Pour déterminer la dureté d'un matériau, l'invention de l'ingénieur suédois Brinell est le plus souvent utilisée - une méthode qui mesure les propriétés de surface et donne des caractéristiques supplémentaires des métaux polymères.
Évaluation des matériaux
C'est grâce à cette découverte que l'utilisation la plus efficace des plastiques est en cours d'évaluation. Les plastiques pas trop durs sont testés pour leur élasticité et leur douceur afin d'être utilisés comme matériau d'étanchéité, d'étanchéité et de rembourrage. Le développement de Brinell est une méthode pour déterminer la résistance et la dureté d'un matériau qui servira dans des applications importantes - dans les engrenages et les jantes, les roulements sous forte charge, les raccords filetés, etc.
Cette méthode donne l'évaluation la plus précise de la force. La valeur du paramètre, qui est notée P1B, est difficile à surestimer. Le plus couramment utilisé à cette fin est le développement de Brinell, une méthode dans laquelle une bille d'acier de cinq millimètres est enfoncée dans le matériau. En fonction de la profondeur d'indentation de la balle, GOST est déterminé.
Histoire
En 1900, un ingénieur suédois Johan August Brinell, la méthode qu'il proposa au mondela science des matériaux, rendue célèbre. Il n'a pas seulement été nommé d'après l'inventeur, mais est devenu le plus largement utilisé, standardisé.
Qu'est-ce que la dureté ? Il s'agit d'une propriété particulière d'un matériau qui ne subit pas de déformation plastique due à une action de contact locale, qui se résume le plus souvent à l'introduction d'un indexeur (corps plus dur) dans le matériau.
Dureté récupérée et non récupérée
La méthode Brinell aide à mesurer la dureté restaurée, qui est déterminée par le rapport de l'ampleur de la charge au volume de l'impression, de la zone de projection ou de la surface. Ainsi, la dureté peut être volumétrique, en projection et en surface. Ce dernier est déterminé par le rapport: charge sur la surface de l'empreinte. La dureté apparente est mesurée par le rapport de la charge à son volume, et la dureté de projection est la charge sur la zone de projection laissée par l'empreinte.
La dureté non restaurée par la méthode Brinell est déterminée par les mêmes paramètres, seule la force de résistance devient la principale valeur mesurée, dont le rapport à la surface, au volume ou à la projection est indiqué par l'indice intégré dans le matériau. La dureté volumétrique, de projection et de surface se calcule de la même manière: par le rapport de la force de résistance soit à la surface de la partie incrustée de l'index, soit à sa surface de projection, soit au volume.
Détermination de la dureté
La capacité à résister à la déformation plastique et élastique lorsqu'il est exposé à un matériau plus durL'indice est une détermination de la dureté, c'est-à-dire qu'il s'agit en fait d'un test d'indentation du matériau. La méthode de dureté Brinell est une mesure de la profondeur à laquelle un inducteur a pénétré un matériau. Pour connaître la valeur exacte de la dureté d'un matériau donné, il est nécessaire de mesurer la profondeur de pénétration. Pour ce faire, il existe la méthode Brinell et Rockwell, la méthode Vickers est moins utilisée.
Si la méthode Rockwell détermine directement la profondeur de pénétration de la balle dans le matériau, alors Vickers et Brinell mesurent l'empreinte par sa surface. Il s'avère que plus l'index est profond dans le matériau, plus la zone d'impression est grande. Absolument tous les matériaux peuvent être testés pour leur dureté: minéraux, métaux, plastiques, etc., mais la dureté de chacun d'eux est déterminée par sa propre méthode.
Comment trouver un chemin
La méthode de dureté Brinell est très bonne pour les matériaux non homogènes, pour les alliages qui ne sont pas trop durs. Non seulement le type de matériau détermine la méthode de mesure, mais également les paramètres eux-mêmes qui doivent être déterminés. La dureté des alliages est mesurée, pour ainsi dire, en moyenne, car des matériaux aux caractéristiques différentes y coexistent. Par exemple, la fonte. Il a une structure très hétérogène, il y a de la cémentite, du graphite, de la perlite, de la ferrite, et donc la dureté mesurée de la fonte est une valeur moyenne, constituée de la dureté de tous les composants.
La mesure de la dureté des métaux par la méthode Brinell est effectuée à l'aide d'un grand indexeur, de sorte que l'empreinte est obtenue sur une plus grande surface de l'échantillon. Ainsi, dans ces conditions, il est également possible d'obtenir une valeur pour la fonte, qui est une moyenne pour de nombreuses phases différentes. Cette méthode est très efficace pour mesurer la dureté des alliages - fonte, métaux non ferreux, cuivre, aluminium, etc. Cette méthode indique avec précision la valeur de dureté des plastiques.
Comparaison Rockwell
C'est bon pour les métaux durs et super durs, et la valeur de dureté résultante est également moyennée. La même bille ou cône en acier sert d'indicateur, mais en plus d'eux, une pyramide en diamant est également utilisée. L'empreinte sur le matériau, lorsqu'elle est mesurée par la méthode Rockwell, s'avère également importante et le nombre de dureté pour différentes phases est moyenné.
Les méthodes Brinell et Rockwell diffèrent en principe: la première présente le résultat sous forme de quotient après avoir divisé la force d'indentation par la surface de la zone d'empreinte, tandis que Rockwell calcule le rapport de la profondeur de pénétration à l'unité d'échelle de l'instrument qui mesure la profondeur. C'est pourquoi la dureté Rockwell est pratiquement sans dimension et, selon Brinell, elle est clairement mesurée en kilogrammes par millimètre carré.
