POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA W KIELCACH
Laboratorium z Materiałoznawstwa
Temat ćwiczenia: Badanie twardości metali i stopów
Grupa:	Imię Nazwisko:	Data wykonania:	Ocena:	Podpis:

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia był pomiar twardości czterech próbek (stalowej znormalizowanej , stalowej chartowanej, aluminiowej oraz mosiężnej) za pomocą twardościomierzy: Vikersa ,Brinella, Rockwella oraz analiza ich twardości udokumentowana odpowiednimi wnioskami.

2. Przebieg ćwiczenia:

a) próba twardości metodą Vickersa

Wyróżniamy w tej metodzie trzy skale twardości:

• mikrotwardość do 200 [G]

• twardość 200 [G] - 1 (3) [kG]

• makrotwardość 1 - 3 [kG]

Twardość wg tej metody obliczamy:

gdzie:

(
-pole pow. bocznej ostrosłupa)

gdzie: a -przekątna

Stosowane obciążenia P=5, 10, 20, 30, 50, 100 [kG].

Jako wgłębników używa się tutaj stożków diamentowych o kącie rozwarcia α=136°.

Do tego ćwiczenia zastosowaliśmy obciążenie stałe P=30 [kG] przy którym poddaliśmy badaniu wszystkie cztery nasze próbki. Po zwolnieniu obciążenia na ekranie twardościomierza odczytaliśmy wartość przekątnej odcisku, a następnie z Polskich Norm dla danej średnicy i danego obciążenia odczytaliśmy twardość badanego materiału. Wyniki pomiarów są następujące:

Badany Materiał	Przekątna Odcisku	Twardość
STAL	0.467	255
BRĄZ	0.532	196.6
MOSIĄDZ	0.689	117.2
ALUMINIUM	1.022	53.3

b) próba twardości metodą Brinella

Pomiar twardości za pomocą tej metody polega na wgniataniu pod obciążeniem P kG stalowej kulki hartowanej o średnicy D (2, 2.5, 5, 10 [mm]) w badany przedmiot. Średnica odcisku d [mm] mierzona po odciążeniu służy do obliczenia twardości.

Twardość oblicz się wg wzoru:

HB=

HB - twardość wg Brinella

P - siła obciążająca

- powierzchnia odbitej czaszy kulistej

Należy dobrać taką średnicę kulki, aby była spełniona następująca zależność:

Siłę obciążającą wgłębnik (kulkę) dobieramy wg zależności:

² gdzie:

K - współczynnik twardości przewidywanej

D - średnica kulki

Z najbardziej ogólnych i ważnych rzeczy dotyczących badania twardości metodą Brinella należałoby przedstawić jeszcze zależność siły obciążającej do średnicy odcisku. Wyraża się ona wzorem Kicka:

gdzie:

P - siła obciążająca

d - średnica odcisku

c - stała doświadczalna

Do naszego ćwiczenia użyliśmy następujących parametrów:

P=250 [kG]

D=5 [mm]

Próbki - ze stali, , z mosiądzu, z aluminium

Jak wyżej wspomniano poddaliśmy próbki obciążeniu P=250 [kG] przez 15 sekund. Następnie zwolniliśmy obciążenie i za pomocą małego optycznego mikroskopu laboratoryjnego odczytaliśmy średnicę odcisku. Wartość twardości dla danej średnicy i obciążenia odczytaliśmy z Polskich Norm. Przedstawiam wyniki pomiarów:

Badany Materiał	D	HB
STAL	1.3	185
MOSIĄDZ	1.5	138
ALUMINIUM	2.35	54.3

c) próba twardości metodą Rockwella

W tej metodzie stosuje się dwa rodzaje wgłębników (kulka i stożek) i kilka skal twardości:

B - kulka o średnicy 1/16, obciążenie 100 [kG ] (materiały o twardości 35-100 HRB)

C - stożek, obciążenie 150 [kG] (materiały o twardości 20-67 HRC)

A - stożek, obciążenie 60[kG] (cienkie taśmy stalowe i spieki)

F - kulka o średnicy 1/16, obciążenie 60 [kG] (materiały o twardości poniżej 35 HRB)

Twardość tą metodą oblicza wg wzoru:

gdzie:

K - stała (dla kulki 130, dla stożka 100)

Wgłębnik stożkowy wykonany jest jako stożek o kącie rozwarcia
i zaokrąglonym wierzchołku promieniem r=0.2 [mm].

Stosuje się obciążenia stałe P=60, 100, 130 [kG].

W naszym ćwiczeniu użyliśmy wgłębnika stożkowego. Poddaliśmy go stałemu obciążeniu, a następnie po zwolnieniu obciążenia odczytaliśmy na skali czujnika zegarowego twardościomierza bezpośrednią wartość twardości. Oto wyniki pomiarów.

Badany Materiał	HRC
STAL	18
ALUMINIUM	15

Uwaga: nie wykonano badania na próbce z mosiądzu, gdyż jej własności wytrzymałościowe nie odpowiadają zadanym w tym ćwiczeniu parametrom (próbka jest zbyt miękka).

3. Wnioski:

Na podstawie przeprowadzonych pomiarów możemy porównać twardości badanych materiałów oraz możemy porównać twardości tych samych materiałów ale przeprowadzone na różnych twardościomierzach. Materiałem o największej twardości okazała się stal. Co potwierdzają wskazania wszystkich twardościomierzy (przy każdym z nich stosowane było inne obciążenie. Materiałem najbardziej miękkim okazało się aluminium. Którego twardość znacznie odbiega od pozostałych trzech materiałów.

1

1

1

1

---