USA/GLOBALNE: +1-949-461-9292
EUROPA: +39-011-3052-794
pl_PL PL
pl_PL PL en_US EN es_MX ES de_DE DE fr_FR FR it_IT IT zh_CN ZH ja JA pt_BR PT tr_TR TR ko_KR KO ar AR
KONTAKT

Kategoria: Testy mechaniczne w wysokich temperaturach

 

Twardość na zarysowania w wysokiej temperaturze przy użyciu tribometru

WYSOKA TEMPERATURA ODPORNOŚĆ NA ZARYSOWANIA

PRZY UŻYCIU TRYBOMETRU

Przygotowane przez

DUANJIE, PhD

WPROWADZENIE

Twardość mierzy odporność materiałów na odkształcenia trwałe lub plastyczne. Opracowany przez niemieckiego mineraloga Friedricha Mohsa w 1820 roku, test twardości zarysowania określa twardość materiału na zarysowania i ścieranie spowodowane tarciem o ostry przedmiot.1. Skala Mohsa jest indeksem porównawczym, a nie skalą liniową, dlatego opracowano bardziej dokładny i jakościowy pomiar twardości zarysowania, opisany w normie ASTM G171-032. Mierzy średnią szerokość rysy utworzonej przez diamentowy rysik i oblicza liczbę twardości rysy (HSP).

ZNACZENIE POMIARU TWARDOŚCI ZARYSOWANIA W WYSOKICH TEMPERATURACH

Materiały są wybierane na podstawie wymagań użytkowych. W przypadku zastosowań związanych ze znacznymi zmianami temperatury i gradientami termicznymi, kluczowe jest zbadanie właściwości mechanicznych materiałów w wysokich temperaturach, aby mieć pełną świadomość ograniczeń mechanicznych. Materiały, zwłaszcza polimery, zwykle miękną w wysokich temperaturach. Wiele uszkodzeń mechanicznych jest spowodowanych odkształceniem pełzającym i zmęczeniem termicznym zachodzącym tylko w podwyższonych temperaturach. Dlatego też, aby zapewnić właściwy dobór materiałów do zastosowań w wysokich temperaturach, konieczne jest opracowanie wiarygodnej techniki pomiaru twardości w wysokich temperaturach.

CEL POMIARU

W tym badaniu trybometr NANOVEA T50 mierzy twardość zarysowania próbki teflonu w różnych temperaturach od temperatury pokojowej do 300°C. Możliwość wykonywania pomiarów twardości zarysowania w wysokiej temperaturze sprawia, że NANOVEA Tribometr wszechstronny system do tribologicznej i mechanicznej oceny materiałów do zastosowań wysokotemperaturowych.

NANOVEA

T50

DOWIEDZ SIĘ WIĘCEJ

WARUNKI BADANIA

Tribometr NANOVEA T50 Free Weight Standard został użyty do wykonania testów twardości zarysowania próbki teflonu w temperaturach od pokojowej (RT) do 300°C. Temperatura topnienia teflonu wynosi 326,8°C. Zastosowano stożkowy trzpień diamentowy o kącie wierzchołkowym 120° i promieniu końcówki 200 µm. Próbka teflonowa została zamocowana na obrotowym stoliku z próbkami w odległości 10 mm od środka stolika. Próbkę wygrzewano w piecu i badano w temperaturach RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C i 300°C.

PARAMETRY BADANIA

pomiaru twardości zarysowania w wysokiej temperaturze

NORMALNA SIŁA 2 N
PRĘDKOŚĆ PRZESUWANIA 1 mm/s
ODLEGŁOŚĆ PRZESUWU 8mm na temp.
ATMOSFERY Air
TEMPERATURA RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C, 300°C.

WYNIKI I DYSKUSJA

Profile śladu zarysowania próbki teflonowej w różnych temperaturach pokazano na RYSUNKU 1 w celu porównania twardości zarysowania w różnych podwyższonych temperaturach. Spiętrzenie materiału na krawędziach ścieżki zarysowania tworzy się, gdy trzpień porusza się ze stałym obciążeniem 2 N i zagłębia się w próbkę teflonową, wypychając i deformując materiał w ścieżce zarysowania na boki.

