Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Механические свойства (прочность, упругость, пластичность, Ккк, твердость, истираемость, хрупкость, ударная прочность) – определение, формулы, единицы измерения, взаимосвязь с другими свойствами, примеры численных значений, методы определения

Механические свойства (прочность, упругость, пластичность, Ккк, твердость, истираемость, хрупкость, ударная прочность) – определение, формулы, единицы измерения, взаимосвязь с другими свойствами, примеры численных значений, методы определения.

Прочность – способность материала сопротивляться разрушению от внутренних напряжений , возникающих под действием внешних сил . Ее оценивают пределом прочности . Единица измерений – кгс / см 2 , МПа . Наиболее часто встречаются : предел прочности при сжатии; прочность на растяжение при изгибе .

Прочность при сжатии равна отношению разрушающей нагрузки P разр . к площади ее приложения — F . Единица измерений прочности – кгс / см 2 , МПа :

Прочность на растяжение при трехточечном изгибе определяется по фор — муле :

Прочность на растяжение при чистом изгибе определяется по формуле :

Упругостью твердого тела называется его свойство деформироваться под нагрузкой и самопроизвольно восстанавливать форму после прекращения внешнего воздействия . Она является обратимой деформацией. Единица измерения – МПа .

Пластичность – это свойство твердого тела изменять свою форму и раз — меры под действием внешних сил без нарушения сплошности структуры . После снятия нагрузки образуется остаточная необратимая деформация .

Для оценки эффективности материала используется формула , связывающая его прочность — R и относительную среднюю плотность – pcр . Этот показатель называется удельной прочностью R уд . или коэффициентом конструктивного качества – KKK:

Хрупкость – это свойство твердого тела разрушаться практически без пластической деформации. Единица измерения – МПа .

Твёрдостью твердого тела или материала называется его способность сопротивляться вдавливанию или царапанию . Для минералов применяется шкала Мооса, которая показывает увеличение твердости по мере возрастания номера минерала в этой шкале . Твёрдость древесины, металлов , керамики , бетона и других материалов определяют , вдавливая в них стальной шарик ( метод Бринелля ), алмазную пирамиду ( методы Роквелла и Виккерса ). Твёрдость определяется нагрузкой, отнесенной к площади отпечатка. Единица измерения – МПа.

Чем выше твердость , тем ниже истираемость строительных материалов . Истираемость – И оценивается потерей первоначальной массы образца мате — риала , отнесенной к площади поверхности истирания и вычисляется по форму — ле , г / см 2 :

Поможем написать любую работу на аналогичную тему

Механические свойства (прочность, упругость, пластичность, Ккк, твердость, истираемость, хрупкость, ударная прочность) – определение, формулы, единицы измерения, взаимосвязь с другими свойствами, примеры численных значений, методы определения.

Механические свойства (прочность, упругость, пластичность, Ккк, твердость, истираемость, хрупкость, ударная прочность) – определение, формулы, единицы измерения, взаимосвязь с другими свойствами, примеры численных значений, методы определения.

Механические свойства (прочность, упругость, пластичность, Ккк, твердость, истираемость, хрупкость, ударная прочность) – определение, формулы, единицы измерения, взаимосвязь с другими свойствами, примеры численных значений, методы определения.

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).

Читайте так же:
Формула для нахождения мощности

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.

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.

Читайте так же:
Нержавеющая сталь состав сплава

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.

Твёрдость

Твёрдость — это способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твёрдого тела — индентора во всем диапазоне нагружения: от момента касания с поверхностью и до вдавливания на максимальную глубину. Существуют методы определения восстановленной и невосстановленной твёрдости.

Метод определения восстановленной твёрдости.

Твёрдость определяется как отношение величины нагрузки к площади поверхности, площади проекции или объему отпечатка. Различают поверхностную, проекционную и объемную твёрдость:

  • поверхностная твёрдость — отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка;
  • проекционная твёрдость — отношение нагрузки к площади проекции отпечатка;
  • объёмная твёрдость — отношение нагрузки к объёму отпечатка.

Метод определения невосстановленной твёрдости.

Твёрдость определяется как отношение силы сопротивления к площади поверхности, площади проекции или объему внедренной в материал части индентора. Различают поверхностную, проекционную и объемную твёрдость:

  • поверхностная твёрдость — отношение силы сопротивления к площади поверхности внедренной в материал части индентора;
  • проекционная твёрдость — отношение силы сопротивления к площади проекции внедренной в материал части индентора;
  • объёмная твёрдость — отношение силы сопротивления к объёму внедренной в материал части индентора.

