Cos'è la durezza? Designazione e determinazione della durezza

Sappiamo tutti che ogni materia sulla terra ha proprietà diverse: fisica, chimica, meccanica, tecnologica, operativa e molte altre. Anche qui può essere attribuito e durezza. Tutti insieme ci permettono di predeterminare il loro uso in una particolare sfera dell'attività umana. Ma cos'è la durezza? metalli, leghe o altri materiali? Tra le altre proprietà, questo è molto interessante, poiché non esiste una chiara definizione di esso.

Cos'è la durezza?

La durezza di qualsiasi materiale è la sua caratteristica importante, poiché la durabilità e la durata delle strutture prodotte dipendono da esso. E poiché non esiste una definizione chiara, il termine stesso può essere "decifrato" poiché questa è la proprietà di un materiale per resistere alla penetrazione di un altro corpo (strumento) in esso. Questa funzione consente di valutare la qualità di molti oggetti:

• metallo (leghe);
• ceramica;
• legname;
• plastica;
• pietra;
• grafite.

Inoltre, la durezza influenza il grado di elaborazione di un materiale. Cioè, più è difficile, più è difficile lavorarci. È vero anche il contrario. Pertanto, è piacevole trattare con il legno nella produzione di vari prodotti artigianali.

Diversi specialisti hanno il loro concetto di durezza. Ad esempio, nel campo della mineralogia, questa definizione indica la resistenza di un materiale alla comparsa di graffi quando esposti a un altro oggetto.

In metallurgia, è un po 'diverso capire quale sia la durezza - resistenza alla deformazione plastica. Ma la definizione di base, a cui si riferiscono la maggior parte degli specialisti di qualsiasi professione, è già fornita all'inizio della sezione.

Tuttavia, la durezza può manifestarsi in diversi modi:

• rigidità;
• resistenza:
• scratch;
• resistenza all'abrasione;
• taglio;
• ceppo:
• piegatura;
• break;
• cambiamento di forma.

Maggiore è il valore della durezza, maggiore è il grado di resilienza del materiale. Sulla base di una tale varietà di manifestazioni di questa proprietà, ci sono diversi modi per misurarlo.

Modi per misurare la durezza

Significativamente, il test di durezza viene eseguito più spesso della determinazione di tutte le altre proprietà dei materiali: resistenza, allungamento relativo e altro. Ci sono diversi modi per scoprire quanto sia duro l'acciaio o qualsiasi altro minerale. Ma sono tutti basati su un principio generale: il campione di prova è influenzato da un altro oggetto, applicando una certa pressione. Può essere una palla, una piramide, un pugno.

La durezza è determinata dalla profondità degli indicatori di penetrazione e pressione. Lo sforzo minimo e la grande profondità parlano di proprietà materiali basse. Equivalente e viceversa, grande sforzo e profondità poco profonda - la durezza è alta.

In questo caso, i test possono essere di due tipi principali:

• Static.
• Dinamico.

Se il contatto tra il campione di prova e l'oggetto avviene entro un certo periodo di tempo, il test è statico. Altrimenti, è un modo dinamico per determinare la durezza.

Attualmente, per determinare la durezza dei materiali utilizzati:

• Metodo Vickers (GOST 2999-75).
• Metodo Brinell (GOST 9012-59).
• Metodo Rockwell (GOST 9013-59).
• Metodo Shore.
• Metodo di Mohs

La scelta di un determinato test dipende dall'uso specifico delle parti, dalla precisione richiesta del risultato e dalla capacità di riprodurre la ricerca in varie condizioni.

Modo Vickers

Qual è la durezza Vickers? L'essenza di questa tecnica consiste nel premere una piramide di diamante nel campione. Nel penetratore piramidale, il rapporto di aspetto deve essere rigorosamente definito. Come risultato del test sul campione di prova, rimane un'impronta a forma di diamante, e talvolta può essere di forma irregolare.

La durezza è denotata da due lettere latine - HV - ed è impostata in base al valore diagonale del rombo risultante. A volte viene utilizzata la media aritmetica di entrambe le diagonali.

