Härte eines Materials verstehen

Die Fähigkeit eines Materials, örtlich begrenzte bleibende Verformungen, wie z. B. Eindrücke, zu tolerieren, ist durch seine Härte gekennzeichnet. Schneiden, Abrieb, Durchdringen und Kratzen können alle dazu führen, dass sich Materialien verziehen, daher kann die Härte auch verwendet werden, um den Widerstand eines Materials gegen Verformung zu definieren.

Der Widerstand eines Stoffes gegen örtliche bleibende Verformung wird durch seine Härte gemessen. Plastische Verformung ist ein anderer Begriff für dauerhafte Verformung. Während eine elastische Verformung auftritt, wenn ein Material allein unter Krafteinwirkung seine Form ändert, tritt eine plastische Verformung auf, wenn ein Stoff nicht in seine ursprüngliche Form zurückkehrt.

In diesem Artikel werden die folgenden Fragen diskutiert:

• Was ist die Härte eines Materials?
• Welche Arten von Härten gibt es?

Tauchen wir ein!

Was ist die Härte eines Materials?

Die Härte ist eine Methode, mit der bestimmt wird, wie widerstandsfähig ein Material gegenüber lokalisierter plastischer Verformung ist, die durch mechanische Einkerbung oder Abrieb verursacht wird. Die Härte variiert je nach Material; Beispielsweise sind Hartmetalle wie Titan und Beryllium härter als Weichmetalle wie Natrium und metallisches Zinn sowie Holz und gewöhnliche Polymere.

Starke intermolekulare Verbindungen beschreiben makroskopische Härte, aber das Verhalten fester Materialien unter Krafteinwirkung ist komplex, daher sind Kratzhärte, Eindruckhärte und Rückprallhärte unterschiedliche Härtemaße. Duktilität, elastische Steifheit, Plastizität, Dehnung, Festigkeit, Zähigkeit, Viskoelastizität und Viskosität sind alles Faktoren, die die Härte beeinflussen. Keramik, Beton, bestimmte Metalle und ultraharte Materialien sind Beispiele für harte Materie, die mit weicher Materie verglichen werden kann.

Einige Materialien haben eine hohe natürliche Härte. Wolfram beispielsweise ist ein sehr hartes Metall, das als Legierungselement in Werkzeugstählen verwendet wird. Dadurch wird sichergestellt, dass diese Stahlgruppe auch beim Schneiden bei hohen Temperaturen dem Verschleiß standhält. Wolfram ist häufig in Hartmetall enthalten, das üblicherweise in Fräsern verwendet wird. Diese austauschbaren Schneidwerkzeugeinsätze verlängern die Lebensdauer von Schneidwerkzeugen erheblich.

Andererseits sind andere Materialien, wie beispielsweise Metalle, so weich, dass sie in einer Vielzahl von Anwendungen unbrauchbar sind. Da reines Gold so empfindlich ist, erfordert das Kratzen oder Biegen nur wenig Aufwand. Um seine Härte zu verbessern, müssen andere Metalle wie Silber, Kupfer und Aluminium hinzugefügt werden.

Bei einigen Materialien kann eine Wärmebehandlung verwendet werden, um die Oberflächenhärte zu erhöhen und gleichzeitig die anderen Eigenschaften des Metalls zu erhalten. Dies ist ein üblicher Vorgang für Maschinenwellen, um eine längere Lebensdauer zu gewährleisten. Bei der Entwicklung eines Produktdesignkonzepts muss ein Ingenieur auch das Härteverhältnis berücksichtigen. Bei einer Lager- und Wellenpassung muss das Lager beispielsweise weicher sein, da es leichter zu ersetzen ist. Bei häufigen Bewegungen muss ein Teil verschleißen, und der Ingenieur hat das letzte Wort.

Welche Arten von Härten gibt es?

