Твердость по шору таблица

Твердость по Шору. Метод и шкала Шора

Способность сопротивляться проникновению в поверхностные слои другого тела. Таково определение твердости. Но, как это определение определить, в каких цифрах зафиксировать? Над этим бились сотни ученых. Около 10 из них создали универсальные шкалы твердости.

Твердость-по-Шору-Метод-и-шкала-Шора-1

Они направлены на разные материалы, разнятся в нюансах измерений. Одна из таких шкал – твердость по Шору. Кем он был, и как подошел к вопросу сопротивления одних материалов другим, расскажем далее.

Сравнительная таблица твердости. Перевод твердости по БРИНЕЛЛЮ, РОКВЕЛЛУ, ВИККЕРСУ и ШОРУ.

алмаз камень

Понятие твердости и ее измерение долгое время оставалось довольно спорным вопросом. Очень долго не могли разработать методику, по которой можно было бы определить количество этого параметра. Пока Моос не придумал измерять этот параметр путем пробы поцарапать один минерал другими минералами. Если один из них поддавался царапанию другим, то ему автоматически присваивалось более низкое значение твердости. Приняв за каждую единицу какой-либо эталон, он разработал собственную шкалу твердости с показателями от 1 до 10.

За 10 баллов отвечала твердость алмаза, эталоном для одного балла твердости стал тальк. Другой распространенный драгоценный камень — корунд, который делится на рубины и сапфиры имеет показатель 9. Таким образом была закреплена такая самая распространенная шкала и соответствующие значения.

Почему алмаз имеет такой высокий показатель твердости? Как оказалось, химическая структура алмаза представляет собой чистый углерод. Тот же самый углерод, который в нормированном состоянии является графитом и твердость по шкале Мооса которого равняется единице.

Почему же тогда они имеют такие разные свойства, если состоят из одного и того же атома? Это происходит за счёт химических связей и строения решетки кристалла. Атомы углерода в этих двух веществах по-разному между собой связаны, что дает разное строение структуры.

Как известно, в природе нет материала, который был бы тверже алмаза. Но недавно учеными было разработано синтетическое вещество, которое, по их заявлению, имеет такой показатель на 58% больше. Это вещество получило название лонсдейлит. Лонсдейлит может выдержать давление, которое на 55 ГПа превышает давление, которое может выдержать самый твердый алмаз. Его использование практически невозможно из-за высокой стоимости. В применении такого материала особой необходимости нет.

База знаний

В базе знаний вы найдете разъяснения, статьи, рецепты, мастер-классы, по применению продуктов, предлагаемых нашим магазином. Здесь выкладывается информация о таких материалах, как силиконы для форм, жидкие пластики, литьевые полиуретаны, эпоксидные смолы и т.п.

База периодически пополняется материалами.
Если вы считаете, что здесь чего-то не хватает, сообщите нам об этом любым доступным способом. Мы постараемся добавить интересующую вас информацию на сайт.

Общая информация

Здесь собраны термины, применяемые в отношении силиконов, жидких пластиков, полиуретанов и т.п. Вы будете знать, что такое вулканизация, вязкость, время жизни силикона и пластика, твердость по Шору и т.д. И сможете ориентироваться в технических данных выбранных материалов. Подробнее о терминах …

Вязкость (внутреннее трение) — свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.

Единицы измерения динамической вязкости

В международной системе единиц СИ — Миллипаскаль-секунда (мПа·с).
В метрической системе единиц — Сантипуаз (сП).

1 мПа·с = 1 сП

Чем меньше показатель, тем более жидкий материал и наоборот, чем больше показатель тем более вязкий (густой) материал.

Для наглядного представления о вязкости приводим табличку с показателем вязкости в Мпа/с

Твердость по Шору — один из методов измерения твердости материалов. Как правило, используется для измерения твердости полимеров: пластмасс, эластомеров, каучуков и продуктов их вулканизации.

