Kaj je trdota? Označevanje in določanje trdote. T

Vsi vemo, da ima vsak material na zemlji različne lastnosti: fizikalne, kemične, mehanske, tehnološke, operativne in mnoge druge. Tu lahko pripišemo tudi trdoto. Vse skupaj nam omogočajo, da vnaprej določimo njihovo uporabo na določenem področju človeške dejavnosti. Toda kaj je trdota? kovine, zlitine ali kakšen drug material? Med drugimi lastnostmi je to najbolj zanimivo, saj ni jasne opredelitve.

Kaj je trdota?

Trdota vsakega materiala je njena pomembna značilnost, saj je od nje odvisna vzdržljivost in trajnost izdelanih konstrukcij. In ker ni jasne definicije, se lahko sam izraz »dešifrira«, saj je to lastnost materiala, da se upre prodoru drugega telesa (instrumenta) v to. Ta funkcija vam omogoča ocenjevanje kakovosti mnogih objektov:

• kovine (zlitine);
• keramika;
• les;
• plastika;
• kamen;
• grafit.

Poleg tega trdota vpliva na stopnjo obdelave materiala. To pomeni, da je težje delo, težje je delati z njim. Prav tako je tudi obratno. Zato je pridelovanje lesa pri izdelavi raznih obrtov prijetno.

Različni strokovnjaki imajo svoj koncept trdote. Na primer, na področju mineralogije ta definicija pomeni odpornost enega materiala na pojav prask pri izpostavljenosti drugemu predmetu.

V metalurgiji je nekoliko drugače razumeti, kaj je trdota - odpornost na plastično deformacijo. Toda osnovna definicija, na katero se nanaša večina strokovnjakov katerega koli poklica, je že podana na samem začetku oddelka.

Toda trdota se lahko kaže na različne načine:

• togost;
• odpornost:
• praskanje;
• abrazijo;
• rezanje;
• deformacija:
• zavoj;
• kink;
• sprememba oblike.

Višja kot je trdota, večja je stopnja odpornosti materiala. Na podlagi takšnih raznovrstnih manifestacij te lastnine obstajajo različni načini merjenja.

Načini za merjenje trdote

Preizkus trdote se opravlja pogosteje kot določanje vseh drugih lastnosti materialov - trdnosti, relativnega raztezka in drugih. Obstaja več načinov, kako ugotoviti, kako trdo jeklo ali kateri koli drug mineral je. Vse pa temeljijo na splošnem načelu: testni vzorec je prizadet z drugim predmetom, pri čemer se uporabi določen pritisk. Lahko je krogla, piramida, udarec.

Trdota je določena z globino penetracije in indikatorji tlaka. Minimalni napor in velika globina govorita o nizkih lastnostih materiala. Ekvivalenten in obratno, velik napor in majhna globina - trdota je visoka.

V tem primeru so lahko preskusi dveh glavnih vrst:

• Statično.
• Dinamično.

Če pride stik med preskusnim vzorcem in predmetom v določenem časovnem obdobju, je preskus statičen. V nasprotnem primeru je to dinamičen način določanja trdote.

Trenutno določamo trdoto uporabljenih materialov:

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

Izbira posameznega testa je odvisna od specifične uporabe delov, zahtevane natančnosti rezultata in sposobnosti reprodukcije raziskav pod različnimi pogoji.

Vickersov način

Kaj je trdota po Vickersu? Bistvo te tehnike je stiskanje piramide iz diamanta v vzorec. V piramidnem indenterju mora biti razmerje stranic strogo določeno. Kot rezultat preskusa na preskusnem vzorcu ostane vtis v obliki romba, včasih pa je lahko nepravilne oblike.

Trdota je označena z dvema latinskima črkama - HV - in je nastavljena glede na diagonalno vrednost nastalega romba. Včasih se uporablja aritmetična sredina obeh diagonal.