L'apparecchiatura con cui viene misurata la durezza Vickers è di tipo statico e può essere fissa o portatile. In questo caso, la procedura stessa viene eseguita come segue:

• Il campione viene posizionato sul desktop dell'apparecchiatura con la superficie esaminata verso l'alto. Quindi, insieme al tavolo, si alza in leggero contatto con la punta di lavoro.
• Con l'aiuto di un relè temporizzatore, viene impostata un'ora di esposizione specifica, dopodiché rimane l'abbassamento della leva, che attiva il meccanismo di caricamento. Alla fine del tempo di test, il carico viene rimosso dalla parte e la punta ritorna alla posizione precedente.
• L'apparecchiatura è dotata di un microscopio di lettura, quindi dopo il completamento dell'operazione, è necessario girare la tabella con il campione e misurare la diagonale della stampa.

In alcuni casi, la durezza dell'acciaio o di qualsiasi altro materiale secondo questo metodo è indicata con il valore di carico. Ad esempio, una tale designazione HV ₅₀ 940 indica che la durezza è pari a 940 unità quando esposta a un carico pari a 50 kg.

I vantaggi di questo metodo di prova sono:

• È possibile misurare le parti con praticamente qualsiasi spessore a causa della piccola superficie che occupa il penetratore (la posizione più estrema).
• Elevata precisione del risultato, grazie al grado di durezza ideale della punta diamantata. Di conseguenza, lui stesso non è soggetto a deformazione.
• Il campo di misurazione è abbastanza ampio ed è in grado di coprire sia metalli relativamente deboli come alluminio e rame, sia acciai e leghe ad alta resistenza.
• È possibile determinare la durezza di un singolo strato di metalli. Ad esempio, un campione ha subito un processo di cementazione o una composizione chimica è stata modificata sulla parte a causa dell'indurimento superficiale o del drogaggio.

Come mostra la pratica, la gamma di misure della durezza varia da 145 a 1000 HV. Per misurare la durezza di un grande lotto di campioni, c'è un'apparecchiatura automatica di Reicherter dalla Germania, che ha un azionamento idraulico o elettromeccanico. Il calcolo del risultato viene eseguito automaticamente e quindi visualizzato sul monitor.

Durezza Brinell

La durezza con questo metodo è anche denotata da due, ma in altre lettere - HB - ed è anche un test statico. La temperatura allo studio dovrebbe essere nel limite di 20 ± 10 ° C. La sua essenza è la seguente: il campione è compresso da una sfera temprata in acciaio. Inoltre, l'equipaggiamento include un'altra palla, che è fatta di tungsteno-cobalto lega dura Ciò consente di aumentare la gamma di misurazione della durezza.

Secondo lo standard, alcune condizioni sono definite per quanto riguarda la durezza Brinell:

• Caricare il campione è nell'intervallo da 12,25 a 29420 N.
• La dimensione delle palle è 1-10 mm.
• La durata dell'esposizione non deve superare i 10-15 secondi.
• L'impronta sul campione non deve superare i limiti: 0,2-0,7 D (D è il diametro della palla).

Il processo di misurazione è così:

• Il campione viene posizionato sul tavolo e fissato alla fermata.
• L'azionamento viene impostato sul valore di carico richiesto, dopodiché viene attivato il mandrino.
• Alla fine della procedura, il tip di lavoro prende la posizione iniziale. Sullo schermo è possibile vedere l'indicatore a freccia, che indicherà la dimensione del diametro della stampa. La durezza stessa viene impostata utilizzando una tabella situata sul telaio dell'apparecchiatura. Se hai bisogno di cambiare il carico, allora per questo c'è un set di pin reinstallabili.

Ci sono strumenti portatili che sono ben utilizzati nel campo. Sono dotati di un morsetto a cui è collegato il campione e il carico è creato dalla maniglia.

L'intervallo di lavoro per misurare la durezza delle leghe è 8-450 HB, che corrisponde alla maggior parte degli acciai e delle leghe utilizzati nella produzione di varie strutture metalliche. Ma si deve solo superare il limite superiore delle misure, poiché la precisione non è più vera, che è dovuta alla deformazione del penetratore. Non è raccomandato l'uso di sfere in metallo duro se la durezza prevista è 350-450 HB.

