Альберт Шор и его дюрометр
Термин «твердость по шору» носит имя изобретателя способа, который широко используется для определения твердости полимеров, – Альберта Ф. Шора. Шор также разработал шкалы твердости и прибор для ее измерения – дюрометр.
Дюрометр применяется для определения твердости материала методом вдавливания, который показывает степень сопротивления полимера при попытке внедрить в него более твердое тело, в качестве которого выступает стержень из закаленной стали. Чем эластичнее полиуретан, тем меньше его твердость.
Несмотря на то, что данному методу измерения твердости уже почти 100 лет и у него есть определенные недостатки, он до сих пор актуален по причине своей простоты, оперативности замеров и того, что использовать дюрометр можно с изделиями разных форм и размеров.
4 Аппаратура
Дюрометры Шора типов А и D, состоящие из следующих частей:
4.1 Опорная поверхность с отверстием диаметром (3,0±0,5) мм, центр которого расположен на расстоянии не менее 6 мм от любого края опоры.
4.2 Индентор, представляющий собой стержень из закаленной стали диаметром (1,25±0,15) мм, форма и размеры которого для дюрометров тип А представлены на рисунке 1, для дюрометров типа D – на рисунке 2.
1 – опорная поверхность; 2 – индентор
Рисунок 1 – Индентор для дюрометра типа А
1 – опорная поверхность; 2 – индентор
Рисунок 2 – Индентор для дюрометра типа D
4.3 Индикаторное устройство, показывающее степень выдвижения кончика индентора за пределы опорной поверхности, которая может быть измерена непосредственно в условных единицах от 0 при полном выдвижении кончика индентора, равного (2,50±0,04) мм, до 100 при отсутствии какого-либо выдвижения, что происходит в случае, когда опорную поверхность индентора плотно прижимают к стеклянной пластинке.
Примечание – Индикаторное устройство может иметь приспособление, показывающее первоначальную глубину вдавливания индентора в момент приложения нагрузки, чтобы обеспечить максимальное показание при использовании непрерывной записи (если требуется) (см. 8.1).
4.4 Калиброванная пружина для приложения к индентору силы, рассчитанной согласно одной из приведенных ниже формул:
, (1)
где – прилагаемая сила, мН;
– твердость, определенная по дюрометру типа А
или
, (2)
где – прилагаемая сила, мН;
– твердость, определенная по дюрометру типа D.
Показатель твердости стали
Самый высокий показатель HRC не обязательно является лучшим.
Более твердая сталь, как правило, лучше держит кромку, чем более мягкая сталь, но она также с большей вероятностью трескается или выходит из строя. На самом деле, если она действительно твердая, она может разбиться, как стекло на бетоне!
Сталь, используемая при изготовлении ножа, также имеет большое отношение к тому, насколько хорошо нож будет удерживать кромку. Каждый отдельный стальной сплав имеет свой оптимальный диапазон, который уравновешивает твердость с производительностью и предназначением.
Так почему же показатель ножа по Роквеллу имеет значение? Что такое хорошая твердость по Роквеллу для ножа?
Твердость ножа очень важна с точки зрения его производительности и долговечности. Например, более твердая сталь с RC 58-62 будет держать кромку лучше, чем более мягкая сталь. Однако, эта же самая твердая сталь менее прочна и более склонна к растрескиванию или даже поломке
Некоторые кухонные ножи с высокой твердостью требуют особой осторожности, чтобы не повредить тонкую режущую кромку
Более мягкая сталь более долговечна за счет свой высокой упругости. В большинстве топоров и зубил используется более мягкая сталь, которая выдерживает удары, с которыми они сталкиваются в повседневной работе.
Поскольку карманные ножи и охотничьи ножи обычно не используются для строгания и рубки древесины, они выигрывают от использования более прочной стали, которая сохраняет отличную остроту для нарезки мягких материалов.
Однако, нож для выживания, к которому вы собираетесь приложить экстремальные усилия, только выиграет от твердости по Роквелу 55-58. Нож, который мог бы резать кости и твердую древесину, в первую очередь, должен быть прочным. Нож с более низкой твердостью может затупиться быстрее, но с большей вероятностью переживет большое количество ударов и механических повреждений.
Испытание по Роквеллу помогает производителям ножей уравновешивать три наиболее важных фактора, которые могут повлиять на качество их готовой продукции: твердость, гибкость и вязкость. Наличие этих трех факторов в правильном балансе позволяет им производить ножи для различных сфер использования.
