لتحديد صلابة مادة ما ، غالبًا ما يستخدم اختراع المهندس السويدي برينل - طريقة تقيس خصائص السطح وتعطي خصائص إضافية لمعادن البوليمر.
تقييم المواد
بفضل هذا الاكتشاف ، يتم الآن تقييم الاستخدام الأكثر فعالية للبلاستيك. يتم اختبار المواد البلاستيكية غير القاسية من حيث المرونة والنعومة من أجل استخدامها كمواد مانعة للتسرب وختم وتوسيد. تطوير برينل هو طريقة لتحديد قوة وصلابة المواد التي ستعمل في التطبيقات المهمة - في التروس والحافات ، المحامل تحت الحمل الثقيل ، التركيبات الملولبة ، إلخ.
تعطي هذه الطريقة أدق تقييم للقوة. من الصعب المبالغة في تقدير قيمة المعلمة ، التي يشير إليها P1B. الأكثر استخدامًا لهذا الغرض هو تطوير برينل ، وهي طريقة يتم فيها ضغط كرة فولاذية قطرها خمسة مليمترات في المادة. وفقًا لعمق المسافة البادئة للكرة ، يتم تحديد GOST.
التاريخ
في عام 1900 ، قدم المهندس السويدي يوهان أوغست برينل الطريقة التي اقترحها على العالمعلم المواد ، مشهور. لم يتم تسميته على اسم المخترع فحسب ، بل أصبح الأكثر استخدامًا وموحدًا.
ما هي الصلابة؟ هذه خاصية خاصة للمادة التي لا تعاني من تشوه البلاستيك من إجراء التلامس المحلي ، والذي غالبًا ما يرجع إلى إدخال مفهرس (جسم أكثر صلابة) في المادة.
صلابة مستردة و غير مستردة
تساعد طريقة برينل على قياس الصلابة المستعادة ، والتي يتم تحديدها من خلال نسبة حجم الحمل إلى حجم الطباعة أو منطقة العرض أو مساحة السطح. وبالتالي ، يمكن أن تكون الصلابة حجمية وإسقاط وسطح. يتم تحديد الأخير حسب النسبة: الحمل إلى منطقة البصمة. تُقاس صلابة الكتلة بنسبة الحمولة إلى حجمها ، وصلادة الإسقاط هي الحمل على منطقة العرض التي تركتها البصمة.
يتم تحديد الصلابة غير المستردة بواسطة طريقة برينل من خلال نفس المعلمات ، فقط قوة المقاومة تصبح القيمة الرئيسية المقاسة ، يتم إظهار النسبة إلى مساحة السطح أو الحجم أو الإسقاط بواسطة الفهرس المضمن في المادة. يتم حساب الصلابة الحجمية والإسقاط والسطحية بنفس الطريقة: من خلال نسبة قوة المقاومة إما إلى مساحة سطح الجزء المضمن من الفهرس ، أو إلى منطقة الإسقاط ، أو إلى الحجم.
تحديد الصلابة
القدرة على مقاومة التشوه البلاستيكي والمرن عند التعرض لمادة أقوىالمؤشر هو تحديد الصلابة ، أي في الواقع ، هذا اختبار مسافة بادئة للمادة. طريقة صلابة برينل هي قياس مدى عمق اختراق المحرِّض للمادة. لمعرفة القيمة الدقيقة لصلابة مادة معينة ، من الضروري قياس عمق الاختراق. للقيام بذلك ، هناك طريقة برينل وروكويل ، وطريقة فيكرز أقل استخدامًا.
إذا كانت طريقة روكويل تحدد بشكل مباشر عمق اختراق الكرة للمادة ، فإن فيكرز وبرينل يقيسان البصمة من خلال مساحة سطحها. اتضح أنه كلما زاد عمق الفهرس في المادة ، زادت مساحة الطباعة. بالتأكيد يمكن اختبار صلابة أي مادة: معادن ، معادن ، بلاستيك ، وما شابه ، ولكن يتم تحديد صلابة كل منها بطريقتها الخاصة.
