Um die Härte eines Materials zu bestimmen, wird am häufigsten die Erfindung des schwedischen Ingenieurs Brinell verwendet - eine Methode, die Oberflächeneigenschaften misst und zusätzliche Eigenschaften von Polymermetallen liefert.
Materialbewertung
Dank dieser Entdeckung wird nun der effektivste Einsatz von Kunststoffen evaluiert. Nicht zu harte Kunststoffe werden auf Elastizität und Weichheit geprüft, um als Dichtungs-, Dichtungs- und Polstermaterial eingesetzt zu werden. Die Entwicklung von Brinell ist eine Methode zur Bestimmung der Festigkeit und Härte eines Materials, das in wichtigen Anwendungen dienen wird - in Zahnrädern und Felgen, Lagern unter hoher Belastung, Gewindefittings usw.
Diese Methode liefert die genaueste Einschätzung der Kraft. Der Wert des mit P1B bezeichneten Parameters ist kaum zu überschätzen. Am gebräuchlichsten ist zu diesem Zweck die Entwicklung von Brinell, einem Verfahren, bei dem eine fünf Millimeter dicke Stahlkugel in das Material gepresst wird. Entsprechend der Eindringtiefe der Kugel wird GOST bestimmt.
Geschichte
Im Jahr 1900 schlug der schwedische Ingenieur Johan August Brinell die Methode vor, die er der Welt vorschlugMaterialwissenschaft, berühmt geworden. Es wurde nicht nur nach dem Erfinder benannt, sondern wurde zum am weitesten verbreiteten, standardisierten.
Was ist Härte? Dies ist eine besondere Eigenschaft eines Materials, das keine plastische Verformung durch lokale Kontaktwirkung erfährt, was meistens auf die Einführung eines Indexers (härterer Körper) in das Material zurückzuführen ist.
Wiederhergestellte und nicht wiederhergestellte Härte
Die Brinell-Methode hilft, die wiederhergestellte Härte zu messen, die durch das Verhältnis der Größe der Belastung zum Volumen des Drucks, der Projektionsfläche oder der Oberfläche bestimmt wird. Somit kann die Härte volumetrisch, Projektion und Oberfläche sein. Letzteres wird bestimmt durch das Verhältnis: Belastung zur Fläche des Aufdrucks. Die Volumenhärte wird durch das Verhältnis der Ladung zu ihrem Volumen gemessen, und die Projektionshärte ist die Belastung der Projektionsfläche, die der Abdruck hinterlassen hat.
Die nicht wiederhergestellte Härte nach der Brinell-Methode wird nach den gleichen Parametern bestimmt, nur die Widerstandskraft wird zur Hauptmessgröße, deren Verhältnis zur Oberfläche, zum Volumen oder zur Projektion durch den im Material eingebetteten Index angezeigt wird. Die Volumen-, Projektions- und Oberflächenhärte wird auf die gleiche Weise berechnet: durch das Verhältnis der Widerstandskraft entweder zur Oberfläche des eingebetteten Teils des Index oder zu seiner Projektionsfläche oder zum Volumen.
Härtebestimmung
Die Fähigkeit, plastischer und elastischer Verformung zu widerstehen, wenn sie einem härteren Material ausgesetzt wirdDer Index ist eine Bestimmung der Härte, dh es handelt sich tatsächlich um eine Eindruckprüfung des Materials. Die Brinell-Härtemethode ist ein Maß dafür, wie tief ein Induktor in ein Material eingedrungen ist. Um den genauen Wert der Härte eines bestimmten Materials zu kennen, ist es notwendig, die Eindringtiefe zu messen. Dazu gibt es die Brinell- und Rockwell-Methode, die Vickers-Methode wird seltener verwendet.
Wird bei der Rockwell-Methode direkt die Eindringtiefe der Kugel in das Material bestimmt, messen Vickers und Brinell den Abdruck anhand seiner Oberfläche. Es stellt sich heraus, dass die Druckfläche umso größer ist, je tiefer der Index im Material ist. Absolut alle Materialien können auf Härte getestet werden: Mineralien, Metalle, Kunststoffe und dergleichen, aber die Härte von jedem von ihnen wird durch seine eigene Methode bestimmt.
