Твёрдость

Твёрдость – это способность материала объекта контроля противостоять пластичной или упругой деформации при действии на его внешний слой другим, более твёрдым материалом (индентором). Твёрдые вещества имеют, в основном, кристаллическое строение, которое определяется правильным расположением частиц вещества – молекул, атомов, ионов – в определённых его точках. Такая структура расположения частиц в веществе называется кристаллической решёткой, а точки, в которых расположены эти частицы, называются её узлами.

В зависимости от того, какие частицы размещены в узлах решётки и какие связи между ними, кристаллические решётки делятся на четыре типа:

металлические;
молекулярные;
атомные;
ионные.

От типа кристаллической решётки, а также характера и вида связей между частицами вещества зависят физические свойства твёрдого тела.

Металлические решётки – это решётки, в узлах которых находятся атомы и ионы, имеющие между собой металлическую связь разной прочности.

К таким веществам относятся металлы и сплавы, отличающиеся твёрдостью и тугоплавкостью в очень широких пределах. При этом, чем сильнее связь между частицами вещества, тем выше эти показатели. Электроны металла, движущиеся между узлами решётки, образуют «электронный газ», обеспечивающий устойчивость такой решётки.

Атомные решётки в своих узлах содержат атомы, связанные очень прочными ковалентными связями.

Такая решётка характерна для простых веществ: кремний (Si), графит (С), алмаз (С), бор (В), германий (Ge) – с неполярной ковалентной связью; также для сложных веществ: карбид кремния (SiC), оксид кремния (SiO2), оксид алюминия (Al2O3), нитрид бора (BN) – с полярной ковалентной связью. Эти вещества очень твёрдые и очень тугоплавкие.

Молекулярные решётки имеют в своих узлах молекулы веществ со слабыми межмолекулярными связями.

В обычных условиях это твёрдые органические (кроме солей) летучие вещества, имеющие небольшую твёрдость, жидкости или газы.

Ионные решётки образуются веществами с ионным видом связи (рис. 2), такими как гидроксиды и оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, галогениды (IA, IIA групп), соли (напр. КОН, СаСО3, NH4NO3, С2Н5ОК, СН3СООК, [CH3NH3]Cl).

Между ионами, которые расположены в узлах решётки, существует электростатическое притяжение - такая связь очень прочная. Ионные кристаллы твёрдые, тугоплавкие, но хрупкие.

Определение твёрдости объекта контроля производится по различным методам, разработанным многими учёными, именами которых эти методы названы. Все эти методы определения твёрдости подразделяются на две основные группы – статические и динамические, в зависимости от применения индентора.

Статические методы

Получили наибольшее распространение в практике. Они основаны на непрерывном и медленном вдавливании индентора в объект контроля с определённым постоянным усилием. Наиболее востребованными из них являются: метод Бринелля, определяемый стандартом ГОСТ 9012-59; метод Роквелла, регламентируемый ГОСТом 9013-59 (ИСО 6508-86); метод Виккерса в соответствии с ГОСТ 2999-75.

Динамические методы

Метод Шора (способ упругого отскока) регламентируется требованиями стандарта ГОСТ 23273-78. Суть метода при определении твёрдости вещества объекта контроля состоит в измерении высоты отскока индентора, падающего с определённой высоты, от поверхности объекта контроля.

Метод Польди состоит в том, что одновременно в образец и эталон с известной твёрдостью посредством ударной нагрузки вдавливается стальной закалённый шарик. Твёрдость объекта контроля определяется путём сопоставления диаметров отпечатков в эталоне и образце. Существенным недостатком метода Польди является его большая погрешность, составляющая 7-15%, иногда до 30%, что значительно ограничивает область его применения.

Нашли ошибку в тексте? Выделите её и нажмите Ctrl + Enter, чтобы помочь нам её исправить.

Предыдущая Следующая