Wytrzymałość materiałów i konstrukcji- laboratorium
WBMiZ MiBM M2 rok II 1. Karol Czajkowski 2. Marek Gąsiorowski 3. Wojciech Grzelak 4. Aleksandra Jankowska	Ćwiczenie nr 3 I Pomiar twardości sposobem Brinella II Pomiar twardości sposobem Vickersa III Pomiar twardości sposobem Poldi
Data wykonania ćwiczenia: 11.03.11 r.	Data oddania sprawozdania: 18.03.11 r.

1. Pomiar twardości sposobem Brinella

Pomiar twardości sposobem Brinella polega na wgniataniu twardej kulki w płaską powierzchnię przez określony czas. Miarą twardości wyznaczonej sposobem Brinella jest stosunek siły F [kG] mierzonej w kilogramach siły do powierzchni S [mm²] czaszy kulistej, która powstała w materiale.

1. Średnicę kulki dopasowujemy na podstawie próbki. Odległość między środkami dwóch sąsiednich odcisków powinna być co najmniej trzy razy większa od średnicy odcisku. Co więcej odległość środka odcisku od krawędzi próbki powinna być minimum 2,5 razy większa od średnicy odcisku. Jeśli warunki te nie są spełnione należy powtórzyć pomiar używając kulki o mniejszej średnicy.

Dokładność pomiaru twardości jest tym większa, im większą kulkę zastosujemy w próbie. Należy stosować możliwie największą kulkę. Do badania materiałów niejednorodnych nie stosujemy małych kulek. Do badania kruchych materiałów stosujemy mniejsze kulki.
Do badań używa się kulek o następujących średnicach D [mm]: 10, 5, 2.5, 2, 1.

Do pomiaru użyliśmy kulki o średnicy 5 [mm].

Obciążenia dobieramy na podstawie współczynnika obciążenia- K oraz średnicy kulki.

Wartość współczynnika K wyszukujemy z normy PN-91/H-04350 w zależności od materiału badanej próbki i twardości.

Do pomiaru twardości otrzymaliśmy stalową próbkę dla której ustaliliśmy K=30 [Kg/mm­­²]. Wartość siły obciążającej F [N] obliczamy wg wzoru:

2. Wzór wiążący twardość Brinella ze średnicą kulki.

Gdzie: D- średnica kulki

d- średnica czaszy kulistej, która powstała w materiale

F- siła obciążająca

Protokół pomiaru twardości sposobem Brinella wg PN-EN ISO 6506-1:2002

Typ twardościomierza : B2

Temperatura otoczenia [°C] : 21,6

Średnica kulki [mm] : 5

Siła obciążająca [ N ] : 7355

Czas działania obciążenia [ s ] : 15

Pomiar			1	2
Średnica 1	d1	mm	2,071	2,066
Średnica 2	d2	mm	2,037	2,100
Średnica odcisku	d	mm	2,054	2,083
Twardość Brinella	HBW		216	210
Średnia twardość Brinella	HBW		213

2. Pomiar twardości sposobem Vickersa

Badanie twardości sposobem Vickersa polega na wgniataniu diamentowego wgłębnika o kształcie ostrosłupa foremnego w płaską, odpowiednio gładką powierzchnię. Twardością Vickersa jest stosunek obciążenia F do pola powierzchni bocznej odcisku S.

Pole powierzchni bocznej oblicza się ze wzoru:
, gdzie
to średnia arytmetyczna dwóch przekątnych odcisku. Standardowy czas obciążenia w tej próbie wynosi 10-15 s.

Norma PN-91/H-04360 pozwala na obliczanie twardości ze wzoru:

Protokół pomiaru twardości sposobem Vickersa wg PN-EN ISO 6507-1:1999

Typ twardościomierza : HP0250

Temperatura otoczenia [ °C] : 21,6

Siła obciążająca [ N ] : 294,2

Czas działania obciążenia [ s ] : 15

Pomiar			1	2
Przekątna 1	d1	mm	0,353	0,374
Przekątna 2	d2	mm	0,359	0,384
Średnia przekątna odcisku	d	mm	0,356	0,379
Twardość Vickersa	HV		439	387
Średnia twardość Vickersa	HV		413

3. Pomiar twardości sposobem Poldi

Pomiar twardości sposobem Poldi jest metodą dynamiczno- plastyczną. Wykorzystujemy przy tym przyrząd Poldi. Aby zmierzyć twardość, przyrząd ten przykłada się prostopadle do badanej powierzchni i następnie uderza w niego młotkiem jeden raz. Odcisk powstaje zarówno na badanym elemencie, jak i na wzorniku znajdującym się w przyrządzie Poldi. Następnie porównuje się oba powstałe odciski i uzależnia wzorem:

Gdzie:
- twardość pręta wzorcowego

- średnica kulki w przyrządzie Poldi [mm]

- średnica odcisku na powierzchni pręta wzorcowego [mm]

- średnica odcisku na powierzchni badanej [mm]

Ułamek
traktujemy inaczej jako współczynnik k.

Protokół pomiaru twardości sposobem Poldi

Typ twardościomierza : Przyrząd Poldi

Twardość pręta wzorcowego [ HB ] : 112

Temperatura otoczenia [ °C] : 21,8

Pomiar,			1	2
Średnica 1 na próbce	d1	mm	2,9	2,6
Średnica 2 na próbce	d2	mm	2,8	2,5
Średnia średnica odcisku na próbce	d	mm	2,85	2,55
Średnica 1 na pręcie wzorcowym	dw1	mm	3,3	3,2
Średnica 2 na pręcie wzorcowym	dw2	mm	3,2	3,1
Średnia średnica odcisku na pręcie	dw	mm	3,25	3,15
Współczynnik	k	-	1,309	1,540
Twardość	HB		147	172
Średnia twardość	HB		160

We wszystkich metodach stosowaliśmy próbkę walcową po szlifowaniu i polerowaniu.

4. Wnioski

Najbardziej wiarygodnymi metodami pomiaru twardości są metody Brinella i Vickersa. Na porównanie zasługują uzyskane tymi metodami wyniki. W metodzie Brinella są bardzo zbliżone do siebie, a w metodzie Vickersa znaczenie się od siebie różnią. Jest to związane z faktem, że do metody Brinella używaliśmy sprzętu, który pozwalał na dokładniejsze oszacowanie odcisku. Metoda Poldi jest mało dokładna, a wyniki uzyskane w tym badaniu można traktować bardziej poglądowo. Zaletą jest jej szybkość i prostota wykonania.

---