ASTM D7027 Ensayo de Dureza Martens

 

 

ASTM D7027  – 05 Standard Test Method for Evaluation of Scratch Resistance of Polymeric Coatings and Plastics Using an Instrumented Scratch Machine

R&B Inc.

 

1. alcance 1.1 Esta especificación describe un procedimiento experimental que utiliza una máquina de rayado instrumentada para cuantificar el daño de la superficie en condiciones específicas y caracteriza la MAR y la tolerancia al rayado del polímero al medir varias propiedades importantes del material. Los procesos de adquisición de datos y de inducción de rasguños se automatizan para evitar los impactos de los usuarios que pueden afectar los resultados. 1.2 Las unidades SI son unidades básicas 1.3 Esta especificación no cubre asuntos de seguridad, NOTA 1-FLTM BN 108-13, ISO 1518 e ISO 12137-2 son relevantes para esta especificación, 2. Documentos referenciados 2.1 Normas ASTM D618 Práctica para acondicionar plásticos para probar el método de prueba D638 para las propiedades de tracción de los plásticos D1894 Método de prueba para coeficientes estáticos y cinéticos de fricción de película plástica y láminas E177 Práctica para el uso de los términos Precisión y sesgo en los métodos de prueba ASTM F2215 Especificación para bolas, rodamientos, ferrosos y no ferrosos para uso en rodamientos, válvulas y aplicaciones de rodamientos Método de prueba G99 para pruebas de desgaste con un aparato de pin-en-disco Método de prueba G171 para la dureza al rayado de materiales con un lápiz óptico Diamond

2.2 Normas ISO ISO 1518 Métodos de prueba para pinturas, Parte E2: Prueba de rayado ISO 12137-2 Métodos de prueba para pinturas, parte E18: Determinación de la resistencia al desgaste usando un lápiz en punta Rodamientos ISO 3290: Bolas — Dimensiones y tolerancias 2.3 Otros estándares: FLTM BN 108-13 Resistencia al rayado  Alcance 규격   은  된정 된정   된  규  규  machine machine machine machine machine machine 1.1 이  규격

 

결과  향 영향 영향  을 줄 향 향 영 향 향 향  machine 의. Induc Proceso de adquisición de datos 는 결과 향. 기본  단위 단위   1.2 unidades SI 가 기본 1.3 NOTA 1 — FLTM BN 108-13, ISO 1518, ISO 12137-2 은 규격  3. terminología 3.1 definiciones 3.1.1 carga normal crítica, carga normal con el primer blanqueamiento (ver 3.1.10) en la ranura n-Scratch. 3.1.2 La fuerza de fricción es una fuerza tangencial que aparece en una fuerza externa. Dependiendo del grado de inserción del indentador, la fuerza de fricción es inducida por deslizamiento (desplazamiento relativamente pequeño) o arado (eliminación bruta / desplazamiento del material) 3.1.3 Resistencia MAR, n - La resistencia al daño de la superficie resultante de la abrasión ligera causada por pequeñas sustancias se expresa cuantitativamente como Pérdida de brillo, Aumento de la turbidez o Desviación leve en el nivel de gris. 3.1.4 carga normal, n carga vertical aplicada al lápiz de Scratch y mantenida perpendicular a la muestra durante la prueba 3.1.5 profundidad de rayado, n - la distancia desde el puntaje de la ranura de rayado hasta la distancia vertical (a) pico o (b) la superficie de la muestra no perturbada 3.1.6 resistencia al rayado, n - la capacidad de soportar daños causados por objetos afilados, cuantitativamente Profundidad de rayado (3.1.5), ancho de rayado (3.1.7) y otras propiedades geométricas de Scratch 3.1.7 ancho de rayado, la distancia entre dos picos en ambos lados de la ranura nScratch. 3.1.8 Pérdida mecánica de material por rayado, v-abrasivo, etc. 3.1.9 Coeficiente de rozamiento de fricción, la relación entre la fuerza de fricción (3.1.2) y n-carga normal (3.1.4) muestra las características de resistencia al rayado. Los coeficientes estáticos y cinéticos son dos características bajo carga constante. El coeficiente cinético se calcula a partir de la fuerza de fricción constante medida mientras se mueve, mientras que el coeficiente cinético se calcula a partir de la carga medida antes

