Что такое дюрометр?

Что такое дюрометр?

Дюрометр — это устройство, используемое для измерения твердости материалов. Он используется в основном для неметаллических веществ, таких как резина, пластик и эластомеры.

Твердость определяется как «мера степени силы, оказываемой объектом на другой объект для сопротивления ему». Единой единицы твердости не существует, поскольку сила, прикладываемая другим объектом, варьируется в зависимости от цели, например изгиба, удлинения, кручения и т. д. T

Поэтому для разных целей и для разных применений используются разные дюрометры.

Ниже приведены типичные методы испытаний на твердость:

• Бринелль
• Виккерс
• Роквелл
• Кнуп
• Шор
• UCI (ультразвуковой контактный импеданс)

Твердость между различными методами испытаний нельзя сравнивать как есть. Используя таблицу преобразования твердости, их можно сравнивать относительно.

Применение дюрометров

1. Испытание твердости путем вдавливания

• Твердомер по Бринеллю
  Измерение производится с помощью микроскопа или другого оптического прибора. Он может выдерживать более высокие нагрузки (до 3000 кг), чем другие измерительные приборы, и подходит для больших образцов с шероховатыми поверхностями.
• Твердомер по Виккерсу
  Это измеряется оптическим устройством, таким как микроскоп. В отличие от измерения твердости по Бринеллю, при котором полученное значение твердости меняется в зависимости от испытательной нагрузки, даже если используется тот же индентор, измерение твердости по Виккерсу превосходит его тем, что влияние различий в испытательной нагрузке практически пренебрежимо мало. Он может измерять широкий диапазон образцов, от мягких до твердых, и используется для клинических испытаний, особенно в области стоматологии.
• Твердомер по Роквеллу
  В отличие от твердомеров Бринелля и Виккерса, твердомеры Роквелла могут проводить быстрые измерения без оптического оборудования. В основном используются алмазные конические инденторы, но стальные или твердосплавные шарики используются при измерении относительно мягких образцов, таких как мягкая сталь, ковкий чугун, медные сплавы и алюминиевые сплавы. Они в основном используются для измерения термообработанных стальных материалов.
• Твердомер Кнупа
  Подходит для измерения легких нагрузок в несколько граммов и используется для измерения трещин и покрытий на керамике и других материалах.

2. Испытание на твердость по величине отскока молотков и т. д.

• Твердомер по Шору
  Этот тестер может проводить измерения, не повреждая образцы, и прост в эксплуатации. Не требуется источник питания, и поскольку он компактен и портативен, на месте можно испытывать большие конструкции, такие как прокатные валки и железнодорожные рельсы.

3. Другие методы испытаний

• Измеритель твердости UCI (ультразвуковой контактный импеданс)
  Принцип измерения твердости UCI основан на измерении твердости по Виккерсу. Он имеет меньший отпечаток, чем другие методы испытаний, и может использоваться для тонких и деликатных деталей. С другой стороны, он также используется для больших образцов, которые являются портативными и не могут быть перемещены.

Принцип работы дюрометров

1. Принцип измерения твердости по Бринеллю

Сферический индентор прижимается к образцу в течение 10~15 секунд, и площадь поверхности S (мм2) рассчитывается на основе испытательной нагрузки F (Н), диаметра индентора D (мм) и диаметра вмятины d (мм) для получения твердости.
Твердость по Бринеллю (HBS) = 0,102 × (испытательная нагрузка F/площадь поверхности вмятины S)
 = (0,102 × 2F)/{πD(D-√(D2-d2)}

2. Принцип измерения твердости по Виккерсу

Алмазный пирамидальный индентор с углом наклона 136° прижимается к образцу, и площадь поверхности S (мм2) рассчитывается на основе испытательной нагрузки F (Н) и диагональной длины d (мм) отпечатка для получения твердости.

Твердость по Виккерсу (HV) = испытательная нагрузка F/площадь поверхности отпечатка S
 = 2Fsin68°/d2 = 1,854 F/d2

3. Принцип измерения твердости по Роквеллу

Алмазный конический индентор с углом при вершине 120° прижимается к образцу в порядке от (ⅰ) до (ⅲ)

Твердость измеряется по разнице глубины отпечатка между (ⅰ) и (ⅲ).
Необходимо выбрать нагрузку, при которой глубина отпечатка будет меньше 1/10 толщины образца.

4. Принцип измерения твердости по Кнупу

К образцу прижимается алмазный квадратный индентор с диагональными углами 172°30′ и 130°. Отпечаток рассчитывается по площади поверхности S (мм2), полученной из испытательной нагрузки F (Н) и длинной диагонали d (мм) отпечатка.
Используется та же испытательная машина, что и для измерения твердости по Виккерсу.
Твердость по Кнупу (HK) = 14229F/d2

5. Принцип измерения твердости по Шору

Алмазный молоток падает под прямым углом к ​​образцу, и твердость измеряется по высоте отскока. Чем тверже образец, тем выше отскок.
Эвтектоидная углеродистая сталь используется для твердости от 30 до 95 HS, а суперэвтектоидная углеродистая сталь — для 100 HS.

6. Принцип измерения твердости методом UCI (ультразвукового контактного импеданса)

Алмазный индентор прижимается к образцу примерно на 0,5 секунды при определенной нагрузке. Резонансная частота, которая изменяется в это время, считывается электроникой для измерения твердости.

Дюрометры для металлов

Существуют различные типы дюрометров, некоторые из которых подходят для определенных материалов, а другие — для других. Ниже приведены примеры дюрометров, используемых для металлов:

• Твердость по Бринеллю в основном используется для оценки средней твердости материалов с непостоянной металлургической структурой, таких как отливки и поковки. Она оставляет относительно большие следы измерений. Также необходимо полировать измерительную поверхность образца перед измерением.
• Твердость по Роквеллу используется для оценки твердости поверхности термообработанных материалов на месте термообработки стальных материалов. Этот метод измерения подходит для измерения относительно больших материалов и имеет небольшую погрешность измерения из-за различий в измерителях. Различные инденторы доступны в соответствии с комбинацией опорной нагрузки и испытательной нагрузки.
• Твердость по Виккерсу используется для оценки твердости и твердости покрытия после обработки упрочнителем поверхности, а также для оценки поперечного сечения сварочных материалов и условий сварки. Он также имеет то преимущество, что один и тот же измерительный элемент может использоваться независимо от материала образца.
• Твердость по Шору используется для измерения твердости металлических материалов после закалки, отпуска и азотирования. Также возможно измерение больших материалов.

Портативный дюрометр

Для измерения твердости губок, резины и пластика доступны ручные твердомеры.

Также доступны портативные твердомеры для металлов, хотя они проще простых настольных дюрометров. Для одного и того же метода измерения используется тот же индентор, и несколько единиц твердости могут отображаться путем преобразования.