Существует несколько различных аббревиатур, которые могут использоваться изготовителем ножей при указании твердости: HR, HRc, HR C, RC, Rc, C по шкале Роквелла, шкала твердости Роквелла C. Независимо от того, как написано о ножевой стали, все они ссылаются на одну и ту же шкалу С. Это может немного запутать, но просто знайте, что рейтинги сами по себе одинаковы – какое бы обозначение не использовал производитель.
Стэнли П. Роквелл был металлургом на заводе по производству шарикоподшипников в Новой Англии в 1919 году. Он разработал шкалу твердости для того, чтобы измерять твердость шариков для подшипников быстро, точно и с высокой повторяемостью.
Производители всего, начиная от пружин для часов и заканчивая колесами для поездов, давно нуждались в таком испытании и быстро применяли шкалу Роквелла для всех видов стали, а также других металлов, деталей. В конце концов, тест был адаптирован даже для испытаний неметаллических материалов – даже пластмасс.
Принцип измерения по Шору
Прибор твердости Шору пришлось разработать самому. Это произошло в 1920. Называется аппарат дюрометром. У него есть опорная площадка с отверстием по центру, индентор, то есть вдавливатель, и калиброванная пружина, прилагающая к нему определенную силу.
Последний элемент машины – индикатор. Он определяет степень выдвижения «носика» индентора за пределы опорной поверхности.
Измерительных шкал у прибора несколько. Основных две, это A и D. Разбивка необходима для точности опытов, ведь испытуемыми становятся материалы с разной твердостью. Мягкие проверяют по шкале А, а более упругие – по D.
Измерение твердости по Шору требует внимания к внешним условиям. Часть полимеров реагируют, к примеру, на влажность воздуха, или размягчаются под воздействием прямых солнечных лучей. Нужно исключить факторы, влияющие на параметры материала. Для этого есть стандарты ISO.
Требования предъявляются и к толщине испытуемого образца. Она не должна быть меньше 6-ти миллиметров. Ширина материала должна позволять сделать отступ от любого из краев минимум в 12 миллиметров. Важна и гладкость испытуемого.
Шероховатые материалы могут неплотно прилегать к опорной поверхности, что искажает результаты измерений.
Чтобы определить, к примеру, твердость полиуретана по Шору, дюрометр устанавливают вертикально. «Носик» индентора, при этом, должен отстоять от края образца на те самые 12 миллиметров.
Прижать опорную поверхность к образцу нужно как можно быстрее, без толчка, держа параллель между плоскостями. Остается приложить к опорной поверхности давление, обеспечивающее надежный контакт с испытуемым материалом. Для этого используют груз. Но, допускается и ручной жим.
Мгновенное измерение проводят за 1 секунду. Однако, обычно, показатели снимают через 15 секунд. Для верности, проводят 5 замеров в разных местах поверхности.
Среднее значение – и есть число твердости. Оно может быть от 0 до 100. Такова шкала твердости Шора. Попробуем применить измерения не только при выборе автомобильных покрышек.
Твердость по Бринеллю – суть метода
Для определения твердости используют прибор, составленный из измерительного блока и пресса. Наконечник пресса – стальной шарик. Его именуют индентором. Диаметр шарика соответствует ГОСТу 9012 – 59 (ИСО 6506-81, ИСО 410-82), установленному в 1990-лм году. Разрешены 3 показателя: 2,5, 5 и 10 миллиметров.
Нужный индентор выбирают так, чтобы отпечаток от него лежал в пределах 0,2-0,7 диаметра шарика. Измерение твердости по Бринеллю производится либо стальным шариком, либо шариком из карбида вольфрама. Последний, позволяет узнать твердость материалов, превышающих показатель обычной стали.
Карбидный индентор, как правило, нужен для инструментальных сплавов. Шарик из обычной стали используют, измеряя твердость древесины, меди, алюминия, дюраля, нержавейки, стекла. То есть, твердомер применяют не только к металлам.
Метод измерения твердости по Бринеллю состоит из 2-х нагрузок. Сначала, пресс опускают для пробной. Небольшим надавливанием устанавливают начальное положение индентора. После, сообщают уже солидный вес, держат определенное время, потом, измеряют диаметр следа. Звучит «стройно», но есть сложность.
По краям отпечатка образуются навалы и наплывы материала. Из-за них диаметр, глубина могут быть неточными. Твердость по методу Бринелля измеряют до упругого восстановления, то есть до возвращения материала в первоначальную форму. Это возвращение может быть неполным. Тогда, фиксируется его степень.
