Hydratool.ru

Журнал "ГидраТул"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Способы измерения твёрдости металла, резины, бетона

Способы измерения твёрдости металла, резины, бетона

Единого общепринятого определения термина «ТВЁРДОСТЬ» не существует поскольку методы определения этой метрологической величины настолько разнообразны, что нет возможности их объединить в одной фразе или описании. При этом даже для одного типа материала (напр. металлов) методов определения твердости существует более 5… Также именно по этой причине приборы для измерения твёрдости именуются не только твердомерами, но и другими названиями, указывающими на метод или материал измерения: дюрометр (для резин), склерометр (для минералов) и т.д.

Лаборатория НТЦ «Эксперт» оказывает услуги по измерению твердости различных деталей. Лаборатория укомплектована твердомерами различных типов и имеет аттестованных специалистов II уровня. По результатам измерений выдается заключение лаборатории неразрушающего контроля или заключение метрологической службы по выбору заказчика. Мы работаем с юридическими и физическими лицами. Проведение работ возможно как лабораторно, так и с выездом.

Твёрдость минералов

Шкала твёрдости минералов Мооса (склерометры царапающие) – метод определения твёрдости минералов путём царапания одного минерала другим минералом для сравнительной диагностики твёрдости минералов между собой по системе мягче-твёрже. Испытываемый минерал либо не царапается другим минералом (эталоном Мооса или склерометром) и тогда его твёрдость по Моосу выше, либо царапается — и тогда его твёрдость по Моосу ниже.

Типы исследуемых материалов:

  • минералы (природные и искусственные), в т.ч. измеряется твёрдость камней горных пород
  • бетон и другие строительные материалы: твёрдость искусственных камней, плитки, стекла и др.

Молотки Шмидта (склерометры-молотки) – метод определения твёрдости и прочности на сжатие без разрушения строительный материалов: бетона, кирпичей, строительного раствора и пр. Оценка материалов происходит по предварительно установленной градуировочной зависимости между прочностью эталонных образцов и значением отскока бойка молотка Шмидта от поверхности материала.

Типы исследуемых материалов:

  • бетон
  • кирпич
  • строительный раствор
  • природные камни и горные породы

Твёрдость металлов

Твёрдость металлов – наиболее глубоко изученное и стандартизированное международной практикой измерение твёрдости. Наиболее распространены следующие методы:

Измерение твёрдости металлов по Бринеллю (твердомеры)

Один из старейших методов, твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Обозначается HB, где H — Hardness (твёрдость, англ.), B — Brinell (Бринелль, англ.)

Измерение твёрдости металлов по Роквеллу (твердомеры)

Это самый распространённый из методов начала XX века, твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания металлического шарика или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Обозначается HR, где H — Hardness (твёрдость, англ.), R — Rockwell (Роквелл, англ.), а 3-й буквой идёт обозначение типа шкалы, напр. HRA, HRB, HRC и т.д.

Измерение твёрдости металлов по Виккерсу (твердомеры и микротвердомеры)

Самая широкая по охвату шкала, твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Обозначается HV, где H — Hardness (твёрдость, англ.), V — Vickers (Виккерс, англ.).

Измерение твёрдости металлов по Шору (твердомеры и склероскопы)

Данный метод крайне редко используется, твёрдость определяется по высоте отскока бойка от поверхности. Обозначается HS, где H — Hardness (твёрдость, англ.), S — Shore (Шор, англ.), а 3-й буквой идёт обозначение типа шкалы, напр. HSD

Читайте так же:
Как сделать адаптер на мотоблок нева

Измерение твёрдости металлов по Либу (твердомеры)

Это самый широко применяемый на сегодня метод в мире, твёрдость определяется как отношение скоростей до и после отскока бойка от поверхности. Обозначается HL, где H — Hardness (твёрдость, англ.), L — Leeb (Либ, англ.), а 3-й буквой идёт обозначение типа датчика, напр. HLD, HLC и т.д.