 

de moverse. Esto es diferente del Coeficiente de fricción medido en D1894. El Coeficiente de arrastre del lápiz óptico medido en G171 y similar. 3.1.10 Deformación visual a lo largo de la ranura de rayado de la superficie al blanquear, n-microcracking, vaciado, agrietamiento, desunión 4. Método de prueba 4.1 Pruebas de rayado de muestras poliméricas utilizando una máquina de rayado automatizada Hay dos modos de prueba básicos (Modos de prueba A y B) 4.1.1 Modo de prueba A Rasca la superficie de la muestra mientras aumenta la carga de 2 ~ 50 N ± 0.1N a una distancia de 0.1m ± 0.0005m a una velocidad constante de 0.1 m / s ± 0.0005 m / s. Prueba para determinar la carga normal crítica con blanqueamiento. Para materiales que no causan blanqueamiento, mida la carga al ancho de rayado predeterminado. Para comparar y calificar los materiales, cargue el gráfico como una función del ancho de Scratch. 4.1.2 Modo de prueba B Rasca la superficie de la muestra con una carga constante de 30 N ± 0.1 N con una distancia de 0.1 m ± 0.0005 m a una velocidad constante de 0.1 m / s ± 0.0005 m / s. Evaluación de propiedades homogéneas de materiales y medición del coeficiente de fricción de rascado. 4.2 Las superficies rayadas se deben inspeccionar visualmente o el daño superficial utilizando una herramienta de evaluación. En el modo de prueba A, la carga normal crítica está determinada por el inicio del blanqueo del material debido al Scratch. Scratch Medir el ancho o la profundidad o ambos son necesarios para la cuantificación de la resistencia al rayado 4.3 Cálculo del coeficiente de fricción de rascado según se define en 3.1.9 utilizando la fuerza de fricción y los datos de carga normal. 5. Significado y uso 5.1 Espécimen al que se aplican las pruebas Scratch. (1) Evaluación de la resistencia al rayado o MAR de un material específico (2) Evaluación de la resistencia relativa al rayado de diferentes materiales. (3) Determinación del coeficiente de rozamiento de fricción del material. 5.2 Debido a que los polímeros muestran propiedades mecánicas que dependen en gran

 

medida de la temperatura, los métodos de prueba especificados solo pueden reproducirse cuando el usuario realiza pruebas en condiciones de prueba similares, los mismos materiales y condiciones de superficie con el mismo procedimiento. 5.3 Ciertos polímeros se curan por sí solos (son recuperables) cuando se los somete a rasguños y otras tensiones físicas debido a sus propiedades viscoelásticas y de relajación, así que registre la diferencia entre el daño inmediato (si se puede medir fácilmente) y después del rasguño y compare los resultados de manera adecuada Es importante asegurar la reproducibilidad. 5.4 El "blanqueamiento" de superficies rayadas en aplicaciones automotrices y en otras donde las condiciones de la superficie son importantes es un mecanismo de daño importante. Este tipo de daño es indeseable porque es visualmente obvio, y la carga crítica crítica que causa este fenómeno es evaluar el rendimiento del material. Se utiliza como referencia. 5.5 En el caso de los polímeros que no presentan blanqueamiento, los surcos de rasguño todavía aparecen después del arado severo. En este caso, la carga requerida para un ancho de rasguño específico se registra para caracterizar la visibilidad y la resistencia al rayado. El usuario determina el ancho de rasguño crítico. . Para una comparación consistente, lo mismo se aplica a una serie de pruebas, y la variación del ancho de rayado en función de la carga aplicada se muestra en la Fig. 6. Dispositivo 6.1 Descripción general: la máquina raspadora instrumentada que se describe aquí fue desarrollada por la Universidad de Texas A&M bajo los auspicios del Consorcio de Comportamiento Scratch. Ver 1 Este equipo consta de una plataforma de muestra, dispositivos de sujeción, sistema de carga por resorte / carga muerta y sistema de servo de movimiento horizontal. Cuando se necesitan datos de posición y carga, incluye sistemas opcionales como sistemas de detección, adquisición de datos y sistemas informáticos. Se agregan cámaras ambientales para realizar pruebas distintas a la temperatura ambiente (23 ± 2 ° C).

