Как определить твердость строительных материалов?

Твердость материала определяется как сопротивление этого материала вдавливанию или пластической деформации. Таким образом, твердость является мерой сопротивления материала истиранию, резанию и царапанию.

Испытание на твердость обычно используется для определения постоянной деформации, возникающей в материале под воздействием сосредоточенной нагрузки. Чем выше твердость материала, тем выше его способность сохранять свою форму при приложении внешней нагрузки.

Зная степень твердости материала, можно понять, насколько легко он поддается механической обработке или как он ведет себя в процессе эксплуатации.

В этой статье описаны пять основных тестов, используемых для определения твердости материала.

5 тестов для измерения твердости строительных материалов

Материал может быть испытан на твердость различными методами, при этом каждый метод выражает свой способ определения твердости по своей шкале.

Пять основных тестов, используемых для измерения твердости материала, следующие:

  • тест на твердость по Бринеллю
  • испытание твердости по Роквеллу
  • Испытание на твердость по Виккерсу
  • Твердость по Кнупу
  • Испытание на твердость по Моосу
  • 1. Испытание на твердость по Бринеллю

    Испытание на твердость по Бринеллю измеряет твердость материала по вдавливанию, вызванному постоянно приложенной сосредоточенной силой. Усилие прикладывается с помощью индентора к образцу. В качестве индентора используется сферическая банка, изготовленная из стали или твердого сплава. В конце испытания измеряется диаметр вдавливания.

    Стальной шаровидный индентор первоначально помещается в контакт с материалом перед приложением постоянной силы. Приложенная сила остается на материале в течение 10-15 секунд. Это время называется временем выдержки. По истечении времени выдержки индентор удаляется, оставляя на материале сферическую вмятину.

    По формуле определяется твердость по Бринеллю (HB):

    HB = приложенная сила в (кгФ) / площадь поверхности вдавливания (мм2).

    Среди всех пяти методов определения твердости, упомянутых в этой статье, испытание на твердость по Бринеллю позволяет получить вмятину с большим значением ширины и глубины. Следовательно, это испытание можно проводить на образцах материала с большей площадью поверхности. Проведение испытания на большой площади поверхности помогает учесть неровности поверхности и зерна металла.

    По сравнению с другими четырьмя методами, испытание на твердость по Бринеллю проводится медленно и оставляет большой постоянный след на образце.

    2. Испытание на твердость по Роквеллу

    Испытание на твердость по Роквеллу измеряет твердость материала по постоянной глубине вдавливания, вызванного приложением сосредоточенной нагрузки. Нагрузка прикладывается с помощью шарового индентора, изготовленного из алмазного или стального шарика. Сначала к индентору прикладывается предварительное давление. Глубина вдавливания, вызванная этой предварительной нагрузкой, регистрируется и принимается за точку отсчета.

    Испытание на твердость по Роквеллу; иллюстрация любезно предоставлена: Matsuzawa Matsuzawa

    После приложения предварительной нагрузки к индентору прикладывается основная нагрузка в течение определенного времени выдержки. Эта нагрузка дополнительно вдавливает материал. Разница между контрольной точкой и глубиной вдавливания, вызванного основной нагрузкой, принимается за постоянную глубину вдавливания.

    Это испытание менее разрушительно и дешевле, чем испытание по Бринеллю. Поскольку твердость измеряется на разной глубине, можно избежать ошибок, связанных с дефектами поверхности. Для считывания значения твердости не требуется дополнительного оборудования.

    3. Испытание на твердость по Виккерсу

    Испытание на твердость по Виккерсу измеряет твердость материала по площади поверхности вмятины, образованной на материале испытательной нагрузкой. Используемый индентор представляет собой четырехгранную квадратную пирамиду.

    Первоначально образец поднимается с помощью регулировок прибора до соприкосновения с образцом. Индентор медленно прикладывает испытательное усилие к образцу до достижения заданного значения нагрузки. Усилие поддерживается в течение определенного времени выдержки. Наконец, рассчитывается площадь ромбовидного или квадратного углубления.