Твёрдость резины

Определить твердость резины сегодня можно несколькими методами:

Измерение твёрдости резины по Шору (твердомеры и дюрометры)

Самый широко применяемый на сегодня метод в мире, твёрдость резины определяется по глубине проникновения в материал специальной закаленной стальной иглы (индентора) под действием калиброванной пружины. Твёрдость резины обозначается в международной практике как H, где H — Hardness (твёрдость, англ.), а 2-й буквой идёт обозначение типа шкалы, напр. HA, HB, HC, HD и т.д., в практике России пишется как «твёрдость по Шору тип А» или «твёрдость по Шору тип D».

Измерение твёрдости по Аскеру (твердомеры и дюрометры)

Это национальный японский метод, сходный с методом измерения твёрдости резины по Шору, но отличающийся от него типом инденторов, пружин и пр. Твёрдость резины обозначается в международной практике как Asker (Аскер, англ.), а далее идёт обозначение типа шкалы, напр. Asker С, Asker D и т.д. В России не применяется.

Измерение твёрдости по Роквеллу (твердомеры)

В этом случае используется стандартный твердомер Роквелла для измерения твёрдости металлов, но вместо индентора-конуса используются инденторы со стальными шариками. Твёрдость резины обозначается HR, где H — Hardness (твёрдость, англ.), R — Rockwell (Роквелл, англ.), а 3-й буквой идёт обозначение типа шкалы, напр. HRP, HRL, HRM или HRE.

Как измерить твердость материала с помощью твердомера по Бринеллю

Как измерить твердость материала с помощью твердомера по Бринеллю

Испытания на твердость — это широко используемый метод определения способности материала сопротивляться упругой деформации, пластической деформации и (или) разрушению в поверхностном слое. Измерение твердости является одним из широко распространенных видов механических испытаний металлов.

Испытания на твердость производятся быстро и не требуют сложных образцов. Кроме того, данные испытаний на твердость позволяют в некоторых случаях судить о других механических свойствах металлов (например, о пределе прочности). Поэтому испытания на твердость широко применяются на практике.

В настоящее время доступно множество традиционных методов для проверки твердости материала. Они включают в себя тесты на царапины или тестирование поверхностей материалов алмазами. С наступлением глобальной индустриализации и цифровой эпохи эти методы больше не применимы, поскольку существует потребность в более эффективных и экономящих время методах. Поэтому разрабатываются более совершенные методы и устройства для испытания материалов. Измерение твердости вдавливанием — один из самых простых и надежных методов определения твердости материала. Твердость измеряется путем нагружения индентора определенной геометрии и свойств на испытуемый материал в течение определенного времени. Измерения проводят либо по глубине проникновения, либо по размерам полученного оттиска или вдавливания.

Например, твердомер по Бринеллю представляет собой устройство для испытания материалов, в котором используется очень высокая постоянная нагрузка или сила, которые обычно составляют от 500 до 3000 кгс. Силы следует прикладывать к поверхности материала в течение 10–30 секунд с помощью шарика из карбида вольфрама диаметром 5 или 10 мм.

Читайте так же:
Для чего нужны конденсаторы в электродвигателе

Измерение твердости по методу Бринелля — это испытание в основном предназначено для испытания крупных деталей, таких как трубы большого диаметра, поковки и отливки двигателей, поскольку они имеют зернистую структуру, слишком грубую для других методов испытаний.

Метод испытания на твердость по Бринеллю

При практическом определении твердости разными методами нагрузку P по настоящее время принято задавать в кгс.

При определении твердости этим методом стальной шарик определенного диаметра D вдавливают в тестируемый образец под действием нагрузки Р, приложенной перпендикулярно к поверхности образца, в течение определенного времени (Рис. 1).

После снятия нагрузки измеряют диаметр отпечатка d. Число твердости по Бринеллю обозначается буквами НВ, и его определяют путем деления нагрузки Р на площадь поверхности сферического отпечатка F.

Рисунок 1- Схема измерения твердости по Бринеллю

Для удобства имеются таблицы чисел твердости по Бринеллю и зависимости от диаметра шарика D, диаметра отпечатка d и нагрузки Р.

