Хатуулаг

Хатуулаг нь механикийн эсэргүүцэл бөгөөд энэ нь ямар нэгэн биет рүү бодис механик үйлчлэлээр нэвтлэн орохыг, эсэргүүцэхийг хэлдэг. Хатуулагийг хооронд нь ямар нөлөөллөөс хамаарч байгаагаар нь ялгана. Тиймээс хатуулаг нь зөвхөн хатуу биетийг эсэргүүцэх биш харин зөөлөн болон адилхан хатуулагийг эсэргүүцэхийг ч мөн хэлнэ. Хатуулагийн тодорхойлолт нь бат бөхийн тодорхойлолтоос ялгарах ялгаа нь түүний хэлбэржих болон тасралтын эсрэг тухайн материалын эсэргүүцэх чадварын илэрхийлэл юм.

Хатуулаг нь нөгөө талаар материалын элэгдэх харьцааны хэмжээс болно. Нүдний шилийг хатуу материалаар хийвэл зурагдах нь бага, эсвэл арааны шүднүүдийг хатууруулж өгвөл элэгдэл нь бага байх гэх мэт.

Хатуулаг болон бат бөх

Хэдийгээр бат бөх нь хатуулагийг шалгах хэмжилтийн техникийг хэрэглэн хэр хэмжээгээр ором гаргаж байгаагаар нь шалгах боловч материалын хатуулаг, материалын бат бэхтэй нэг их холбоотой бус ойлголтууд юм.

Тодорхой тохиолдолд материалын хатуулагийг материалын бат бөхөд шилжүүлэн тооцох хамаарал байдаг. Ингэж шилжүүлэн тооцоx нь үнэтэй сунгалтын шалгалтыг, харьцангуй хямд төсөр хатуулаг шалгах аргаар солих боломжтой. Туршилтаар Бринеллийн хатуулаг эсвэл Виккерсийн хатуулагийг гангийн сунгалтын бат бөхөд шилжүүлэн тооцох нь нэлээд хэрэгтэй болох нь тогтоогдсон. Ингэснээр жишээ нь металл хийцэд буруу сонгон ашигласан материалыг төвөггүй олох боломжтой.

Эд хэсгийн зохион бүтээхдээ материалын хатуулаг болон уян шинж чанарыг тэнцвэртэйгээр тооцон сонгох хэрэгтэй. Хэтэрхий хатуулаг өндөртэй материал бутрамтгай байна. Хэрвээ хэт хатуулаг бутрамтгай материал сонговол өндөр ачаалалд амархан бутрах аюултай бол харин уян материал өндөр ачааллыг ямар нэг гэмтэлгүйгээр эсвэл маш бага эвдрэлтэйгээр тэсэн үлдэнэ. Гэвч уян материал нь элэгдэл өндөртэй муу талтай. Тиймээс өндөр ачаалалд ашиглах ган болон болдын гол хэсгийг уян материалаар хийн гадна талаар нь хатуулаг өндөртэй материалаар давхарлан бүрж өгдөг. Энэ нь хоёр сайн талтай. Нэгдүгээрт элэгдэл тэсвэрлэх чадвар нэмэгдэхээс гадна цууралт бага байна. Хоёрдугаарт үндсэн ачааллыг дотор талын уян материал өөртөө авах юм.

Хатуулагийг шалгах болон түүний хэмжилтийн хуваарь

Материал судлалд ялангуяа металлуудад хатуулагийг дардасаар хэмжих аргыг ихээхэн хэрэглэдэг. Үүний тулд тодорхой стандартаар стандартчилагдсан шалгах биетийг тогтоосон нөхцөлд шалгаж байгаа биетийг даран дардас гаргах. Ингээд гадаргуу дээр гарч үлдсэн дардас буюу ормын гүнийг хэмжинэ. Ерөнхийд энэхүү хатуулаг хэмжих аргыг дотор нь статикийн болон динамикийн гэж хуваадаг. Динамикийн шалгах аргад ачаалал нь шалгаж буй биетэд огцом цохин цохилтын ором гаргадаг бол статикийн аргад ачааллыг жигдхэн эсвэл аажмаар нэмэн шалгадаг юм.

