Твёрдость по Шору (Метод вдавливания) – это… Что такое Твёрдость по Шору (Метод вдавливания)?

ГОСТ: Резина. Метод определения твердости по Шору А. ГОСТ 263-75

Принцип измерения

Рассматриваемый метод применяют для низкомодульных материалов, таких как полимеры, а именно каучуки, элистомеры, пластмассы, продукты их вулканизации. Он включает два способа: вдавливания и отскока.

Принцип первого способа Шора состоит в определении величины вдавливания в материал конкретного индентора. Твердость определяется упругостью и вязкоэластичными параметрами,  она обратно зависима от глубины вдавливания. К тому же результаты зависят от формы индентора и приложенной силы. Ввиду этого нет взаимосвязи данных, полученных с применением при измерениях различных приборов и даже устройств с разными параметрами. К тому же твердость, измеряемая рассматриваемым методом Шора, не связана с каким-либо параметром исследуемого материала, поскольку он является эмпирическим.

Шкала твердости по Шору

Рассматриваемая технология весьма распространена. Этому способствуют ее следующие достоинства:

  • Она проста, в том числе благодаря конструкции прибора.
  • Такой метод определения твердости обеспечивает быстроту измерений.
  • Подходит для различных поверхностей, в том числе криволинейных, значительных радиусов, крупногабаритных предметов, готовых деталей. При этом технология характеризуется невысокой точностью вследствие значительного разброса значений.

Полученные результаты представлены числовым значением с буквой, соответствующей шкале.

Способ отскока состоит в определении твердости по величине отскока вертикально падающего бойка с заданной высоты после удара об исследуемую поверхность.

Примерное соотношение разных шкал

Для выражения твердости применяются условные единицы измерения. В основном данную технологию Шора применяют для твердых материалов.

К тому же, рассматриваемый метод Шора распространен в промышленности ввиду быстроты и простоты выполнения измерений. Тем его применяют, в основном, для контроля температурной обработки. Подходит для определения твердости крупных предметов, криволинейных поверхностей, готовых деталей. При этом, как и первый метод Шора, характеризуется низкой точностью ввиду того, что величина отскока бойка определяется, помимо твердости, многими прочими параметрами, а именно шероховатостью поверхности, структурой, толщиной и др.

Таким образом, несмотря на различные технологии осуществления, методы Шора близки по качествам: благодаря простоте они обеспечивают большую оперативность измерений, но с низкой точностью.

Проблема рассматриваемой технологии состоит в том, что твердость по Шору невозможно точно перевести в прочие величины твердости и прочности при растяжении. Это объясняется оторванностью твердости Шора от фундаментальных характеристик из-за эмпиричного характера метода.

Данная технология имеет преимущественно практическую направленность ввиду того, что определяемый ею показатель влияет на эксплуатационные характеристики. Например, таким методом измеряют твердость резины автомобильных шин.

Резина. Метод определения твердости по Шору А

Приложения к ГОСТу

Изменение №1 к ГОСТ 263-75

Обозначение: Дата введения в действие:
Изменение №1 к ГОСТ 263-75
01.07.1980

Текст поправки интегрирован в текст или описание стандарта.

Изменение №2 к ГОСТ 263-75

Обозначение: Дата введения в действие:
Изменение №2 к ГОСТ 263-75
01.09.1983

Текст поправки интегрирован в текст или описание стандарта.

Изменение №3 к ГОСТ 263-75

Обозначение: Дата введения в действие:
Изменение №3 к ГОСТ 263-75
01.02.1986

Текст поправки интегрирован в текст или описание стандарта.

Изменение №4 к ГОСТ 263-75

Обозначение: Дата введения в действие:
Изменение №4 к ГОСТ 263-75
01.11.1988

Текст поправки интегрирован в текст или описание стандарта.

Читайте также  Интерьер спальни. Просто и со вкусом

Измерение твердости по Шору

Шора звали Альбертом. Он был американским промышленником, жил в 20 веке. Шкалу твердости разработал, дабы облегчить свой труд и сделать предприятие успешным.

Завод производил низкомодульные материалы. Их характеризует малая продольная упругость. Это приводит к высокой эластичности, даже при комнатных температурах. Таковы полимеры, продукты вулканизации, каучуки, некоторые пластмассы. Для них-то и создан метод Шора.

Твердость материалов по Шору – эмпирический метод. Это значит, что он опытный, направлен на изучение фактов, наблюдение.

Показатель получается «оторванным». Нет его связи с фундаментальными характеристиками испытуемого образца. Зато, его твердость влияет на эксплуатационные параметры. Так, твердость резины по Шору интересует, к примеру, автомобилистов.