Твёрдость измеряют в трёх диапазонах: макро, микро, нано. Макродиапазон регламентирует величину нагрузки на индентор от 2 Н до 30 кН. Микродиапазон регламентирует величину нагрузки на индентор до 2 Н и глубину внедрения индентора больше 0,2 мкм. Нанодиапазон регламентирует только глубину внедрения индентора, которая должна быть меньше 0,2 мкм [1] . Часто твердость в нанодиапазоне называют нанотвердостью (nanohardness) [неизвестный термин] [2] .

Измеряемая твердость, прежде всего, зависит от нагрузки, прикладываемой к индентору. Такая зависимость получила название размерного эффекта, в англоязычной литературе — indentation size effect. Характер зависимости твердости от нагрузки определяется формой индентора:

  • для сферического индентора — с увеличением нагрузки твердость увеличивается — обратный размерный эффект (reverse indentation size effect);
  • для индентора в виде пирамиды Виккерса или Берковича — с увеличением нагрузки твердость уменьшается — прямой или просто размерный эффект (indentation size effect);
  • для сфероконического индентора (типа конуса для твердомера Роквелла) — с увеличением нагрузки твердость сначала увеличивается, когда внедряется сферическая часть индентора, а затем начинает уменьшаться (для сфероконической части индентора).

Косвенно твердость также может зависеть от:

  1. Межатомных расстояний.  — чем выше число, тем выше твёрдость. .
  2. Природы химической связи
  3. От направления (например, минерал дистен — его твёрдость вдоль кристалла 4, а поперёк — 7)
  4. Хрупкости и ковкости
  5. Гибкости — минерал легко гнётся, изгиб не выпрямляется (например, тальк)
  6. Упругости — минерал сгибается, но выпрямляется (например, слюды)
  7. Вязкости — минерал трудно сломать (например, жадеит)
  8. Спайности
  9. и ряда других физико-механических свойств материала.
Читайте так же:
Ручная циркулярка из болгарки своими руками

Наиболее твёрдыми из существующих на сегодняшний день материалов являются две аллотропные модификации углерода — лонсдейлит, на 58 % превосходящий по твёрдости алмаз и фуллерит (примерно в 2 раза твёрже алмаза [3] ). Однако практическое применение этих веществ пока маловероятно. Самым твёрдым из распространённых веществ является алмаз (10 единиц по шкале Мооса, см. ниже).

Содержание

Методы измерения твёрдости

Методы определения твёрдости по способу приложения нагрузки делятся на: 1) статические и 2) динамические (ударные).

Для измерения твёрдости существует несколько шкал (методов измерения):

     — твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение усилия, приложенного к шарику, к площади отпечатка (причём площадь отпечатка берётся как площадь части сферы, а не как площадь круга (твердость по Мейеру)); размерность единиц твердости по Бринеллю МПа (кг-с/мм²). Число твердости по Бринеллю по ГОСТ 9012-59 записывают без единиц измерения. Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HB, где H = hardness (твёрдость, англ.), B — Бринелль;  — твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания металлического шарика или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Твёрдость, определённая по этому методу, является безразмерной и обозначается HR, HRB, HRC и HRA; твёрдость вычисляется по формуле HR = 100 (130) − kd, где d — глубина вдавливания наконечника после снятия основной нагрузки, а k — коэффициент. Таким образом, максимальная твёрдость по Роквеллу по шкалам A и C составляет 100 единиц, а по шкале B — 130 единиц.  — твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение нагрузки, приложенной к пирамидке, к площади отпечатка (причём площадь отпечатка берётся как площадь части поверхности пирамиды, а не как площадь ромба); размерность единиц твёрдости по Виккерсу кг-с/мм². Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HV;
  • Методы Шора:
     — твёрдость определяется по глубине проникновения в материал специальной закаленной стальной иглы (индентора) под действием калиброванной пружины [4] . В данном методе измерительный прибор именуется дюрометром. Обычно метод Шора используется для определения твердости низкомодульных материалов (полимеров). Метод Шора, описанный стандартом ASTM D2240, оговаривает 12 шкал измерения. Чаще всего используются варианты A (для мягких материалов) или D (для более твердых). Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается буквой используемой шкалы, записываемой после числа с явным указанием метода.
     — по принципу измерения соответствует методу вдавливания (по Шору). Фирменная и нац. японская модификация метода. Используется для мягких и эластичных материалов. Отличается от классического метода Шора некоторыми параметрами измерительного прибора, фирменными наименованиями шкал и инденторами.
     — метод определения твёрдости очень твёрдых (высокомодульных) материалов, преимущественно металлов, по высоте, на которую после удара отскакивает специальный боёк (основная часть склероскопа — измерительного прибора для данного метода), падающий с определённой высоты [5] . Твердость по этому методу Шора оценивается в условных единицах, пропорциональных высоте отскакивания бойка. Основные шкалы C и D. Обозначается HSx, где H — Hardness, S — Shore и x — латинская буква, обозначающая тип использованной при измерении шкалы. [6][7]
  • Метод Кузнецова — Герберта — Ребиндера — твёрдость определяется временем затухания колебаний маятника, опорой которого является исследуемый металл;
  • Метод Польди (двойного отпечатка шарика) — твердость оценивается в сравнении с твердостью эталона, испытание производится путем ударного вдавливания стального шарика одновременно в образец и эталон (см. иллюстрацию);  — определяется по тому, какой из десяти стандартных минералов царапает тестируемый материал, и какой материал из десяти стандартных минералов царапается тестируемым материалом.
  • Метод Бухгольца — метод определения твердости при помощи прибора «Бухгольца». Предназначен для испытания на твердость (твердость по Бухгольцу) полимерных лакокрасочных покрытий при вдавливании индентора «Бухгольца». Метод регламентируют стандарты ISO 2815, DIN 53153, ГОСТ 22233. [8][9]
Читайте так же:
Споттер для контактной сварки