Например, при испытании сталей и чугунов при диаметре шарика D = 10 мм нагрузка должна быть 3000 кгс, а время выдержки под нагрузкой 10. 15 с. Число твердости в этом случае обозначается цифрами со стоящим после них символом НВ (например, 250 НВ). Иногда после букв НВ указывают условия испытаний — НВ D/P/τ, например: 250 НВ 5/750/25 — твердость по Бринеллю 250, полученная при диаметре шарика D = 5 мм, нагрузке Р = 750 кгс и времени выдержки под нагрузкой т = 25 с.

Измерение твердости по Бринеллю не рекомендуется применять для стали с твердостью более 450 НВ, а для цветных металлов более 200 НВ. Для определения твердости обычно используют уравнение (1).

В приведенном выше уравнении BHN = число твердости по Бринеллю. Число увеличивается с более твердыми материалами.

P=приложенная нагрузка D=диаметр индентора d = диаметр вдавливания

Следует отметить, что ошибки измерения могут возникать даже при выполнении измерений в идеальных условиях. Это может быть из-за различий в операторах, выполняющих измерения, или из-за человеческих ошибок. Для решения этих проблем разработаны автоматические оптические прицелы Бринелля на базе компьютера. Эти оптические прицелы последовательно анализируют вдавливание, используя программное обеспечение для обработки изображений и программу анализа со сканированием видео высокого разрешения. Размер отступа определяется измерением двух диагоналей круглого отступа.

Преимущества измерения твердости по Бринеллю

Измерение твердости по Бринеллю имеет много преимуществ по сравнению с другими методами.

Широкая сфера применения

Данный метод широко используется в машиностроении и металлургии, поскольку с его помощью можно контролировать почти все металлы. В то время как другие испытания полагаются только на установленную нагрузку для испытания металла, независимо от того, является ли он хрупким или твердым, испытание на твердость по Бринеллю позволяет операторам выбрать подходящую испытательную нагрузку и размер шара в зависимости от типа металла, подлежащего испытанию. Испытание на твердость по Бринеллю обычно носит неразрушающий характер, поскольку в испытании используется сфера для равномерного распределения давления по поверхности материала. Это упрощает измерение твердости относительно больших испытательных поверхностей.

Читайте так же:
Как шуруповерт подключить на 220 вольт

Точность и легкость измерения

Измерения твердости материала заключается в том, что вычисленные значения числа твердости по Бринеллю с постоянными значениями, используемыми для конкретного материала, упрощают расчет прочности на разрыв этого материала. Поскольку вмятину наблюдают под микроскопом, результаты получаются очень точными и надежными.

Если Вы хотите получить дополнительную информацию от наших специалистов по стационарному твердомеру по Бринеллю UIT HBW-1 или же определить твердость изделий по методам Бринелля, Виккерса или Роквелла, оставьте свои контактные данные ниже:

Методы измерения твердости материалов

Методы измерения твердости материалов

Твердость является одним из важнейших свойств материала, которое характеризует его способность противостоять проникновению другого тела. Основным методом экспериментального определения твердости является вдавливание в материал эталонного образца из очень твердого вещества, например, легированной стали или алмаза. Твердомер или склерометр — это приборы для изменения количественного значения твердости вещества.

История приборов измерения

Первая шкала твердости, основанная на способности более твердых материалов царапать менее твердые (шкала Мооса) была предложена еще в начале XIX века. Она содержит десять градаций твердости, которые соответствуют твердости десяти эталонных минералов, от наименее твердого талька до наиболее твердого алмаза. Каждый минерал, расположенный между двумя другими по этой шкале, может царапать менее твердый из них и царапается более твердым.

Такая шкала не позволяет получить абсолютные значения твердости, поэтому в лабораторных условиях используют относительно точные инструментальные методы. При этом, благодаря своей доступности и максимально широкому диапазону материалов, шкала Мооса до сих пор имеет важное практическое значение в минералогии.

Для определения количественных показателей твердости в первой половине двадцатого столетия было разработано несколько методик, ориентированных на различные группы материалов.

