De hardheid van een materiaal begrijpen

Het vermogen van een materiaal om plaatselijke permanente vervorming, zoals indrukking, te tolereren, wordt gekenmerkt door zijn hardheid. Snijden, schuren, doordringen en krassen kunnen er allemaal voor zorgen dat materialen vervormen. Daarom kan hardheid ook worden gebruikt om de weerstand van een materiaal tegen vervorming te bepalen.

De weerstand van een stof tegen plaatselijke permanente vervorming wordt gemeten aan de hand van zijn hardheid. Plastische vervorming is een andere term voor permanente vervorming. Terwijl elastische vervorming optreedt wanneer een materiaal alleen van vorm verandert wanneer er kracht wordt uitgeoefend, treedt plastische vervorming op wanneer een stof niet terugkeert naar zijn oorspronkelijke vorm.

In dit artikel worden de volgende vragen besproken:

• Wat is de hardheid van een materiaal?
• Wat zijn de soorten hardheid?

Laten we erin duiken!

Wat is de hardheid van een materiaal?

Hardheid is een methode die wordt gebruikt om te bepalen hoe bestand een materiaal is, tegen plaatselijke plastische vervorming veroorzaakt door mechanische indrukking of slijtage. De hardheid verschilt per materiaal; harde metalen zoals titanium en beryllium zijn bijvoorbeeld harder dan zachte metalen zoals natrium en metallisch tin, evenals hout en gewone polymeren.

Sterke intermoleculaire verbindingen beschrijven macroscopische hardheid, maar het gedrag van vaste materialen onder kracht is complex, daarom zijn krashardheid, inkepingshardheid en rebound-hardheid allemaal verschillende hardheidsmaatstaven. Ductiliteit, elastische stijfheid, plasticiteit, rek, sterkte, taaiheid, visco-elasticiteit en viscositeit zijn allemaal factoren die de hardheid beïnvloeden. Keramiek, beton, bepaalde metalen en ultraharde materialen zijn voorbeelden van harde materie, te vergelijken met zachte materie.

Sommige materialen hebben een hoge natuurlijke hardheid. Wolfraam is bijvoorbeeld een zeer hard metaal dat wordt gebruikt als legeringselement in gereedschapsstaal. Dit zorgt ervoor dat deze staalgroep ook bij het snijden bij hoge temperaturen bestand is tegen slijtage. Wolfraam wordt vaak gebruikt in hardmetaal, dat vaak wordt gebruikt in frezen. Deze verwisselbare snijgereedschappen verlengen de levensduur van snijgereedschappen aanzienlijk.

Aan de andere kant zijn andere materialen, zoals metalen, zo zacht dat ze onbruikbaar zijn in een verscheidenheid aan toepassingen. Omdat puur goud zo delicaat is, kost het krassen of buigen weinig moeite. Om de hardheid te verbeteren, moeten andere metalen zoals zilver, koper en aluminium worden toegevoegd.

Bij sommige materialen kan een warmtebehandeling worden gebruikt om de oppervlaktehardheid te verhogen terwijl de andere eigenschappen van het metaal behouden blijven. Dit is een gebruikelijke handeling voor machineassen om een ​​langere levensduur te garanderen. Bij het ontwikkelen van een productontwerpconcept moet een ingenieur ook rekening houden met de hardheidsverhouding. Bij een lager- en aspassing moet het lager bijvoorbeeld zachter zijn omdat het gemakkelijker te vervangen is. Bij frequente beweging moet één onderdeel slijten, en de ingenieur heeft het laatste woord.

Wat zijn de soorten hardheid?

Het vermogen van een materiaal om vervorming te weerstaan, wordt getest met een standaardtest die de weerstand van het oppervlak tegen indrukking meet. De vorm of het soort inkeping, de grootte en de toegepaste belasting zijn de meest voorkomende hardheidstests.

Kras, inkeping en rebound zijn de drie basistypen hardheidstests. Binnen elk van deze meetklassen bestaan ​​individuele meetschalen. Conversietabellen worden voor praktische doeleinden gebruikt om van de ene schaal naar de andere te converteren. Hieronder volgen de verschillende soorten hardheid:

• Krashardheid
• Inkepingshardheid
• Rebound-hardheid

Krashardheid

Krashardheid verwijst naar de weerstand van een monster tegen breuk of aanhoudende plastische vervorming als gevolg van wrijving door een scherp voorwerp. Een voorwerp dat van een hardere stof is gemaakt, zal volgens het principe een voorwerp van een zachter materiaal schrapen.

Krashardheid verwijst naar de kracht die nodig is om door de film naar het substraat te snijden tijdens het testen van coatings. De schaal van Mohs, die wordt gebruikt in de mineralogie, is de meest voorkomende test. De sclerometer is een hulpmiddel dat kan worden gebruikt om deze meting uit te voeren.

De zakhardheidsmeter is een ander hulpmiddel dat wordt gebruikt om soortgelijke tests uit te voeren. Een schaalarm met gegradueerde markeringen is in deze gadget gekoppeld aan een vierwielige wagen. Een krasinstrument met een scherpe rand wordt onder een vooraf gedefinieerde hoek aan het testoppervlak bevestigd. Om het te gebruiken, plaatst u het bekende massagewicht op de weegschaalarm bij een van de gegradueerde markeringen en trekt u het gereedschap vervolgens over het testoppervlak. Zonder het gebruik van dure machines kan een bekende druk worden uitgeoefend met behulp van het gewicht en de markeringen.

Inkepingshardheid

De weerstand van een monster tegen materiaalvervorming veroorzaakt door een constante drukbelasting van een scherp voorwerp wordt gemeten door de inkepingshardheid. Inkepingshardheidstests worden meestal gebruikt in engineering en metallurgie. De tests zijn gebaseerd op het principe van het bepalen van de kritische afmetingen van een inkeping die is gemaakt door een speciaal gedimensioneerde en belaste indringer. Rockwell, Vickers, Shore en Brinell zijn enkele van de meest voorkomende indentatie-hardheidsschalen.

Rebound-hardheid

De hoogte van de "stuiter" van een hamer met diamanten punt die van een vaste hoogte in een materiaal valt, wordt gemeten door de rebound-hardheid, ook bekend als dynamische hardheid. Elasticiteit is gekoppeld aan dit type hardheid. Een stereoscoop is een apparaat dat wordt gebruikt om deze meting uit te voeren.

De Leeb-rebound-hardheidstest en de Bennett-hardheidsschaal zijn twee schalen die de rebound-hardheid kwantificeren.

Door de frequentie van een oscillerende staaf te meten, beoordeelt de Ultrasonic Contact Impedance (UCI) -benadering de hardheid. Een metalen schacht met een vibrerend element en een piramidevormige diamant aan het ene uiteinde vormt de staaf.

Samengevat

Materiaalhardheid is een zeer belangrijk ding om te overwegen bij het ontwerpen van een technisch project. Dit bepaalt de betrouwbaarheid en functionaliteit van het project. Met andere woorden, materiaalhardheid is een sleutelfactor in technisch ontwerp. Dat is alles voor dit korte artikel over materiaalhardheid.

Ik hoop dat je veel van het lezen leert, zo ja, deel het dan met anderen. Bedankt voor het lezen, tot ziens!