Методы измерения твёрдости делятся на две основные категории: статические методы определения твёрдости и динамические методы определения твёрдости.

Для инструментального определения твёрдости используются приборы, именуемые твердомерами. Методы определения твердости, в зависимости от степени воздействия на объект, могут относиться как к неразрушающим, так и к разрушающим методам.

Существующие методы определения твёрдости не отражают целиком какого-нибудь одного определённого фундаментального свойства материалов, поэтому не существует прямой взаимосвязи между разными шкалами и методами, но существуют приближенные таблицы, связывающие шкалы отдельных методов для определённых групп и категорий материалов. Данные таблицы построены только по результатам экспериментальных тестов и не существует теорий, позволяющих расчетным методом перейти от одного способа определения твердости к другому.

Конкретный способ определения твёрдости выбирается исходя из свойств материала, задач измерения, условий его проведения, имеющейся аппаратуры и др.

Что такое твердость по Шору полиуретана?

Твердость – это способность оказывать сопротивление внедрению в поверхностные слои другого более упругого тела – индентора. Чтобы выразить эту величину в числовых значениях, необходимо было создать шкалу твердости. Над этим вопросом работало немало ученых. В итоге было создано около десяти универсальных шкал. Каждая имеет свои особенности, предназначена для определенных материалов, выражается в собственных значениях. Одна из них – шкала Шора.

Измерение твердости методом Шора

шины

Альберт Шор жил в двадцатом столетии. Он был промышленником, его предприятие производило низкомодульные материалы. Это вещества, обладающие малой продольной упругостью. При таких характеристиках они являются эластичными без значительного повышения температуры, достаточно даже комнатных показателей. Такими свойствами обладают полимеры, каучуки и продукты его вулканизации, часть разновидностей пластмассы. Таким образом, шкалу твердости Альбер Шор разработал из-за производственной необходимости. Она помогала облегчить труд и с помощью профессиональных продавцов, сделать его предприятие успешнее. И этот способ идеально подходит для определения твердости полиуретана.
Метод Шора – эмпирический. Это означает, что он связан с наблюдениями, проведением опытов, получением выводов на основе восприятия результатов. Показатели, выявленные по этому методу, невозможно точно перевести в другие известные величины твердости, из-за этого шкала Шора является не связанной с фундаментальными характеристиками испытываемого материала.

Но при этом показатели, получаемые с помощью прибора Шора, имеют высокое практическое значение. Их использование широко распространено в различных отраслях. К примеру, автомобилистов интересует твердость по Шору резины, используемой для изготовления покрышек. Оптимальные показатели варьируются от 50 до 75. Чем мягче резина, тем лучше она сцепляется с дорогой. Однако чрезмерно мягкие образцы имеют малый срок службы, так как быстро истираются. А еще слишком мягкие шины больше шумят. Учитывая условия эксплуатации, можно подобрать подходящие по твердости шины, используя число Шора.

К сожалению, не каждый производитель покрышек указывает твердость, хотя определить ее совсем не сложно. Наличие отметки говорит об ответственном подходе к производству и отличных показателях качества.

Метод больше всего подходит для достаточно мягких материалов. Измерять твердость полиуретана по Шору удобно и быстро.