твердомер

Метод Янка служит для определения твердости древесины. Количественно твердость считается равной силе, которую нужно приложить для вдавливания эталонного металлического шарика в материал наполовину.

Метод Виккерса используется для измерения твердости сплавов по глубине вдавливания в поверхность материала алмазной пирамидки.

Метод Бринелля позволяет измерять «твердость металлов» по диаметру углубления, которое оставляет на поверхности образца эталонный твердосплавный шарик при вдавливании под нагрузкой от 1 до 3000 кгс.

Метод Роквелла определяет твердость по глубине проникновения эталонного образца (алмазный конус или шарик из карбида вольфрама) под эталонной нагрузкой.

Наиболее широкое применение на практике нашли методы и приборы, разработанные Альбертом Шором (твердость по Шору). Для определения твердости относительно мягких материалов (пластмассы, резины, силикон) используется дюрометр Шора, который определяют твердость по глубине вдавливания эталонного индентора. Для разных типов материалов существует несколько сходных методик и шкал (A, B, C, D). Переход от одной шкалы к другой возможен с помощью специальных таблиц.

Склероскоп Шора, или твердомер динамический, используется для измерения твердости очень твердых материалов по высоте отскока специального бойка с алмазным или твердосплавным наконечником. В современных склероскопах для вывода значений твердости используется электронные индикаторы. Хотя метод не считается достаточно точным, он очень удобен для оперативного замера в заводских условиях твердости закаленной стали.

Читайте так же:
Как проверить работоспособность батарейки мультиметром

Техдиагностика-приборы неразрушающего контроля: твердомеры, профилометры, толщиномеры.

Измерительное и лабораторное оборудование

Одной из наиболее распространенных характеристик, определяющих качество металлов и сплавов, возможность их применения в различных конструкциях и при различных условиях работы, является твёрдость. Твёрдость – свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более твёрдого тела — индентора. Обычно испытания на твердость производятся чаще, чем определение других механических характеристик металлов: деформации, прочности, относительного удлинения, пластичности и прочее.

Твердостью материала называют способность оказывать сопротивление механическому проникновению в его поверхностный слой другого твердого тела. Для определения твердости в поверхность материала с определённой силой вдавливается тело (индентор*), выполненное в виде стального шарика, алмазного конуса, пирамиды или иглы. По размерам получаемого на поверхности отпечатка судят о твердости материала. Таким образом, под твердостью понимают сопротивление материала местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого тела – индентора. В зависимости от способа измерения твердости материала, количественно ее характеризуют числами твердости по Бринеллю (НВ), Роквеллу (HRC) или Виккерсу(HV).

Существует несколько способов измерения твердости, различающихся по характеру воздействия наконечника. Твердость можно измерять вдавливанием индентора (способ вдавливания), ударом или же по отскоку наконечника – шарика. Твердость, определенная царапаньем, характеризует сопротивление разрушению, по отскоку – упругие свойства, вдавливанием — сопротивление пластической деформации. Перспективным и высокоточным методом является метод непрерывного вдавливания, при котором записывается диаграмма перемещения, возникающего при внедрении индентора, с одновременной регистрацией усилий. В зависимости от скорости приложения нагрузки на индентор твердость различают статическую (нагрузка прикладывается плавно) и динамическую (нагрузка прикладывается ударом).

Таблица 1 – Особенности различных методов измерения твердости.

Далее, мы кратко рассмотрим классические методы измерения твердости металлов:

Твердость по методу Бринелля (ГОСТ 9012-59) измеряют вдавливанием в испытываемый образец стального шарика определенного диаметра под действием заданной нагрузки в течение определенного времени. В результате вдавливания шарика на поверхности образца получается отпечаток (лунка). Число твердости по Бринеллю, обозначаемое HB (при применении стального шарика для металлов с твердостью не более 450 единиц) или HBW (при применении шарика из твердого сплава для металлов с твердостью не более 650 единиц).
Для измерения твердости по методу Бринелля, в нашем каталоге представлен современный стационарный твердомер TH-600 и HB-3000B— более улучшенный твердомер, может быть использован для определения твердости закаленных и незакаленных сталей, чугуна, цветных сплавов, мягких материалов для вкладышей подшипников. Все твердомеры сертифицированы в РФ и могут быть применены на производстве.

