?e

Ovih 10 minerala uzimaju se kao standard za odre?ivanje tvrdo?e po Mohs metodi (u daljem tekstu u zagradama ?e biti navedena zadata vrijednost):

1. Talk.
2. Gips.
3. Kalcit.
4. Fluorit.
5. Apatit.
6. Ortoklas.
7. Kvarc.
8. Topaz.
9. Korund.
10. Dijamant.

?ta su to minerali? U nastavku ih sve ukratko opisujemo.

Prvih pet

Talk je toliko mekan da se mo?e izgrebati noktom. Olovke imaju istu tvrdo?u (ta?nije, grafit). Skala odgovara jedan. Mnogima je dobro poznat, jer se od njega pravi bebi puder.

Sljede?i po tvrdo?i je gips (2), koji se tako?er lako grebe i ima posebnu osobinu. Vrijedi ga samljeti u prah i pomije?ati s vodom - dobivate lamelarnu masu, kojoj se mo?e dati bilo koji oblik. Osim bijele, postoje originalne opcije za ?utu nijansu.

Nije slu?ajno ?to je kalcit na tre?em mjestu (3). Vi?e se ne mo?e izgrebati noktom, ali se to mo?e u?initi bakrenim nov?i?em. Isti stepen tvrdo?e u zlatu i srebru. Njegovo drugo ime je biomineral i od njega se prave ?koljke.

Fluorit se ina?e naziva fluorom i prevodi se kao "te?nost". Ne grebe se noktom ili nov?i?em, ?to se ne mo?e re?i za staklo ili obi?an no?. Njegova tvrdo?a, kao ?to mo?ete razumjeti, je 4.

Na petom mjestu je apatit (5), koji se jo? mo?e izgrebati no?em ili ?a?om (lapis lazuli se mo?e pohvaliti istom karakteristikom). Uz pomo? ovog minerala ekstrahira se fosfor ili fosforna kiselina.

Second Five

?esti na listi je ortoklas, koji vi?e ne uzima staklo, ali ne mo?e odoljeti turpiju. Za industriju je vrijedan kao izvor za proizvodnju elektrokeramike i porculana. Opal ima sli?nu tvrdo?u, samo ?to se ne mo?e koristiti kao standard, jer ima mnogo varijanti i sve imaju svoje karakteristike ?vrsto?e.

Na sedmom mjestu u na?oj „ocjeni“ svojstava tvrdo?e je dobro poznati kvarc, koji odgovara njegovom pokazatelju - 7. Mnogi ga znaju kao obi?an pijesak. Me?utim, mo?e biti iu drugim oblicima: u obliku gorskog kristala, ahata, ametista.

Me?u razmatranim mineralima, topaz je najtvr?i (8). Te?ko se obra?uje, a u ve?ini slu?ajeva se za to koristi dijamant. Prvi put je otkriven na ostrvu Topazios, koje se nalazi u Crvenom moru. Odatle je do?lo i njegovo ime.

?ini se da je korund po tvrdo?i identi?an dijamantu, me?utim, drugim metodama su odre?ene njegove karakteristike. I kao rezultat toga, dijamant je mnogo tvr?i od korunda (90-180 puta). Sa ovim mineralom se izjedna?avaju i rubini i safiri, koji je zbog svoje tvrdo?e idealan za izradu abrazivnih alata.

Prvih deset zaokru?uje dijamant, kojem od svih postoje?ih minerala nema premca po ?vrsto?i, a indeks tvrdo?e mu je zaslu?enih 10!