Ślady zarysowań były badane pod mikroskopem optycznym, jak pokazano na RYSUNKU 2. Zmierzone szerokości śladów zarysowania i obliczone liczby twardości zarysowania (HSP) są podsumowane i porównane na RYSUNKU 3. Szerokość śladu zarysowania zmierzona przez mikroskop jest zgodna z tą zmierzoną przy użyciu NANOVEA Profiler - próbka teflonowa wykazuje większą szerokość zarysowania w wyższych temperaturach. Szerokość śladu zarysowania wzrasta z 281 do 539 µm w miarę wzrostu temperatury z RT do 300oC, co skutkuje zmniejszeniem HSP z 65 do 18 MPa.

Twardość zarysowania w podwyższonej temperaturze może być mierzona z wysoką precyzją i powtarzalnością przy użyciu Tribometru NANOVEA T50. Stanowi to alternatywne rozwiązanie w stosunku do innych pomiarów twardości i czyni Tribometry NANOVEA bardziej kompletnym systemem do kompleksowej oceny tribo-mechanicznej w wysokich temperaturach.

RYSUNEK 1: Profile śladów zarysowania po badaniach twardości zarysowania w różnych temperaturach.

RYSUNEK 2: Ślady zarysowań pod mikroskopem po pomiarach w różnych temperaturach.

RYSUNEK 3: Ewolucja szerokości śladu zarysowania i twardości zarysowania w zależności od temperatury.

PODSUMOWANIE

W niniejszej pracy zaprezentowano sposób pomiaru twardości zarysowania przez trybometr NANOVEA w podwyższonej temperaturze zgodnie z normą ASTM G171-03. Badanie twardości zarysowania przy stałym obciążeniu stanowi alternatywne, proste rozwiązanie umożliwiające porównanie twardości materiałów przy użyciu tribometru. Możliwość wykonania pomiarów twardości zarysowania w podwyższonej temperaturze czyni Tribometr NANOVEA idealnym narzędziem do oceny właściwości tribo-mechanicznych materiałów w wysokiej temperaturze.

Tribometr NANOVEA oferuje również precyzyjne i powtarzalne badania zużycia i tarcia z wykorzystaniem trybów obrotowych i liniowych zgodnych z normami ISO i ASTM, z opcjonalnymi modułami do badań zużycia w wysokich temperaturach, smarowania i tribo-korozji dostępnymi w jednym, wstępnie zintegrowanym systemie. Opcjonalny profiler bezdotykowy 3D jest dostępny do wysokorozdzielczego obrazowania 3D śladów zużycia, jako dodatek do innych pomiarów powierzchni, takich jak chropowatość.

1 Wredenberg, Fredrik; PL Larsson (2009). "Badanie zarysowania metali i polimerów: Experiments and numerics". Wear 266 (1-2): 76
2 ASTM G171-03 (2009), "Standardowa metoda badania twardości materiałów na zarysowania przy użyciu diamentowego rysika".

TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI

LIVE CHAT

Precyzyjnie zlokalizowane przejście przez szkło za pomocą DMA z nanoindentacją

Precyzyjnie zlokalizowane przejście przez szkło za pomocą DMA z nanoindentacją

Dowiedz się więcej
 
Wyobraźmy sobie scenariusz, w którym próbka sypka jest równomiernie ogrzewana ze stałą prędkością. Gdy materiał sypki nagrzewa się i zbliża do temperatury topnienia, zaczyna tracić swoją sztywność. Jeśli okresowe wgniatanie (testowanie twardości) jest przeprowadzane przy tej samej sile docelowej, głębokość każdego wgniecenia powinna stale wzrastać, ponieważ próbka staje się bardziej miękka (patrz rysunek 1). Trwa to do momentu, gdy próbka zacznie się topić. W tym momencie można zaobserwować duży wzrost głębokości każdego wgniecenia. Wykorzystując tę koncepcję, zmiany fazowe w materiale mogą być obserwowane poprzez zastosowanie dynamicznych oscylacji o stałej amplitudzie siły i pomiar jej przemieszczenia, czyli dynamiczną analizę mechaniczną (DMA).   Przeczytaj o precyzyjnie zlokalizowanym przejściu szkła!