Твердость по методу Роквелла — твердость, определяемая разностью между условной максимальной глубиной проникновения индентора и остаточной глубиной его внедрения под действием основной нагрузки, после снятия этой нагрузки, но при сохранении предварительной нагрузки. При этом методе индентором является алмазный конус или стальной закаленный шарик. В отличие от измерений по методу Бринелля твердость определяют по глубине отпечатка, а не по его площади. Глубина отпечатка измеряется в самом процессе вдавливания, что значительно упрощает испытания. Нагрузка прилагается последовательно в две стадии (ГОСТ 9013-59): сначала предварительная, обычно равная 10 кгс (для устранения влияния упругой деформации и различной степени шероховатости), а затем основная.

Читайте так же:
В каких приборах есть золото

Твердомер Роквелла TH-320 измеряет разность между глубиной отпечатков, полученных от вдавливания наконечника под действием основной и предварительной нагрузок.

При измерении твердости методом Роквелла необходимо, чтобы на поверхности образца не было окалины, трещин, выбоин и др. Необходимо контролировать перпендикулярность приложения нагрузки и поверхности образца и устойчивость его положения на столике прибора. Расстояние отпечатка должно быть не менее 1,5 мм при вдавливании конуса и не менее 4мм при вдавливании шарика. Толщина образца должна не менее чем в 10 раз превышать глубину внедрения наконечника после снятия основной нагрузки. Твердость следует измерять не менее 3 раз на одном образце, усредняя полученные результаты.

Твердость по методу Виккерса в поверхность материала вдавливается алмазная четырехгранная пирамида с углом при вершине равным 136 градусов. После снятия нагрузки вдавливания измеряется диагональ отпечатка. Число твердости по Виккерсу HV подсчитывается как отношение нагрузки к измеренному значению диагонали отпечатка:
Число твердости по Виккерсу обозначается символом HV с указанием нагрузки и времени выдержки под нагрузкой, причем размерность числа твердости (кгс/мм2) не ставится. Продолжительность выдержки индентора под нагрузкой принимают для сталей 10 – 15 с, а для цветных металлов – 30 с.

При измерении твердости по Виккерсу должны быть соблюдены следующие условия:
• плавное возрастание нагрузки до необходимого значения;
• обеспечение перпендикулярности приложения действующего усилия к испытуемой поверхности;
• поверхность испытуемого образца должна иметь шероховатость не более 0,16 мкм;
• поддержание постоянства приложенной нагрузки в течение установленного времени;
• расстояние между центром отпечатка и краем образца или соседнего отпечатка должно быть не менее 2,5 длины диагонали отпечатка;
• минимальная толщина образца должна быть для стальных изделий больше диагонали отпечатка в 1,2 раза; для изделий из цветных металлов – в 1,5 раза.
Преимущество метода Виккерса по сравнению с методом Бринелля заключается в том, что методом Виккерса можно испытывать материалы более высокой твердости из-за применения алмазной пирамиды.

В нашем каталоге представлена целая линейка стационарных твердомеров по методу Виккерса: HV-10, HV-30 и HV-50.
Твердомеры серии HV представляют собой механические твердомеры, обладающие высокой точностью и удобством в эксплуатации и обслуживании. Данные твердомеры широко применяются на производстве, в научно-исследовательских институтах и лабораториях. Уникальное устройство преобразования и микро окулярное устройство считывания измерений, позволяющие сочетать в приборе легкость использования и высокую точность измерений.

*Индентор (англ. indenter от indent — вдавливать) — изготовленный из алмаза, твёрдого сплава или закаленной стали наконечник прибора, используемого для измерения твёрдости. Иногда инденторами (Nanoindenter) называют сами приборы для измерения нанотвердости.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector