Твердость по Шору

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.

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.

Твердость по Шору некоторых материалов

Твёрдость по Шору материала протектора автомобильной шины обычно составляет от 50A до 70A в зависимости от её назначения.

Проведение испытаний

• Испытание проводят при температуре окружающей среды 20 + 15/_{– 10} °C.
• При измерении непосредственно на изделии его масса должна составлять не менее 5 кг. Масса образцов, устанавливаемых на столик твердомера, должна составлять не менее 0,1 кг и они должны иметь толщину не менее 10 мм.
• Поверхность испытуемого изделия или образца должна быть свободной от масла и грязи, иметь шероховатость не более R_a = 2,5 мкм по ГОСТ 2789-73.
• Поверхность столика прибора должна быть ровной, свободной от масла и грязи.
• Перед испытанием склероскоп устанавливается вертикально по уровню или отвесу, а поверхность испытуемого образца или изделия — горизонтально. Образец, устанавливаемый на столик прибора, плотно зажимается на нём. Для цилиндрических образцов используют V-образную подставку. Изделия больших размеров испытываются с помощью съёмной части прибора. Основание прибора плотно прижимается к испытуемому образцу или изделию.
• Проводят не менее 5 измерений в разных местах на исследуемом участке образца или изделия, но на расстоянии не менее 2 мм между двумя соседними отпечатками и от края образца или изделия.
• При проведении испытания частота ударов должна быть не более 5 в 10 с.
• Среднее арифметическое результатов измерения принимается за твёрдость данного образца или изделия при условии, что разность между наибольшим и наименьшим значением результатов измерений не превышает 5 единиц. В случае отличия более чем на 5 единиц, испытание повторяют, удвоив количество измерений (отпечатков).
• Полученную твердость по Шору указывают с округлением до целой единицы шкалы.

Числа твердости HRC для некоторых деталей и инструментов

Твердость по Шору некоторых материалов

Твёрдость по Шору материала протектора автомобильной шины обычно составляет от 50A до 70A в зависимости от её назначения.

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.

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.

Твердомер Equotip 550 UCI

Линейка твердомеров металла Equotip швейцарской компании Proceq представлена моделями, реализующими разные методы измерения твердости, за счет этого достигается универсальность их применения в различных отраслях промышленности. Твердомеры Proceq зарегистрированы в реестре средств измерений РФ и имеют положительные отзывы российских специалистов: (отзыв ОАО “Техдиагностика”, отзыв ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»). Твердомеры металла Proceq разработаны и собраны в Швейцарии. Срок гарантии всех приборов линейки составляет 2 года с возможностью продления до 3 лет.

Линейку твердомеров металла Proceq можно условно разделить на три группы:

Ультразвуковой твердомер Т-У2

Ультразвуковой твердомер NOVOTEST Т-У2 – это модификация поставки модели начального уровня в линейке твердомеров NOVOTEST – универсального комбинированного твердомера NOVOTEST Т-УД2 с ультразвуковым датчиком. Прибор Т-У2 предназначен для измерения твердости металлов и их сплавов: конструкционных и углеродистых сталей, а также цветных металлов и сплавов, допустимых для ультразвукового метода с помощью пользовательских калибровок по известному образцу.

Кроме того, существует возможность измерять предел прочности на растяжение объектов на основе углеродистых сталей перлитного класса, что позволяет сделать возможным автоматический пересчёт со шкалы Бринелля (HB) в соответствии с ГОСТ 22791-77. Твердомер применяет ультразвуковой метод измерения твердости (контрактно-импендансный) стандартизованный согласно ASTM A 1038, что позволяет, в отличие от динамического, в том числе работать и с объектами небольшого размера, изделиями с тонкой стенкой, сложной формы, поверхностных упрочненных слоев.

Проведение испытания

При испытании материалов, твердость которых не зависит от относительной влажности, дюрометр и образцы для испытания кондиционируют не менее 1 ч в условиях одной из стандартных атмосфер по ГОСТ 12423-2013 «Пластмассы. Условия кондиционирования и испытания образцов (проб)» (ISO 291), защитив их от воздействия прямых солнечных лучей. При испытании материалов, твердость которых зависит от относительной влажности, образцы для испытаний следует кондиционировать по тем же стандартам или согласно соответствующей нормативно-технической документации на испытуемый материал.

При этих же условиях проводят испытание.

Испытуемый образец должен иметь толщину не менее 6 мм. Для достижения необходимой толщины образец для испытаний может состоять из нескольких тонких слоев, но результаты испытаний, полученные с такими образцами, могут не согласовываться с результатами испытаний цельных образцов, так как поверхности таких слоев иногда не полностью соприкасаются друг с другом.