Wie man einen Weg findet
Die Härtemethode nach Brinell eignet sich sehr gut für inhomogene Materialien, für nicht zu harte Legierungen. Nicht nur die Art des Materials bestimmt die Messmethode, sondern auch die zu bestimmenden Parameter selbst. Die Härte von Legierungen wird sozusagen im Durchschnitt gemessen, da in ihnen Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften nebeneinander existieren. Zum Beispiel Gusseisen. Es hat eine sehr heterogene Struktur, es gibt Zementit, Graphit, Perlit, Ferrit, und daher ist die gemessene Härte von Gusseisen ein Durchschnittswert, bestehend aus der Härte aller Komponenten.
Die Messung der Härte von Metallen nach der Brinell-Methode wird mit einem großen Indexer durchgeführt, damit der Abdruck auf einer größeren Fläche der Probe erh alten wird. Somit ist es unter diesen Bedingungen möglich, auch für Gusseisen einen Wert zu erh alten, der ein Mittelwert für viele und unterschiedliche Phasen ist. Diese Methode eignet sich sehr gut zur Messung der Härte von Legierungen - Gusseisen, Nichteisenmetalle, Kupfer, Aluminium und dergleichen. Diese Methode zeigt den Härtewert von Kunststoffen genau an.
Rockwell-Vergleich
Es ist gut für harte und superharte Metalle, und der resultierende Härtewert wird ebenfalls gemittelt. Die gleiche Stahlkugel oder der gleiche Kegel dient als Indikator, aber zusätzlich wird auch eine Diamantpyramide verwendet. Auch der Eindruck auf dem Material, gemessen nach der Rockwell-Methode, fällt groß aus, und die Härtezahl für verschiedene Phasen wird gemittelt.
Die Brinell- und die Rockwell-Methode unterscheiden sich prinzipiell: Die erste stellt das Ergebnis als Quotient aus Eindringkraft dividiert durch die Fläche der Eindruckfläche dar, während Rockwell das Verhältnis der Eindringtiefe zur Skaleneinheit berechnet das Instrument, das die Tiefe misst. Deshalb ist die Rockwell-Härte praktisch dimensionslos und wird nach Brinell eindeutig in Kilogramm pro Quadratmillimeter gemessen.
Vickers-Methode
Wenn die Probe zu klein ist oder es notwendig ist, ein Objekt zu messen, das kleiner ist als die Größe des Eindringkörperabdrucks, der die Rockwell- oder Brinell-Härte misst, sollten Mikrohärtemethoden verwendet werden, von denen die Vickers-Methode die beliebteste ist. Der Index ist eine Diamantpyramide, und der Abdruck wird von einem optischen System ähnlich einem Mikroskop untersucht und gemessen. Der Durchschnittswert wird ebenfalls bekannt sein, aber die Härte wird daraus berechnetviel kleinerer Bereich.
Wenn der Maßstab des gemessenen Objekts sehr klein ist, wird ein Mikrohärteprüfgerät verwendet, das einen Abdruck in einem separaten Korn, einer Phase, einer Schicht machen kann und die Eindruckbelastung unabhängig ausgewählt werden kann. Die Metallkunde ermöglicht es, mit diesen Methoden sowohl die Härte als auch die Mikrohärte von Metallen zu bestimmen, und die Materialwissenschaft bestimmt auf die gleiche Weise die Mikrohärte und Härte von nichtmetallischen Materialien.
Bereich
Es gibt drei Härtemessbereiche. Im Makrobereich wird die Belastung von 2 N bis 30 kN geregelt. Der Mikrobereich begrenzt nicht nur die Belastung des Indexers, sondern auch die Eindringtiefe. Der erste Wert überschreitet nicht 2 N und der zweite - mehr als 0,2 μm. Im Nanobereich wird nur die Einarbeitungstiefe des Index reguliert - weniger als 0,2 µm. Das Ergebnis gibt die Nanohärte des Materials an.
Messparameter hängen hauptsächlich von der Last ab, die auf den Index angewendet wird. Diese Abhängigkeit erhielt sogar einen besonderen Namen - der Größeneffekt, zu Deutsch - Einrückungsgrößeneffekt. Die Art des Größeneffekts kann durch die Form des Index bestimmt werden. Sphärische Härte nimmt mit zunehmender Belastung zu, daher wird dieser Größeneffekt umgekehrt. Die Vickers- oder Berkovich-Pyramide verringert die Härte mit zunehmender Belastung (hier der übliche oder direkte Größeneffekt). Die Kegel-Kugel, die für das Rockwell-Verfahren verwendet wird, zeigt, dass eine Erhöhung der Belastung zuerst zu einer Erhöhung der Härte führt, und dann, wenn der kugelförmige Teil eingeführt wird,abnehmend.