Méthode Vickers
Si l'échantillon est trop petit ou s'il est nécessaire de mesurer un objet plus petit que la taille de l'empreinte du pénétrateur, qui mesure la dureté Rockwell ou Brinell, il convient d'utiliser des méthodes de microdureté, parmi lesquelles la méthode Vickers est la plus populaire. L'index est une pyramide en diamant, et l'empreinte est examinée et mesurée par un système optique similaire à un microscope. La valeur moyenne sera également connue, mais la dureté est calculée à partir dezone beaucoup plus petite.
Si l'échelle de l'objet mesuré est très petite, un testeur de microdureté est utilisé, qui peut faire une empreinte dans un grain, une phase, une couche séparés et la charge d'indentation peut être sélectionnée indépendamment. La science des métaux permet d'utiliser ces méthodes pour déterminer à la fois la dureté et la microdureté des métaux, et la science des matériaux détermine de la même manière la microdureté et la dureté des matériaux non métalliques.
Plage
Il existe trois gammes pour mesurer la dureté. Dans la gamme macro, la charge est régulée de 2 N à 30 kN. La microgamme limite non seulement la charge sur l'indexeur, mais également la profondeur de pénétration. La première valeur ne dépasse pas 2 N et la seconde - plus de 0,2 μm. Dans le domaine nanométrique, seule la profondeur d'incorporation de l'indice est régulée - moins de 0,2 µm. Le résultat donne la nanodureté du matériau.
Les paramètres de mesure dépendent principalement de la charge appliquée à l'index. Cette dépendance a même reçu un nom spécial - l'effet de taille, en anglais - effet de taille d'indentation. La nature de l'effet de taille peut être déterminée par la forme de l'indice. Sphérique - la dureté augmente avec l'augmentation de la charge, par conséquent, cet effet de taille est inversé. La pyramide Vickers ou Berkovich réduit la dureté avec l'augmentation de la charge (ici, l'effet de taille habituel ou direct). Le cône-sphère, qui est utilisé pour la méthode Rockwell, montre que l'augmentation de la charge entraîne d'abord une augmentation de la dureté, puis, lorsque la partie sphérique est introduite,décroissant.
Matériaux et méthodes de mesure
Les matériaux les plus durs qui existent actuellement sont deux modifications du carbone: la lonsdaleite, qui est moitié moins dure que le diamant, et la fullerite, qui est deux fois plus dure que le diamant. L'application pratique de ces matériaux ne fait que commencer, mais pour l'instant, le diamant est le plus dur des matériaux courants. C'est avec son aide que la dureté de tous les métaux est établie.
Les méthodes de détermination (les plus populaires) ont été répertoriées ci-dessus, mais pour comprendre leurs caractéristiques et comprendre l'essence, vous devez en considérer d'autres qui peuvent être conditionnellement divisées en dynamique, c'est-à-dire en percussion et en statique, qui ont déjà été envisagées. La méthode de mesure est autrement appelée l'échelle. Il convient de rappeler que la plus populaire reste l'échelle Brinell, où la dureté est mesurée par le diamètre de l'empreinte, qui laisse une bille d'acier enfoncée dans la surface du matériau.
Détermination du nombre de dureté
La méthode Brinell (GOST 9012-59) vous permet d'écrire le nombre de dureté sans unités de mesure, en le désignant HB, où H est la dureté (dureté) et B est Brinell lui-même. L'aire d'une empreinte est mesurée comme faisant partie d'une sphère, et non comme l'aire d'un cercle, comme le fait l'échelle de Meyer, par exemple. La méthode Rockwell se distingue par le fait qu'en déterminant la profondeur d'une boule ou d'un cône de diamant qui a pénétré dans le matériau, la dureté est sans dimension. Il est désigné HRA, HRC, HRB ou HR. La formule de dureté calculée ressemble à ceci: HR=100 (130) - kd. Ici d est la profondeur d'indentation et k est le coefficient.
La dureté Vickers peut êtredéterminé par l'empreinte laissée par une pyramide tétraédrique enfoncée dans la surface du matériau, par rapport à la charge qui a été appliquée à la pyramide. La zone de l'empreinte n'est pas un losange, mais une partie de la zone de la pyramide. Les unités Vickers doivent être considérées comme des kgf par mm2, désignés par l'unité HV. Il existe également une méthode de mesure selon Shore (indentation), plus souvent utilisée pour les polymères et comportant douze échelles de mesure. Les échelles Asker correspondant à Shore (modification japonaise pour les matériaux mous et élastiques) sont à bien des égards similaires à la méthode précédente, seuls les paramètres de l'appareil de mesure sont différents et des indices différents sont utilisés. Une autre méthode selon Shore - avec un rebond - pour les matériaux à module élevé, c'est-à-dire très durs. De cela, nous pouvons conclure que toutes les méthodes qui mesurent la dureté d'un matériau sont divisées en deux catégories - dynamique et statique.
Outils et électroménagers
Les appareils pour déterminer la dureté sont appelés testeurs de dureté, ce sont des mesures instrumentales. Les tests affectent un objet de différentes manières, de sorte que les méthodes peuvent être destructives ou non destructives. Il n'y a pas de relation directe entre toutes ces échelles, car aucune des méthodes ne reflète les propriétés fondamentales du matériau dans son ensemble.
Néanmoins, des tableaux suffisamment approximatifs ont été construits, où les échelles et les différentes méthodes sont reliées pour les catégories de matériaux et leurs groupes individuels. La création de ces tables est devenue possible après une série d'expériences et de tests. Cependant, les théories quipermis à l'une des méthodes de calcul de passer d'une méthode à l'autre n'existe pas encore. La méthode spécifique par laquelle la dureté est déterminée est généralement choisie en fonction de l'équipement disponible, des tâches de mesure, des conditions de mesure et, bien sûr, des propriétés du matériau lui-même.
