Твердість

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Тве́рдість (англ. Hardness, фр. Dureté, нім. Härte) — властивість матеріалу опиратися проникненню до нього іншого, твердішого тіла.

За ДСТУ 2825-94: твердість — здатність матеріалу чинити опір деформуванню та руйнуванню під дією місцевих контактних зусиль[1].

Найтвердішим із відомих матеріалів є ультратвердий фулерит (приблизно в 1,17—1,52 разів твердіший за алмаз). Однак, цей матеріал доступний лише у мікроскопічних кількостях. Найтвердішою з поширених речовин є алмаз (10 одиниць за шкалою Мооса, див. нижче).

Область вимірювання[ред.ред. код]

Розрізняють область вимірювання: нано-, мікро-твердість, твердість при малих навантаженнях, макротвердість.

Область вимірювання Навантаження Діагональ відбитку, мк Об'єм невідновленого відбитку, мк3
Мікротвердість 1 ÷ 200 гс
(5 ÷ 100 гс)
3 ÷ 50 1 ÷ 3000
Твердість при малих навантаженнях 0,2 ÷ 5 кгс
(0,2 ÷ 2 кгс)
30 ÷ 300 640 ÷ 640000
Макротвердість Більше 5 кгс Більше 300 Більше 640000

Методи вимірювання твердості[ред.ред. код]

Прилад для визначення твердості за Віккерсом.
Фрагмент приладу для визначення твердості за Віккерсом.

Для вимірювання твердості є кілька шкал (методів вимірювання):

  • Метод Брінелля — твердість визначається за діаметром відбитка, який залишає металева кулька, що втискується у поверхню. Твердість обчислюється як відношення зусилля, прикладеного до кульки, до площі відбитка (причому площа відбитка береться як площа частини сфери, а не як площа кола); одиницею твердості служить кгс/мм². Твердість, визначена за цим методом, позначається HB, де H = hardness (твердість, анг.), B — найменування шкали. Вимірювання проводяться відповідно до стандартів ДСТУ ISO 6506-1:2007, ГОСТ 9012-59.
  • Метод Роквелла — твердість визначається за глибиною відбитка металевої кульки чи алмазного конуса у поверхні тестованого матеріалу. Твердість, визначена за цим методом, є безрозмірною і позначається HR, HRB, HRC і HRA; твердість обчислюється за такою формулою HR = 100 − kd, де d — глибина втиснення наконечника після зняття основного навантаження, а k — коефіцієнт. Отже, нескінченній твердості відповідає HR 100; м'які матеріали можуть мати негативні значення твердості.
  • Метод Віккерса — твердість визначається за величиною відбитка, залишеного чотирикутною алмазною пірамідкою, яка втискується у поверхню. Твердість обчислюється як відношення зусилля, докладеного до пірамідки, до площі відбитка (причому площа відбитка береться як площа частини поверхні піраміди, а не як площа квадрата); одиницею твердості служить кгс/мм². Твердість, визначена за цим методом, позначається HV.
  • Метод Шора:
    • Твердість за Шором (метод втискання) — твердість визначається за глибиною проникнення в матеріал спеціальної загартованої стальної голки (індентора) під дією каліброваної пружини[2]. У цьому методі вимірювальний прилад має назву «дюрометр». Зазвичай метод Шора використовується для визначення твердості низькомодульних матеріалів (полімерів). Найчастіше використовуються шкали A (для м'яких матеріалів) або D (для твердіших). Твердість, визначена цим методом, позначається буквою типу шкали, що записується після числа і з вказанням назви методу. Наприклад: «Твердість за Шором 80A».
    • Твердість за Шором (метод відскоку) — метод визначення твердості твердих (високомодульних) матеріалів, переважно металів, за висотою відскоку стандартного бійка (основна частина склероскопа — вимірювального приладу для даного методу), що падає з певної висоти[3]. Твердість за цим методом оцінюється в умовних одиницях, що пропорційна висоті відскоку. Основні шкали — C і D. Твердість позначається, відповідно, HSC та HSD (наприклад, 85HSD)[4]
  • Метод Кузнєцова — Герберта — Ребіндера — твердість визначається часом загасання коливань маятника, опорою якого є досліджуваний метал.
  • Шкала Мооса — використовується головним чином, як індикатор твердості мінералів, визначається за тим, який із десяти стандартних мінералів дряпає тестований, і який матеріал із десятка стандартних шкрябається тестованим.
  • Шкала Янка  — шкала, що використовується для оцінки твердості деревини. Метод оцінки полягає у визначенні сили, необхідної для впровадження сталевої кульки діаметром 11,28 мм (0,444 дюйма) в деревину на глибину, що дорівнює половині її діаметра. Діаметр таким було обрано, щоб площа круга відбитку у плані становила 100 мм².

Для інструментального визначення твердості методом втиснення використовуються твердоміри. Великим плюсом твердості, як характеристики матеріалу є те, що методи визначення твердості не руйнують досліджуваний матеріал і не вимагають багато часу.

Примітки[ред.ред. код]

  1. ДСТУ 2825-94 Розрахунки та випробовування на міцність. Терміни та визначення основних понять.
  2. ГОСТ 24621-91 (ISO 868-85) Определение твёрдости при вдавливании с помощью дюрометра (твёрдость по Шору).
  3. ГОСТ 23273-78 Металлы и сплавы. Измерение твердости методом упругого отскока бойка (по Шору).
  4. Новый Политехнический Словарь / Гл. ред. А. Ю. Ишлинский. — М : Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 2000. — 671 с. — 15000 прим. — ISBN 5-85270-322-2

Нормативні документи[ред.ред. код]

  • ДСТУ ISO 6506-1:2007 (ISO 6506-1:2005, IDT) Матеріали металеві. Визначення твердості за Брінелем. Частина 1. Метод випробування.
  • ГОСТ 9012-59 Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю.
  • ГОСТ 8.062—85 «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений твердости по шкалам Бринелля»
  • ГЭТ 33—85 «Государственный специальный эталон единиц твердости по шкалам Бринелля»
  • ГОСТ 24621-91 (ISO 868-85) «Определение твёрдости при вдавливании с помощью дюрометра (твёрдость по Шору)».
  • ГОСТ 263-75 «Резина. Метод определения твёрдости по Шору А».
  • ГОСТ 23273-78 «Металлы и сплавы. Измерение твердости методом упругого отскока бойка (по Шору)».
  • ISO 2815 "Paints and varnishes - Buchholz indentation test".
  • DIN 53153 "Buchholz hardness".

Див. також[ред.ред. код]

Література[ред.ред. код]

  • Дрозд М. С. Новое число твердости и константы Мейера для стали //Заводская лаборатория. — 1960. — T.XXVI, N1.- C.90-93.
  • Бернштейн М. Л., Займовский В. А. Механические свойства металлов. — М.: Металлургия, 1979. — 495 с.
  • Гудков А., Славский Ю. Методы измерений твердости металлов и сплавов. Москва.: Металургия, 1982. — 168 c.
  • Геллер Ю. А., Рахштадт А. Г. Материаловедение. М.: Металлургия, 1989.
  • Асланян Э. Г., Козлов В. И., Кочин О. М., Дмитриев Г. П., Мироненко А. В. Совершенствование государственного эталона единиц твердости по шкалам Роквелла и Супер-Роквелла. — Методы и средства определения твердости материалов и изделий. Сб. материалов Всесоюзной н/т конференции. — Иваново, 1990/ — с. 162.
  • Davis, J. R. (Ed.). (2002). Surface hardening of steels: Understanding the basics. Materials Park, OH: ASM International.
  • Revankar, G. (2003). Introduction to hardness testing. Mechanical testing and evaluation, ASM Online Vol. 8.
  • Колесников Ю. В., Морозов Е. М. Механика контактного разрушения. Изд.2, 2007. — 224 с.
  • Chinn, R. L. (2009). Hardness, bearings, and the Rockwells. Advanced Materials & Processes, 167 (10), 29-31.
  • Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2004—2013.