Метод и шкала были предложены Альбертом Ф. Шором в 1920-х годах. Он же разработал соответствующий измерительный прибор, называемый дюрометром.

Твердость материалов измеряется с помощью дюрометров Шора и выражается в условных единицах Шора. При этом применяется несколько шкал, используемых для материалов с различными свойствами.

Две наиболее распространенных шкалы — тип A и тип D. Шкала типа A предназначена для более мягких материалов, шкала типа D для более твердых.

  • Например: «Твёрдость по Шору 80 A».
  • Например: «Твёрдость по Шору 80 D».

Принцип определения твердости по Шору достаточно прост – в образец материала вдавливается специальный стержень с заданной силой и при заданных условиях. Глубина вдавливания и определяет твердость материала (в обратной пропорции – чем глубже, тем мягче).

Чем больше цифра, тем тверже материал.

2. АППАРАТУРА

Твердость по Шору А

Нагрузка, Н (гс)
(пред. откл. ±0,08 (±8)

Твердость по Шору Л

Нагрузка, Н (гс)
(пред. откл. ±0,08 (±8)

(Измененная редакция, Изм. № 4).
2.1.3. Поверхность опорной площадки прибора должна быть не менее 100 мм2.
2.1.4. Прибор для испытания должен обеспечивать: предварительную нагрузку на индентор 0,55 Н (56 гс) для установки его в исходное положение, соответствующее нулевому значению шкалы;
проверку показания твердомера по максимальной твердости при установке на стеклянную пли гладкую металлическую поверхность; при нажатии на головку прибора стрелка должна стоять против деления 100 ± 1 на шкале;
погружение индентора в резину перпендикулярно к образцу.
2.1.5. (Исключен, Изм. № 3).
2.1.6. Поверку прибора производят не реже одного раза в шесть месяцев по методике, указанной в нормативно-технической документации на прибор. После ремонта поверку повторяют.
2.2. Толщиномер по ГОСТ 11358-74 типа ТР10-60 с пределом измерения от 0 до 10 мм, ценой деления 0,01 мм, допускаемой погрешностью измерения ±0,018 мм.
2.3. Секундомер СОПр-3б-3-121 по ГОСТ 5072-79.
2.2 – 2.3. (Измененная редакция, Изм. № 4).
2.3а. Часы электрические вторичные показывающие по ТУ 25-07-1503-82 с погрешностью хода ± 60 с за 24 ч.
2.3б. Термометр стеклянный по ГОСТ 27544-87 с пределом измерения от минус 50 до плюс 100 °С, ценой деления ГС, допускаемой погрешностью измерения ± 1 °С.
2.3в. Допускается применять другие средства измерения, обеспечивающие точность измерения в соответствии с требованиями настоящего стандарта.
2.3а – 2.3в. (Введены дополнительно, Изм. № 4).

Таблица №1 Для перевода чисел твердости и временного сопротивления разрыву

(для увеличения масштаба — нажмите на таблицу, изображение откроется в отдельном окне)


Скачать таблицу в pdf: Таблица №1 Для перевода чисел твердости и временного сопротивления разрыву.
Перевод чисел твердости и временного сопротивления разрыву σв пригодится специалистам, связанным с термообработкой сталей, цветных металлов и сплавов. Также они могут быть полезны при проведении исследований околошовной сварочной зоны – вы можете проследить, как меняется твердость по мере удаления от шва, на основании чего можно сделать вывод о механических свойствах шва, так как значения твердости можно перевести в σв. В табл. №1 значение σв заканчивается на 690 Нмм2 (70 кгсмм2), что соответствует 21 НRC – редкий сварочный шов имеет такую твердость, разве что после закалки в некоторых случаях она может быть более 21 НRC при условии, что металл имеет достаточное количество углерода, легирующих элементов и структура металла после термообработки – мартенсит. После сварки шов и околошовная зона находится в отпущенном состоянии, если основной металл был предварительно закален. В таком случае его можно исследовать по шкале HRA (cм. табл. №2) или по методу Бринелля.

5. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности СССР
ИСПОЛНИТЕЛИ
Л. А. Вишницкая, Л. П. Федюкина, Б. Ф. Кришталь, В. Д. Сокольская, Р.К. Гольнева, О. Н. Беззаботнова
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 21.01. № 115.
3. Стандарт содержит все требования СТ СЭВ 1198-78
4. ВЗАМЕН ГОСТ 263-53
5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Типичные значения твёрдости для различных материалов [ править | править код ]

Материал Твёрдость
Мягкое дерево, например сосна 1,6 HBS 10/100
Твёрдое дерево от 2,6 до 7,0 HBS 10/100
Полиэтилен низкого давления 4,5 – 5,8 HB [1]
Полистирол 15 HB [1]
Алюминий 15 HB
Медь 35 HB
Дюраль 70 HB
Мягкая сталь 120 HB
Нержавеющая сталь 250 HB
Стекло 500 HB
Инструментальная сталь 650—700 HB

Шкалы дюрометра

Примерное соотношение разных шкал

Для измерения дюрометром Шора применяется несколько шкал, используемых для материалов с различными свойствами. Две наиболее распространенных шкалы — тип A и тип D. Шкала типа A предназначена для более мягких материалов, в то время как D для более твердых. Помимо этого стандарт ASTM D2240 предусматривает в общей сложности 12 шкал измерений, используемых в зависимости от целевой задачи; различают типы A, B, C, D, DO, E, M, O, OO, OOO, OOO-S и R. Все шкалы делятся от 0 до 100 условных единиц, при этом высокие значения соответствуют более твердым материалам.

Соотношение между некоторыми шкалами дюрометров Шора

В чем сущность метода Шора?

Сущность метода Шора заключается во внедрении индентора (определенной формой) под действием тарированной пружины в поверхность исследуемого образца.

Результаты измерения данного метода отличаются большим разбросом значений, но из-за своей простоты, он очень удобен для измерения твердости образцов, готовых изделий, габаритных деталей прямо на месте производства.

Где применяются показатели твердости по Шору

Области применения показателей, полученных методом Альберта Шора, разнообразны. Так, художники, выбирая ластики, отдадут предпочтение изделиям с маркировкой 20, а не 50. Для творчества больше подходят мягкие резинки, позволяющие деликатно поправить рисунок или растушевать карандаш. А вот в школе, офисе актуальнее резинки более упругие. Там цель – бесследно стереть недочеты.

таблица твердости по Шору

Важны показатели упругости у герметика. Так, в случае, если его придется вскрывать, например, из-за того, что он потемнел, потрескался, более низкие показатели твердости окажутся выгоднее. Мягкий герметик удобнее демонтировать. Оптимальные показатели 10-25. Большие величины говорят о низком качестве герметика.

Твердость покрышек для велосипедов, конечно, должна быть ниже, чем для автомобильных колес. Но все же минимальные показатели около 30. А вот для скейтбордов необходимы твердые колеса. Минимальный порог – 75, а если нужны жесткие колеса, то отметка должна быть в районе 95, что схоже с требованиями к твердости шин вилочных погрузчиков.

Даже выбирая каски для рабочих строительной площадки, важно учитывать показатели твердости. Минимальные показатели – 75 единиц. Использовать защитные головные уборы из более мягкого пластика, с показателями 40-60, опасно для жизни и здоровья.

шкала твердости по Шору

Зачем нужны таблицы твердости?

Однако вернемся к поставленному вопросу: зачем нужны таблицы твердости?

Если отвечать кратко, они незаменимы, если используются различные методы измерения твердости. Понять о чем идет речь можно на конкретных примерах.

Пример: как измерить твердость волнистой пружины из стали 65Г

Вам нужно измерить твердость волнистой пружины из стали 65Г, но она очень тонкая, менее 0.5 мм толщиной и ее нельзя проверять на обычном аппарате Роквелла при нагрузке 150 кгс или 60 кгс, так как она продавится. Тем не менее, конечные значения нужно получить в HRC. Выйти из положения можно, если использовать аппарат Супер-Роквелл, например, на нагрузке 15 кгс (HR15N), в таком случае вы получите корректные значения твердости, которые сможете перевести в требуемые единицы с помощью таблицы.