Uso separado del equipo de evaluación, como microscopios ópticos, escáneres de superficie plana y herramientas de captura de imágenes para estudios posteriores al rayado.

 

  La figura 1 Esquema de la máquina de rayado instrumentada

6.2 Mecanismo de carga por resorte: un rascador tipo lápiz que araña la superficie de una muestra plana con una punta esférica de 1 mm de diámetro. Se encuentra disponible una etapa de muestra de 305 x 305 mm2 para fijar la muestra. Un mecanismo accionado por resorte capaz de generar una carga normal de 0 ~ 75 N carga el lápiz rayado a un tamaño determinado o gradualmente al tamaño deseado. 6.3 Mecanismo de carga muerta - Fig. 1 es similar a la configuración del mecanismo de carga por resorte como en 6.2, excepto que el peso muerto se usa para la carga normal durante el inicio. Esta configuración también se puede usar en el modo de prueba B, donde se requiere una carga constante. 6.4 Sistema de servo de movimiento horizontal: el microprocesador se utiliza para operar el lápiz de Scratch con un motor de alta precisión y la velocidad horizontal se puede configurar a una velocidad constante entre 0 y 400 mm / s, Puede ajustarse a una aceleración constante de hasta 400 mm / s. 6.5 Sistema de detección de carga y posición (opcional): puede equiparse con un equipo para medir la carga normal, la fuerza de fricción, la profundidad de rayado instantáneo y la posición horizontal si es necesario. La fuerza de fricción que actúa sobre el lápiz se mide con una precisión de 0,1 N y los datos recopilados para la profundidad, la posición horizontal y la velocidad del lápiz son

 

Precisión de 0.5 μm, 5 μm y 0.0005 m / s (promedio). ( promedio).   6.6 Adquisición de datos y sistemas informáticos (opcional): la conexión entre el sistema de detección y el sistema informático Conexión de cable de blindaje. La tasa de adquisición de datos es superior a 1 kHz. 6.7 Cámara ambiental (opcional) - La cámara ambiental con capacidad de control de calefacción y refrigeración está disponible desde -50 a 100 ° C 6.8 Instrumentos de evaluación: además de la inspección visual, se utilizan microscopios ópticos, escáneres de superficie plana y interferómetros para medir anchos y profundidades de rasguños. Para cuantificar el blanqueamiento, se pueden utilizar otros instrumentos capaces de medir la intensidad de la luz reflejada desde el surco del rasguño. El requisito básico es que la condición de luz se controle para tener una sensibilidad para detectar el punto de blanqueamiento dentro de 0.05 mm. 6.9 Punta Stylus - Punta Stylus compatible con material y forma. El acero inoxidable es de 1 mm de diámetro. La calidad de la superficie de la punta es 10 o superior según el estándar F2215 o ISO 3290. NOTA 2 - Se puede usar un material de punta Stylus con una mayor dureza de sangría que el material de prueba, y si la dureza relativa del material es significativamente diferente a la del Acero inoxidable, los datos pueden diferir de los calculados por la punta esférica de Acero inoxidable. Es opcional, pero los resultados no tienen prioridad sobre los resultados de la prueba de punta anterior. 7. Peligros 7.1 El carro de rasguño puede acelerarse a 400 mm / s repentinamente y tenga cuidado de no quedar atrapado en las partes móviles de sus manos, dedos y ropa suelta. 7.2 Use guantes aislados cuando realice pruebas a temperaturas extremas. 8. Muestras de ensayo y preparación de la muestra 8.1 MATERIALES: el método de prueba se aplica a varios polímeros y materiales de recubrimiento, el material debe prepararse a las dimensiones deseadas y ser capaz de soportar las tensiones impuestas durante la prueba sin fallas ni fracturas excesivas. El material puede seleccionarse del grupo que consiste en dimensiones, tratamiento de superficie, tipo de material, forma, composición, procesamiento, (Ver método de prueba G99).