Мартенсийн хатуулаг (универсал хатуулаг)

Универсал хатуулаг хэмээх нэрийг андуурч ойлгодог ба үнэндээ бодит байдалд аж үйлдвэрт болон лабораторийн аль алинд маш цөөн хэрэглэдэг арга юм.

Мартенсийн хатуулагийг шалгах аргыг германы физикч Мартенсийн Адолфын нэрээр нэрлэжээ. Энэ арга нь DIN EN ISO 14577 стандартаар стандартчилагдсан. Энэ аргаар хэмжилт хийхдээ ачаалах- болон ачааллаас чөлөөлөх явцад түүнд үйлчилж байгаа хүчний хэмжээ болон нэвтлэн орох гүнийг зэрэгцэн байнга хэмжинэ. Мартенсийн хатуулаг (HM) нь хамгийн дээд хүчийг түүнд хамаарах гадаргуугийн талбайд харьцуулсан харьцаа бөгөөд үүний нэгж нь ньютоныг харьцуулах нь миллиметрийн квадрат байна.

Роквеллийн хатуулаг (HR)

Роквеллийн хатуулаг шалгах зарчим

Америкийн инженер Станлеи Роквеллийн 1920 онд хөгжүүлэн бий болгосон нэлээд хэдэн хатуулаг шалгах аргууд байдаг. Эдгээр тусгай аргууд нь нэгдсэн HR гэсэн тэмдэглэгээтэй байх ба араас нь залгаад түүний таних тэмдэг орно: жишээ нь Роквеллийн тэмдэглэгээнүүд болох HRA, HRB, HRC эсвэл HR15N нэрлэж болох бөгөөд үүнээс гадна 0,2 мм зузаан хүртэлх хэмжээ бүхий нимгэн төмөрт HR15T болон цаашлаад HR30T хүртэл байна.

Материалын Роквеллийн хатуулаг нь шалгах биетийг өмнөх- болон шалгах хүчний дарж орох гүний хэмжээгээр тодорхойлдог. Тогтоосон шалгах хүчээр шалгаж байгаа биетийн гадаргуу дээр урьдчилан ачаална. Энд үүссэн оромны гүн нь тухайн шалгалтын харьцуулах хавтгай юм. Дараа нь хамгийн багадаа хоёр секунд хамгийн ихдээ зургаан секундын турш үндсэн шалгах хүчээр дарагч биетийг даран дардас гаргана. Төгсгөлд нь үндсэн хүчийг буцаах ба харин анхны урьдчилсан хүчийг хэвээр нь үлдээнэ. Урьдчилсан хүч болон үндсэн хүчээр үйлчилсэний дараах үүссэн оромны зөрүү нь тухайн материалын Роквеллийн хатуулагийн хэмжээс юм. Роквеллийн хэмжилтийн үр дүнг оромны гүнээс хамаарсан томъёогоор тооцож олно. Шалгах биетийн дарж гаргасан оромны гүнг хэмжигч багаж буюу хэмжилтийн цагаар тогтоох ба энэ нь шалгагчийн үзүүрт холбогдсон байдаг.

C-скала аргаар (нэгж нь HRC) хэмжилт хийхэд 120° оройн өнцөг бүхий алмазан конусан шалгагч биет байх ба түүний үзүүрийг 0,2 мм радиусаар бөөрөнхийлсөн байна. Энэ шалгалтан арга нь маш хатуу материалын хатуулаг тогтооход хэрэглэнэ. Мөн дараагийн нэг арга нь B-скала (HRB, HRF, HRG) бөгөөд энд хэрэглэx шалгагч биет нь 1,5875 мм хэмжээтэй бөөрөнхий ган эсвэл 3,175 мм бөөрөнхий ган (HRE, HRH, HRK) хэрэглэнэ.

Роквеллийн хатуулаг шалгах арга нь маш хурдан хийх боломжтой боловч шалгах биетийг шалгалт хийх багаж маш нарийн байршуулан тогтоох шаардлага өндөртэй юм. Мөн түүнчлэн уян материалыг шалгахад тохиромжгүй жишээ нь хөндий хоолойнууд.