Oprema, s katero se meri trdota po Vickersu, je statičnega tipa in je lahko stacionarna ali prenosna. V tem primeru se postopek izvede na naslednji način:

• Vzorec se postavi na delovno površino opreme s pregledano površino navzgor. Nato se skupaj z mizo dvigne do svetlobnega stika z delovno konico.
• S pomočjo časovnega releja se nastavi posebna ura izpostavljenosti, po kateri ostane spuščanje vzvoda, ki aktivira polnilni mehanizem. Ob koncu preskusnega časa se obremenitev odstrani iz dela in konica se vrne v prejšnji položaj.
• Oprema je opremljena z mikroskopom za branje, zato morate po zaključku operacije razširiti tabelo z vzorcem in izmeriti diagonalo tiska.

V nekaterih primerih je trdota jekla ali katerega koli drugega materiala po tej metodi označena z vrednostjo obremenitve. Tako oznaka HV ₅₀ 940 na primer kaže, da je trdota enaka 940 enot, kadar je izpostavljena obremenitvi, ki je enaka 50 kg.

Prednosti te preskusne metode so:

• Možno je izmeriti dele s skoraj vsako debelino zaradi majhne površine, ki jo ima indenter (najbolj skrajni položaj).
• Visoka natančnost rezultatov, zaradi idealne stopnje trdote diamantne konice. Posledica tega je, da sam ni podvržen deformacijam.
• Merilno območje je precej široko in je sposobno zajeti razmeroma šibke kovine, kot sta aluminij in baker, ter visoko trdna jekla in zlitine.
• Mogoče je določiti trdoto ene same plasti kovin. Na primer, vzorec je bil podvržen cementacijskemu postopku ali pa je bila kemična sestava spremenjena na delu zaradi površinskega utrjevanja ali dopinga.

Kot kaže praksa, se obseg meritev trdote giblje med 145 in 1000 HV. Za merjenje trdote velike serije vzorcev je na voljo avtomatizirana oprema podjetja Reicherter iz Nemčije, ki ima hidravlični ali elektromehanski pogon. Izračun rezultata se izvede samodejno in nato prikaže na monitorju.

Trdota po Brinellu

Trdota po tej metodi je označena tudi z dvema, toda v drugih črkah - HB - in je tudi statični test. Temperatura pri študiji mora biti v mejah 20 ± 10 ° C. Njegovo bistvo je naslednje: vzorec je stisnjen s kroglo, utrjeno z jeklom. V opremo je vključena tudi druga krogla, ki je izdelana iz volfram-kobalta trda zlitina. To vam omogoča povečanje obsega merjenja trdote.

V skladu s standardom so določeni nekateri pogoji glede trdote Brinella:

• Obremenitev vzorca je v območju od 12,25 do 29420 N.
• Velikost kroglic je 1-10 mm.
• Trajanje izpostavljenosti ne sme presegati 10-15 s.
• Odtis na vzorcu ne sme presegati mejnih vrednosti: 0,2-0,7 D (D je premer krogle).

Postopek merjenja poteka takole:

• Vzorec se postavi na mizo in pritrdi na stop.
• Pogon je nastavljen na želeno vrednost obremenitve, po tem pa se aktivira vreteno.
• Ob koncu postopka delovni vrh zavzame začetni položaj. Na zaslonu si lahko ogledate indikator puščice, ki prikazuje vrednost premera tiskanja. Trdota je nastavljena s pomočjo tabele na okvirju opreme. Če morate spremeniti obremenitev, potem za to obstaja nabor vnovičnih vtičev.

Obstajajo prenosna orodja, ki se dobro uporabljajo na tem področju. Opremljeni so z objemko, na katero je pritrjen vzorec, obremenitev pa nastane z ročajem.

Delovno območje za merjenje trdote zlitin je 8-450 HB, kar ustreza večini jekel in zlitin, ki se uporabljajo pri proizvodnji različnih kovinskih konstrukcij. Vendar je treba preseči zgornjo mejo meritev, saj natančnost ni več resnična, kar je posledica deformacije indenterja. Ne priporočamo uporabe karbidnih kroglic, če je pričakovana trdota 350-450 HB.