Die Fähigkeit eines Materials, einer Verformung zu widerstehen, wird durch einen Standardtest getestet, der den Widerstand der Oberfläche gegen Eindrücke misst. Die Form oder Art des Eindrucks, die Größe und die Höhe der aufgebrachten Belastung sind die häufigsten Härteprüfungen.

Kratz-, Eindruck- und Rückprall sind die drei grundlegenden Arten von Härteprüfungen. Innerhalb jeder dieser Messklassen gibt es individuelle Messskalen. Umrechnungstabellen werden verwendet, um aus praktischen Gründen von einer Skala in eine andere umzurechnen. Im Folgenden sind die verschiedenen Härtetypen aufgeführt:

• Kratzhärte
• Eindruckhärte
• Rückprallhärte

Kratzhärte

Kratzhärten beziehen sich auf die Widerstandsfähigkeit einer Probe gegen Bruch oder dauerhafte plastische Verformung als Ergebnis der Reibung durch einen scharfen Gegenstand. Ein Objekt aus einem härteren Material wird ein Objekt aus einem weicheren Material nach dem Prinzip kratzen.

Die Kratzhärte bezieht sich auf die Kraft, die erforderlich ist, um beim Testen von Beschichtungen durch die Folie bis zum Substrat zu schneiden. Die in der Mineralogie verwendete Mohs-Skala ist der am weitesten verbreitete Test. Das Sklerometer ist ein Werkzeug, das verwendet werden kann, um diese Messung durchzuführen.

Der Taschen-Härteprüfer ist ein weiteres Werkzeug, das für ähnliche Tests verwendet wird. Ein Skalenarm mit abgestuften Markierungen ist bei diesem Gerät mit einem vierrädrigen Wagen gekoppelt. Ein Kratzinstrument mit scharfem Rand wird in einem vordefinierten Winkel auf der Prüffläche befestigt. Um es zu verwenden, platzieren Sie ein bekanntes Massengewicht auf dem Waagenarm an einer der abgestuften Markierungen und ziehen Sie dann das Werkzeug über die Testoberfläche. Ohne den Einsatz teurer Maschinen kann mit dem Gewicht und den Markierungen ein bekannter Druck ausgeübt werden.

Eindruckhärte

Der Widerstand einer Probe gegen Materialverformung, die durch eine stetige Druckbelastung durch einen scharfen Gegenstand verursacht wird, wird durch die Eindruckhärte gemessen. Eindruckhärteprüfungen werden am häufigsten in der Technik und Metallurgie eingesetzt. Die Tests basieren auf dem Prinzip der Bestimmung der kritischen Abmessungen eines Eindrucks, der durch einen speziell dimensionierten und belasteten Eindringkörper erzeugt wird. Rockwell, Vickers, Shore und Brinell sind einige der gebräuchlichsten Eindringhärteskalen.

Rückprallhärte

Die Höhe des „Aufpralls“ eines diamantbestückten Hammers, der aus einer festen Höhe in ein Material fällt, wird durch die Rückprallhärte gemessen, die auch als dynamische Härte bekannt ist. Elastizität ist mit dieser Art von Härte verbunden. Ein Stereoskop ist ein Gerät, mit dem diese Messung durchgeführt wird.

Der Leeb-Rückprallhärtetest und die Bennett-Härteskala sind zwei Skalen, die die Rückprallhärte quantifizieren.

Durch Messung der Frequenz eines schwingenden Stabs bewertet der Ultraschall-Kontaktimpedanz-Ansatz (UCI) die Härte. Eine Metallwelle mit einem vibrierenden Element und einem pyramidenförmigen Diamanten, der an einem Ende befestigt ist, bildet den Stab.

Zusammenfassung

Die Materialhärte ist eine sehr wichtige Sache, die bei der Planung eines Konstruktionsprojekts zu berücksichtigen ist. Dies bestimmt die Zuverlässigkeit und Funktionalität des Projekts. Mit anderen Worten, die Materialhärte ist ein Schlüsselfaktor in der Konstruktion. Das ist alles für diesen kurzen Artikel über Materialhärte.

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