Il principale vantaggio del metodo Brinell può essere considerato la capacità di determinare la durezza dei campioni caldi. Allo stesso tempo, non può essere determinato sui bordi o sui bordi delle parti o su campioni sottili.

Metodo Rockwell

Le lettere che denotano la durezza di Rockwell sono HR. Con questo metodo, una sfera d'acciaio o un cono di diamante viene premuto nel campione.

Il test è condotto alle seguenti condizioni:

• Il pre-campione è caricato, il che consente di evitare l'influenza di un numero di fattori di superficie: rugosità, temperatura, velocità di inserimento del penetratore.
• Prodotto dal carico principale, che è il calcolo del risultato.
• La procedura termina con la rimozione del carico.

Se questo metodo viene confrontato con i metodi precedenti per determinare la durezza, vengono visualizzate qui tre scale.

• A - denotato HRA, indenter - cono di diamante, intervallo di misurazione: 60-80 HRA. Applicabile ad alto tenore di carbonio acciai per utensili, e leghe dure.
• B - denotato da HRB, palla indurente indurita, intervallo di misurazione: 35-100 HRB. È diventato medio duro e leghe di metalli non ferrosi.
• C - denotato HRC, indenter - cono di diamante, intervallo di misurazione: 20-90 HRC. Per acciai di media durezza.

Quando si tratta di condizioni specifiche per il calcolo della durezza, ad esempio l'acciaio laminato a freddo, viene utilizzato il metodo Super-Rockwell con la designazione di durezza HRN e HRT.

Le attrezzature possono anche essere sia fisse che portatili. In questo caso, il primo tipo è controllato da un azionamento elettromeccanico o idraulico.

Le misure di Rockwell sono più difficili da eseguire, poiché è necessario specificare la velocità primaria e quindi secondaria del penetratore. Inoltre, la punta di lavoro diamantata ha la forma di un cono, che si riflette nella ricezione del risultato. E determinare la dimensione della stampa risultante è molto più difficile.

Durezza Shore

Il metodo di Shora ha una caratteristica importante. Tutti i metodi di cui sopra per determinare la durezza di metalli e altri materiali hanno avuto un inconveniente comune: sulla superficie del campione in esame appare un'impronta. In questo caso, se necessario, la parte di test non può essere restituita all'assieme o alla struttura. Il metodo di Shore elimina completamente una tale deformazione.

Inoltre, la misurazione della durezza dell'acciaio, ad esempio, si riferisce già al test di un tipo dinamico e la sua essenza si riduce a quanto segue. Uno scleroscopio (tester portatile di durezza) viene alimentato sulla superficie del campione sotto esame, all'interno del quale sono presenti puntine in acciaio con punta diamantata. La durezza è definita come segue: più morbido è il materiale, minore sarà la distanza di rimbalzo, a causa dell'assorbimento dell'impatto da parte del materiale stesso. E più difficile sarà il campione, più grande sarà il rimbalzo.

Il campo di misura va da 30 a 140 HS. L'acciaio ad alto tenore di carbonio temprato corrisponde ad un valore di 100 HS. E poiché l'apparecchiatura non danneggia la superficie dei prodotti, è rilevante per testare quelle parti che sono incluse nella progettazione di un'unità o un'unità esistente.

La tecnica è semplice da implementare, la valutazione viene eseguita abbastanza rapidamente e la parte può essere riassemblata in un nodo. Tutto questo può essere considerato i principali vantaggi. Tuttavia, ci sono alcune limitazioni.

La scala di durezza HS non ha uno standard, ma ci sono tabelle e grafici che consentono di convertire le unità in base ai valori da Shore a HV, HR o HB. Una caratteristica come il modulo di Young influenza la distanza di un rimbalzo contraccolpo. Pertanto, è impossibile confrontare le unità HS di materiali diversi.

Inoltre, la durezza SHOR è solo un valore comparativo. Inoltre, l'accuratezza dei risultati è notevolmente inferiore a quella di tutti gli analoghi sopra elencati.

