Fortësia e materialit nuk përcaktohet nga asnjë shkallë ose njësi matëse universale. Disa teste janë në dispozicion për të vlerësuar këtë veti, ku secila ka grupin e vet unik të avantazheve dhe disavantazheve.
Nga> CORROSIONPEDIA: 5 Ways to Measure the Hardness of Materials (1)
5 mënyra për të matur fortësinë e materialeve
Fortësia e materialeve përcaktohet si rezistenca e një materiali specifik ndaj deformimit ose dhëmbëzimit të lokalizuar plastik. Termi mund të përdoret gjithashtu për të përshkruar rezistencën e materialit ndaj gërvishtjes, gërvishtjes ose prerjes. Në lidhje me metalet, fortësia përdoret më së shpeshti për të vlerësuar aftësinë e saj për t’i rezistuar deformimit të përhershëm për shkak të ngarkesave të përqendruara të aplikuara. Sa më e madhe të jetë fortësia e metalit, aq më e madhe është aftësia e tij për të ruajtur formën e tij në prani të forcave të jashtme.
Fortësia e metaleve varet kryesisht nga parametra të tjerë si ngurtësia, forca, tendosja, duktiliteti dhe forca e rendimentit. Njohja e fortësisë së një metali është jashtëzakonisht e dobishme pasi ndihmon në zgjedhjen e materialeve të përshtatshme për aplikime specifike. Njohuritë paraprake për shkallën e fortësisë së një metali ndihmojnë për të vlerësuar se sa lehtë mund të përpunohet metali ose si do të sillet në funksionim. (Për më shumë se si zgjedhja e duhur e materialit mund të parandalojë korrozionin, lexoni Si të kontrolloni korrozionin duke përmirësuar dizajnin.)
Metodat e testimit të fortësisë
Ndryshe nga vetitë e tjera të materialit të përcaktuara mirë, nuk ka një shkallë standarde për matjen e fortësisë. Materialet testohen duke përdorur metoda të ndryshme, me çdo test që shpreh fortësinë duke përdorur shkallën e vet të përcaktuar arbitrarisht. Në këtë artikull do të shqyrtojmë pesë nga metodat më të zakonshme të provës për matjen e fortësisë së një materiali, si ndryshojnë ato dhe në cilat situata janë më të përshtatshme.
Testi i fortësisë Brinell
Testi i fortësisë Brinell përfshin matjen e diametrit të dhëmbëzimit të shkaktuar nga një forcë konstante e përqendruar e aplikuar nga një indenter sferik çeliku ose karbidi në një mostër prove. Hyrësi i topit të çelikut fillimisht vendoset në kontakt me materialin përpara se të aplikohet një forcë konstante dhe të mbahet për një kohëzgjatje 10 deri në 15 sekonda, e njohur si koha e qëndrimit. Pasi të përfundojë koha e qëndrimit, hyrësi sferik hiqet, duke lënë një dhëmbë në formë të rrumbullakët në mostër.
Fortësia Brinell llogaritet duke përdorur formulën e mëposhtme:
Fortësia Brinell, HB = Forca e aplikuar e provës në kilogram-forcë (kgf) ÷ Sipërfaqja e dhëmbëzimit (mm2)
Kjo metodë e provës së fortësisë bën dhëmbëzimin më të gjerë dhe më të thellë të 5 metodave të provës të përmendura në këtë artikull, duke lejuar që testi të kryhet në një sipërfaqe më të madhe të mostrës. Kjo siguron mesataret e provës së fortësisë në një sipërfaqe më të gjerë të materialit, e cila ka avantazhin e marrjes në konsideratë të parregullsive të sipërfaqes dhe kokrrave në metal. Megjithatë, testi i fortësisë Brinell është më i ngadaltë se metodat e tjera të provës dhe lë një përshtypje të madhe të përhershme në mostrën e provës.
Testi Brinell përshkruhet në ASTM E10 – 18 (Metoda standarde e testimit për fortësinë Brinell të materialeve metalike).
Testi i fortësisë Rockwell
Testi i fortësisë Rockwell vlerëson fortësinë e një materiali duke matur thellësinë e përhershme të dhëmbëzimit për shkak të një ngarkese të përqendruar të aplikuar. Sa më i lartë të jetë numri në shkallën e fortësisë Rockwell, aq më i fortë është materiali. Testi kryhet duke aplikuar një forcë të vogël prej 10 kg duke përdorur një kon diamanti ose një dhëmbë topi çeliku në sipërfaqen e materialit. Thellësia e dhëmbëzimit nga kjo ngarkesë paraprake regjistrohet dhe përdoret si pikë referimi.
Një ngarkesë e caktuar e madhe aplikohet më pas për një kohë të caktuar qëndrimi, duke futur më tej mostrën e provës. Diferenca midis pozicionit të referencës dhe thellësisë së dhëmbëzimit për shkak të ngarkesës kryesore llogaritet dhe regjistrohet si thellësia e përhershme e dhëmbëzimit.
Figura 1. Një operator që kryen një test të fortësisë Rockwell – (Burimi: Departamenti i Transportit i Arkansas.)
Fortësia Rockwell llogaritet duke përdorur formulën e mëposhtme:
Fortësia Rockwell, HRC = [0.2 – thellësia e përhershme e dhëmbëzimit (mm)] x 500
Testi i fortësisë Rockwell u zhvillua për të qenë më pak shkatërrues dhe më i lirë se testi Brinell. Matja e fortësisë duke përdorur thellësitë diferenciale ndihmon në eliminimin e gabimeve për shkak të papërsosmërive sipërfaqësore. Përveç kësaj, vlera e fortësisë mund të lexohet pa pajisje optike shtesë, duke e bërë atë një nga metodat më të zakonshme të testimit të fortësisë.
