16-10-2023
Твердость по Шору — один из методов измерения твердости материалов. Как правило, используется для измерения твердости низкомодульных материалов. Обычно — 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[1][2].
Регулируется международным стандартом ISO 868 и рядом других национальных стандартов (см. раздел «Литература»).
Твёрдость по Шору обозначается в виде числового значения шкалы, к которому приписывается буква, указывающая тип шкалы с явным указанием названия метода измерения твердости или прибора.
О дюрометрах и методах говорят как о дюрометрах и методах Шора типов A, B и т. д.
Метод позволяет измерять глубину начального вдавливания, глубину вдавливания после заданных периодов времени или и то и другое вместе.
Метод является эмпирическим испытанием. Не существует простой зависимости между твердостью, определяемой с помощью данного метода, и каким-либо фундаментальным свойством испытуемого материала.
Метод отличается сравнительно большим разбросом значений результатов измерений, но удобен своей простотой (в том числе конструкцией измерительного прибора) и оперативностью проведения измерений, позволяя производить их, в том числе на готовых изделиях, крупногабаритных деталях и криволинейных поверхностях достаточно больших радиусов. Из-за чего получил широкое распространение в производственной практике.
Содержание |
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.
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.
A | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 | 65 | 70 | 75 | 80 | 85 | 90 | 95 | 100 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
B | 6 | 12 | 17 | 22 | 27 | 32 | 37 | 42 | 47 | 51 | 56 | 62 | 66 | 71 | 76 | 81 | 85 | |||
C | 9 | 12 | 14 | 17 | 20 | 24 | 28 | 32 | 37 | 42 | 47 | 52 | 59 | 70 | 77 | |||||
D | 6 | 7 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 19 | 22 | 25 | 29 | 33 | 39 | 46 | 58 | |||||
O | 8 | 14 | 21 | 28 | 35 | 42 | 48 | 53 | 57 | 61 | 65 | 69 | 72 | 75 | 79 | 84 | ||||
OO | 45 | 55 | 62 | 70 | 76 | 80 | 83 | 86 | 88 | 90 | 91 | 93 | 94 | 95 | 97 | 98 |
В конструкции дюрометров Шора типов A и D входят следующие части:
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) |
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 |
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[5] по ГОСТ 12423 (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 ее параллельно поверхности испытуемого образца. К опорной поверхности с помощью специального приспособления или груза прилагают давление, достаточное для обеспечения надежного контакта с образцом.
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.
Проводят пять измерений твердости в разных местах поверхности образца, но на расстоянии не менее 6 мм от точки предыдущего измерения, и определяют среднее значение.
Оформляют протокол испытаний, в который включают:
Материал, изделие | Твердость, ед. Шора | Тип шкалы |
---|---|---|
Гелевое сиденье велосипеда | 15—30 | OO |
Жевательная резинка | 20 | OO |
Виброгасящий материал Сорботан | 40 | OO |
Виброгасящий материал Сорботан | 0 | A |
Силиконовый герметик | 10—25 | A |
Мягкий художественный ластик | 20 | A |
Бытовые резиновые колечки[6] | 25—30 | A |
Велосипедная камера | 30 | A |
Бинт Мартенса (резиновый)[7] | 30—35 | A |
Обычный ластик | 50—55 | A |
Дверной уплотнитель | 55 | A |
Лезвия стеклоочистителя | 55—60 | A |
Автомобильная шина | 60—70 | A |
Мягкие колеса скейтборда | 75 | A |
Гидравлическое уплотнительное кольцо | 70—90 | A |
Резиновая пробка для ванны | 80—85 | A |
Бумагоопорный вал пишущей машинки | 85—90 | A |
Цельнолитые шины вилочного автопогрузчика | 90—95 | A |
Жёсткие колеса скейтборда | 98 | A |
Эбонит | 100 | A |
Литой пластмассовый ролик[8] | 50 | D |
Пластик промышленной защитной каски | 75 | D |
Мяч для гольфа | 90 | D |
Название происходит от бренда «ASKER» японской компании-производителя KOBUNSHI KEIKI CO., LTD[9], выпускающей ряд моделей приборов оригинальной фирменной модификации и имеющих соответствующие оригинальные шкалы. Методика измерения твёрдости с применением дюрометров Аскер основана на тех же принципах и фактически является методом Шора. Измерительный прибор, применяемый в этом методе, так же именуется «дюрометр». Применяется в основном для тех же материалов, что и описываемый в данной статье метод Шора, только преимущественно — мягких и эластичных (см. иллюстрацию ниже). Часть фирменных шкал Аскер нормируется национальными стандартами Японии. Отличается от классического метода некоторыми параметрами измерительного прибора, инденторами и фирменными названиями типов шкал (моделей приборов).
Тип шкалы | Индентор | Усилие на инденторе | |
---|---|---|---|
гс, при 0 ед. шкалы | гс, при 100 ед. шкалы | ||
JA | Закаленный стальной стержень диаметром 1,25 мм, заканчивающийся усеченным конусом с углом при вершине 35° и диаметром вершины 0,79 мм | 55 | 855 |
JC | Закаленный стальной стержень диаметром 1,25 мм, заканчивающийся усеченным конусом с углом при вершине 35° и диаметром вершины 0,79 мм | 100 | 4500 |
Аскер C | Закаленная стальная полусфера диаметром 5,08 мм | 55 | 855 |
Аскер C2 | Закаленная стальная полусфера диаметром 5,08 мм | 55 | 455 |
Аскер CS | Закаленный стальной цилиндр[10] диаметром 10 мм | 100 | 4500 |
Аскер FP | Закаленный стальной цилиндр[10] диаметром 15 мм | 100 | 200 |
Аскер F | Закаленный стальной цилиндр[10] диаметром 25,2 мм | 55 | 455 |
Твёрдость по дюрометру Аскер обозначается так же, как твёрдость по дюрометру Шора, только вместо сл. «Шор(-а)», указывается сл. «Аскер».
Следует иметь в виду, что ряд названий типов шкал совпадает со стандартизованными, но не всегда совпадают значения этих шкал и используемые инденторы. Например, модель «Аскер A» полностью совпадает со стандартной моделью «Шор A» [1], а модель «Аскер C» — только названием типа шкалы [2].
В случае проведения испытаний дюрометром Аскер, модель которого полностью соответствует определённой модели дюрометра Шора, для различения при записи результатов испытаний рекомендуется отдавать предпочтение записи со сл. «Шор(-а)».
Аналоговый дюрометр Шора
Цифровой дюрометр Шора
Твёрдость по Шору (Метод вдавливания).