 

8.2 Muestras de tracción: las muestras de tensión de moldeo por inyección especificadas en D638 (Muestra I-III) están disponibles y tienen un grosor típico de 3 a 10 mm. La longitud de rayado para los otros modos de prueba es de 100 mm, por lo que el espécimen debe tener al menos 140 mm de largo para sujetar en ambos extremos. Se debe tener cuidado para garantizar la consistencia dentro de las tolerancias especificadas en D638, ya que el grosor afecta las características de rayado. 8.3 Muestra de placa: utilice una muestra de placa de al menos 140 mm de longitud. Se pueden hacer múltiples rasguños en la misma placa siempre que las ranuras no se afecten entre sí, y la distancia entre dos ranuras adyacentes sea mayor que 2 mm. 8.4 Tamaño de la muestra: pruebe al menos cinco muestras (o cinco pruebas) para garantizar la repetibilidad. 8.5 Tratamiento de la superficie: a excepción de los experimentos para investigar el efecto de la textura y el color de la superficie, los especímenes tienen la misma textura y color de la superficie, lo que es particularmente importante para la detección de Blanqueamiento porque ciertos colores y texturas tienden a ocultar el daño de la superficie mejor que otros. 9. Preparar el instrumento. 9.1 Puntas de lápiz de Scratch - Scratch Una inspección regular de la esfera de puntas de Stylus utiliza un microscopio óptico. Scratch Stylus Tip Si la calidad de la superficie no cumple con las tolerancias especificadas en F2215 o ISO 3290, la frecuencia de la inspección de reemplazo de la punta varía con el material de la punta y la muestra. 10. Calibración y estandarización. 10.1 Las máquinas de rascar, los sistemas de adquisición de datos y los equipos electrónicos asociados se deben probar al menos 24 Mantener a temperatura constante (± 2 ° C) durante un período de tiempo. El equipo de prueba se almacena en un ambiente de atmósfera de laboratorio estándar como se especifica en D618. 10.2 Antes de probar, verificar y calibrar, o realizar cualquier combinación de estos, encienda el instrumento y el equipo electrónico asociado y caliéntelo durante más de 30 minutos. 10.3 Verifique la precisión de los sensores de carga y posición antes de realizar la prueba. Para el procedimiento de verificación, consulte el procedimiento de calibración en 10.4. Los sensores para carga normal y fricción tienen una precisión de ± 0.1 N, los sensores de posición vertical y horizontal son de ± 0.5 μm y  y 

 

