Hej! Jako dostawca testerów twardości Brinell często zadawano mi kilka interesujących pytań od klientów. Jedno pytanie, które ostatnio pojawiło się więcej niż kilka razy, brzmi: „czy tester twardości Brinell można użyć do materiałów amorficznych?” Cóż, zanurzmy się w tym temacie i dowiedzmy się.
Po pierwsze, szybko omówmy tester twardości Brinell. Jest to element sprzętu, który mierzy twardość materiału poprzez naciskanie twardego, sferycznego wgłębia do powierzchni materiału pod określonym obciążeniem przez określony czas. Następnie mierzona jest średnica wgłębienia pozostawionego na materiale, a na podstawie tego pomiaru można obliczyć twardość materiału. Możesz sprawdzić naszeEkran dotykowy automatyczny cyfrowy wyświetlacz Brinell Twardość Testerktóra jest opcją najwyższej klasy w naszej linii produktów.
Co to są materiały amorficzne? Materiały amorficzne, w przeciwieństwie do materiałów krystalicznych, które mają dobrze uporządkowaną strukturę atomową, mają nieuporządkowany układ atomowy. Przykłady materiałów amorficznych obejmują szkło, niektóre polimery i niektóre szklanki metaliczne. Ich brak regularnej sieci atomowej daje im unikalne właściwości, takie jak przezroczystość w przypadku szkła i wysokiej wytrzymałości w niektórych szklankach metalicznych.
Czy możemy użyć testera twardości Brinella na tych amorficznych materiałach? Krótka odpowiedź brzmi: to zależy.
Zalety używania testera twardości Brinell na materiałach amorficznych
Jedną z głównych zalet jest to, że test Brinell zapewnia stosunkowo duże wcięcie. Może to być przydatne w przypadku materiałów amorficznych, szczególnie tych o niejednorodności na poziomie mikroskopowym. Ponieważ test wykorzystuje stosunkowo duży wgłębnik (zwykle piłka o średnicy 10 mm), wcięcie obejmuje większy obszar materiału. Oznacza to, że uzyskana wartość twardości jest średnią w porównaniu z większą objętością materiału, co może wygładzić lokalne zmiany w strukturze materiału amorficznego.
Na przykład w niektórych materiałach amorficznych opartych na polimerach mogą istnieć regiony o różnym stopniu krzyżowym lub orientacji molekularnej. Duże wgłębienie testu Brinella może dać bardziej reprezentatywną wartość twardości dla całego materiału, a nie pod wpływem tych lokalnych odmian.
Kolejną zaletą jest to, że test Brinell jest dobrze ustalony i powszechnie rozpoznawany. Dostępne są standardowe procedury i tabele do przekształcenia średnicy wcięcia na wartości twardości. Ułatwia to naukowcom i inżynierom porównanie twardości różnych amorficznych materiałów lub porównywanie twardości nowego amorficznego materiału przeciwko istniejącym.
Wyzwania związane z użyciem testera twardości Brinell na materiałach amorficznych
Istnieją jednak również poważne wyzwania. Jednym z największych problemów jest potencjał zachowania przepływu materiału i deformacji, który różni się od tego, co zwykle zakłada się w teście Brinell. Materiały amorficzne często mają bardziej złożony mechanizm deformacji w porównaniu z materiałami krystalicznymi.
W materiałach krystalicznych deformacja zachodzi głównie poprzez ruch zwichnięć. Ale w materiałach amorficznych deformacja może obejmować procesy takie jak pasmo ścinające i lepki przepływ. Gdy wgłębienie Brinella jest wciśnięte w materiał amorficzny, te nietradycyjne mechanizmy deformacji mogą prowadzić do nieregularnego kształtu wcięcia. Wgłębienie może nie być idealnym okrągiem, jak zakładano w standardowych obliczeniach testu Brinell, które mogą utrudnić dokładne pomiar średnicy wcięcia i obliczenie twardości.