Glavna prednost Brinellove metode je sposobnost določanja trdote vročih vzorcev. Hkrati pa je ni mogoče določiti na robovih ali robovih delov ali na tankih vzorcih.

Rockwellova metoda

Črke, ki označujejo trdoto Rockwell, so HR. S to metodo se v vzorec stisne jeklena krogla ali diamantni konus.

Test se izvaja pod naslednjimi pogoji:

• Pred nalaganjem se naloži, kar omogoča, da se izognemo vplivu številnih površinskih dejavnikov: hrapavosti, temperature, hitrosti vstavljanja indentra.
• Proizvaja glavno obremenitev, ki je izračun rezultata.
• Postopek se konča z odstranitvijo tovora.

Če se ta metoda primerja s prejšnjimi metodami za določanje trdote, se tu pojavijo tri lestvice.

• A - označen s HRA, indent - diamantni konus, merilno območje: 60-80 HRA. Velja za zlitine z visoko vsebnostjo ogljika orodna jekla, in trde zlitine.
• B - označena z HRB, krogla, utrjena z indenterjem, merilno območje: 35-100 HRB. Postala je srednje trda in zlitine barvnih kovin.
• C - oznaka HRC, indent - diamantni stožec, merilno območje: 20-90 HRC. Za jeklo srednje trdote.

Pri specifičnih pogojih za izračun trdote, na primer hladno valjane pločevine, se uporablja metoda Super-Rockwell z oznako trdote HRN in HRT.

Oprema je lahko tudi stacionarna in prenosna. V tem primeru se prvi tip krmili z elektromehanskim ali hidravličnim pogonom.

Rockwell meritve so težje izvedljive, saj je treba določiti primarno in nato sekundarno hitrost indenterja. Poleg tega ima diamantna delovna konica obliko stožca, kar se odraža v prejemu rezultata. In določiti velikost rezultatov tiskanja je veliko težje.

Trdota po Shoru

Metoda Shore ima glavno značilnost. Vse zgoraj navedene metode za določanje trdote kovin in drugih materialov so imele skupne pomanjkljivosti - odtis se pojavi na površini obravnavanega vzorca. V tem primeru se preskusni del po potrebi ne more vrniti v sklop ali konstrukcijo. Metoda Shore popolnoma odpravi takšno deformacijo.

Poleg tega se merjenje trdote jekla na primer nanaša že na preskušanje dinamičnega tipa, njegovo bistvo pa je naslednje. Skleroskop (prenosni preizkuševalnik trdote) se vnaša na površino vzorca, ki se preiskuje, znotraj katerega so jekleni žeblji z diamantno konico. Trdota je definirana na naslednji način: če je material mehkejši, bo manjša odskočna razdalja zaradi absorpcije udarca s samim materialom. In če je vzorec težji, večji bo odskok.

Merilno območje je od 30 do 140 HS. Kaljeno visoko ogljikovo jeklo ustreza vrednosti 100 HS. Ker oprema ne poškoduje površine izdelkov, je pomembna za preskušanje tistih delov, ki so vključeni v načrt obstoječe enote ali enote.

Tehnika je enostavna za izvedbo, ocena je opravljena precej hitro in del se lahko ponovno sestavi v vozel. Vse to se lahko obravnava kot glavne prednosti. Vendar pa obstajajo nekatere omejitve.

Lestvica trdote HS nima standarda, vendar obstajajo tabele in grafikoni, ki omogočajo pretvorbo enot na podlagi vrednosti Shore v HV, HR ali HB. Značilnost, kot je Youngov modul, vpliva na razdaljo povratnega udarca. Zato je nemogoče primerjati enote HS različnih materialov.

Poleg tega je trdota SHOR le primerjalna vrednost. Poleg tega je natančnost rezultatov opazno nižja kot pri vseh zgoraj navedenih analogih.

Mohsova lestvica

Nemški znanstvenik Friedrich Moos je leta 1811 predlagal svojo metodo za določanje trdote različnih materialov. Njena lestvica pa vsebuje vrednosti od 1 do 10, ki ustreza najpogostejšim mineralom, začenši s smukcem (najmehkejši kamen) in konča z diamantom (najtežjim).