В схожем методе Роквелла упругого восстановления не дожидаются, да и в качестве индентора используют не только металлические шары, но и алмазные конусы. Это стоит учитывать, замеряя твердость по Бринеллю и Роквеллу. Для чистоты эксперимента можно добавить еще один метод, главное, соблюсти нюансы исследований и уметь соотнести их результаты. Об этом и поговорим.
Общие требования к процессу измерения твердости
- Измерительный прибор любой конструкции должен быть надежным и удобным в обращении.
- Прибор должен оперативно выдавать результаты замеров твердости.
- Вне зависимости от величины прилагаемого усилия или затрачиваемой энергии, значение твердости для однородного тела при постоянной температуре должно быть материальной константой.
- Поверхность образца должна быть подготовлена в соответствии с методом измерения.
- Образец должен быть надежно зафиксирован, чтобы исключить смещение относительно оси приложения нагрузки со стороны прибора.
- Твердость должна иметь совершенно определенный и ясный физический смысл, правильную размерность, характеризующую сопротивление материала пластической деформации.
Принцип действия
Для определения значения твердости методом UCI и методом отскока (Лейба), диагонали отпечатка не определяются оптически, как это принято в классических методах. Здесь твердость определяется электронным способом, посредством измерения изменения ультразвуковой частоты (в случае использования ультразвукового датчика) и на определении отношения скоростей бойка, находящегося внутри датчика, до и после удара ( в случае использования динамического датчика).
Ультразвуковой датчик в основе своей использует стальной стержень с алмазной пирамидой Виккерса (угол между гранями 136?), который является акустическим резонатором встроенного генератора ультразвуковой частоты. При внедрении пирамиды в контролируемое изделие под действием фиксированного усилия калиброванной пружины, происходит изменение собственной частоты резонатора, определяемое твёрдостью материала. Относительное изменение частоты резонатора преобразуется электронным блоком в значение твёрдости выбранной шкалы и выводится на дисплей.
Боек, расположенный в динамическом датчике, имеет на конце твердосплавный шарик, непосредственно контактирующий с контролируемой поверхностью в момент удара. Внутри бойка находится постоянный магнит. Боёк, после нажатия спусковой кнопки, при помощи предварительно взведенной пружины, выбрасывается на измеряемую поверхность. При этом боёк перемещается внутри катушки индуктивности и своим магнитным полем наводит в ней ЭДС. Сигнал с выхода катушки индуктивности подается на вход электронного блока, где преобразуется в значение твёрдости выбранной шкалы и выводится на дисплей.
Твердость каких материалов измеряется c помощью шкалы Шора
Показатели твердости по этому методу являются государственными стандартами для таких материалов, как резина, каучук, эбонит, силикон, пластик, полиуретан. Впервые подобные нормы были утверждены для резины. Стандарт появился еще в 1975 году, после чего неоднократно корректировался.
Измерять методом Шора можно и твердость металлических изделий. Но технология при этом немного другая. При измерении твердости заведомо жестких материалов отслеживают не глубину погружения индентора, а высоту отскока носика. Для показателей, получаемых методом отскока, также есть отдельная шкала. Но в промышленности чаще применяются другие более точные способы определения.
Несмотря на это, места и ситуации, где используется метод Шора, очень разнообразны и порой неожиданны
Так, на показатели твердости обращают внимание медики, когда подбирают специальные резиновые бинты для фиксации шин. Последние необходимы при оказании помощи после травмы костей
Слишком мягкие бинты не могут достаточно качественно фиксировать шину, а слишком жесткие могут пережать сосуды и нарушить кровоток.
Таким образом, метод, изобретенный американским промышленником еще в прошлом веке, до сих пор актуален во многих областях благодаря объективности и доступности применения.
Технические характеристики
| № п/п | Наименование характеристики | Значение характеристики | |
| ТВР-А (ТВР-АМ) | ТВР-D (ТВР-БМ) | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 1. | Диапазон измерения твердости по Шору, ед.твердости | От 0 до 100 | |
| 2. | Предварительная нагрузка, Н | 0,549 ± 0,075 | |
| 3. | Предельная нагрузка, Н | 8,064 ± 0,075 | 49,04 ± 0,49 |
| 4. | Цена деления отсчетного устройства, ед.твердости | 1 | |
| 5. | Вылет индентора от опорной поверхности при нулевом показании, мм | 2,50 ± 0,04 | |
| 6. | Пределы допускаемой погрешности по нагрузке в любой точке шкалы прибора, Н | ±0,075 (± 1 деление шкалы) | ±0,445 (± 1 деление шкалы) |
| 7. | Пределы допускаемой погрешности перемещения индентора в любой точке шкалы прибора, мм | ± 0,025 ( ± 1 деление шкалы) | |
| 8. | Усилие, создаваемое грузом для механизированных модификаций, Н | 9,8 ± 0,1 | 49,3 ± 0,49 |
| 9. | Габаритные размеры, мм, не более: длина х ширина х высота | 60х32х112 (110х230х315) | 60х32х112 (110х230х365) |
| 10. | Масса прибора, кг, не более: | 0,2 (4,7) | 0,2 (8,7) |
Сведения о методах измерений
В соответствии с документом: «Приборы для измерения твёрдости материалов по Шору А и D (дюрометры) модификаций ТВР-А, ТВР-АМ, ТВР-D, ТВР-ОМ. Руководство по эксплуатации и Паспорт».
Нормативные и технические документы, устанавливающие требования к приборам для измерения твердости резины по Шору
ГОСТ 8.406-80 «Твердомеры для резины. Методы и средства поверки».
ГОСТ 263-75 «Резина. Метод определения твердости по Шору А».
ГОСТ 24621-91 «Пластмассы и эбонит. Определение твердости при вдавливании с помощью дюрометра (твёрдость по Шору)».
«Приборы для измерения твёрдости материалов по Шору А и D (дюрометры) модификаций ТВР-А, ТВР-АМ, ТВР-D, ТВР-ОМ. Руководство по эксплуатации и Паспорт».
ТУ 4271-006-75911452-2014 «Приборы для измерения твёрдости материалов по Шору А и D (дюрометры) модификаций ТВР-А, ТВР-АМ, ТВР-D, ТВР-ОМ. Технические условия».
Измерение твердости по Виккерсу
Метод измерения твердости по Виккерсу регламентируется ГОСТ 2999. Метод используют для определения твердости деталей и металлопродукции малой толщины, а также тонких поверхностных слоев, имеющих высокую твердость.
Твердость по Виккерсу измеряют путем вдавливания в образец алмазного наконечника в форме правильной четырехгранной пирамиды под действием нагрузки Р в течение времени выдержки τ. После снятия нагрузки измеряют диагонали оставшегося на поверхности материала отпечатка –d1, d2 и вычисляют их среднее арифметическое значение — d, мм.
Значения твердости по Виккерсу при стандартных нагрузках н зависимости от длины диагонали d (мм) даны в соответствующих таблицах.
При испытаниях применяют следующие нагрузки Р, кгc: 1; 2; 2,5; 3; 5; 10; 20; 30; 50; 100. Число твердости по Виккерсу обозначают цифрами, характеризующими величину твердости со стоящим после них символом HV (например, 200 HV). Иногда после символа HV указывают нагрузку и время выдержки, например: 200 HV 10/40 – твердость по Виккерсу, полученная при нагрузке Р= 10 кгс и времени выдержки под нагрузкой т=40 с.
В ГОСТе сказано, что точного перевода чисел твердости по Виккерсу на числа твердости, полученные другими методами, или на механические свойства при растяжении не существует и таких переводов (за исключением частных случаев) следует избегать.
Твердость по Шору
Метод Шора обладает главной отличительной чертой. Все описанные выше способы определения твердости металлов и прочих материалов обладали общим недостатком – на поверхности исследуемого образца появляется отпечаток. В этом случае при необходимости испытываемую деталь невозможно обратно установить в узел либо конструкцию. Методика Шора полностью исключает такую деформацию.
К тому же замер, к примеру, твердости стали, относится уже к испытанию динамического типа, и его суть сводится к следующему. К поверхности исследуемого образца подводится склероскоп (портативный твердомер), внутри которого находится стальной баек с наконечником из алмаза. Твердость определяется так: чем мягче материал, тем меньшим будет расстояние отскока, вследствие поглощения удара самим материалом. А чем тверже образец, тем большим будет отскок.
Диапазон измерений составляет от 30 до 140 HS. Закаленная высокоуглеродистая сталь соответствует значению 100 HS. А поскольку оборудование не повреждает поверхность изделий, то оно актуально для испытаний тех деталей, которые входят в конструкцию действующего узла или агрегата.
Методика проста в реализации, оценка производится довольно быстро и деталь можно снова установить в узел. Все это можно считать главными преимуществами. Тем не менее есть некоторые ограничения.