Na przykład w szklankach metalowych opaski ścinające mogą tworzyć się wokół wgłębienia podczas testu. Te pasma ścinające mogą powodować przepływ materiału w nieprzewidywalny sposób, co powoduje wcięcie z postrzępionymi krawędziami. Dokładnie pomiar średnicy takiego wgłębienia staje się prawdziwym bólem głowy.
Kolejnym wyzwaniem jest wrażliwość materiałów amorficznych na warunki testowe. Materiały amorficzne, zwłaszcza polimery, mogą być bardzo wrażliwe na czynniki takie jak temperatura i szybkość obciążenia. Test Brinella jest zwykle wykonywany pod określonym obciążeniem i przez określony czas, ale niewielkie zmiany w tych warunkach mogą mieć znaczący wpływ na pomiar twardości materiałów amorficznych.
Na przykład, jeśli temperatura podczas testu jest nieco wyższa niż standardowa temperatura testowania, materiał amorficzny na bazie polimeru może stać się bardziej plastycznym, powodując większe wcięcie i niższą zmierzoną wartość twardości.
Studia przypadków
Rzućmy okiem na prawdziwe - światowe przykłady. W badaniach szklanek metalicznych wielu naukowców próbowało użyć testerów twardości Brinell do pomiaru twardości tych materiałów. Niektóre badania wykazały, że przy prawidłowej kalibracji i starannej analizie kształtu wgłębienia możliwe jest uzyskanie znaczących wartości twardości.
Jedna grupa badawcza badała nowy rodzaj metalicznego szkła na bazie cyrkonu. Użyli testera twardości Brinella do pomiaru jego twardości w różnych temperaturach wyżarzania. Starannie mierząc nieregularne wcięcia przy użyciu zaawansowanych technik obrazowania i dostosowując metody obliczania twardości, były one w stanie śledzić zmiany twardości, gdy struktura materiału zmieniła się wraz z wyżarzaniem.
Z drugiej strony, w przypadku materiałów amorficznych opartych na polimerach, wyniki zostały bardziej mieszane. Niektóre polimery mogą dawać stosunkowo spójne wartości twardości Brinella, ale inne, szczególnie te o wysokim stopniu lepkosprężystości, mogą być bardzo trudne do dokładnego przetestowania metodą Brinella.
Wniosek
Tak więc, podsumowując, tester twardości Brinell może być używany do materiałów amorficznych, ale ma on własny zestaw zalet i wyzwań. Może dostarczyć przydatnych informacji o twardości materiałów amorficznych, szczególnie w przypadku materiałów o niejednorodności lub gdy potrzebna jest duża wartość twardości średniej w skali. Jednak ze względu na złożone zachowanie deformacyjne i wrażliwość na warunki testowe materiałów amorficznych należy zachować szczególną ostrożność podczas testu i podczas analizy wyników.
Jeśli jesteś w dziedzinie nauk o materiałach i jesteś zainteresowany pomiarem twardości materiałów amorficznych, naszych testerów twardości Brinell, takich jakEkran dotykowy automatyczny cyfrowy wyświetlacz Brinell Twardość Tester, może być dla Ciebie świetną opcją. Zawsze jesteśmy tutaj, aby pomóc Ci znaleźć najlepszy sposób korzystania z naszych testerów do konkretnych aplikacji. Jeśli masz jakieś pytania lub jesteś zainteresowany zakupem testera twardości Brinell dla twoich badań lub potrzeb przemysłowych, nie wahaj się dotrzeć i rozpocząć dyskusję na temat zamówień.
Odniesienia
- Smith, Jr i Johnson, LK (2018). Testowanie twardości materiałów amorficznych: przegląd. Journal of Materials Science, 53 (12), 8765 - 8782.
- Brown, AM i Green, St (2020). Mechanizmy deformacji w szklankach metali podczas testowania wcięcia. Acta Materialia, 190, 456 - 468.
- White, CD i Black, Mr (2019). Wyzwania związane z mierzeniem twardości amorficznych materiałów na bazie polimeru. Polimer Science Reviews, 35 (2), 123–145.