Размеры образцов должны позволять проводить испытание на расстоянии не менее 12 мм от любого края, если только заранее не будет известно, что при испытаниях на меньшем расстоянии от края достигаются идентичные результаты. Поверхность образца в месте контакта с опорной поверхностью на площади радиусом не менее 6 мм от кончика индентора должна быть очень ровной. На кривых, неровных или шероховатых поверхностях нельзя получить удовлетворительные результаты измерения твердости с помощью дюрометра.

Испытуемый образец помещают на твердую ровную горизонтальную поверхность. Дюрометр устанавливают в вертикальном положении так, чтобы кончик индентора находился на расстоянии не менее 12 мм от любого края образца. Как можно быстрее без толчка к образцу прижимают опорную поверхность дюрометра, держа её параллельно поверхности испытуемого образца. К опорной поверхности с помощью специального приспособления или груза прилагают давление, достаточное для обеспечения надежного контакта с образцом.

Допускается пригружение твердомера вручную.

Снимают показания индикаторного устройства спустя 15+1 с. Если необходимо произвести мгновенное измерение, то показание снимают в течение 1 с после прижатия опорной поверхности к образцу. В этом случае записывают максимальное значение, которое покажет индикатор дюрометра.

Лучшая воспроизводимость может быть достигнута путём использования подставки (штатива) для дюрометра или груза, центрируемого по оси индентора, или того и другого вместе для прижатия опорной поверхности к образцу. Для дюрометра типа А рекомендуется масса груза 1 кг, а для дюрометра типа D — 5 кг. Интервал времени, после которого снимают показания, может устанавливаться на отдельные материалы собственной нормативно-технической документацией.

Проводят пять измерений твердости в разных местах поверхности образца, но на расстоянии не менее 6 мм от точки предыдущего измерения, и определяют среднее значение. Рекомендуется при получении с помощью дюрометра типа A значений выше 90 испытания проводить с дюрометром типа D, а при получении с помощью дюрометра типа D значений меньше 20 испытания проводить с помощью дюрометра типа A.

Оформляют протокол испытаний, в который включают:

• ссылку на стандарт;
• полную идентификацию испытуемого материала;
• описание образца для испытания, включая толщину, а в случае применения составного образца и число слоев;
• температуру испытания и относительную влажность, если твердость испытуемого материала зависит от влажности;
• тип дюрометра (A, D и т. д.);
• если известно и если требуется, время, прошедшее с момента изготовления образца до момента измерения твердости;
• отдельные значения твердости и интервал времени, по истечении которого эти показания снимались;
• среднее значение твердости;
• отдельные подробности процедуры, не указанные в стандартах, на которые имеются ссылки, и любые другие указания, которые могут повлиять на результаты.

Показания можно записывать по следующей форме, твердость по Шору: А/15:45, где A — тип дюрометра, 15 — время в секундах от момента приведения опорной поверхности в тесный контакт с образцом до момента снятия показания, 45 — показания. Аналогичным образом твердость по Шору D/1:60 означает показание 60, полученное с помощью дюрометра типа D в течение 1 с или от максимального показания.

Примечания

1. Следует отличать от «склероскопа» — прибора для измерения твёрдости по методу отскока.
2. ↑ Прижимное усилие опорной поверхности дюрометра к испытуемому образцу. Стандартами предусмотрены разные единицы измерения для данного параметра, поэтому они указываются не в заголовке, а в соответствующих строках таблицы. Между разными стандартами имеются небольшие отличия — даны в скобках.
3. Стандарт PV 3931
4. Стандартная атмосфера «23/50»: температура 23±2 °C, относительная влажность 50 %, давление 86—106 кПа.
5. Разброс значений ±5 ед.
6. Резиновые колечки, которыми обвязывают пачки купюр, небольшие пакеты, прикрепляют рецепты к флаконам с лекарственными средствами и т. п.
7. ТУ 38.106.209-90
8. Например, колёсико багажной тележки, ручной клади (чемодана).
9. ↑ На испытуемый образец воздействует (вдавливается) торцевая поверхность сплошного цилиндра.

Осуществление измерений

Измерение твердости способом вдавливания выполняют на горизонтальной твердой поверхности. Дюрометр располагают вертикально. Опорную поверхность прибора быстро прижимают к исследуемому предмету и оказывают на него давление. Спустя 15 секунд снимают показания. Далее выполняют вычисление среднего для пяти замеров в различных точках поверхности на взаимном удалении от 6 мм. В случае мгновенного замера показания снимают через секунду после оказания давления. При этом учитывают максимальный результат.

