WYDZIAŁ INŻYNIERI PRODUKCJI P.W.
INSTYTUT TECHNIK WYTWARZANIA
LABORATORIUM MATERIAŁÓW METALOWYCH I CERAMICZNYCH
^Nazwisko i imię Marcin Knigawka
^Nr ćwiczenia 5
^Prowadzący Paweł Kołodziejczak

1. Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z pojęciem twardości oraz najczęściej używanymi statycznymi metodami pomiaru twardości metodą.

Twardość jest miarą oporu materiału przeciw odkształceniom plastycznym zachodzącym wskutek wciskania wgłębnika.

1. Metoda Brinella polega na wciskaniu próbnika którym jest stalowa kulka która powinna być dobrana odpowiednio do zakładanej twardości badanego metalu (kulka stalowa do badania próbek o twardości do 450HB, kulka z węglików spiekanych do próbek o twardości do 650HB). Badanie powinno odbywać się statycznie, siła jaką wciskana jest kulka powinna być przyłożona prostopadle do powierzchni próbki i powinna odziałowywać na nią przez 10÷15 s. Ostatecznie twardość HB wyraża się wzorem: $\text{HB} = \frac{0,101*2F}{D(D - \ \sqrt{D^{2} + d^{2})}}$ Gdzie: F – siła obciążająca, D – średnica kulki, d – średnica odcisku kulki. Tą metodę określa norma PN-EN ISO 6506-1.

2. Metoda Rockwella polega na wciskaniu próbnika którym stożek diamentowy o koncie wierzchołkowym α = 120° i promieniu zaokrąglenia r=0,2mm lub kulka o średnicy 1,5875mm. Określenie twardości zostało oparte na pomiarach głębokości odcisków trwałych uzyskiwanych w różnych materiałach. Ustalona siła przykładana jest prostopadle do ciała przez około 10÷15 s. Metodę tą stosuje się do materiałów o różnej twardości, zależnie od przyjętej skali. Skalę C stosuje się stali ulepszonych i hartowanych, skalę B do stali w stanie zmiękczonym i stopów nie żelaznych. HR=K-h przy czym K jest stałą wartością dla danej skali np. dla skali C K=100 jednostek a dla skali B K=130 jednostek. Wielkość h podawana jest w skali umownej i mierzona czujnikiem za pomocą przekładni dźwigniowej znajdującej się w twardościomierzu.
   Wynika z tego że; HRC=100-h, HRB=130-h.

3. Metoda Vickersa jest jedną z najbardziej dokładnych metod pomiaru twardości. Polega na wciskaniu w badany przedmiot prawidłowego ostrosłupa diamentowego z zadaną siłą. Ostrosłup ma w podstawie kwadrat a kąt wieszchołkowy pomiędzy przeciwległymi płaszczyznami wynosi 136°. Po odciążeniu mierzone są długości przekątnych powstałego odcisku w celu obliczenia jego powierzchni bocznej. Obciążenia stosowane przy tej próbie tworzą szereg od 9 do 981 N. Metoda nadaje się do pomiarów materiałów o różnej twardości. Twardość w tej skali to stosunek siły obciążającej F[N] do powierzchni bocznej odcisku A_b [mm². Ale ostateczna wersja wzoru ma postać: HV=0,18915F/d²

1. Ćwiczenie:

1. Metal po obróbce cieplnej – Twardość mierzona metodą Rockwella

Pomiar I 59HRC

Pomiar II 58HRC

Pomiar III 60HRC

Średnia twardość: 58HRC

1. Stal węglowa – Twardość mierzona metodą Vickersa z przyłożoną siłą równą 147N

Pomiar I HV=0,181915*147N/(0,391mm)²=181,87381N/mm²

Pomiar II HV=0,181915*147N/(0,390mm)²=182,80762N/mm²

Pomiar III HV=0,181915*147N/(0,387mm)²=185,6529N/mm²

Średnia twardość: 183,44478HV

1. Stal kwasowa – Twardość mierzona metodą Vickersa z przyłożoną siłą równą 147N

Pomiar I HV=0,181915*147N/(0,385mm)²=187,58678N/mm²

Pomiar II HV=0,181915*147N/(0,392mm)²=180,94707N/mm²

Pomiar III HV=0,181915*147N/(0,376mm)²=196,67447N/mm²

Średnia twardość: 188,40277HV

1. Aluminium – Twardość mierzona metodą Vickersa z przyłożoną siłą równą 147N

Pomiar I HV=0,181915*147N/(0,513mm)²=105,65473N/mm²

Pomiar II HV=0,181915*147N/(0,519mm)²=103,25597N/mm²

Pomiar III HV=0,181915*147N/(0,504mm)²=109,46181N/mm²

Średnia twardość: 106,12417HV

1. Aluminium – Twardość mierzona metodą Vickersa z przyłożoną siłą równą 49N

Pomiar I HV=0,181915*49N/(0,287mm)²=112,52231N/mm²

Pomiar II HV=0,181915*49N/(0,291mm)²=109,45017N/mm²

Pomiar III HV=0,181915*49N/(0,298mm)²=104,36861N/mm²

Średnia twardość: 108,78036HV

1. Na podstawie przeprowadzonych badań twardości i informacji dotyczących poszczególnych badań wywnioskować można że najszybszą i najłatwiejszą metodą badań jest metoda Rockwella w której twardość badanej próbki można odczytać bezpośrednio z wskaźnika. Metoda Vickersa jest najbardziej dokładna, aczkolwiek zależy to od potrzeb dokładności i od samego badającego a właściwie odczytującego odpowiednie wielkości. Podczas badania trzeba zwrócić uwagę na stan próbnika, na twardość badanego przedmiotu aby nie odkształcić (zniszczyć) próbnika. Badany przedmiot powinien być tak badany aby nie było śladów wgłębnika po jego drugiej stronie ponieważ wtedy zostanie badana twardość podłoża a nie samej próbki. Należy zachować odpowiednie odstępy pomiędzy miejscami badania gdyż w okolicy punktu po wgłębniku następuje utwardzenie materiału, nie można przykładać siły na samym obrzeżu próbki ponieważ może się wyszczerbić i uszkodzić przy tym wgłębnik. Próbka powinna być gładka (w razie potrzeby dokładnego wyniku wypolerowana) celem zniwelowania oporów tarcia powierzchniowego. Pomiary wykonuje się kilkukrotnie aby uśrednić wynik pomiaru którego różnice wynikają niejednokrotnie z niejednorodnej struktury, miejsca utwardzenia, założenia błędu pomiarowego.