Testi Rockwell përshkruhet në ASTM E18 – 20 (Metodat standarde të testimit për fortësinë Rockwell të materialeve metalike).
Testi i fortësisë Vickers
Testi i fortësisë Vickers përfshin përdorimin e një dhëmbëzimi piramidal me bazë katrore me 4 anë, me një forcë konstante të përcaktuar saktësisht në mostrën e provës për të vlerësuar sipërfaqen e dhëmbëzimit. Ekzemplari fillimisht ngrihet derisa të vijë në kontakt me indenterin. Forca e provës më pas aplikohet nga dhëmbëzi në mostrën e provës, duke u rritur ngadalë derisa të arrijë vlerën e saj të specifikuar. Kjo forcë më pas mbahet për kohën e duhur të qëndrimit dhe llogaritet sipërfaqja e diamantit ose dhëmbëzimit në formë katrore.
Fortësia Vickers e materialit gjendet më pas duke përdorur formulën e mëposhtme:
Fortësia e Vickers, HV = Forca e aplikuar e provës në kilogram-forcë (kgf) ÷ Sipërfaqja e dhëmbëzimit (mm2) ose, HK = 1.854 x (F/D2)
Duke përdorur një dhëmbë në formë diamanti në krahasim me një sferë (si në testet e fortësisë Brinell dhe Rockwell), testi i fortësisë Vickers mund të bëhet duke përdorur më pak forcë dhe mund të arrijë një nivel më të lartë saktësie. Duke zmadhuar sipërfaqen e metalit të provës, testi mund të përdoret për të synuar përbërjet mikrostrukturore si martensiti ose bainiti. Për shkak se testi i fortësisë Vickers kërkon përdorimin e pajisjeve optike dhe matëse dhe përgatitjen e materialit, kostoja priret të jetë më e lartë se testet e tjera të fortësisë dhe gjithashtu mund të marrë një kohë më të gjatë për t’u përfunduar në krahasim me testin Rockwell.
Testet Vickers dhe Knoop përshkruhen në ASTM E92 – 17 (Metodat standarde të testimit për fortësinë Vickers dhe fortësinë Knoop të materialeve metalike).
Figura 2. Video e një operatori që kryen një test të fortësisë Vickers.
Testi i fortësisë Knoop
Testi i fortësisë Knoop është shumë i ngjashëm me testin e fortësisë Vickers në atë që një dhëmbë në formë diamanti/piramide aplikohet në materialin e provës për një kohë specifike qëndrimi. Megjithatë, dhëmbëzimi Knoop është një diamant i zgjatur, duke e lejuar atë të testojë materiale të brishta dhe shtresa të holla pa plasaritje.
Indenter Knoop ka një diagonale kryesore që është afërsisht tre herë më e gjatë se diagonalja Vickers dhe depërton në material në rreth gjysmën e thellësisë së testit Vickers, duke e bërë atë më të përshtatshëm për testimin e materialeve të brishta si qeramika.
Testi i fortësisë Knoop krijon një dhëmbëzim romboedrik, ku njëra diagonale është shtatë herë më e gjatë se tjetra.
Fortësia Knoop llogaritet me formulën e mëposhtme:
Fortësia Knoop, HK = Forca e aplikuar e provës në kilogram-forcë (kgf) ÷ Sipërfaqja e dhëmbëzimit (mm2) ose, HK = 14.229 x (F/D2)
Testi i fortësisë Mohs
Testi i fortësisë Mohs, ndryshe nga testet e përmendura më parë, nuk përfshin aplikimin e një force përmes një indenteri. Ky test mat fortësinë relative të një materiali duke përcaktuar se sa mirë i reziston gërvishtjes nga substanca të tjera. Zhvilluar nga gjeologu dhe mineralogu gjerman, Friedrich Mohs, fortësia e një materiali përcaktohet duke vëzhguar nëse sipërfaqja e tij mund të gërvishtet nga një material tjetër me fortësi të njohur.
Vlerat numerike i caktohen kësaj vetie duke renditur mineralet përgjatë një shkalle fortësie (shkalla Mohs) që përbëhet nga 10 minerale. Sa më i lartë të jetë numri në shkallë, aq më i fortë është minerali. Për shembull, nëse një substancë me fortësi të panjohur gërvishtet nga ortoklaza, por jo apatit, atëherë fortësia e saj Mohs është midis 5 dhe 6.
Rritjet e fortësisë në shkallën e fortësisë Mohs janë shumë arbitrare dhe jo lineare ose proporcionale. Është për këtë arsye që ky test përdoret kryesisht për të përcaktuar vetëm fortësinë relative të mineraleve dhe nuk përdoret në materiale të tjera si metalet.
Testi Mohs përshkruhet në ASTM C1895 – 20 (Metoda standarde e testimit për përcaktimin e fortësisë së gërvishtjes së Mohs).
5 mënyra për të matur fortësinë e materialeve një krahasim – Figura 3. Krahasimi midis shkallëve të fortësisë Mohs dhe Knoop. (Burimi: Eurico Zimbres, CC BY-SA 2.5, nëpërmjet Wikimedia Commons)
–
Çfarë kemi mësuar?
Nuk ka matje, shkallë ose njësi universale për përcaktimin e fortësisë së materialeve. Ekzistojnë disa teste (disa të përshkruara këtu dhe të tjerët të përfshirë në nenin 3 Llojet thelbësore të testeve shkatërruese materiale), secila përcakton fortësinë me shkallën e vet unike arbitrare. Njohja e avantazheve dhe disavantazheve të secilit test është çelësi për të përcaktuar se cila metodë është më e përshtatshme për materialin që do të testohet.
–
Referencat