Пример: как определить твердость бериллиевой бронзы БрБ2

Или следующий пример. Нужно определить твердость бериллиевой бронзы БрБ2, после дисперсионного старения она должна быть не менее 320 HV (по Виккерсу). Вы также можете «уколоть» ее на аппарате Супер-Роквелл, а потом полученные значения, например, в HR15N перевести в HV.

Устройство прибора

Чертёж инденторов для дюрометров типов A и D

В конструкции дюрометров Шора типов A и D входят следующие части:

  • Опорная поверхность (площадь не менее 100 мм²) с отверстием диаметром от 2,5 до 3,5 мм, центр которого находится на расстоянии не менее 6 мм от любого края опоры.
  • Индентор в виде закаленного стального стержня диаметром 1,10—1,40 мм.
  • Индикаторное устройство, показывающее степень выдвижения кончика индентора за пределы опорной поверхности. Степень выдвижения может быть измерена непосредственно в условных единицах в диапазоне от 0, для полного выдвижения кончика индентора, равного 2,50 мм + 0,04 мм, до 100 при отсутствии какого-либо выдвижения вообще, что происходит, например, в том случае, когда опорную поверхность индентора плотно прижимают к стеклянной пластинке.
  • Калиброванная пружина для приложения к индентору силы, рассчитанной согласно одной из приведенных ниже формул:
  • F = 550 + 75НA, где F — прилагаемая сила, мН; НA — твердость, определённая по дюрометру типа А;
  • F = 445НD, где F — прилагаемая сила, мН; HD — твердость, определённая по дюрометру типа D.

Опционально Твердомеры снабжаются специальным приспособлением или элементами крепления груза, центрированного по оси индентора, позволяющими создавать определённое прижимное усилие. Данное усилие может корректироваться нормативно-технической документацией на конкретные материалы.

Характеристики дюрометров типов A и D (ISO 868)

Числа твердости HRC для некоторых деталей и инструментов

Детали и инструменты Число твердости HRC
Головки откидных болтов, гайки шестигранные, рукоятки зажимные 33. 38
Головки шарнирных винтов, концы и головки установочных винтов, оси шарниров, планки прижимные и съемные, головки винтов с внутренними шестигранными отверстиями, палец поводкового патрона 35. 40
Шлицы круглых гаек 36. 42
Зубчатые колеса, шпонки, прихваты, сухари к станочным пазам 40. 45
Пружинные и стопорные кольца, клинья натяжные 45. 50
Винты самонарезающие, центры токарные, эксцентрики, опоры грибковые и опорные платики, пальцы установочные, цанги 50. 60
Гайки установочные, контргайки, сухари к станочным пазам, эксцентрики круговые, кулачки эксцентриковые, фиксаторы делительных устройств, губки сменные к тискам и патронам, зубчатые колеса 56. 60
Рабочие поверхности калибров – пробок и скоб 56. 64
Копиры, ролики копирные 58. 63
Втулки кондукторные, втулки вращающиеся для расточных борштанг 60. 64

Какие материалы измеряются на твердость по Шору

Из вышесказанного понятно, что твердость по Шору – ГОСТ, действующий для силикона, каучука, эбонита, пластика, резины. Нормы, кстати, установлены еще Государственным Комитетом СССР. В первую очередь определили рамки для резины. ГОСТ получил код 263-75.

Исследования проводили в Министерстве Нефтеперерабатывающей промышленности. Стандарт утвержден 21 января 1975 года, несколько раз корректировался.

Измерять по Шору можно и металлические поверхности. Однако, в этом случае смотрят не на глубину погружения «носика» индентора, а на высоту отскока бойка. По сути, это отдельный метод и отдельная шкала. Однако, они тоже разработаны Шором в параллель с таблицей для низкомодульных материалов.