Как измеряется твердость полиуретана по Шору

Определение твердости дюрометром

дюрометр

Прибор для измерения показателей был создан самим Шором еще в 1920 году. Название его – дюрометр. Он состоит из опорной площадки с отверстием посередине, стержня-индентора и упругой пружины, прилагающей к стержню некоторую силу. Также дюрометр снабжен индикатором, показывающим, насколько носик индентора выдвигается за границы опорной поверхности.

Существует несколько шкал твердости. Чаще всего применяются A и D. Разные шкалы необходимы для большей точности, ведь измерения проводятся для различных материалов. Шкала A оптимальна для мягких, а D подходит для более упругих.

Также использование этого метода требует учета условий окружающей среды. Перед тем, как определить твердость изделий из полиуретана, важно отметить влажность среды, температуру, наличие прямого солнечного излучения. Для истинных показателей следуют исключить факторы, искажающие результаты. Помочь в этом могут стандарты ISO.

Читайте так же:
Ручная лебедка для авто

Также существуют особые требования к виду образца для испытаний. Толщина его должна превышать 6 мм. Ширина же должна быть такой, чтобы до каждого из краев при измерении оставалось не менее 12 мм. Образец должен быть гладким, так как шероховатая текстура приводит к получению искаженных результатов.

Метод определения твердости

Чтобы определить твердость материала, дюрометр устанавливается вертикально, от носика индентора до любого из краев должно оставаться не меньше 1,2 см. Опорная панель быстро, но без толчка прижимается к поверхности образца. При этом необходимо сохранять параллель между плоскостями. Давление может оказываться с помощью специального груза или же ручным жимом.

При мгновенных измерениях показатели снимают через 1 секунду. Но чаще выдерживают интервал в 15 секунд. Для большей точности измерения проводятся пять раз на различных участках образца. Из полученных значений высчитывается среднее арифметическое. Результат может быть от нуля до ста. Это и есть показатель твердости полиуретана по таблице Шора.

Где применяются показатели твердости по Шору

Области применения показателей, полученных методом Альберта Шора, разнообразны. Так, художники, выбирая ластики, отдадут предпочтение изделиям с маркировкой 20, а не 50. Для творчества больше подходят мягкие резинки, позволяющие деликатно поправить рисунок или растушевать карандаш. А вот в школе, офисе актуальнее резинки более упругие. Там цель – бесследно стереть недочеты.

таблица твердости по Шору

Важны показатели упругости у герметика. Так, в случае, если его придется вскрывать, например, из-за того, что он потемнел, потрескался, более низкие показатели твердости окажутся выгоднее. Мягкий герметик удобнее демонтировать. Оптимальные показатели 10-25. Большие величины говорят о низком качестве герметика.

Твердость покрышек для велосипедов, конечно, должна быть ниже, чем для автомобильных колес. Но все же минимальные показатели около 30. А вот для скейтбордов необходимы твердые колеса. Минимальный порог – 75, а если нужны жесткие колеса, то отметка должна быть в районе 95, что схоже с требованиями к твердости шин вилочных погрузчиков.

Даже выбирая каски для рабочих строительной площадки, важно учитывать показатели твердости. Минимальные показатели – 75 единиц. Использовать защитные головные уборы из более мягкого пластика, с показателями 40-60, опасно для жизни и здоровья.

шкала твердости по Шору

Твердость каких материалов измеряется c помощью шкалы Шора

Показатели твердости по этому методу являются государственными стандартами для таких материалов, как резина, каучук, эбонит, силикон, пластик, полиуретан. Впервые подобные нормы были утверждены для резины. Стандарт появился еще в 1975 году, после чего неоднократно корректировался.

Измерять методом Шора можно и твердость металлических изделий. Но технология при этом немного другая. При измерении твердости заведомо жестких материалов отслеживают не глубину погружения индентора, а высоту отскока носика. Для показателей, получаемых методом отскока, также есть отдельная шкала. Но в промышленности чаще применяются другие более точные способы определения.

таблица твердости материалов по Шору

Несмотря на это, места и ситуации, где используется метод Шора, очень разнообразны и порой неожиданны. Так, на показатели твердости обращают внимание медики, когда подбирают специальные резиновые бинты для фиксации шин. Последние необходимы при оказании помощи после травмы костей. Слишком мягкие бинты не могут достаточно качественно фиксировать шину, а слишком жесткие могут пережать сосуды и нарушить кровоток.

Таким образом, метод, изобретенный американским промышленником еще в прошлом веке, до сих пор актуален во многих областях благодаря объективности и доступности применения.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector