Что такое твердость материала? Как сравнить различные инженерные материалы

Процесс разработки продукта включает в себя несколько второстепенных процессов, и выбор материала является наиболее важным из них.

Каждый материал имеет различные механические свойства и возможности. И чтобы сделать правильный выбор материала, вам необходимо определить, какие условия нагрузки будут испытывать вашу деталь. Например, если вы хотите спроектировать деталь (или сборку), которая будет контактировать с другими компонентами или подвергаться ударным нагрузкам, вам следует выбрать материал с достаточной твердостью.

Но что такое твердость материала и как ее измерить? В этой статье вы найдете ответы на эти и другие вопросы.

Что такое твердость материала?

Твердость материала это способность материала выдерживать локальную пластическую деформацию из-за концентрированных приложенных нагрузок.

Рассмотрим этот вариант. Когда мы говорим, что материал имеет высокую степень твердости, это просто означает, что материал может сохранять свою форму при наличии внешних сил, таких как царапание, вдавливание и истирание. Таким образом, такие материалы, как титан и алмаз, будут иметь более высокую степень твердости, чем пластик.

Сравнивая алмаз и пластик, вы, вероятно, интуитивно знаете, какой материал имеет большую твердость. Но когда вы хотите выбрать между близкородственными металлами (или сплавами), почти всегда невозможно сделать правильный выбор, если вы не проведете для них тест на твердость.

Существует несколько методов определения твердости материала. Но прежде чем мы обсудим эти методы, важно, чтобы вы сначала поняли типы твердости материалов.

Типы твердости материала

Вот три типа твердости материала:

1. Твердость вдавливания
2. Твердость к царапинам
3. Твердость отскока

Твердость вдавливания относится к сопротивлению материала остаточной деформации, когда он подвергается постоянной нагрузке. Напротив, твердость к царапинам описывает способность материала противостоять царапинам на своей поверхности из-за контакта с другим металлом. Наконец, жесткость отскока связано с эластичностью материала; он описывает способность материала поглощать энергию удара.

Как только вы узнаете тип нагрузки (или условия окружающей среды), с которыми будет сталкиваться ваша деталь, вы можете рассмотреть любой из следующих методов испытания на твердость, чтобы сравнить варианты материалов. Если у вас есть необходимое оборудование, вы можете пройти эти тесты. Или вы можете положиться на информацию от своих поставщиков и онлайн-ресурсов, таких как Matweb, в которых перечислены свойства различных материалов.

Как проверить твердость материалов:4 метода испытаний

Метод №1. Тест Бринелля

Измеритель твердости по Бринеллю с Викисклада.

Тест Бринелля измеряет твердость материала при вдавливании. . В этом методе испытаний используется индентор (обычно шарик из закаленной стали), чтобы создать отпечаток на образце. В этом методе испытаний вы будете удерживать индентор на месте перед приложением заданной силы к шарику (и поверхности материала) в течение определенного периода времени.

Далее присваивают материалу число твердости по Бринеллю в зависимости от размера образовавшегося на нем углубления. Вы можете измерить углубление с помощью микроскопа и рассчитать число твердости по Бринеллю, используя:

Где:
HB =твердость по Бринеллю (кг/мм2)
P =Сила (измеряется в Ньютонах)
D =диаметр индентора (измеряется в миллиметрах)
d =диаметр вдавливания (измеряется в миллиметрах)

Однако имейте в виду, что предопределенное усилие, которое вы будете прикладывать к индентору, зависит от материала, который вы собираетесь тестировать. Например, специалисты по контролю качества обычно используют стандартную нагрузку 3000 кг (или 30 000 Н) для твердых металлов, таких как железо и сталь. Напротив, для более мягких материалов, таких как медь и латунь, следует применять нагрузку 500 кг (или 5000 Н).

Метод № 2. Определение твердости по Роквеллу

Оператор проводит испытание на твердость по Роквеллу

Как и критерий твердости по Бринеллю, критерий твердости по Роквеллу также используется для определения твердости при вдавливании. измерения и обычно включает использование индентора (обычно стального шарика или сферического конуса с алмазным наконечником).

Однако в тесте на твердость по Бринеллю индентор удерживается на месте путем приложения незначительной нагрузки (обычно 10 кг или 100 Н) перед приложением основной испытательной нагрузки. Затем, после снятия основной нагрузки, измерьте глубину вмятины, пока второстепенная нагрузка все еще действует.

Затем число твердости можно прочитать, используя различные шкалы твердости Роквелла (A, B, C и т. д.). Идеальная шкала зависит от типа используемого индентора и испытательной нагрузки, приложенной к материалу. Например, допустим, вы хотите измерить твердость стальных сплавов; вам придется использовать индентор с алмазным конусом с максимальной нагрузкой до 140 кг. В таком случае вы прочтете число твердости по шкале «C».

Для более мягких металлов, таких как медные сплавы, специалисты по контролю качества используют шарик из алмазной стали (с максимальной нагрузкой до 100 кг) и считывают число твердости по шкале «В».

Метод №3:испытание на твердость по шкале Мооса

Тест на твердость по шкале Мооса идеально подходит для измерения сопротивления царапинам. материала. В этом методе испытаний вы царапаете поверхность тестируемого материала, используя эталонный материал с заданной твердостью. Значение твердости выражается с использованием шкалы Мооса, которая состоит из 10 минералов, которым присвоены произвольные значения твердости.

См. полную диаграмму твердости по шкале Мооса в магазине Alan’s Factory Outlet

В магазине Alan’s Factory Outlet есть таблица твердости по шкале Мооса (скриншот выше), на которой вы можете увидеть примеры устойчивости различных металлов к царапинам.

Метод № 4. Определение твердости по Шору склероскопом

Склероскоп по Шору – это устройство, используемое для измерения твердости отскока материала. . Устройство представляет собой градуированную стеклянную трубку, установленную на подставке. Чтобы определить твердость вашего материала на отскок, вы бросите молоток с алмазным наконечником через стеклянную трубку на материал.

Схематическое изображение склероскопа Шора, установленного на штативе. Из Викисклада.

Значение твердости пропорционально высоте, на которую отскакивает молоток после удара по образцу. Например, материал с большей твердостью вызывает большую высоту отскока, чем материал с меньшей степенью твердости.

Испытание материала на твердость и разработка продукта:услуги Gensun Precision Machining Services

Без сомнения, важно знать твердость различных материалов, чтобы определить идеальный материал для дизайна вашего продукта. Но даже после того, как вы выберете подходящий материал для своего продукта, вам все равно придется найти подходящую механическую мастерскую и слесаря, способного точно и точно изготовить ваши детали.

Gensun Precision Machining — ведущий поставщик услуг механической обработки в Азии. У нас есть не только команда экспертов по контролю качества, способных проверять твердость материалов, но и команда высококвалифицированных инженеров и машинистов. Наша команда экспертов работает вместе, чтобы создать ваш продукт точно и точно, используя самые современные технологии обработки.

Узнайте больше о наших услугах по механической обработке.