Materiaalhardheid Beoordelen: Weerstand Tegen Vervorming Begrijpen

De capaciteit van een materiaal om lokale permanente vervorming, zoals inkeping, te tolereren, wordt gekenmerkt door de hardheid. Snijden, abrasie, penetratie en schuren kunnen allemaal materialen vervormen, daarom kan hardheid ook worden gebruikt om de weerstand van een materiaal tegen vervorming te definiëren.

De weerstand van een stof tegen lokale permanente vervorming wordt gemeten door de hardheid. Plastische vervorming is een andere term voor permanente vervorming. Terwijl elastische vervorming optreedt wanneer een materiaal alleen van vorm verandert wanneer kracht wordt toegepast, 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 typen hardheid?

Laten we beginnen!

Wat is de hardheid van een materiaal?

Hardheid is een methode die wordt gebruikt om te bepalen hoe weerstandig een materiaal is tegen lokale plastische vervorming veroorzaakt door mechanische inkeping of abrasie. Hardheid varieert per materiaal; harde metalen zoals titanium en beryllium zijn harder dan zachte metalen zoals natrium en metalen tin, alsook hout en gewone polymeren.

Sterke intermoleculaire bindingen beschrijven macroscopische hardheid, maar het gedrag van vaste materialen onder kracht is complex, daarom zijn schuurshardheid, inkepingshardheid en terugspringhardheid allemaal verschillende metrieken van hardheid. Duktiliteit, elastische stijfheid, plasticiteit, vervorming, sterkte, zwaarte, viscoelasticiteit en viscositeit zijn allemaal factoren die hardheid beïnvloeden. Keramiek, beton, bepaalde metalen en ultra-harde materialen zijn voorbeelden van harde stof, die vergeleken kan worden met zachte stof.

Sommige materialen hebben een natuurlijk hoge hardheid. Wolfraam is bijvoorbeeld een zeer hard metaal dat als legeringselement in toolstalen wordt gebruikt. Dit zorgt ervoor dat deze groep stalen slijtvaste blijft zelfs bij snijden op hoge temperaturen. Wolfraam zit vaak in gecementeerd hardmetaal, wat veelvuldig in frezen wordt gebruikt. Deze uitwisselbare snijtool-bits verlengen de levensduur van snijtools aanzienlijk.

Aan de andere kant zijn andere materialen, zoals metalen, zacht tot het punt onbruikbaar in diverse toepassingen. Omdat zuiver goud zo zachtaardig is, kost het weinig moeite om het te schuren of te buigen. Om de hardheid te verbeteren, moeten andere metalen zoals zilver, koper en aluminium worden toegevoegd.

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

Wat zijn de typen hardheid?

De capaciteit van een materiaal om vervorming te weerstaan, wordt getest door een standaardtest die de weerstand van het oppervlak tegen inkeping meet. De vorm of soort inkeping, de grootte en de hoeveelheid toegepaste belasting zijn de meest voorkomende hardheidstesten.

Schuurshardheid, inkepingshardheid en terugspringhardheid zijn de drie basistypen hardheidstesten. Individuele meetschalen bestaan binnen elk van deze meetklassen. Conversietabellen worden gebruikt om van de ene schaal naar de andere te converteren voor praktische doeleinden. De volgende zijn de verschillende typen hardheid:

• Schuurshardheid
• Inkepingshardheid
• Terugspringhardheid

Schuurshardheid

Schuurshardheid verwijst naar de weerstand van een monster tegen breuk of persistente plastische vervorming als gevolg van wrijving van een scherp item. Een object gemaakt van een harder materiaal zal een object van een zachter materiaal schuren, volgens het principe.

Schuurshardheid verwijst naar de kracht die nodig is om door de film naar het substraat te snijden bij het testen van coatings. De Mohs-schaal, die in mineralogie wordt gebruikt, is de meest voorkomende test. De sclerometer is een instrument dat hiervoor kan worden gebruikt.

De zakhardheidstester is een ander instrument dat gebruikt wordt voor vergelijkbare tests. Een schaalar met afgestudeerde markeringen is gekoppeld aan een vierwielige wagen in dit apparaat. Een schuursinstrument met een scherpe rand is aan het testoppervlak bevestigd onder een vooraf gedefinieerde hoek. Om het te gebruiken, plaatst u een bekende massa op de schaalar op een van de afgestudeerde markeringen, en trekt u het instrument 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 compressieve belasting van een scherp item wordt gemeten door inkepingshardheid. Inkepinghardheidstesten worden het meest gebruikt in de techniek en metaalkunde. De testen zijn gebaseerd op het principe van het bepalen van de kritische afmetingen van een inkeping gecreëerd door een speciaal gedimensioneerde en belaste indenter. Rockwell, Vickers, Shore en Brinell zijn enkele van de meest voorkomende inkepingshardheidsschalen.

Terugspringhardheid

De hoogte van de "stuiter" van een diamantgetopte hamer die vanuit een vaste hoogte in een materiaal wordt gevallen, wordt gemeten door terugspringhardheid, ook wel dynamische hardheid genoemd. Elasticiteit is gerelateerd aan dit type hardheid. Een stereoscoop is een apparaat dat gebruikt wordt om deze meting te nemen.

De Leeb-terugspringhardheidstest en de Bennett-hardheidsschaal zijn twee schalen die terugspringhardheid kwantificeren.

Door de frequentie van een trillende staaf te meten, beoordeelt de Ultrasonic Contact Impedance (UCI)-methode hardheid. Een metalen as met een trillend element en een piramidaal diamant bevestigd aan één uiteinde vormt de staaf.

Samenvattend

Materiaalhardheid is een zeer belangrijke overweging 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. Dit was het voor dit korte artikel over materiaalhardheid.

Ik hoop dat u veel heeft geleerd uit de lezing; deel het gerust met anderen. Bedankt voor het lezen, tot de volgende keer!