Scala di Mohs

Lo scienziato tedesco Friedrich Moos, nel 1811, propose il proprio metodo per determinare la durezza di vari materiali. Tuttavia, la sua scala contiene valori da 1 a 10, che corrispondono ai minerali più comuni, iniziando con il talco (la pietra più morbida) e finendo con il diamante (il più difficile).

La tecnica stessa è molto semplice e si basa sulla resistenza ai graffi del campione in esame. Ad esempio, un oggetto B può graffiare il corpo C, ma non influisce sulla parte A. Oppure, al contrario, il materiale A graffia leggermente la parte B, ma può danneggiare gravemente l'oggetto C.

Nonostante il metodo di determinazione della durezza sulla scala di Mohs sia stato proposto poco più di due secoli fa, è usato con successo fino ad oggi. Solo il risultato ottenuto dà lontano dalle informazioni complete, poiché non ci sono valori assoluti ed è impossibile determinare il rapporto per durezza. In altre parole, non si può dire quante volte uno dei materiali sia più duro o più morbido dell'altro.

Standard di durezza Mohs

Come parametro per determinare la durezza secondo il metodo Mohs, questi 10 minerali sono presi (il valore assegnato sarà indicato tra parentesi):

1. Talco.
2. Gesso.
3. Calcite.
4. Fluorite.
5. Apatite.
6. Ortoclasio.
7. Quartz.
8. Topaz.
9. Corindone.
10. Diamante.

Quali sono questi minerali? Li descriviamo tutti in breve qui sotto.

I primi cinque

Il talco è così morbido che puoi graffiare l'unghia. La stessa durezza delle matite (più precisamente grafite). La scala corrisponde a uno. È ben noto a molte persone, di cui è fatto polvere per bambini.

Il prossimo in durezza è gesso (2), che è anche facilmente graffiato e ha una proprietà speciale. Dovrebbe essere schiacciato in polvere e mescolato con acqua - si ottiene una massa del piatto, che può essere data qualsiasi forma. Oltre al colore bianco, ci sono versioni originali di una tonalità gialla.

Al terzo posto la calcite non è casuale (3). Non puoi graffiarlo con le unghie, ma può essere fatto con una moneta di rame. Lo stesso grado di durezza in oro e argento. Il suo secondo nome è biomineral e consiste di conchiglie.

La fluorite viene chiamata fluorite e viene tradotta come "fluida". Non graffia con l'unghia o la moneta, cosa che non avviene con il vetro o con un coltello normale. La sua durezza, come puoi capire, è - 4.

Al quinto posto c'è l'apatite (5), che è ancora suscettibile di graffiare con un coltello o un bicchiere (il lapislazzuli può vantare la stessa caratteristica). Con l'aiuto di questo minerale viene estratto fosforo o acido fosforico.

Secondo cinque

Il sesto nell'elenco è orthoclase, che non prende più il vetro, ma non può resistere al file. Per l'industria, è prezioso come fonte per la produzione di elettroceramica e porcellana. L'opale ha una durezza simile, solo che non può essere usato come riferimento, poiché ne esistono molte varietà e tutte hanno le proprie caratteristiche di resistenza.

Al settimo posto nella nostra "valutazione" delle proprietà di durezza, c'è un noto quarzo, che corrisponde al suo indicatore - 7. Molte persone lo conoscono come sabbia ordinaria. Tuttavia, può essere in altre forme: sotto forma di cristallo di rocca, agata, ametista.

Tra i minerali considerati, il più difficile è il topazio (8). È difficile da elaborare e nella maggior parte dei casi il diamante è usato per questo. Fu scoperto per la prima volta sull'isola di Topazios, che si trova nel Mar Rosso. Da qui il suo nome.

Il corindone sembra identico alla durezza del diamante, tuttavia le sue caratteristiche sono state determinate usando altre tecniche. E come risultato - il diamante è molto più duro del corindone (90-180 volte). Anche i rubini e gli zaffiri sono uguali a questo minerale e, grazie alla sua durezza, è ideale per la produzione di utensili abrasivi.

Il diamante chiude tutti i primi dieci, a cui tra tutti i minerali esistenti non c'è parità in termini di forza, e il suo indicatore sulla scala di durezza è il 10 meritato!