Понимание твердости материала

Способность материала выдерживать локальную остаточную деформацию, например вдавливание, характеризуется его твердостью. Резка, истирание, проникновение и царапание могут привести к деформации материалов, поэтому твердость также можно использовать для определения сопротивления материала деформации.

Сопротивление вещества локализованной остаточной деформации измеряется его твердостью. Пластическая деформация - это еще один термин для постоянной деформации. В то время как упругая деформация возникает, когда материал меняет форму исключительно под действием силы, пластическая деформация возникает, когда вещество не возвращается к своей первоначальной форме.

В этой статье будут обсуждаться следующие вопросы:

• Какова твердость материала?
• Какие существуют типы жесткости?

Давайте погрузимся!

Какова твердость материала?

Твердость — это метод, используемый для определения устойчивости материала к локализованной пластической деформации, вызванной механическим вдавливанием или истиранием. Твердость зависит от материалов; например, твердые металлы, такие как титан и бериллий, тверже мягких металлов, таких как натрий и металлическое олово, а также дерева и обычных полимеров.

Сильные межмолекулярные связи описывают макроскопическую твердость, но поведение твердых материалов под действием силы является сложным, поэтому твердость при царапании, твердость при вдавливании и твердость по отскоку являются разными показателями твердости. Пластичность, упругая жесткость, пластичность, деформация, прочность, ударная вязкость, вязкоупругость и вязкость — все это факторы, влияющие на твердость. Керамика, бетон, некоторые металлы и сверхтвердые материалы являются примерами твердой материи, которую можно сравнить с мягкой материей.

Некоторые материалы имеют высокую естественную твердость. Вольфрам, например, является очень твердым металлом, который используется в качестве легирующего элемента в инструментальных сталях. Это гарантирует, что эта группа сталей может противостоять износу даже при резании при высоких температурах. Вольфрам часто входит в состав цементированного карбида, который обычно используется во фрезах. Эти взаимозаменяемые режущие насадки значительно продлевают срок службы режущих инструментов.

С другой стороны, другие материалы, такие как металлы, настолько мягки, что непригодны для различных применений. Поскольку чистое золото очень хрупкое, его можно поцарапать или согнуть без особых усилий. Чтобы улучшить его твердость, необходимо добавить другие металлы, такие как серебро, медь и алюминий.

Для некоторых материалов можно использовать термообработку для повышения твердости поверхности при сохранении других свойств металла. Это обычная операция для машинных валов, чтобы обеспечить более длительный срок службы. При разработке концепции дизайна продукта инженер также должен учитывать коэффициент твердости. Например, при посадке подшипника на вал подшипник должен быть мягче, поскольку его легче заменить. При частом перемещении одна деталь должна изнашиваться, и последнее слово за инженером.

Какие существуют типы жесткости?

Способность материала сопротивляться деформации проверяется стандартным испытанием, измеряющим сопротивление поверхности вдавливанию. Форма или тип вмятины, размер и величина прилагаемой нагрузки являются наиболее часто используемыми тестами на твердость.

Царапина, вдавливание и отскок — три основных типа испытаний на твердость. В каждом из этих классов измерений существуют индивидуальные шкалы измерений. Таблицы преобразования используются для преобразования из одной шкалы в другую в практических целях. Ниже приведены различные типы твердости:

• Твердость к царапинам
• Твердость вдавливания
• Твердость отскока

Твердость к царапинам

Типы твердости при царапании относятся к сопротивлению образца разрушению или стойкой пластической деформации в результате трения об острый предмет. Объект из более твердого материала будет царапать объект из более мягкого материала в соответствии с принципом.

Твердость к царапанию относится к силе, необходимой для прорезания пленки до подложки при испытании покрытий. Шкала Мооса, которая используется в минералогии, является наиболее распространенным тестом. Склерометр — это один из инструментов, который можно использовать для выполнения этого измерения.

Карманный твердомер — еще один инструмент, используемый для проведения подобных испытаний. В этом устройстве с четырехколесной кареткой соединена шкала с градуированными делениями. Инструмент для царапания с острым краем прикрепляют к тестируемой поверхности под заданным углом. Чтобы использовать его, поместите груз известной массы на рычаг весов на одну из градуированных отметок, затем проведите инструментом по испытательной поверхности. Без использования дорогостоящего оборудования известное давление может быть оказано с помощью веса и меток.

Твердость вдавливания

Сопротивление образца деформации материала, вызванной постоянной сжимающей нагрузкой от острого предмета, измеряется твердостью при вдавливании. Испытания на твердость вдавливанием чаще всего используются в машиностроении и металлургии. Испытания основаны на принципе определения критических размеров отпечатка, создаваемого нагруженным индентором специального размера. Роквелла, Виккерса, Шора и Бринелля — одни из наиболее распространенных шкал твердости при вдавливании.

Твердость отскока

Высота «отскока» молотка с алмазным наконечником, брошенного с фиксированной высоты в материал, измеряется твердостью отскока, также известной как динамическая твердость. Эластичность связана с этим типом твердости. Стереоскоп – это прибор, используемый для измерения.

Тест на твердость по методу Лееба и шкала твердости Беннета – это две шкалы, позволяющие количественно определить твердость на отскок.

Измеряя частоту колеблющегося стержня, метод ультразвукового контактного импеданса (UCI) оценивает твердость. Металлический стержень с вибрирующим элементом и алмазом в форме пирамиды, прикрепленным к одному концу, образует стержень.

Вкратце

Твердость материала — очень важная вещь, которую следует учитывать при разработке инженерного проекта. Именно это определяет надежность и функциональность проекта. Другими словами, твердость материала является ключевым фактором в инженерном проектировании. Это все, что касается этой краткой статьи о твердости материалов.

Надеюсь, вы многому научились из прочитанного, если да, поделитесь с другими. Спасибо за прочтение, увидимся!