Испытания на твердость при вдавливании используются в машиностроении для определения твердости материала к деформации. Существует несколько таких тестов, в которых исследуемый материал вдавливается до тех пор, пока не образуется отпечаток; эти тесты могут быть выполнены в макроскопическом или микроскопическом масштабе.
При испытании металлов твердость при вдавливании примерно линейно коррелирует с пределом прочности при растяжении , [1] , но это несовершенная корреляция, часто ограниченная небольшими диапазонами прочности и твердости для каждой геометрии вдавливания. Это соотношение позволяет проводить экономически важные неразрушающие испытания поставок сыпучих металлов с помощью легкого, даже портативного оборудования, такого как ручные твердомеры по Роквеллу.
Для количественной оценки характеристик материала в меньших масштабах используются различные методы . Измерение механических свойств материалов, например, тонких пленок , невозможно выполнить с помощью обычных испытаний на одноосное растяжение . В результате были разработаны методы проверки «твердости» материала путем вдавливания материала с очень небольшим отпечатком, чтобы попытаться оценить эти свойства.
Измерения твердости количественно определяют сопротивление материала пластической деформации. Испытания на твердость при вдавливании составляют большинство процессов, используемых для определения твердости материалов, и могут быть разделены на три класса: испытания на макро-, микро- и наноиндентирование . [2] [3] Испытания на микровдавливание обычно имеют силу менее 2 Н (0,45 фунта силы ). Однако твердость нельзя считать фундаментальным свойством материала. [ править ] Классическое испытание на твердость обычно создает число, которое можно использовать для получения относительного представления о свойствах материала. [3]Таким образом, твердость может дать только сравнительное представление о сопротивлении материала пластической деформации, поскольку разные методы измерения твердости имеют разные шкалы.
Определение твердости, основанное на уравнении, представляет собой давление, прикладываемое к площади контакта между индентором и испытуемым материалом. В результате значения твердости обычно указываются в единицах давления, хотя это только «истинное» давление, если индентор и поверхность раздела идеально плоские. [ нужна ссылка ]
Инструментальное вдавливание в основном вдавливает острый кончик в поверхность материала, чтобы получить кривую сила-перемещение. Результаты дают много информации о механическом поведении материала, включая твердость , например, модули упругости и пластическую деформацию . Одним из ключевых факторов инструментального испытания на вдавливание является то, что наконечник необходимо контролировать силой или смещением, которые можно измерять одновременно на протяжении всего цикла вдавливания. [4] Современная технология позволяет реализовать точное управление усилием в широком диапазоне. Поэтому твердость можно охарактеризовать во многих различных масштабах длины, от твердых материалов, таких как керамика, до мягких материалов, таких как полимеры.