برای تعیین سختی یک ماده، اغلب از اختراع مهندس سوئدی برینل استفاده می شود - روشی که خواص سطحی را اندازه می گیرد و ویژگی های اضافی فلزات پلیمری را می دهد.
ارزیابی مواد
به لطف این کشف است که اکنون موثرترین استفاده از پلاستیک در حال ارزیابی است. پلاستیک های نه چندان سخت از نظر خاصیت ارتجاعی و نرمی مورد آزمایش قرار می گیرند تا به عنوان ماده آب بندی، آب بندی و بالشتک استفاده شوند. توسعه برینل روشی برای تعیین استحکام و سختی یک ماده است که در کاربردهای مهم کاربرد دارد - در چرخ دنده ها و رینگ ها، یاتاقان ها تحت بار سنگین، اتصالات رزوه ای و غیره.
این روش دقیق ترین ارزیابی قدرت را ارائه می دهد. مقدار پارامتر، که با P1B نشان داده می شود، دشوار است که بیش از حد برآورد شود. متداول ترین روشی که برای این منظور استفاده می شود، توسعه برینل است، روشی که در آن یک توپ فولادی پنج میلی متری به مواد فشرده می شود. با توجه به عمق فرورفتگی توپ، GOST تعیین می شود.
تاریخ
در سال 1900، یک مهندس از سوئد، یوهان آگوست برینل، روشی که او به جهان پیشنهاد کرد.علم مواد، معروف شد. این نه تنها به نام مخترع نامگذاری شد، بلکه پرکاربردترین و استاندارد شد.
سختی چیست؟ این ویژگی خاصی از ماده ای است که تغییر شکل پلاستیکی را در اثر تماس موضعی تجربه نمی کند، که اغلب به وارد کردن یک شاخص (بدنه سخت تر) به ماده منجر می شود.
سختی بازیابی شده و بازیابی نشده
روش برینل به اندازه گیری سختی ترمیم شده کمک می کند، که با نسبت بزرگی بار به حجم چاپ، ناحیه طرح ریزی یا سطح سطح تعیین می شود. بنابراین، سختی می تواند حجمی، برآمدگی و سطحی باشد. مورد دوم با نسبت: بار به ناحیه اثر تعیین می شود. سختی حجیم با نسبت بار به حجم آن اندازه‌گیری می‌شود و سختی پیش‌بینی باری است به ناحیه برآمدگی که اثر باقی مانده است.
سختی ترمیم نشده توسط روش برینل با همان پارامترها تعیین می شود، فقط نیروی مقاومت به مقدار اصلی اندازه گیری می شود که نسبت آن به سطح، حجم یا طرح ریزی با شاخص تعبیه شده در ماده نشان داده می شود. سختی حجمی، برآمدگی و سطح به همین ترتیب محاسبه می‌شود: با نسبت نیروی مقاومت یا به سطح قسمت تعبیه‌شده شاخص، یا به منطقه پیش‌بینی آن یا به حجم.
تعیین سختی
توانایی مقاومت در برابر تغییر شکل پلاستیک و الاستیک در مواجهه با مواد سخت تراین شاخص تعیین سختی است، یعنی در واقع، این یک آزمون تورفتگی مواد است. روش سختی برینل اندازه گیری عمق نفوذ یک سلف به یک ماده است. برای دانستن مقدار دقیق سختی یک ماده معین، لازم است عمق نفوذ اندازه گیری شود. برای انجام این کار، روش برینل و راکول وجود دارد، روش ویکرز کمتر مورد استفاده قرار می گیرد.
اگر روش راکول مستقیماً عمق نفوذ توپ را به ماده تعیین می کند، ویکرز و برینل اثر را با مساحت سطح آن اندازه گیری می کنند. به نظر می رسد که هر چه شاخص در ماده عمیق تر باشد، منطقه چاپ بزرگتر است. مطلقاً هر ماده ای را می توان از نظر سختی آزمایش کرد: مواد معدنی، فلزات، پلاستیک ها و موارد مشابه، اما سختی هر یک از آنها با روش خاص خود تعیین می شود.