Они ориентируются на шкалу, покупая покрышки. Стандарт их твердости – от 50 до 75 единиц Шора. Чем мягче резина, тем лучше ее сцепление с дорогой.

Однако, податливость материала приводит к его скорейшему изнашиванию, нагреву. Мягкая резина шумная и быстро теряет форму. Число Шора позволяет подобрать идеальные покрышки для конкретных условий и потребностей.

Только вот, указывают показатель шкалы на своих покрышках всего около 30% производителей. Наличие заметки указывает на ответственный подход к делу и качество товара. Проблемы в определении твердости по Шору нет. Было бы желание. Прибор для опытов прост, как и схема их проведения.

Единственный минус – приличный разброс значений результатов. Но, более удобного метода, пока, не придумано. Перейдем от теории к практике?

Принцип

Измеряется глубина вдавливания в материал определенного индентора под действием силы в заданных условиях.

Твердость при вдавливании обратно пропорциональна глубине вдавливания и зависит от модуля упругости и вязкоэластичных свойств материала. На получаемые результаты влияет форма индентора и прилагаемая к нему сила, поэтому между результатами, получаемыми при испытаниях с дюрометрами разных типов или другими приборами для измерения твердости, не может быть прямой зависимости.

Приборы

Оборудование для определения твердости по Шору было создано изобретателем самого метода. В зависимости от способа, используется дюрометр либо склероскоп.

Дюрометр Шора

Прибор, называемый дюрометром, применяют для определения твердости Шора вдавливанием. Данные устройства представлены несколькими типами. Приборы классов D и A включают следующие детали:

  • Опорную поверхность. Площадь ее составляет от 100 мм2. Имеет отверстие 2,5 — 3,5 мм диаметром в 6 или более мм от края.
  • Индентор. Представлен стержнем 1,1 — 1,4 мм диаметром из закаленной стали.
  • Индикаторное устройство. Демонстрирует выход за опорную поверхность кончика индентора, выражая в условных единицах его величину.
  • Калиброванную пружину. Служит для приложения усилия к индентору.

В качестве дополнительного оборудования, дюрометры оснащают приспособлением для фиксации груза. Оно центрировано по оси индентора и позволяет создавать определенное прижимное усилие.

Что касается типов дюрометров, их дифференцируют на основе шкал, применяемых для разных материалов. Всего существует 12 шкал. Наиболее распространены среди них варианты типов D и A. Тип A отличается направленностью на более мягкие материалы. Приборы данного типа характеризуются, следовательно, меньшим прижимным усилием и большей точностью измерений. Нужно отметить, что сила, создаваемая дюрометром, рассчитывается по специальным формулам.

Схема склероскопа Шора

Склероскопы представлены приборами, оснащенными сферическим бойком. Их также дифференцируют на несколько типов на основе шкал. Наиболее распространены C и D. Так, устройство типа C имеет установленную на штативе с предметным столиком полую трубку с окном. На последнее нанесена шкала. Внутри трубки находится боек 2,5 г массой и 1,25 мм радиусом, удерживаемый фиксирующе-спусковым устройством, установленным сверху трубки. Высоту отскока фиксируют визуально. Устройства типа D имеют более тяжелый боек (36 г) и электронное или механическое устройство регистрации величины отскока. Боек обычно бывает с алмазным наконечником, хотя для исследования мягких материалов применяют варианты со стальным тупым наконечником.

Читайте также  Мари Краймбрери совершит прыжок с высоты 207 метров

Отдельно следует отметить, что ввиду наличия нескольких шкал для каждого из приборов для определения твердости Шора, создана таблица перевода из одной в другую.

Устройство прибора

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

  1. 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.
  2. Индентор в виде закаленного стального стержня диаметром 1,10—1,40 мм (см. чертёж).
  3. 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.
  4. Калиброванная пружина для приложения к индентору силы, рассчитанной согласно одной из приведенных ниже формул:

а) F = 550 + 75НA,где F — прилагаемая сила, мН;НA — твердость, определенная по дюрометру типа А;б) F = 445НD,где F — прилагаемая сила, мН;HD — твердость, определенная по дюрометру типа D.

  • Опционально данные 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.