كيف تجد طريقة
طريقة صلابة برينل جيدة جدًا للمواد غير المتجانسة ، للسبائك التي ليست شديدة الصلابة. لا يحدد نوع المادة طريقة القياس فحسب ، بل يحدد أيضًا المعلمات نفسها التي يجب تحديدها. تُقاس صلابة السبائك ، في المتوسط ، لأن المواد ذات الخصائص المختلفة تتعايش فيها. على سبيل المثال ، الحديد الزهر. لها بنية غير متجانسة للغاية ، هناك سمنتيت ، جرافيت ، بيرلايت ، حديدي ، وبالتالي فإن الصلابة المقاسة للحديد الزهر هي قيمة متوسطة ، تتكون من صلابة جميع المكونات.
يتم قياس صلابة المعادن بطريقة برينل باستخدام مفهرس كبير ، بحيث يتم الحصول على البصمة على مساحة أكبر من العينة.وبالتالي ، في ظل هذه الظروف ، من الممكن أيضًا الحصول على قيمة للحديد الزهر ، وهو متوسط للعديد من الأطوار والمختلفة. هذه الطريقة جيدة جدًا عند قياس صلابة السبائك - الحديد الزهر والمعادن غير الحديدية والنحاس والألمنيوم وما شابه ذلك. تشير هذه الطريقة بدقة إلى قيمة صلابة البلاستيك.
مقارنة روكويل
إنه جيد بالنسبة للمعادن الصلبة والفائقة الصلابة ، كما يتم أيضًا حساب متوسط قيمة الصلابة الناتجة. تعمل نفس الكرة الفولاذية أو المخروط كمؤشر ، ولكن بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام هرم الماس أيضًا. تبين أيضًا أن البصمة الموجودة على المادة عند قياسها بطريقة Rockwell كبيرة ، ويتم حساب متوسط رقم الصلابة لمراحل مختلفة.
تختلف طريقتا برينل وروكويل من حيث المبدأ: الأولى تقدم النتيجة كحاصل بعد قسمة قوة المسافة البادئة على سطح منطقة البصمة ، بينما يحسب روكويل نسبة عمق الاختراق إلى وحدة مقياس الأداة التي تقيس العمق. هذا هو السبب في أن صلابة روكويل بلا أبعاد عمليًا ، ووفقًا لبرينل يتم قياسها بوضوح بالكيلوجرام لكل مليمتر مربع.
طريقة فيكرز
إذا كانت العينة صغيرة جدًا أو كان من الضروري قياس شيء أصغر من حجم بصمة indenter ، والتي تقيس صلابة روكويل أو برينل ، فيجب استخدام طرق الصلادة الدقيقة ، ومن بينها طريقة فيكرز الأكثر شيوعًا. المؤشر عبارة عن هرم ماسي ، ويتم فحص البصمة وقياسها بواسطة نظام بصري يشبه المجهر. سيُعرف متوسط القيمة أيضًا ، لكن يتم حساب الصلابة منمساحة أصغر بكثير.
إذا كان مقياس الكائن المقاس صغيرًا جدًا ، فسيتم استخدام أداة اختبار الصلادة الدقيقة ، والتي يمكن أن تصنع بصمة في حبة منفصلة ، وطور ، وطبقة ، ويمكن تحديد حمل المسافة البادئة بشكل مستقل. يسمح علم المعادن باستخدام هذه الأساليب لتحديد كل من صلابة وصلادة المعادن ، كما يحدد علم المواد بنفس الطريقة الصلادة الدقيقة وصلابة المواد غير المعدنية.
المدى
هناك ثلاثة نطاقات لقياس الصلابة. في النطاق الكلي ، يتم تنظيم الحمل من 2 نيوتن إلى 30 كيلو نيوتن. لا يحد النطاق الصغير من الحمل على المفهرس فحسب ، بل يحد أيضًا من عمق الاختراق. لا تتجاوز القيمة الأولى 2 نيوتن ، والثانية - أكثر من 0.2 ميكرومتر. في nanorange ، يتم تنظيم عمق دمج المؤشر فقط - أقل من 0.2 ميكرومتر. النتيجة تعطي صلادة المادة
تعتمد معلمات القياس بشكل أساسي على الحمل المطبق على الفهرس. حتى أن هذا الاعتماد تلقى اسمًا خاصًا - تأثير الحجم ، باللغة الإنجليزية - تأثير حجم المسافة البادئة. يمكن تحديد طبيعة تأثير الحجم من خلال شكل الفهرس. كروي - تزداد الصلابة مع زيادة الحمل ، وبالتالي ينعكس تأثير الحجم هذا. يقلل هرم فيكرز أو بيركوفيتش من الصلابة مع زيادة الحمل (هنا ، تأثير الحجم المعتاد أو المباشر). يوضح الشكل الكروي المخروطي ، المستخدم في طريقة روكويل ، أن زيادة الحمل يؤدي أولاً إلى زيادة الصلابة ، وبعد ذلك ، عند إدخال الجزء الكروي ،تناقص.
المواد وطرق القياس
أصعب المواد الموجودة حاليًا هي تعديلان للكربون: lonsdaleite ، وهو نصف صلابة الماس ، والفوليرايت ، وهو ضعف صلابة الماس. لقد بدأ التطبيق العملي لهذه المواد للتو ، ولكن في الوقت الحالي ، الماس هو أصعب المواد الشائعة. بمساعدتها ، يتم تحديد صلابة جميع المعادن.
تم سرد طرق التحديد (الأكثر شيوعًا) أعلاه ، ولكن لفهم ميزاتها وفهم جوهرها ، عليك التفكير في طرق أخرى يمكن تقسيمها شرطيًا إلى ديناميكية ، أي إيقاع ، وثابت ، والتي تم النظر فيه بالفعل. طريقة القياس تسمى المقياس. وتجدر الإشارة إلى أن الأكثر شيوعًا هو مقياس برينل ، حيث تُقاس الصلابة بقطر البصمة ، مما يترك كرة فولاذية مضغوطة في سطح المادة.
تحديد رقم الصلادة
تسمح لك طريقة برينل (GOST 9012-59) بتدوين رقم الصلابة بدون وحدات قياس ، والإشارة إليها HB ، حيث H صلابة (صلابة) ، و B هي برينل نفسها. تُقاس مساحة البصمة كجزء من كرة ، وليس مساحة دائرة ، كما يفعل مقياس ماير ، على سبيل المثال. تتميز طريقة Rockwell بحقيقة أنه من خلال تحديد عمق كرة الماس أو المخروط الذي دخل المادة ، تكون الصلابة بلا أبعاد. تم تعيينه HRA أو HRC أو HRB أو HR. تبدو معادلة الصلابة المحسوبة كما يلي: HR=100 (130) - kd. هنا d هو عمق المسافة البادئة و k هو المعامل
يمكن أن تكون صلابة فيكرزيحددها البصمة التي تركها هرم رباعي السطوح مضغوط على سطح المادة ، فيما يتعلق بالحمل الذي تم تطبيقه على الهرم. منطقة البصمة ليست معينًا ، ولكنها جزء من منطقة الهرم. يجب اعتبار وحدات فيكرز على أنها kgf لكل مم2، يُشار إليها بوحدة HV. هناك أيضًا طريقة للقياس وفقًا لـ Shore (المسافة البادئة) ، وغالبًا ما تستخدم للبوليمرات ولديها اثني عشر مقياسًا للقياس. مقاييس Asker المطابقة للشاطئ (التعديل الياباني للمواد اللينة والمرنة) تشبه من نواح كثيرة الطريقة السابقة ، فقط معلمات جهاز القياس مختلفة ويتم استخدام فهارس مختلفة. طريقة أخرى وفقًا لشور - مع الارتداد - للمعامل العالية ، أي المواد شديدة الصلابة. من هذا يمكننا أن نستنتج أن جميع الطرق التي تقيس صلابة المادة تنقسم إلى فئتين - ديناميكية وثابتة.
أدوات وأجهزة
تسمى أجهزة تحديد الصلابة أجهزة اختبار الصلابة ، وهي قياسات مفيدة. يؤثر الاختبار على الكائن بطرق مختلفة ، لذلك يمكن أن تكون الأساليب مدمرة أو غير مدمرة. لا توجد علاقة مباشرة بين جميع هذه المقاييس ، حيث لا تعكس أي من الطرق الخصائص الأساسية للمادة ككل.
مع ذلك ، تم إنشاء جداول تقريبية بشكل كافٍ ، حيث يتم ربط المقاييس والطرق المختلفة لفئات المواد ومجموعاتها الفردية. أصبح إنشاء هذه الجداول ممكنًا بعد سلسلة من التجارب والاختبارات. ومع ذلك ، فإن النظرياتسمح لإحدى طرق الحساب بالانتقال من طريقة إلى أخرى غير موجودة بعد. عادةً ما يتم اختيار الطريقة المحددة التي يتم من خلالها تحديد الصلابة بناءً على المعدات المتاحة ومهام القياس وظروف القياس وبالطبع من خصائص المادة نفسها.