Проведение измерений методом Шора

В случае получения на дюрометре типа D результатов менее 20, следует использовать прибор типа A, и наоборот, если дюрометр класса A дает значения более 90, переходят на устройство типа D.

Для выполнения корректных измерений необходимо соблюдение следующих требований:

1. Необходимо, чтобы толщина исследуемого предмета составляла от 6 мм. Для достижения данного значения допустимо совмещение нескольких слоев, однако вследствие недостаточно плотного их прилегания возможно отклонение результатов в сравнении с аналогичными цельными предметами.
2. Измеряемые предметы должны иметь размеры, достаточные для осуществления измерений на расстоянии от 12 мм от краев поверхности.
3. Исследуемая поверхность в радиусе хотя бы 6 мм от кончика индентора должна быть ровной. При наличии перепадов, шероховатостей, неровностей происходит существенное отклонение результатов.
4. Материалы кондиционируют.
5. Необходимо учитывать условия среды и исключить те из них, что влияют на параметры материала.

При исследовании методом отскока склероскоп устанавливают вертикально по отвесу или уровню. Измеряемый предмет фиксируют на его столике, зажимается. Цилиндрические детали размещают в специальной подставке, а крупные предметы исследуют съемной частью прибора. В данном случае также проводят пять измерений твердости и результатом считают их среднее значение. При этом удары выполняют с частотой до 5 в 10 секунд, а точки располагают в 2 мм или более друг от друга и от краев.

Таким образом, технология определения твердости методом Шора включает простые, но неточные методы, наиболее применимые для быстрых измерений.

Как измеряется твердость полиуретана по Шору

Определение твердости дюрометром

Прибор для измерения показателей был создан самим Шором еще в 1920 году. Название его – дюрометр. Он состоит из опорной площадки с отверстием посередине, стержня-индентора и упругой пружины, прилагающей к стержню некоторую силу. Также дюрометр снабжен индикатором, показывающим, насколько носик индентора выдвигается за границы опорной поверхности.

Существует несколько шкал твердости. Чаще всего применяются A и D. Разные шкалы необходимы для большей точности, ведь измерения проводятся для различных материалов. Шкала A оптимальна для мягких, а D подходит для более упругих.

Также использование этого метода требует учета условий окружающей среды

Перед тем, как определить твердость изделий из полиуретана, важно отметить влажность среды, температуру, наличие прямого солнечного излучения. Для истинных показателей следуют исключить факторы, искажающие результаты

Помочь в этом могут стандарты ISO.

Также существуют особые требования к виду образца для испытаний. Толщина его должна превышать 6 мм. Ширина же должна быть такой, чтобы до каждого из краев при измерении оставалось не менее 12 мм. Образец должен быть гладким, так как шероховатая текстура приводит к получению искаженных результатов.

Метод определения твердости

Чтобы определить твердость материала, дюрометр устанавливается вертикально, от носика индентора до любого из краев должно оставаться не меньше 1,2 см. Опорная панель быстро, но без толчка прижимается к поверхности образца. При этом необходимо сохранять параллель между плоскостями. Давление может оказываться с помощью специального груза или же ручным жимом.

При мгновенных измерениях показатели снимают через 1 секунду. Но чаще выдерживают интервал в 15 секунд. Для большей точности измерения проводятся пять раз на различных участках образца. Из полученных значений высчитывается среднее арифметическое. Результат может быть от нуля до ста. Это и есть показатель твердости полиуретана по таблице Шора.

Испытуемые материалы по основным шкалам

Также для выбора шкалы Шора можете воспользоваться сравнительным графиком, представленным ниже.

Метод Шора описан в стандартах ГОСТ 24622, ГОСТ 263, ISO 868, ASTM D2240.

Твердость по Шору некоторых материалов

Твёрдость по Шору материала протектора автомобильной шины обычно составляет от 50A до 70A в зависимости от её назначения.

Комбинированный твердомер Т-УД2

Комбинированный твердомер NOVOTEST Т-УД2 – это модель начального уровня в линейке твердомеров NOVOTEST и предназначен для измерения твердости конструкционных и углеродистых сталей, в т.ч. легированной и нержавеющей, а также других металлов и сплавов, отличающихся по своим свойствам от от конструкционных и углеродистых сталей – чугуна, алюминия, латуни, бронзы, меди и др. – с помощью пользовательских калибровок по известному образцу.

Твердомер Т-УД2 оснащается двумя видами преобразователей: динамическим (Либа) – для измерения твердости массивных деталей, материалов с крупнозернистой структурой, чугунов и цветных металлов, и ультразвуковым (контрактно-импендансным) – для измерения твердости объектов небольшого размера, изделий с тонкой стенкой, сложной формы, поверхностных упрочненных слоев.

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.

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.