Твердость - Hardness


Из Википедии, свободной энциклопедии

Твердость является мерой устойчивости к локализованной пластической деформации , вызванной механическим либо отступа или истиранию. Некоторые материалы (например , металлы ) труднее , чем другие (например , пластик , дерево ). Макроскопическая твердость , как правило , характеризуются сильными межмолекулярными связями , но поведение твердых материалов под действием силы является сложным; Таким образом, существуют различные измерения твердости: твердость царапин , твердость вдавливания и твердость отскока .

Твердость зависит от пластичности , упругой жесткости , пластичности , деформации , прочности , ударной вязкости , вязкоупругости и вязкости .

Типичными примерами твердой материи являются керамика , бетон , некоторые металлы и сверхтвердые материалы , которые могут быть контрастируют с мягкой материи .

Измерение твердости

Тестер твердости по Виккерсу

Есть три основных типа измерений твердости: царапина , вмятина , и отскок . В каждом из этих классов измерения существуют индивидуальные шкалы измерения. По практическим причинам таблица преобразования используется для преобразования между одной шкалой и другими.

твердость, определяемое царапанье

Твердость Царапины является мерой того , насколько устойчив образцом является перелом или постоянной пластической деформацией из - за трения с острым предметом. Принцип заключается в том, что объект , сделанный из более твердого материала будет царапать объект , выполненный из мягкого материала. При испытании покрытий, царапины Твердость относится к силе , необходимой , чтобы прорезать пленки к подложке. Наиболее распространенный тест Мооса шкала , которая используется в минералогии . Одним из инструментов , чтобы сделать это измерение является склерометр .

Другой инструмент, используемый, чтобы сделать эти испытания является измеритель твердости карман. Этот инструмент состоит из шкалы руки с градуированными отметками, присоединенных к четырехколесной перевозке. Царапина инструмент с острым краем установлен под заданным углом к ​​поверхности испытаний. Для того, чтобы использовать его масса известной массы добавляется в масштабе руки на одном из градуированных отметок, инструмент затем вытягивают через тестируемую поверхность. Использование веса и маркировки позволяет известное давление, которое должно применяться без необходимости сложной техники.

Отступ твердость

Меры твердости отступа сопротивления образца к деформации материала в связи с постоянной сжимающей нагрузкой от острого предмета. Испытания на твердость вдавливания в основном используются в инженерных и металлургических областях. Эти тесты работают на основной предпосылке измерения критических размеров выемки , оставленной специально размерами и загруженный индентор.

Шкалы твердости Общие отступа являются Rockwell , Vickers , Шор и Бринеллю , среди других.

твердость по отскоку

Твердость по отскоку, также известная как динамическая твердость , измеряет высоту «отскок» алмазные наконечниками молотка упала с фиксированной высоты на материал. Этот тип жесткости связан с эластичностью . Устройство , используемое для измерения принять этот известен как склероскоп .

Две шкалы, измеряет твердость отскока являются испытание на твердость отскока Лееб и шкала твердости Беннет .

Закалка

Есть пяти процессов упрочнения: Холл-Петч укрепления , упрочнение , упрочнение твердого раствора , дисперсионное твердение и мартенситное превращение .

физика

Схема на кривой напряжение-деформация , показывающий соотношение между напряжением (сила , приложенная на единицу площади) и деформации или деформации из пластичного металла.

В механике твердого тела , твердые частицы обычно имеют три ответов заставляют , в зависимости от количества силы и типа материала:

  • Они обладают эластичностью -возможность временно изменить форму, но вернуться к первоначальной форме , когда давление снимается. «Твердость» в упругой области-небольших временных изменениях формы при заданной силе, известна как жесткость в случае данного объекта или высокого модуль упругости в случае материала.
  • Они обладают пластичностью -возможность постоянно изменять форму в ответ на силу, но остаются в целости и сохранности . Предел текучести является точка , при которой упругая деформация сменяется пластической деформации. Деформация в пластической области является нелинейным, и описывается кривой напряжение-деформация . Этот ответ дает наблюдаемые свойства нуля и твердости вдавливанием, как описано , и измеряется в науке материалов. Некоторые материалы демонстрируют , как эластичность и вязкость при прохождении пластической деформации; это называется вязкоупругостью .
  • Они перелом -Сплит на две или более частей.

Сила является мерой степени упругой области материала, либо упругой и пластической диапазоны вместе. Это количественно , как прочность на сжатие , прочность на сдвиг , предел прочности на разрыв в зависимости от направления сил , участвующих. Предел прочности является инженерной мерой максимальной нагрузки частью конкретного материала и геометрии может выдержать.

Хрупкость , в техническом использовании, является тенденцией материала к переломам очень мало или не обнаруживаемой пластической деформации заранее. Таким образом , с технической точки зрения, материал может быть как хрупким и сильным. В обиходе «хрупкость» , как правило , относится к тенденции к разрушению под небольшим количеством силы, которая проявляет как хрупкость и отсутствие силы (в техническом смысле). Для идеально хрупких материалов, предел текучести и предел прочности на одни и те же, потому что они не испытывают обнаруживаемого пластической деформации. Противоположность хрупкости является пластичность .

Ударная вязкость материала является максимальным количеством энергии , он может поглощать до ГРПА, который отличается от количества силы , которые могут быть применены. Ударная вязкость имеет тенденцию быть малы для хрупких материалов, так как упругие и пластические деформации позволяют материалам поглощать большое количество энергии.

Твердость возрастает с уменьшением размера частиц . Это известно как отношения Холла-Петча . Тем не менее, ниже критической величины зерна, твердость уменьшается с уменьшением размера зерен. Это известно как обратный эффект Холла-Петча.

Твердость материала к деформации зависит от его microdurability или малого модуля сдвига в любом направлении, а не в каких - либо жесткости или жесткости свойств , таких как ее объемный модуль упругости или модуль Юнга . Жесткость часто путают твердости. Некоторые материалы жестче , чем алмаз (например , осмий) , но не больше, и склонны к сколам и отслаивание в чешуйчатых или игольчатых привычках.

Механизмы и теории

Представление кристаллической решетки, показывая плоскости атомов.

Ключ к пониманию механизма за твердостями понимание металлической микроструктуры , или структуры и расположения атомов на атомном уровне. На самом деле, наиболее важные металлические свойства критичные для производства современных товаров определяются микроструктуры материала. На атомном уровне, атомы металла располагаются в определенном порядке трехмерного массива называется кристаллической решетки . В действительности, однако, данный образец металла , вероятно , никогда не содержит последовательную единую кристаллическую решетку. Данный образец металла будет содержать много зерен, причем каждое зерно , имеющий довольно последовательную картину массива. При еще меньшем масштабе, причем каждое зерно содержит неровности.

Есть два типа неровностей на уровне зерен микроструктуры, которые ответственны за твердости материала. Эти нарушения являются точечными дефектами и дефекты линии. Точечный дефект является нерегулярность расположен на одном узле решетки внутри общей трехмерной решетке зерна. Существуют три основных точечных дефектов. Если атом отсутствует из массива, дефект вакансии формируется. Если есть другой тип атома в узле решетки , которые должны обычно занимаемого атомом металла, образуется замещени дефекта. Если существует атом в месте , где обычно не должно быть, интерстициальный дефект образуется. Это возможно потому , что существует пространство между атомами в кристаллической решетке. В то время как точечные дефекты неровности на одном месте в кристаллической решетке, линейные дефекты неровности на плоскости атомов. Дислокации представляют собой тип дефекта линии с участием несоосности этих плоскостей. В случае краевой дислокации, половина плоскости атомов зажатой между двумя плоскостями атомов. В случае винтовой дислокации две плоскости атомов смещены с винтовым массива выполняется между ними.

В стеклах, твердость , кажется, линейно зависит от числа топологических ограничений , действующих между атомами сети. Таким образом, теория жесткости позволило предсказывать значения твердости по отношению к композиции.

Плоскости атомов, расщепленных краевой дислокации.

Дислокации обеспечить механизм для плоскостей атомов выскользнуть и, следовательно, способ пластика или постоянной деформации. Плоскости атомов могут перевернуть с одной стороны дислокации в других эффективно позволяя дислокации, чтобы пройти через материал и материал для деформации на постоянной основе. Движение разрешено эти дислокации приводит к уменьшению твердости материала.

Способ ингибирования движение плоскостей атомов, и тем самым сделать их труднее, включает взаимодействие дислокаций друг с другом и междоузельных атомов. При дислокации пересекает второй дислокации, он больше не может траверс через кристаллическую решетку. Пересечение дислокаций создает опорную точку и не допускает плоскости атомов продолжать скользить друг над другой дислокацией также может быть закреплено при взаимодействии с междоузельными атомами. Если вывих вступает в контакт с двумя или более междоузельных атомов, пробуксовка самолетов снова будет нарушена. В внедренных атомах создают опорные точки или точек закрепления, таким же образом, как пересекающиеся дислокации.

Изменяя присутствие междоузельных атомов и плотность дислокаций, твердость конкретного металла можно управлять. Несмотря на то, казалось бы нелогичным, как плотность дислокаций растут, создано больше пересечений и, следовательно, больше опорных точек. Аналогичным образом, по мере добавлении междоузельных атомов, образуется более пиннинг точка, которые препятствуют движению дислокаций. В результате, добавили больше опорных точек, тем труднее материал станет.

Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

  • Чин, RL (2009). «Твердость, подшипники, и Rockwells». Новые материалы и процессы . 167 (10): 29-31.
  • Дэвис, JR (ред.). (2002). Поверхностное упрочнение сталей: Понимание основ. Материалы Парк, OH: ASM International.
  • Dieter, Джордж Э. (1989). Механическая Металлургия. SI Metric адаптация. Девственность, Великобритания: McGraw-Hill образования. ISBN  0-07-100406-8
  • Malzbender, J (2003). «Комментарий на определения твердости». Журнал Общества европейской керамики . 23 (9): 9. дои : 10.1016 / S0955-2219 (02) 00354-0 .
  • Revankar, G. (2003). «Введение в тестирование твердости.» Механические испытания и оценка , ASM Online Vol. 8.

внешняя ссылка