В промышленности к методу отскока прибегают редко. Есть шкалы, позволяющие измерить показатель твердости металлических изделий более точно, к примеру, схема Роквелла.

Твердость-по-Шору-Метод-и-шкала-Шора-4

Перечень материалов, «подвластных» дюрометрам Шора, не дает полного представления о продукции, твердость которой, как говориться, имеет значение. Так, по шкале американского промышленника измеряют даже податливость бинтов Мартенса. Их используют для фиксации шин.

Так медики называют предметы, удерживающие кости в физиологически верном положении. По сути, шиной может служить даже доска, примотанная к сломанной голени, или бедру.

От качества бинта зависит надежность фиксации. Слишком мягкая резина будет излишне податливой, а твердая способна перетянуть кровеносные сосуды. Так что, показатель Шора может пригодиться в самых неожиданных местах и ситуациях.

Твердость каких материалов измеряется c помощью шкалы Шора

Показатели твердости по этому методу являются государственными стандартами для таких материалов, как резина, каучук, эбонит, силикон, пластик, полиуретан. Впервые подобные нормы были утверждены для резины. Стандарт появился еще в 1975 году, после чего неоднократно корректировался.

Измерять методом Шора можно и твердость металлических изделий. Но технология при этом немного другая. При измерении твердости заведомо жестких материалов отслеживают не глубину погружения индентора, а высоту отскока носика. Для показателей, получаемых методом отскока, также есть отдельная шкала. Но в промышленности чаще применяются другие более точные способы определения.

таблица твердости материалов по Шору

Несмотря на это, места и ситуации, где используется метод Шора, очень разнообразны и порой неожиданны. Так, на показатели твердости обращают внимание медики, когда подбирают специальные резиновые бинты для фиксации шин. Последние необходимы при оказании помощи после травмы костей. Слишком мягкие бинты не могут достаточно качественно фиксировать шину, а слишком жесткие могут пережать сосуды и нарушить кровоток.

Таким образом, метод, изобретенный американским промышленником еще в прошлом веке, до сих пор актуален во многих областях благодаря объективности и доступности применения.

Метод Виккерса

Метод Виккерса отличается малыми нагрузками и в отличие от других методов, где иногда достаточно грубой зачистки на шлифовальной шкурке или шлифовально-обдирочном станке, требует идеальной подготовки исследуемой поверхности (до зеркального состояния). Твердость определяется по диагонали отпечатка (пирамида), которая также переводится в HV по табл. №1. Виккерс незаменим при исследовании результатов химико-термической обработки. Например, твердость азотированного слоя, если он имеет малую глубину, можно определить только по Виккерсу, Супер-Роквелл в такой ситуации покажет неправильные результаты.

Применение камня

Используется показатель твердости алмаза и в промышленности. Не все камни, которые обнаруживают в трубках на месторождениях, пригодны для ювелирной обработки. Большинство материала имеет слишком много дефектов. Такие минералы отправляются на потребности промышленности, где алмаз используется в качестве абразива. Аппаратура, которая имеет покрытие алмазной крошкой, работает дольше и качественнее. Алмаз используется в таких приборах и инструментах, как:

  • оборудование в медицине (скальпели, хирургические инструменты);
  • сверла, фрезы, шлифовальные круги, стеклорезы, ножницы и пилы по металлу, буровые установки;
  • в телекоммуникациях и электронике алмаз используют для прохождения сигналов разных частот по одному кабелю;
  • защитный элемент в химической и физической промышленности;
  • космическая отрасль, где используются даже лонсдейлиты, которые прочнее алмаза.

Алмаз — вещество, которое имеет уникальные свойства. В том числе и твердость минерала дает возможность использовать его в разных сферах. Применение камня актуально, и его стоимость продолжает расти. А искусственные вещества, которые крепче алмаза, пока недоступны для широкого использования.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Егор Новиков
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий