Методы измерения твердости материалов
Твердость является одним из важнейших свойств материала, которое характеризует его способность противостоять проникновению другого тела. Основным методом экспериментального определения твердости является вдавливание в материал эталонного образца из очень твердого вещества, например, легированной стали или алмаза. Твердомер или склерометр — это приборы для изменения количественного значения твердости вещества.
История приборов измерения
Первая шкала твердости, основанная на способности более твердых материалов царапать менее твердые (шкала Мооса) была предложена еще в начале XIX века. Она содержит десять градаций твердости, которые соответствуют твердости десяти эталонных минералов, от наименее твердого талька до наиболее твердого алмаза. Каждый минерал, расположенный между двумя другими по этой шкале, может царапать менее твердый из них и царапается более твердым.
Такая шкала не позволяет получить абсолютные значения твердости, поэтому в лабораторных условиях используют относительно точные инструментальные методы. При этом, благодаря своей доступности и максимально широкому диапазону материалов, шкала Мооса до сих пор имеет важное практическое значение в минералогии.
Для определения количественных показателей твердости в первой половине двадцатого столетия было разработано несколько методик, ориентированных на различные группы материалов.
Метод Янка служит для определения твердости древесины. Количественно твердость считается равной силе, которую нужно приложить для вдавливания эталонного металлического шарика в материал наполовину.
Метод Виккерса используется для измерения твердости сплавов по глубине вдавливания в поверхность материала алмазной пирамидки.
Метод Бринелля позволяет измерять твердость металлов по диаметру углубления, которое оставляет на поверхности образца эталонный твердосплавный шарик при вдавливании под нагрузкой от 1 до 3000 кгс.
Метод Роквелла определяет твердость по глубине проникновения эталонного образца (алмазный конус или шарик из карбида вольфрама) под эталонной нагрузкой.
Наиболее широкое применение на практике нашли методы и приборы, разработанные Альбертом Шором (твердость по Шору). Для определения твердости относительно мягких материалов (пластмассы, резины, силикон) используется дюрометр Шора, который определяют твердость по глубине вдавливания эталонного индентора. Для разных типов материалов существует несколько сходных методик и шкал (A, B, C, D). Переход от одной шкалы к другой возможен с помощью специальных таблиц.
Склероскоп Шора, или твердомер динамический, используется для измерения твердости очень твердых материалов по высоте отскока специального бойка с алмазным или твердосплавным наконечником. В современных склероскопах для вывода значений твердости используется электронные индикаторы. Хотя метод не считается достаточно точным, он очень удобен для оперативного замера в заводских условиях твердости закаленной стали.