Pomiar relaksacji naprężeń za pomocą nanoindentacji

Dowiedz się więcej

TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI

LIVE CHAT

ASTM D7187 Wpływ temperatury z wykorzystaniem nanozarysowania

ASTM D7187, odporność lakieru na zarysowania i marmur odgrywa kluczową rolę w jego końcowym zastosowaniu. Lakier samochodowy podatny na zarysowania jest trudny i kosztowny w utrzymaniu i naprawie. Opracowano różne architektury powłok podkładu, lakieru bazowego i lakieru bezbarwnego, aby uzyskać najlepszą odporność na zarysowania/marmur. Testowanie nanozarysowań została opracowana jako standardowa metoda testowa do pomiaru mechanistycznych aspektów zachowania powłok malarskich pod wpływem zarysowań/maru, zgodnie z opisem w normie ASTM D7187.. Podczas testu zarysowania przy różnych obciążeniach występują różne podstawowe mechanizmy odkształcenia, a mianowicie odkształcenie sprężyste, odkształcenie plastyczne i pękanie. Zapewnia to ilościową ocenę odporności plastycznej i odporności na pękanie powłok malarskich.

ASTM D7187 Wpływ temperatury z wykorzystaniem nanozarysowania

Właściwości mechaniczne teflonu w wysokiej temperaturze

W podwyższonych temperaturach ciepło zmienia właściwości mechaniczne teflonu, takie jak twardość i lepkosprężystość, co może skutkować awariami mechanicznymi. Niezbędny jest wiarygodny pomiar termomechanicznego zachowania materiałów polimerowych, aby ilościowo ocenić materiały kandydujące do zastosowań wysokotemperaturowych. The Moduł nano z Nanovei Tester mechaniczny bada twardość, moduł Younga i pełzanie, przykładając obciążenie za pomocą precyzyjnego czujnika piezoelektrycznego i mierząc ewolucję siły i przemieszczenia. Zaawansowany piec tworzy jednolitą temperaturę wokół końcówki wcięcia i powierzchni próbki przez cały czas trwania testu nanowcięcia, aby zminimalizować efekt dryfu termicznego.

Właściwości mechaniczne teflonu w wysokiej temperaturze z wykorzystaniem nanoindentacji

Termomechaniczna analiza lutu z wykorzystaniem nanoindentacji

Połączenia lutowane są poddawane naprężeniom termicznym i/lub zewnętrznym, gdy temperatura przekracza 0,6°C. Tm gdzie Tm to temperatura topnienia materiału w Kelwinach. Pełzanie lutów w podwyższonych temperaturach może bezpośrednio wpływać na niezawodność połączeń lutowanych.  W rezultacie istnieje potrzeba wiarygodnej i ilościowej analizy termomechanicznej lutu w różnych temperaturach. The Moduł nano z Nanovei Tester mechaniczny przykłada obciążenie za pomocą precyzyjnego piezoelektrycznego czujnika i bezpośrednio mierzy ewolucję siły i przemieszczenia. Zaawansowany piec grzewczy zapewnia jednolitą temperaturę na końcówce i powierzchni próbki, co zapewnia dokładność pomiaru i minimalizuje wpływ dryftu termicznego.

Termomechaniczna analiza lutu z wykorzystaniem nanoindentacji

 

Tribologia w wysokich temperaturach

Twardość zarysowań w wysokiej temperaturze z wykorzystaniem tribometru

Materiały są wybierane na podstawie wymagań serwisowych. W przypadku zastosowań obejmujących znaczne zmiany temperatury i gradienty termiczne, kluczowe znaczenie ma zbadanie właściwości mechanicznych materiałów w wysokich temperaturach, aby być w pełni świadomym ograniczeń mechanicznych. Materiały, zwłaszcza polimery, zwykle miękną w wysokich temperaturach. Wiele uszkodzeń mechanicznych jest spowodowanych odkształceniem pełzającym i zmęczeniem cieplnym, które ma miejsce tylko w podwyższonych temperaturach. W związku z tym potrzebna jest niezawodna technika pomiaru twardości zarysowania w wysokiej temperaturze, aby zapewnić właściwy dobór materiałów do zastosowań wysokotemperaturowych.

Twardość zarysowań w wysokiej temperaturze z wykorzystaniem tribometru

 

Copyright © 2025 Nanovea. All Rights Reserved.