Precisión de ± 5 μm. Calibrado cuando la precisión de los sensores de carga y posición está fuera de especificación. 10.4 Para la calibración, el bloque de calibración estándar usa un peso estándar para calibrar el sensor de posición y el sensor de carga. La calibración se realiza con dos, dos abajo y un promedio de un total de cinco o más puntos de datos por encima del promedio del rango efectivo del sensor. La precisión del sensor de carga y posición después de la calibración se reconfirma antes de realizar la prueba. 11. Acondicionamiento 11.1 Para realizar la prueba Scratch en una atmósfera de laboratorio estándar, consulte el procedimiento A en D618. Especialmente en el caso de materiales cuyas propiedades mecánicas pueden verse afectadas por la humedad relativa, se adhieren estrictamente al acondicionamiento. Para otras condiciones de prueba, el usuario debe consultar el D618 para conocer los procedimientos de acondicionamiento recomendados. 11.2 Inspeccione la superficie de la muestra y el lápiz de Scratch para ver si hay contaminantes y, si es necesario, limpie. Solo los limpiadores que no alteran los materiales de prueba y las propiedades de la superficie se usan para limpiar las muestras y raspar el lápiz, lo que permite que el limpiador húmedo se seque completamente antes de la prueba. 12. Proceso de examen 12.1 Coloque la muestra en el probador, fíjela con la abrazadera y verifique que la muestra esté plana y limpia. Mueva el espécimen hasta que el lápiz raspador esté justo por encima del inicio del recorrido del rasguño, luego asegure el espécimen firmemente.  Asegúrese de que la punta punta del Sty Stylus lus esté limpia limpia y libre de materiales materiales extraños extraños y daños. daños. 12.2 Cuando la prueba de rayado se realiza a temperatura ambiente (23 ± 2), use la cámara ambiental para mantener el lápiz óptico y la muestra a la temperatura deseada. El lápiz óptico y la muestra deben mantenerse durante más de 30 minutos antes de la prueba. 12.3 Scratch Determine las posiciones inicial y final de la ruta, seleccione el modo de prueba apropiado, Introduzca los parámetros requeridos, como la carga normal. 12.4 Verifique que los sistemas de detección de carga y posición y de adquisición de datos estén operativos al recopilar datos en tiempo real. 12.5 Iniciar el proceso de Scratch.

 

12.6 Inspeccione la ranura de rayado de la muestra en un microscopio calibrado o un perfilómetro, o ambos Cuantificar el ancho y la profundidad. También puede usar el escáner de superficie plana para determinar el ancho del rasguño. 12.7 Cuando se usa el modo de prueba A, cuando se observa el blanqueamiento, registre el primer punto de ocurrencia. Esto se realiza visualmente o mediante instrumentación óptica y análisis de imágenes, y se usa para la comparación y clasificación de materiales mediante la determinación de la carga normal crítica. Para explicar la diferencia en el daño de la superficie, la Fig. 2 (a) no muestra ningún fenómeno de blanqueo en el policarbonato, mientras que el blanqueo se observa para el polipropileno como se muestra en la Fig. 2 (b). 13. Cálculo y evaluación de resultados. 13.1 Cuantifique el ancho o la profundidad del rasguño, o ambos, utilizando un escáner de superficie plana, un microscopio óptico u otro equipo de análisis de perfil apropiado especificado en 8.8 de G171. El ancho y la profundidad medidos proporcionan dimensiones críticas para analizar la trayectoria de rayado. Sin embargo, tenga en cuenta que la comparación de los anchos de scratch proporciona resultados más consistentes que la profundidad de scratch. La profundidad del rayado tiende a fluctuar incluso bajo carga constante. Si es necesario usar la profundidad de rayado como un estándar de comparación, describa claramente cómo medir la profundidad de rayado de acuerdo con la definición dada en 3.1.5. 13.2 Uso de las opciones de profundidad y detección de carga en la unidad Scratch, la profundidad Scratch (3.1.5b), Friction y Normal Los datos en tiempo real o en tiempo real, como la carga, se pueden obtener del proceso Scratch y se pueden graficar gráficamente. Por ejemplo, como se muestra en la Fig. 3, se puede trazar la carga normal aplicada, la fuerza de fricción medida y el coeficiente de fricción de rayado calculado. Como se muestra en la Fig. 4, el ancho de rayado se traza contra la carga normal, Disponible 13.3 Para el Modo de prueba A, registre el punto en el que comienza el blanqueamiento visual o instrumental (si está presente) y utilícelo como el umbral de carga crítica. 13.4 La dureza al rayado se define como la carga normal que actúa sobre el lápiz óptico dividida por el área de carga. En general, se considera igual a la presión de indentación promedio aplicada al material durante el rayado. La restauración elástica del polímero como material plástico viscoelástico es casi

 

instantánea, el área de carga se aproxima a un círculo con un diámetro igual al ancho del rayado (en el caso de una punta esférica), y la dureza al rayado Hs (MPa) se define de la siguiente manera.

w = ancho de rayado, mm P = carga normal, Newton q = parámetro adimensional (1