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Tessuto di filamenti in fibra di carbonio

Un materiale composito è, nella sua accezione più generale, qualunque tipo di materiale caratterizzato da una struttura non omogenea, costituita dall'insieme di due o più sostanze diverse, fisicamente separate e dotate di proprietà differenti.

Composizione [modifica]

L'idea di accoppiare più materiali per ottenere un materiale con caratteristiche più favorevoli di ciascuno dei componenti è molto antica: un materiale da costruzione molto usato dai nostri avi era una mescola di paglia e fango, la cui evoluzione nel tempo ha portato alla combinazione di calcestruzzo e tondini di ferro chiamata cemento armato. Anche in natura esistono materiali compositi (ad esempio il legno o le ossa); anche la carta o il legno truciolare sono materiali compositi.

Nella pratica si attribuisce il nome di composito al materiale costituito da:

• una fase omogenea, detta matrice. Essa ha il compito di amalgamare e tenere unita la fase dispersa e solo in minima parte quello di sopportare il carico esterno. Nella grande maggioranza dei casi le matrici sono polimeriche perché garantiscono bassa densità (e quindi leggerezza del materiale finale): hanno però il difetto di calare drasticamente le performances al salire della temperatura. Può essere costituita da:
  • una materia plastica (termoplastici come il Nylon^? e l'ABS o termoindurenti come le resine epossidiche) o le resina poliestere;
  • un metallo (generalmente alluminio, o titanio e loro leghe, più raramente magnesio o altri);
  • un materiale ceramico, generalmente carburo di silicio o allumina.
• una fase dispersa, detta rinforzo o carica. Essa è una fase discontinua generalmente fibrosa, ma a volte anche particellare, che viene appunto dispersa in varie modalità all' interno della matrice. Essa ha il compito di assicurare rigidezza e resistenza meccanica, assumendo su di sé la maggior parte del carico esterno applicato al materiale. Può essere costituita da:
  • fibra di vetro
  • fibra di carbonio
  • fibre ceramiche
  • fibre aramidiche, come il Kevlar^?
  • fibra di basalto

Una fibra di carbonio a confronto con un capello umano

L'insieme di queste due parti costituisce un prodotto in grado di garantire proprietà meccaniche elevatissime (a questo scopo fondamentale è la cura dell'adesione interfacciale tra fibre e matrice) e massa volumica decisamente bassa: per questo motivo i compositi sono largamente usati nelle applicazioni dove la leggerezza è cruciale, aeronautica in primis.

Il fatto che si utilizzino materiali fibrosi come rinforzo fa in modo che spesso i materiali compositi presentino una spiccata anisotropia. Questa anisotropia non si riscontra (o per lo meno è molto minore) nei compositi particellari, nella misura in cui dette particelle sono equiassiche. L'anisotropia, se controllata, può costituire un vantaggio: il materiale viene rinforzato in quelle direzioni dove si sa verrà caricato e dunque le prestazioni vengono ottimizzate (caso dei compositi a fibre lunghe o continue). Se, invece, è dovuta a fenomeni più difficilmente controllabili (flusso plastico del materiale in uno stampo ad esempio, caso dei compositi a fibre corte) diviene problematica perché l'orientazione delle direzioni di massimo rinforzo difficilmente coincide con quella desiderata.

Applicazioni [modifica]

Le proprietà meccaniche dei materiali compositi risultano in continua crescita e investono ormai tutti quei settori della produzione dove è necessario soddisfare esigenze di basso peso ed elevate caratteristiche meccaniche.

Le industrie aeronautica, navale e automobilistica fanno larghissimo uso di materiali compositi per la costruzione di strutture alari, fusoliere, carrelli, barche, canoe, pannelli di carrozzeria, telai di "Formula 1", balestre, parti di motore e accessori vari.

Le industrie aerospaziale e bellica utilizzano questi materiali per componenti strutturali di stazioni di lancio e di macchine semoventi nello spazio, oltre che per caschi e giubbotti antiproiettile.