Sama tehnika je zelo enostavna in temelji na odpornosti vzorca, ki je predmet preiskave. Na primer, predmet B lahko opraska telo C, vendar ne vpliva na del A. Ali nasprotno, material A le rahlo opraska del B, vendar lahko resno poškoduje predmet C.

Kljub temu, da je bila metoda določanja trdote po Mohsovi lestvici predlagana pred nekaj več kot dvema stoletjema, se jo uspešno uporablja še danes. Le dobljeni rezultat daje daleč od popolnih informacij, ker ni absolutnih vrednosti in je nemogoče določiti razmerje po trdoti. Z drugimi besedami, ne moremo reči, kolikokrat je eden od materialov težji ali mehkejši od drugega.

Standardi Mohsove trdote

Kot merilo za določanje trdote po Mohsovi metodi se vzame teh 10 mineralov (dodeljena vrednost bo navedena v oklepajih):

1. Smukec.
2. Sadra.
3. Kalcit.
4. Fluorit.
5. Apatit.
6. Orthoclase.
7. Quartz
8. Topaz.
9. Korund.
10. Diamond

Kaj so ti minerali? V nadaljevanju jih opisujemo na kratko.

Top pet

Smukec je tako mehak, da ga lahko opraskate. Enaka trdota v svinčnikih (natančneje grafit). Lestvica ustreza eni. Mnogim ljudem je to dobro znano, kot je narejeno otroški prašek.

Naslednja trdota je sadra (2), ki je tudi zelo opraskana in ima posebno lastnost. Treba je zdrobiti v prah in zmešati z vodo - dobite ploščo mase, ki se lahko dajo vse oblike. Poleg bele barve so na voljo tudi originalne različice rumenega odtenka.

Na tretjem mestu je kalcit ne po naključju (3). Ne morete ga opraskati s svojim nohtom, vendar je to mogoče z bakrenim kovancem. Enaka stopnja trdote v zlatu in srebru. Njegovo drugo ime je biomineralno in sestoji iz školjk.

Fluorit se drugače imenuje fluorit in se prevaja kot "tekočina". Ne praska s nohtom ali kovancem, kar ne velja za steklo ali običajen nož. Njegova trdota, kot lahko razumete, je - 4.

Na petem mestu je apatit (5), ki je še vedno primeren za praskanje z nožem ali steklom (lapis lazuli se lahko pohvali z isto lastnostjo). S pomočjo tega mineralnega fosforja ali fosforne kisline se ekstrahira.

Druga pet

Šesti na seznamu je orthoclase, ki ne prevzame več stekla, vendar ne more prenesti datoteke. Za industrijo je dragocen vir za proizvodnjo elektrokeramike in porcelana. Opal ima podobno trdoto, le da ga ne moremo uporabiti kot referenco, saj je v njem veliko sort in imajo vse svoje lastnosti moči.

Na sedmem mestu v naši "rating" lastnosti trdote, obstaja dobro znani kremena, ki ustreza njegovemu kazalniku - 7. Veliko ljudi ga pozna kot navadnega peska. Lahko pa je v drugih oblikah: v obliki rock kristala, ahata, ametista.

Med obravnavanimi minerali je najtežje topaz (8). Težko je obdelati in v večini primerov se za to uporablja diamant. Najprej je bil odkrit na otoku Topazios, ki se nahaja v Rdečem morju. Od tod tudi njegovo ime.

Zdi se, da je korund enak trdoti diamantov, vendar so bile njegove lastnosti določene z drugimi tehnikami. In kot rezultat - diamant je veliko težje kot korund (90-180 krat). Rubini in safirji so prav tako enaki tem mineralom in so zaradi svoje trdote idealni za izdelavo brusilnih orodij.

Diamant zapira vseh deset najboljših, katerim od vseh obstoječih mineralov ni enake moči, njegov kazalnik na lestvici trdote pa je zaslužen 10!