Наука о твердости металлов
Французский естествоиспытатель Реомюр Антуан в 1722 г. произвел революционное открытие. Насколько материал тверд, по его методу определялось таким образом: вдавливались две треугольные призмы одна в другую. Оставался отпечаток и по формуле вычислялся результат. Уже много лет спустя напишут, что «Твердость металлов — свойство сопротивляться изменениям формы».
Идеи французского ученого продолжил воплощать в жизнь Фридрих Моос. Шкала Мооса, использующаяся для определения твердости минералов, которую создал в 1812 г немецкий минеролог Фридрих Моос, была очень важным открытием, особенно для геологов. Шкала очень просто и доступно позволяла сравнивать твердость минералов, описывалось чем они могут царапаться -медью, стеклом или только алмазом. Моос различает различные по своей упругости и структуре минералы в количестве 10 штук, начиная от самого мягкого талька до алмаза, отличающимся самой твердой фактурой. Посередине между ними располагались камни по нарастающей упругости. Такой способ определения насколько тверд материал стал незаменим в работе геологов, когда нужно сделать первичный замер. Геолог мог всего лишь при помощи ножа измерить прочность камня минерала. Это очень доступный, простой и недорогой способ определения прочности. Прочность материала измеряется следующим способом: для камня, отличающегося самой большой прочностью берется наиболее упругий эталон - камень, поддающийся деформации, царапанию. а также наиболее пластичный материал - эталон, деформирующий этот камень. Например, если камень деформируется топазом, а кварцем нет, то его плотность от 7 до 8. Индентор вдавливается в минерал, при этом измеряется сила давления. Также шкала Мооса позволяет сравнивать качество твердости различных минералов, например кварц тверже ортоклаза, но мягче топаза. Однако высокую точность измерений шкала не способна дать, и поэтому измерения считаются относительными.
Прогресс в промышленности, металлургической отрасли диктовал спрос на новые исследования в этом вопросе, появились новые способы измерения прочности различных поверхностей.
Методы измерения
Ученые Бриннель, Виккерс, Шор, Роквелл предложили свое видение данного вопроса и их методы замерения и расчета прочности получил широкое распространение и популярность.
Принцип действия этих способов практически одинаков, потому что основой является вдавливание одного материала в другой. Разница только в инденторах, их форме, нагрузке, формулах, применяющихся при расчете.
«Индентор» - это некий предмет, его вдавливают в поверхность например металла или еще какого либо материала. Это шарик из стали по способу измерения прочности материалов Бринелля, конусообразный алмазный наконечник по расчету Роквелла, пирамидообразный алмазный конус ученых Виккерса и Шора. Эти методы очень эффективны, с помощью их можно провести расчет отдельных образцов. Это, конечно положительно скажется на качестве серийного товара. Материал не разрушается, измерения проводятся очень быстро.
Но все эти способы определения прочности материалов различны, тем не менее. Чем же они отличаются?
Шведский ученый Юхан Август Бринелль предложил новый способ измерения прочности материалов путем вдавливания. Он представил свое изобретение на выставке в Париже, оно вызвало небывалый успех и отмечено премией Гран-при. Индентор шарик из стали вдавливался в какой либо материал, например металл. Чем тверже был металл, тем больше был диаметр шарика. Вдавливание происходит постепенно, и когда образуется отпечаток, его замеряют. Размер шарика, отпечатка, силы давления – по этим показателям рассчитывают прочность материала.
Ученый Виккерс предполагает тоже вдавливание пирамидообразного конуса из алмаза между противоположными гранями. Такой метод считается статичным.
Если мы знаем силу надавливания и площадь вмятины, мы определим прочность. Расчет производится при определенных условиях: сила нагрузки должна быть постепенной, происходить процесс должен плавно. Нужно чтобы была обеспечена перпендикулярность силы к материалу, который испытывают, с определенными показателями шероховатости. Давление во время определенного отрезка времени должно определяться непрерывно. Вот как определяют прочность материала. Материал закрепляют на прибор. Производят силу давления.
Способ измерения твердости Виккерса может замерять самые твердые поверхности.