Nel settore dello sport questa tecnologia viene utilizzata per sci, bob, racchette da tennis, biciclette, canne da pesca, aste per il salto in alto ecc.

In medicina si costruiscono protesi di ogni tipo.
Nel settore dell' impiantistica vengono impiegati per tubazioni e serbatoi.

I materiali compositi, per come vengono prodotti, costituiscono infine la base per la preparazione dei cosiddetti materiali intelligenti (Smart Materials): questi si ottengono annegando all'interno del composto, in fase di costruzione, delle fibre ottiche che, collegate ad un computer, costituiscono il sensore capace di trasformare i segnali in funzione degli stati di sollecitazione e di deformazione presenti. Un esempio applicativo di notevole interesse potrebbe essere il telaio di autovetture, costruito in materiale composito intelligente, che può essere tenuto costantemente sotto controllo da un computer di bordo. Con questo tipo di monitoraggio il pilota sarebbe in grado di valutare, in ogni momento, l'efficienza della struttura e l'insorgere di situazioni pericolose.

Limitazioni [modifica]

I limiti che rallentano la diffusione su larga scala dei materiali compositi sono rappresentati dalla loro scarsa resistenza superficiale all'usura ed ai carichi concentrati, al costo elevato ed a diversi problemi di smaltimento e riciclaggio.

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BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.

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所谓的各种硬度，是根据硬度的等级，采用不同的测量办法测到的数值，根据一些标准的整理，供参考，详细请读标准
⑴布氏硬度（HB） 以一定的载荷（一般3000kg）把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值（HB），单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。
⑵洛氏硬度（HR） 当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示：
洛氏硬度的测量方法有三种:
1)HRA,用带金刚石的压头,负荷60公斤的测量值;
2)HRC,负荷150公斤的测量值;
3)HRB,用带1/16寸钢球压头,负荷100公斤的测量值.
⑶维氏硬度（HV） 以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值（HV）
洛氏硬度中HRA、HRB、HRC的区别
洛氏硬度中HRA、HRB、HRC等中的A、B、C为三种不同的标准，称为标尺A、标尺B、标尺C。 洛氏硬度试验是现今所使用的几种普通压痕硬度试验之一，三种标尺的初始压力均为98.07N(合10kgf)，最后根据压痕深度计算硬度值。标尺A使用的 是球锥菱形压头，然后加压至588.4N(合60kgf)；标尺B使用的是直径为1.588mm(1/16英寸)的钢球作为压头，然后加压至 980.7N(合100kgf)；而标尺C使用与标尺A相同的球锥菱形作为压头，但加压后的力是1471N(合150kgf)。因此标尺B适用相对较软的 材料，而标尺C适用较硬的材料。 实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越 高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。
但各种材料的换算关系并不一致硬度換算公式:
1.肖氏硬度(HS)=勃式硬度(BHN)/10+12
2.肖式硬度(HS)=洛式硬度(HRC)+15
3.勃式硬度(BHN)= 洛克式硬度(HV)
4.洛式硬度(HRC)= 勃式硬度(BHN)/10-3 　硬度測定範圍: HS<100HB<500HRC<70HV<1300(80~88)HRA, (85~95) HRB, (20~70)HRC 洛氏硬度中HRA、HRB、HRC等中的A、B、C为三种不同的标准，称为标尺A、标尺B、标尺C。 洛氏硬度试验是现今所使用的几种普通压痕硬度试验之一，三种标尺的初始压力均为98.07N(合10kgf)，最后根据压痕深度计算硬度值。标尺A使用的 是球锥菱形压头，然后加压至588.4N(合60kgf)；标尺B使用的是直径为1.588mm(1/16英寸)的钢球作为压头，然后加压至 980.7N(合100kgf)；而标尺C使用与标尺A相同的球锥菱形作为压头，但加压后的力是1471N(合150kgf)。因此标尺B适用相对较软的 材料，而标尺C适用较硬的材料。 实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越 高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。但各种材料的换算关系并不一致。 硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。
常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
1.布氏硬度(HB) 以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。
2.洛氏硬度(HR) 当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。 它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料 硬度的不同，分三种不同的标度来表示： HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。 HRB：是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。 HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。
3 .维氏硬度(HV) 以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度HV值(kgf/mm2)。 『HK=139.54?P/L2。式中：HK－努普硬度，Mpa；P－荷重，kg；L－凹坑对角线长度，mm。我国和欧洲各国采用维氏硬度，美国则采用努 普硬度。兆帕（MPa）是显微硬度的法定计量单位，而kg/mm2是以前常用的硬度计算单位。它们之间的换算公式为1kg /mm2=9.80665Mpa。洛氏硬度(HRC)、布氏硬度(HB)等硬度具体区别和换算硬度是衡量材料软硬程度的一个性能指标。硬度试验的方法较 多，原理也不相同，测得的硬度值和含义也不完全一样。最常用的是静负荷压入法硬度试验，即布氏硬度HB、洛氏硬度HRA，HRB，HRC、维氏硬度HV， 橡胶塑料邵氏硬度HA,HD等硬度其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力。而里氏硬度Hl、肖氏硬度HS则属于回跳法硬度试验，其值代表金属弹性变形功 的大小。因此，硬度不是一个单纯的物理量，而是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标。
1.HRC含意是洛式硬度C标尺，
2.HRC和HB在生产中的应用都很广泛
3.HRC适用范围HRC 20－－67，相当于HB225－－650 若硬度高于此范围则用洛式硬度A标尺HRA。 若硬度低于此范围则用洛式硬度B标尺HRB。 布式硬度上限值HB650,不能高于此值。
4.洛氏硬度计C标尺之压头为顶角120度的金刚石圆锥，试验载荷为一确定值，中国标准是150公斤力。 布氏硬度计之压头为淬硬钢球HBS或硬质合金球HBW，试验载荷随球直径不同而不同，从3000到31.25公斤力。
5.洛式硬度压痕很小，测量值有局部性，须测数点求平均值，适用成品和薄片，归于无损检测一类。 布式硬度压痕较大，测量值准，不适用成品和薄片，一般不归于无损检测一类。
6.洛式硬度的硬度值是一无名数，没有单位。因此习惯称洛式硬度为多少度是不正确的。 布式硬度的硬度值有单位，且和抗拉强度有一定的近似关系。
7.洛式硬度直接在表盘上显示、也可以数字显示，操作方便，快捷直观，适用于大量生产中。 布式硬度需要用显微镜测量压痕直径，然后查表或计算，操作较繁琐。
8.在一定条件下，HB与HRC可以查表互换。 硬度试验是机械性能试验中最简单易行的一种试验方法。为了能用硬度试验代替某些机械性能试验，生产上需要一个比较准确的硬度和强度的换算关系。 实践证明，金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越 高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。