Materialien und Messmethoden
Die derzeit härtesten Materialien sind zwei Kohlenstoffmodifikationen: Lonsdaleit, das halb so hart wie Diamant ist, und Fullerit, das doppelt so hart wie Diamant ist. Die praktische Anwendung dieser Materialien steht noch am Anfang, aber im Moment ist Diamant das härteste der gebräuchlichen. Mit ihrer Hilfe wird die Härte aller Metalle festgestellt.
Bestimmungsmethoden (die beliebtesten) wurden oben aufgeführt, aber um ihre Merkmale zu verstehen und das Wesentliche zu verstehen, müssen Sie andere berücksichtigen, die bedingt in dynamisch, dh Percussion, und statisch, die unterteilt werden können wurden bereits berücksichtigt. Die Messmethode wird auch als Skala bezeichnet. Es sei daran erinnert, dass die Brinell-Skala am beliebtesten ist, bei der die Härte anhand des Durchmessers des Abdrucks gemessen wird, der eine Stahlkugel hinterlässt, die in die Oberfläche des Materials gedrückt wird.
Bestimmung der Härtezahl
Mit der Brinell-Methode (GOST 9012-59) können Sie die Härtezahl ohne Maßeinheiten aufschreiben und sie mit HB bezeichnen, wobei H Härte (Härte) und B Brinell selbst ist. Die Fläche eines Abdrucks wird als Teil einer Kugel gemessen, nicht die Fläche eines Kreises, wie es beispielsweise die Meyer-Skala tut. Das Rockwell-Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass durch die Bestimmung der Tiefe einer in das Material eingedrungenen Diamantkugel oder eines Diamantkegels die Härte dimensionslos ist. Es wird als HRA, HRC, HRB oder HR bezeichnet. Die errechnete Härteformel sieht so aus: HR=100 (130) - kd. Dabei ist d die Eindringtiefe und k der Koeffizient.
Vickers-Härte kann seinbestimmt durch den Eindruck, den eine tetraedrische Pyramide hinterlässt, die in die Oberfläche des Materials gedrückt wird, in Bezug auf die Belastung, die auf die Pyramide ausgeübt wird. Die Fläche des Abdrucks ist keine Raute, sondern Teil der Fläche der Pyramide. Vickers-Einheiten sollten als kgf pro mm2 betrachtet werden, angegeben durch die HV-Einheit. Es gibt auch eine Messmethode nach Shore (Einkerbung), die häufiger für Polymere verwendet wird und zwölf Messskalen hat. Shore-entsprechende Asker-Skalen (japanische Abwandlung für weiche und elastische Materialien) ähneln in vielerlei Hinsicht dem bisherigen Verfahren, nur die Parameter des Messgeräts sind anders und es werden andere Indizes verwendet. Ein weiteres Verfahren nach Shore – mit Rückprall – für hochmodulige, also sehr harte Materialien. Daraus können wir schließen, dass alle Methoden, die die Härte eines Materials messen, in zwei Kategorien eingeteilt werden – dynamisch und statisch.
Werkzeuge und Geräte
Geräte zur Bestimmung der Härte nennt man Härteprüfer, das sind instrumentelle Messungen. Das Testen wirkt sich auf unterschiedliche Weise auf ein Objekt aus, sodass Methoden destruktiv oder nicht destruktiv sein können. Zwischen all diesen Skalen besteht kein direkter Zusammenhang, da keine der Methoden die grundlegenden Eigenschaften des Materials als Ganzes widerspiegelt.
Dennoch sind hinreichend approximative Tabellen erstellt worden, in denen Skalen und unterschiedliche Methoden für Materialkategorien und deren einzelne Gruppen miteinander verbunden sind. Die Erstellung dieser Tabellen wurde nach einer Reihe von Experimenten und Tests möglich. Allerdings Theorien, dassermöglicht, dass eine der Berechnungsmethoden von einer Methode zur anderen wechselt, existiert noch nicht. Die konkrete Methode zur Bestimmung der Härte richtet sich in der Regel nach den zur Verfügung stehenden Geräten, Messaufgaben, Messbedingungen und natürlich nach den Materialeigenschaften selbst.