    Испытание твердости по Виккерсу; иллюстрация любезно предоставлена: Руководство по производству Руководство по изготовлению

    Затем определяется твердость по Виккерсу (HV) по формуле:

    HV = Приложенная сила в килограммах силы (kgF) / Площадь поверхности вмятины.

    Поскольку при испытании твердости по Виккерсу в качестве индентора используется квадратная пирамида, для вдавливания прикладывается меньшая сила с высоким уровнем точности, чем при испытаниях по Бринеллю и Роквеллу.

    Стоимость испытания на твердость по Виккерсу высока, так как для этого требуется оптическое и измерительное оборудование и подготовка к испытанию. Испытание также требует много времени.

    4. Испытание на твердость по Кнупу

    Испытание на твердость по Кнупу работает так же, как и испытание на твердость по Виккерсу. Для создания вмятины используется алмазный или пирамидообразный индентор. Индентор выдерживается в течение определенного времени. Индентор Кнупа представляет собой удлиненный алмаз, используемый для испытания твердости хрупких и тонких материалов без образования трещин.

    Испытание на твердость по Кнупу; изображение любезно предоставлено руководством по производствуРисунок-3. Испытание твердости по методу Кнупа
    Изображение любезно предоставлено руководством по производству

    Индентор Кнупа имеет диагональ в три раза длиннее диагонали Виккерса. Такая длина способствует проникновению на глубину, примерно вдвое меньшую, чем при испытании по Виккерсу. Таким образом, он подходит для испытания хрупких материалов, таких как керамика.

    Вмятина, образующаяся при испытании твердости по Кнупу, имеет ромбоэдрическую форму. Одна из диагоналей этого углубления в семь раз больше других диагоналей.

    Эта формула может быть использована для расчета твердости Кнупа HK:

    HK = Приложенная испытательная сила в кгF / Площадь поверхности вмятины в мм2

    5. Испытание на твердость по Моосу

    Испытание на твердость по Моосу измеряет твердость материала путем определения устойчивости материала к царапинам. При этом материал известной твердости царапается на поверхности образца, и наблюдается степень царапин на образце.

    Шкала твердости Мооса: Испытание на устойчивость к царапинам Geology.com

    Здесь, в отличие от других методов, не используется индентор. Материалы ранжируются по шкале твердости, называемой шкалой Мооса. Шкала Мооса состоит из 10 минералов. Этот тест измеряет только относительную твердость минералов и не используется для проверки твердости металлов.

    Не существует универсальной шкалы измерения или единицы измерения для определения твердости материала. Понимание плюсов и минусов каждого теста помогает определить лучший метод.

    Часто задаваемые вопросы

    Как определить твердость материала по Бринеллю?

    Тест на твердость по Бринеллю измеряет твердость материала по вдавливанию, вызванному постоянно приложенной концентрированной силой. Усилие прикладывается с помощью индентора к образцу. Используемый индентор может быть сферическим, изготовленным из стали или карбида. В результате испытания измеряется диаметр вдавливания.
    Стальной шаровидный индентор первоначально помещается в контакт с материалом перед приложением постоянной силы. Приложенная сила остается на материале в течение 10-15 секунд. Это время называется временем выдержки. По истечении времени выдержки индентор удаляется, оставляя на материале сферическую вмятину.
    Твердость по Бринеллю (HB) определяется по формуле:
    HB = приложенная сила в (кгФ) / площадь поверхности вмятины (мм2).

    Как проводится испытание на твердость металлов?

    Твердость материала чаще всего определяется по величине вдавливания, вызванного индентором, который прикладывает к материалу определенную нагрузку в течение фиксированного периода времени, называемого временем выдержки.

    Какие существуют различные способы определения твердости материалов?

    Пять основных испытаний, используемых для измерения твердости материала, следующие:
    1. Испытание на твердость по Бринеллю
    2. Испытание на твердость по Роквеллу
    3. Испытание на твердость по Виккерсу
    4. Испытание на твердость по Кнупу
    5. Испытание на твердость по Моосу

    Испытание на твердость по Виккерсу

    Испытание на твердость по Бринеллю

    Типы жилых зданий и выбор места для них

    Читайте далее:
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Центрсельстрой