Бринеллийн хатуулаг

Бринеллийн хатуулаг шалгах арга

Шведийн инженер Иохан Аугуст Бринелл нь 1900 онд өөрийн нээж хөгжүүлсэн хатуулаг шалгах аргаа Парисын дэлхийн үзэсгэлэн худалдаанд анх танилцуулжээ. Энэ арга нь зөөлөн болон дундаж хатуулаг бүхий материал буюу хөнгөнцагааны хайлш, чанаржуулаагүй ган, ширэм, мод зэргийн хатуулагийг шалгахад зориулагдсан байна.

Шалгах материал нь халааж шаxсан ган бөмбөлөг ба түүний диаметр нь 1,0; 2,5; 5,0; 10,0 мм хэмжээтэй байна. Бринеллийн хатуулагийг дараах томъёогоор бодож олно:

$HBW={\frac {0{,}102\cdot 2\cdot F}{\pi \cdot D\cdot \left(D-{\sqrt {D^{2}-d^{2}}}\right)}}$

Хэрэв дарж гаргасан ором тэгш бус хэмтэй байх тохиолдолд тус оромны диаметрийн дундаж олж дээрх томъёонд хэрэглэнэ. Дундажийг олохдоо:

$d={\frac {d_{1}+d_{2}}{2}}$

d₁ = гарсан оромны хамгийн бага диаметр

d₂ = гарсан оромны хамгийн том диаметр

0,102 гарсан оромны хамгийн том диаметр килопондод шилжүүлэгч коэффициент (9,81-ийн урвуу утга)

Дээрх томъёонд хүч нь ньютоноор болон диаметрийг мм-т шилжүүлэн тооцно.

Чанаржуулаагүй эсвэл бага зэрэг чанаржуулсан ганд Бринеллийн хатуулаг нь материалын сунгалтын бат бөхөд тодорхой хүлцэл тооцох шаардлага гардаг. Үүнийг Бринеллийн хатуулагийг 3,5-аар үржиж сунгалтын бат бөхийн хэмжээг ойролцоогоор бодож олдог.

Виккерсийн хатуулаг (HV)

Виккерсийн хатуулаг шалгах арга

Бринеллийн хатуулаг шалгах аргатай маш адилхан бөгөөд 1925 онд Смит болон Зандланд нарын хөгжүүлсэн энэ аргад Их Британы онгоцны үйлдвэрийн нэр "Виккерс" нэрийг өгчээ. Энэ арга нь нимгэн эсвэл гадна хэсэгтээ хатууруулсан дан бодисоос бүрдэх бэлдэц материалыг шалгахад хэрэглэдэг. Роквеллийн аргаас ялгарах онцлог нь 136°-ийн өнцөг бүхий адил талт диамант пирамидийг шалгах биетээр хэрэглэн тогтсон хүчээр бэлдэц рүү даран дардас гаргана. Гарсан дардасыг микроскопын тусламжтайгаар диагонал уртуудыг нь хэмжин хатуулагийг бодож олдог.

$HV={\frac {0{,}102\cdot 2\cdot F\cdot \sin {\frac {136^{\circ }}{2}}}{d^{2}}}\approx 0{,}1891\,{\frac {F}{d^{2}}}$

Үүний диаметр нь:

$d={\frac {d_{1}+d_{2}}{2}}$

0,102 гэсэн тоо нь ньютоноос килопондод шилжүүлдэг утга юм.

Виккерсийн хатуулагийг гурван хэсэгт хуваана:

1. Виккерс-хатуулаг шалгах арга: F ≥ 49,03 N
2. Виккерс-бага хүчээр хатуулаг шалгах арга: 1,961 N = F < 49,03 N
3. Виккерс-маш бага хүчээр хатуулаг шалгах арга: 0,098 N = F < 1,961 N

Виккерсийн хатуулагийг жишээ нь 610 HV 10 гэж тэмдэглэх ба үүний 610 нь хатуулагийн утга, HV нь шалгасан арга 10 нь шалгасан хүчний (нэгж нь килопонд) хэмжээ юм.