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不锈钢板的厚度大于1.2mm采用洛氏硬度计，测试HRB、 HRC硬度。厚度为0.2～1.2mm的不锈钢板采用表面洛氏硬度计测试HRT、HRN硬 度。厚度小于0.2mm的不锈钢板，采用表面洛氏硬度计配金刚石砧座，测试 HR30Tm硬度。

在美国的金属材料标准中，关于硬度试验，有一个突出 的特点，就是优先采用洛氏硬度试验，辅之以布氏硬度试验，很少采用维氏硬 度试验，美国方面认为，维氏硬度试验主要应该用于金属研究和薄小零件的测 试。中国和日本的标准都是三种硬度试验同时采用，用户可根据材料的厚度和 状态以及自身条件选用其中一种来测试不锈钢材料。

日本不锈钢标 准中关于拉伸试验和硬度试验方面的规定与中国相应标准表格相同，数值相 近，这里能看到中国标准参照采用日本标准的痕迹。

在不锈钢硬度检 测方面，洛氏硬度计是一个值得优先采用的仪器，它设备简单，易于操作，无 需专业检验员，可以直接读出硬度值，试验效率高，十分适合工厂使用。

关于采用洛氏硬度计进行不锈钢硬度的检测，在不锈钢标准中一般只 规定了HRC和HRB两个标尺。对于退