چگونه راهی پیدا کنیم
روش سختی برینل برای مواد ناهمگن، برای آلیاژهایی که خیلی سخت نیستند، بسیار خوب است. نه تنها نوع ماده تعیین کننده روش اندازه گیری است، بلکه خود پارامترهایی نیز باید تعیین شوند. سختی آلیاژها به طور متوسط اندازه گیری می شود، زیرا مواد با ویژگی های مختلف در آنها وجود دارد. مثلا چدن. دارای ساختار بسیار ناهمگن است، سیمانیت، گرافیت، پرلیت، فریت وجود دارد و بنابراین سختی اندازه گیری شده چدن یک مقدار متوسط است که از سختی همه اجزا تشکیل شده است.
اندازه گیری سختی فلزات به روش برینل با استفاده از یک شاخص بزرگ انجام می شود، به طوری که نشان در سطح بزرگتری از نمونه به دست می آید.بنابراین در این شرایط می توان مقداری برای چدن نیز به دست آورد که میانگینی برای فازهای متعدد و متفاوت است. این روش هنگام اندازه گیری سختی آلیاژها - چدن، فلزات غیر آهنی، مس، آلومینیوم و موارد مشابه بسیار خوب است. این روش به طور دقیق مقدار سختی پلاستیک ها را نشان می دهد.
مقایسه Rockwell
برای فلزات سخت و فوق سخت خوب است و مقدار سختی حاصل نیز متوسط است. همان توپ یا مخروط فولادی به عنوان یک نشانگر عمل می کند، اما علاوه بر آنها، از یک هرم الماس نیز استفاده می شود. هنگام اندازه‌گیری با روش راکول، اثر بر روی مواد نیز بزرگ است و عدد سختی برای فازهای مختلف به‌طور متوسط محاسبه می‌شود.
روشهای برینل و راکول اصولاً متفاوت هستند: روش اول پس از تقسیم نیروی فرورفتگی بر سطح ناحیه اثر، نتیجه را به عنوان یک ضریب نشان می‌دهد، در حالی که راکول نسبت عمق نفوذ به واحد مقیاس را محاسبه می‌کند. ابزاری که عمق را اندازه گیری می کند. به همین دلیل است که سختی راکول عملاً بدون بعد است و به گفته برینل به وضوح با کیلوگرم بر میلی‌متر مربع اندازه‌گیری می‌شود.
روش ویکرز
اگر نمونه خیلی کوچک است یا نیاز به اندازه گیری جسمی کوچکتر از اندازه نشانگر فرورفتگی است که سختی راکول یا برینل را اندازه گیری می کند، باید از روش های میکروسختی استفاده کرد که در این میان روش ویکرز محبوب ترین است.. این شاخص یک هرم الماس است و نقش آن توسط یک سیستم نوری مشابه میکروسکوپ بررسی و اندازه گیری می شود. مقدار متوسط نیز مشخص خواهد شد، اما سختی از آن محاسبه می شودمساحت بسیار کوچکتر.
اگر مقیاس جسم اندازه‌گیری شده بسیار کوچک است، از یک تستر میکروسختی استفاده می‌شود که می‌تواند در یک دانه، فاز، لایه جداگانه نقشی ایجاد کند و بار فرورفتگی را می‌توان به طور مستقل انتخاب کرد. علم فلزات اجازه می دهد تا از این روش ها برای تعیین سختی و ریزسختی فلزات استفاده شود و علم مواد نیز به همان روش ریزسختی و سختی مواد غیرفلزی را تعیین می کند.
محدوده
سه محدوده برای اندازه گیری سختی وجود دارد. در محدوده ماکرو، بار از 2 نیوتن تا 30 کیلو نیوتن تنظیم می شود. ریزمحدوده نه تنها بار روی شاخص را محدود می کند، بلکه عمق نفوذ را نیز محدود می کند. مقدار اول از 2 N تجاوز نمی کند و دومی - بیش از 0.2 میکرومتر. در نارنجی، تنها عمق ادغام شاخص تنظیم می شود - کمتر از 0.2 میکرومتر. نتیجه نانوسختی ماده را نشان می‌دهد.
پارامترهای اندازه گیری در درجه اول به بار اعمال شده به شاخص بستگی دارد. این وابستگی حتی یک نام خاص دریافت کرد - اثر اندازه، به زبان انگلیسی - اثر اندازه تورفتگی. ماهیت اثر اندازه را می توان با شکل شاخص تعیین کرد. کروی - سختی با افزایش بار افزایش می یابد، بنابراین، این اثر اندازه معکوس می شود. هرم ویکرز یا برکوویچ سختی را با افزایش بار کاهش می دهد (در اینجا، اثر اندازه معمول یا مستقیم). مخروط کره ای که برای روش راکول استفاده می شود، نشان می دهد که افزایش بار ابتدا منجر به افزایش سختی می شود و سپس با وارد شدن قسمت کروی،در حال کاهش.