Чертёж инденторов для дюрометров типов A и D

Характеристики дюрометров типов A и D (ISO 868) Тип шкалы Индентор Усилие на инденторе Прижимное усилие[3] Н Предельное отклонение гс Предельное отклонение
A Закаленный стальной стержень диаметром 1,25 мм, заканчивающийся усеченным конусом с углом при вершине 35° и диаметром вершины 0,79 мм 0,550 + 0,075НA ±0,078 56 + 7,66НA ±8 1 кг (12,5 Н)
D Закаленный стальной стержень диаметром 1,25 мм, заканчивающийся конусом с углом при вершине 30°, радиус острия 0,10 мм 0,445НD ±0,441 45,36НD ±45 5 кг (50,0 Н)
Характеристики дюрометров других типов Тип шкалы Индентор Максимальное усилие на инденторе Прижимное усилие[3] Н гс
B Закаленный стальной стержень диаметром 1,25 мм, заканчивающийся конусом с углом при вершине 30°, радиус острия 0,10 мм 8,061 822 1 кг
C Закаленный стальной стержень диаметром 1,25 мм, заканчивающийся усеченным конусом с углом при вершине 35° и диаметром вершины 0,79 мм 44,62 4550 5 кг
AO, L[4] Закаленный стальной шарик диаметром 5 мм 8,064 822 12,5 Н
DO Закаленный стальной шарик диаметром 2,38 мм 44,62 4550 5 кг
O Закаленный стальной шарик диаметром 2,38 мм 8,064 822 1 кг
OO Закаленный стальной шарик диаметром 2,38 мм 1,108 113 400 г
OOO Закаленный стальной шарик диаметром 12,7 мм 1,108 113 400 г

Применение шкалы твердости на практике

Каждое применение требует разного уровня твердости для успешной герметизации или уплотнения. Резиновый материал должен быть достаточно мягким, чтобы заполнить зазоры между двумя поверхностями, но также достаточно твердым, чтобы выдерживать нагрузки без выдавливания. Для применений с низким давлением рекомендуется низкая твердость, чтобы уплотнения деформировались быстрее и не допускали небольших утечек. В приложениях с высоким давлением используется высокая твердость, чтобы снизить потребность в стопорных кольцах.

Нижняя граница шкалы твердости по Шору А покрывает резину, достаточно гибкую для использования в канцелярских резинках и ластиках для карандашей. В этом случае значения твердости могут находиться в диапазоне от 20 до 40 по шкале Шор А. Средняя твердость по Шору А включает резину, используемую для автомобильных шин и каблуков обуви, которые обладают некоторой гибкостью, но являются относительно твердыми. Эти значения твердости будут находиться в диапазоне от 70 до 80 по Шору А. Резины, имеющие показатели верхней части шкалы, часто бывают очень твердыми и совсем не гибкими. Например, колеса тележки для покупок обычно имеют 95 единиц по Шору А. Твердость по Шору А — полезный инструмент для определения гибкости, необходимой вам для различного рода уплотнений.

Читайте также  Качественные теплообменники

Применение измерения по Шору

Твердость по Шору – таблица, способная указать на нюансы использования товаров. Так, если показатель ластика равен 20 единицам, значит, он художественный. Творцам нужны мягкие резинки, не портящие бумагу для рисования, способные деликатно растушевывать, к примеру, карандашные наброски.

Для канцелярских же целей, школы, или офиса, лучше подходят ластики с твердостью около 50 единиц Шора. Покупая герметик для строительства, работ по дому, важно знать, легко ли будет его вскрыть. К примеру, фиксировали некоторые швы в ванной.

Если герметик потемнеет, или потрескается, его придется выскабливать. Это сложнее, чем вычистить обычную затирку. Чем мягче и податливее герметик, тем проще будет его, так скажем, демонтаж.

У герметика твердость по Шору должна лежать в пределах 10-25 единиц. Иначе, товар не качественный.

Для велосипедных камер приемлемые единицы твердости по Шору гораздо меньше, чем для автомобильных покрышек. Для велика достаточно показателя в 30 баллов.

В разрез идут колеса скейтбордов. Даже у мягких вариаций должно быть 75 единиц.
Для жестких колес скейтборда показатель, и вовсе, равен рекомендациям к цельнолитым шинам вилочных автопогрузчиков – 95-98 единиц.

Для сравнения, пластик строительных касок для защиты во время работ гарантирует лишь 75 баллов. Приобретение некачественного головного убора с твердостью по Шору этак в 40-60 может стоит жизни.

Твердость по Шору некоторых материалов

  • В таблице разброс значений ±5 ед. Шора.

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.

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.

См. также

  • Твердость
  • Твёрдость по Шору (Метод отскока)
  • Шкала Мооса
  • Твердость по Роквеллу
  • Твердость по Виккерсу
  • Твердость по Бринеллю
  • Твердость по Кнопу

Ссылки

  • «ТВЕРДОСТЬ – ЛЕГКО»

Источник: lazernyj-stanok-dlya-rezki-fanery.ru

RD FITNESS