Шкала твердости HS не имеет стандарта, но есть таблицы и графики, которые позволяют перевести единицы по ШОРу в значения HV, HR или HB. На расстояние отскока бойка влияет такая характеристика, как модуль Юнга. Поэтому невозможно сопоставить единицы HS разных материалов.
К тому же твердость по ШОРу – это всего лишь сравнительное значение. Вдобавок точность результатов заметно ниже, чем у всех перечисленных выше аналогов.
Измерение твердости методом Шора
Альберт Шор жил в двадцатом столетии. Он был промышленником, его предприятие производило низкомодульные материалы. Это вещества, обладающие малой продольной упругостью. При таких характеристиках они являются эластичными без значительного повышения температуры, достаточно даже комнатных показателей. Такими свойствами обладают полимеры, каучуки и продукты его вулканизации, часть разновидностей пластмассы. Таким образом, шкалу твердости Альбер Шор разработал из-за производственной необходимости. Она помогала облегчить труд и с помощью профессиональных продавцов, сделать его предприятие успешнее. И этот способ идеально подходит для определения твердости полиуретана.
Метод Шора – эмпирический. Это означает, что он связан с наблюдениями, проведением опытов, получением выводов на основе восприятия результатов. Показатели, выявленные по этому методу, невозможно точно перевести в другие известные величины твердости, из-за этого шкала Шора является не связанной с фундаментальными характеристиками испытываемого материала.
Но при этом показатели, получаемые с помощью прибора Шора, имеют высокое практическое значение. Их использование широко распространено в различных отраслях. К примеру, автомобилистов интересует твердость по Шору резины, используемой для изготовления покрышек. Оптимальные показатели варьируются от 50 до 75. Чем мягче резина, тем лучше она сцепляется с дорогой. Однако чрезмерно мягкие образцы имеют малый срок службы, так как быстро истираются. А еще слишком мягкие шины больше шумят. Учитывая условия эксплуатации, можно подобрать подходящие по твердости шины, используя число Шора.
К сожалению, не каждый производитель покрышек указывает твердость, хотя определить ее совсем не сложно. Наличие отметки говорит об ответственном подходе к производству и отличных показателях качества.
Метод больше всего подходит для достаточно мягких материалов. Измерять твердость полиуретана по Шору удобно и быстро.
7.Твердость гальванических покрытий
В случае гальванических покрытий следует учитывать, что из-за их небольшой толщины многие методы (особенно методы вдавливания) могут не подойти. Наиболее распространены методы Мооса и Викерса.
Для измерения твердости требуется нанести покрытие с минимальной толщиной в 2мкм. Если требуется меньшая толщина – используйте ГОСТ 9013-59, ГОСТ 9012-59, ГОСТ 22761-77
Принцип измерения тот же. После нанесения покрытия и его сушки в отделе контроля качества производится замер и выносится решение – отгружать изделие или отправлять его на перепокрытие.
Важную роль здесь играет как электролит, в котором наносится покрытие, так и режим нанесения покрытия (температура, плотность тока). Так например в одном электролите хромирования можно получить хромовое покрытие с твердостью от 500 до 1100 кгс/мм2.
Если говорить об электролите – важнейшую роль играет количество и качество блескообразователей в нем. Матовое цинковое покрытие будет значительно мягче, чем блестящее. Поэтому если Вы хотите суперблестящее покрытие – имейте в виду, оно будет твердое, возникнет вероятность его растрескивания или отслоения при малейшей гибке изделия.
Твердость по Шору некоторых материалов
Твёрдость по Шору материала протектора автомобильной шины обычно составляет от 50A до 70A в зависимости от её назначения.
| Материал, изделие | Твердость, ед. Шора | Тип шкалы |
|---|---|---|
| Гелевое сиденье велосипеда | 15—30 | OO |
| Жевательная резинка | 20 | OO |
| Виброгасящий материал Сорботан | 40 | OO |
| Виброгасящий материал Сорботан | A | |
| Силиконовый герметик | 10—25 | A |
| Мягкий художественный ластик | 20 | A |
| Бытовые резиновые колечки | 25—30 | A |
| Велосипедная камера | 30 | A |
| Бинт Мартенса (резиновый) | 30—35 | A |
| Обычный ластик | 50—55 | A |
| Дверной уплотнитель | 55 | A |
| Лезвия стеклоочистителя | 55—60 | A |
| Автомобильная шина | 60—70 | A |
| Полиуретановая втулка сайлентблока | 65 | А |
| Мягкие колеса скейтборда | 75 | A |
| Гидравлическое уплотнительное кольцо | 70—90 | A |
| Резиновая пробка для ванны | 80—85 | A |
| Бумагоопорный вал пишущей машинки | 85—90 | A |
| Цельнолитые шины вилочного автопогрузчика | 90—95 | A |
| Прокладка биконитовая | 90—98 | А |
| Твердые колеса скейтборда | 98 | A |
| Эбонит | 100 | A |
| Литой пластмассовый ролик | 50 | D |
| Пластик промышленной защитной каски | 75 | D |
Измерение твердости по Шору
Метод определения твердости по Шору применяется для тестирования прокатных валиков на момент их изготовления. Кроме этого, проверка рассматриваемого показателя может проводиться при эксплуатации валиков на прокатных станках, так как из-за оказываемого воздействия структура металла может изменяться, ухудшая эксплуатационные качества. Регламентирован метод Шора ГОСТ 23273.
Шкала твердости по Шору
Рассматривая измерение твердости по Шору, следует отметить следующие моменты:
- В отличие от предыдущих способов, рассматриваемый основан на свободном падении алмазного индикатора на тестируемую поверхность с определенной высоты. Для тестирования применяется специальное оборудование, которое позволяет фиксировать точно высоту отскока.
- Масса применяемого бойка с алмазным наконечником составляет 36 грамм. Этот показатель важен, так как учитывается при проводимых расчетах.
- Твердость определяется по высоте отскока, измерение проводится в условных единицах. Падение образца на поверхность происходит с образованием небольшого углубления, а упругость приводит к обратному отскоку. Этот метод хорош тем, что позволяет проводить тестирование образцов, которые прошли предварительную термическую обработку. При постепенном вдавливании возникающая нагрузка может стать причиной деформирования используемого наконечника или шарика. В этом случае вероятность их деформации весьма мала.
- За 100 единиц твердости в этом случае принято считать высоту отскока 13,6 мм с возможностью небольшого отклонения в большую или меньшую сторону. Этот показатель можно получить при тестировании углеродистой стали, прошедшей процесс закалки. В качестве обозначения применяется аббревиатура HSD.
Сегодня этот способ измерения твердости применяется довольно редко из-за высокой погрешности и сложности замера высоты отскока байка от тестируемой поверхности.
Как ранее было отмечено, существует довольно большое количество методов измерения рассматриваемого показателя. Однако из-за сложности проведения тестов и большой погрешности многие уже не применяются.
В некоторых случаях проводится тестирование на микротвердость. Для измерения этого показателя прилагается статическая нагрузка к телу с формой пирамиды, и оно входит в испытуемые образец. Время выдержки может варьироваться в большом диапазоне. Показатель вычисляется примерно так же, как при методе Виккерса.
Какие существуют методы определения твердости
Условно все методы можно разделить на 3 группы:
- Методы вдавливания (внедрения)
- Методы царапания
- Методы упругого отскока
Методы вдавливания (внедрения). Смысл методов заключается во вдавливании в испытуемый металл так называемого индентора – твердого предмета определенной формы (обычно стального шарика или алмазной пирамиды) с определенным усилием. После вдавливания замеряется диаметр (для шарика) или глубина (для пирамиды) полученного отпечатка.
В этом случае твердость определяется как отношение величины нагрузки к площади отпечатка после вдавливания.
Наиболее распространенными являются методы Бринеля (HB) и Роквелла (HRA, HRB, HRC).
Методы измерения толщины вдавливанием:
- Прибор Бринеля
- Прибор Роквелла
- Прибор Виккерса
- Метод Лудвика
- Метод Герца
- Метод Дрозда
- Монотрон Шора
- Метод Берковича
- Метод Егорова
- Метод Хрущова
- Метод Лидса
- Микротвердомер Цейсса-Ганеманна
- ПМТ-2, ПМТ3 (Хрущов, Беркович)
- Метод Эмерсона, Кнупа, Петерса
Методы царапания. Простые методы. Если наконечник, которым производится царапина, оставляет след на испытуемом металле, то твердость металла меньше твердости наконечника. При этом твердости наконечника изначально известны (используются корундовые, алмазные, гипсовые и др. наконечники). Наиболее популярен метод Мооса.
Методы царапания:
- Испытание по Моосу
- Прибор Мартенса
- Микрохарактеризатор Бирбаума
- Испытание напильником, Барба
- Прибор Хенкинса
- ПМТ-3 (Беркович)
- ПМТ-3 (Григорович)
- Склерометр О’Нейля
Методы упругого отскока. Редко используются. На испытуемую поверхность с фиксированной высоты свободно падает боек. Под действием упругой отдачи материала боек отскакивает на определенную высоту. Твердость материала пропорциональна высоте отскока. Наиболее популярен метод Шора.
Методы упругого отскока:
- Склероскоп Шора
- Метод Мартеля
- Вертикальный копер Николаева
- Пружинный прибор Шоппера
- Пружинный прибор Баумана
- Прибор Польди
- Маятниковый копер Вальцеля
- Маятник Герберта
- Маятниковый склерометр Кузнецова
Твёрдость металлов
Твёрдость металлов – наиболее глубоко изученное и стандартизированное международной практикой измерение твёрдости. Наиболее распространены следующие методы:
Измерение твёрдости металлов по Бринеллю (твердомеры)
Один из старейших методов, твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Обозначается HB, где H — Hardness (твёрдость, англ.), B — Brinell (Бринелль, англ.)
Измерение твёрдости металлов по Роквеллу (твердомеры)
Это самый распространённый из методов начала XX века, твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания металлического шарика или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Обозначается HR, где H — Hardness (твёрдость, англ.), R — Rockwell (Роквелл, англ.), а 3-й буквой идёт обозначение типа шкалы, напр. HRA, HRB, HRC и т.д.
Измерение твёрдости металлов по Виккерсу (твердомеры и микротвердомеры)
Самая широкая по охвату шкала, твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Обозначается HV, где H — Hardness (твёрдость, англ.), V — Vickers (Виккерс, англ.).
Измерение твёрдости металлов по Шору (твердомеры и склероскопы)
Данный метод крайне редко используется, твёрдость определяется по высоте отскока бойка от поверхности. Обозначается HS, где H — Hardness (твёрдость, англ.), S — Shore (Шор, англ.), а 3-й буквой идёт обозначение типа шкалы, напр. HSD
Измерение твёрдости металлов по Либу (твердомеры)
Это самый широко применяемый на сегодня метод в мире, твёрдость определяется как отношение скоростей до и после отскока бойка от поверхности. Обозначается HL, где H — Hardness (твёрдость, англ.), L — Leeb (Либ, англ.), а 3-й буквой идёт обозначение типа датчика, напр. HLD, HLC и т.д.
Понятие и общие сведения
Твердостью называется сопротивление материала внедрению в его поверхностные слои упругого инструмента, называемого индентором. Для получения численных значений специалисты создали систему шкал твердости. Всего употребляется порядка 10 стандартных шкал в зависимости от конкретной группы материалов.
Шкала Шора является одной из самых применимых шкал определения твердостей материалов. Она получила название в честь инженера и предпринимателя Альберта Шора, разработавшего свою шкалу в районе 1920 года ввиду необходимости определять и систематизировать свойства производимой его предприятием продукции. Предприятие Шора в то время выпускало разнообразные эластичные материалы.
Метод определения твердости по Шору относится к эмпирическим. Полученные результаты нельзя точно перевести в значения, измеренные по другим методикам.Тем не менее, твердость материалов по Шору обладает важным практическим значением в разных областях науки и техники. Способ Шора чаще применяется для относительно мягких материалов, например каучуков, резин, полиуретанов и прочих эластомеров.
Какие существуют методы определения твердости
Условно все методы можно разделить на 3 группы:
- Методы вдавливания (внедрения)
- Методы царапания
- Методы упругого отскока
Методы вдавливания (внедрения). Смысл методов заключается во вдавливании в испытуемый металл так называемого индентора – твердого предмета определенной формы (обычно стального шарика или алмазной пирамиды) с определенным усилием. После вдавливания замеряется диаметр (для шарика) или глубина (для пирамиды) полученного отпечатка.
В этом случае твердость определяется как отношение величины нагрузки к площади отпечатка после вдавливания.
Наиболее распространенными являются методы Бринеля (HB) и Роквелла (HRA, HRB, HRC).
Методы измерения толщины вдавливанием:
- Прибор Бринеля
- Прибор Роквелла
- Прибор Виккерса
- Метод Лудвика
- Метод Герца
- Метод Дрозда
- Монотрон Шора
- Метод Берковича
- Метод Егорова
- Метод Хрущова
- Метод Лидса
- Микротвердомер Цейсса-Ганеманна
- ПМТ-2, ПМТ3 (Хрущов, Беркович)
- Метод Эмерсона, Кнупа, Петерса
Методы царапания. Простые методы. Если наконечник, которым производится царапина, оставляет след на испытуемом металле, то твердость металла меньше твердости наконечника. При этом твердости наконечника изначально известны (используются корундовые, алмазные, гипсовые и др. наконечники). Наиболее популярен метод Мооса.
Методы царапания:
- Испытание по Моосу
- Прибор Мартенса
- Микрохарактеризатор Бирбаума
- Испытание напильником, Барба
- Прибор Хенкинса
- ПМТ-3 (Беркович)
- ПМТ-3 (Григорович)
- Склерометр О’Нейля
Методы упругого отскока. Редко используются. На испытуемую поверхность с фиксированной высоты свободно падает боек. Под действием упругой отдачи материала боек отскакивает на определенную высоту. Твердость материала пропорциональна высоте отскока. Наиболее популярен метод Шора.
Методы упругого отскока:
- Склероскоп Шора
- Метод Мартеля
- Вертикальный копер Николаева
- Пружинный прибор Шоппера
- Пружинный прибор Баумана
- Прибор Польди
- Маятниковый копер Вальцеля
- Маятник Герберта
- Маятниковый склерометр Кузнецова
Измерение твердости методом Шора
Альберт Шор жил в двадцатом столетии. Он был промышленником, его предприятие производило низкомодульные материалы. Это вещества, обладающие малой продольной упругостью. При таких характеристиках они являются эластичными без значительного повышения температуры, достаточно даже комнатных показателей. Такими свойствами обладают полимеры, каучуки и продукты его вулканизации, часть разновидностей пластмассы. Таким образом, шкалу твердости Альбер Шор разработал из-за производственной необходимости. Она помогала облегчить труд и сделать его предприятие успешнее. И этот способ идеально подходит для определения твердости полиуретана. 
Метод Шора – эмпирический. Это означает, что он связан с наблюдениями, проведением опытов, получением выводов на основе восприятия результатов. Показатели, выявленные по этому методу, невозможно точно перевести в другие известные величины твердости, из-за этого шкала Шора является не связанной с фундаментальными характеристиками испытываемого материала.
Но при этом показатели, получаемые с помощью прибора Шора, имеют высокое практическое значение. Их использование широко распространено в различных отраслях. К примеру, автомобилистов интересует твердость по Шору резины, используемой для изготовления покрышек. Оптимальные показатели варьируются от 50 до 75. Чем мягче резина, тем лучше она сцепляется с дорогой. Однако чрезмерно мягкие образцы имеют малый срок службы, так как быстро истираются. А еще слишком мягкие шины больше шумят. Учитывая условия эксплуатации, можно подобрать подходящие по твердости шины, используя число Шора.
К сожалению, не каждый производитель покрышек указывает твердость, хотя определить ее совсем не сложно. Наличие отметки говорит об ответственном подходе к производству и отличных показателях качества.
Метод больше всего подходит для достаточно мягких материалов. Измерять твердость полиуретана по Шору удобно и быстро.
ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ
3.1.
После вулканизации образцы выдерживают в соответствии с требованиями ГОСТ 269-66.
3.2.
Перед испытанием образцы кондиционируют при температуре (23 ± 2) °С не менее
1ч, при этом они должны быть защищены от воздействия прямых солнечных лучей.
3.3.
Температура испытания должна быть равна (23 ± 2) °С. Измеряют толщину образца,
округляя результат до целого числа.
3.4.
Испытуемый образец помещают на гладкую горизонтальную поверхность. Твердомер
устанавливают на образец без толчков и ударов в перпендикулярном положении так,
чтобы опорная поверхность площадки соприкасалась с образцом.
Способ
установки изделий и образцов из них, место измерения твердости и другие
необходимые сведения должны быть приведены в нормативно-технической
документации на резиновые изделия и методы их испытаний.
Твердомер
устанавливают в специальное приспособление, позволяющее создавать прижимное
усилие от 10,0 до 12,5 Н, или на него монтируют центрированный по оси индептора
груз массой от 1,00 до 1,25 кг.
Допускается
твердомер нагружать вручную.
3.3,
3.4. (Измененная редакция, Изм. № 4).
3.5.
Отсчет значения твердости производят по шкале прибора по истечении (3) с с момента прижатия прибора к образцу.
3.6.
Для образцов, у которых наблюдается дальнейшее отчетливое погружение индептора,
показатель отсчитывают по истечении (15 ± 1) с, что оговаривают в
нормативно-технической документации на резины, резиновые изделия и методы их
испытаний.
3.7.
Исключен, Изм. № 3).
3.8.
Твердость измеряют не менее, чем в трех точках в разных местах образца.