مواد و روش های اندازه گیری
سخت ترین مواد موجود در حال حاضر دو تغییر کربن است: لونسدالیت که نصف سختی الماس است و فولریت که دو برابر سخت تر از الماس است. استفاده عملی از این مواد تازه شروع شده است، اما در حال حاضر، الماس سخت ترین آنها است. با کمک آن است که سختی تمام فلزات ثابت می شود.
روشهای تعیین (محبوب‌ترین) در بالا ذکر شد، اما برای درک ویژگی‌های آنها و درک ماهیت، باید موارد دیگری را در نظر بگیرید که می‌توان آنها را به طور مشروط به پویا، یعنی پرکاشن و استاتیک تقسیم کرد. قبلا در نظر گرفته شده اند. روش اندازه گیری در غیر این صورت مقیاس نامیده می شود. لازم به یادآوری است که محبوب ترین آنها هنوز مقیاس برینل است، که در آن سختی با قطر اثر اندازه گیری می شود، که باعث می شود یک توپ فولادی در سطح ماده فشرده شود.
تعیین عدد سختی
روش برینل (GOST 9012-59) به شما این امکان را می دهد که عدد سختی را بدون واحدهای اندازه گیری یادداشت کنید و آن را HB نشان دهید که در آن H سختی (سختی) و B خود برینل است. مساحت یک اثر به عنوان بخشی از یک کره اندازه گیری می شود، نه مساحت یک دایره، به عنوان مثال، مانند مقیاس مایر. متمایز شدن روش راکول این است که با تعیین عمق یک توپ الماس یا مخروط وارد شده به مواد، سختی بدون بعد است. HRA، HRC، HRB یا HR تعیین شده است. فرمول سختی محاسبه شده به این صورت است: HR=100 (130) - kd. در اینجا d عمق فرورفتگی و k ضریب است.
سختی ویکرز می تواند باشدبا اثری که توسط یک هرم چهار وجهی فشرده شده در سطح ماده، در رابطه با باری که به هرم وارد می‌شود، تعیین می‌شود. ناحیه اثر یک لوزی نیست، بلکه بخشی از ناحیه هرم است. واحدهای ویکرز باید به عنوان kgf بر میلی متر 2 در نظر گرفته شوند که با واحد HV نشان داده می شود. همچنین روشی برای اندازه گیری بر اساس Shore (تورفتگی) وجود دارد که بیشتر برای پلیمرها استفاده می شود و دارای دوازده مقیاس اندازه گیری است. ترازوهای Asker مربوط به Shore (اصلاح ژاپنی برای مواد نرم و الاستیک) از بسیاری جهات شبیه به روش قبلی هستند، فقط پارامترهای دستگاه اندازه گیری متفاوت است و از شاخص های مختلفی استفاده می شود. روش دیگر طبق Shore - با ریباند - برای مواد با مدول بالا، یعنی مواد بسیار سخت. از اینجا می توان نتیجه گرفت که تمام روش هایی که سختی یک ماده را اندازه گیری می کنند به دو دسته دینامیک و استاتیک تقسیم می شوند.
ابزار و لوازم
دستگاه هایی برای تعیین سختی، سختی سنج نامیده می شوند، اینها اندازه گیری های ابزاری هستند. آزمایش به طرق مختلف بر یک شی تأثیر می گذارد، بنابراین روش ها می توانند مخرب یا غیر مخرب باشند. هیچ رابطه مستقیمی بین همه این مقیاس‌ها وجود ندارد، زیرا هیچ یک از روش‌ها ویژگی‌های اساسی ماده را به طور کلی منعکس نمی‌کنند.
با این وجود، جداول به اندازه کافی تقریبی ساخته شده است، که در آن مقیاس ها و روش های مختلف برای دسته بندی مواد و گروه های فردی آنها به هم متصل شده اند. ایجاد این جداول پس از یک سری آزمایش و آزمایش امکان پذیر شد. با این حال، نظریه هایی کهاجازه می دهد یکی از روش های محاسبه از یک روش به روش دیگر منتقل شود هنوز وجود ندارد. روش خاصی که توسط آن سختی تعیین می شود معمولاً بر اساس تجهیزات موجود، وظایف اندازه گیری، شرایط اندازه گیری و البته از روی خواص خود ماده انتخاب می شود.
