Szymon Moliński,

Michał Postępski

gr. LP3 (Laboratorium z wytrzymałości materiałów)

Pomiary twardości materiałów za pomocą metody Rockwella

1. Wstęp teoretyczny

A. Twardość

Twardość jest odpornością materiału na odkształcenia trawałe, powstające poprzez działanie sił skupionych na małej powierzchni, wywoływanych przez wciskanie odpowedniego wgłębnika.

Twardość nie jest stałą materiałową. Pomiary twardości są ważne w przemyśle, ponieważ pozwalają określić możliwości pracy danego materiału (przy jakich skupionych siłach nie ulega on odkształceniu i/lub pęknięciu, złamaniu itp.).Na przykład materiał, z którego wykonany jest młyn kulkowy do mielenia klinkieru musi być bardzo twardy, ze względu na zderzenia ze stalowymi kulkami umieszczonymi wewnątrz.

Pomiar twardości w zależności od sposobu działania wgłębnika możemy przeprowadzić metodą:

o Zarysowania ( Martensa)

o Wgniatania ( Brinella, Rockwella, Vickersa )

o Odskoków (Shore’a)

o Wahadłowa (Herberta)

B. Pomiary twardości metodą Rockwella

Pomiaru twardości metodą Rockwella dokonujemy za pomocą wgłębników o kształcie stalowej kulki (skale B,T,F) lub stożka diamentowego o kącie rozwarcie 120° (skale C,A).

Miarą twardości w metodzie Rockwella jest różnica pomiędzy stałą wartością K a głębokością odcisku h:

HR = K – h

gdzie: h – trwały przyrost głębokości odcisku

K = 130 (0,26 mm) dla kulki;

K = 100 (0,20 mm) dla stożka

Jeśli pomiar wykonano za pomocą kulki stalowej, oznacza się go odpowiednio:

-> HRB – dla stali węglowych i stopowych miękkich oraz metali nieżelaznych

-> HRT – dla stali miękkich i metali nieżelaznych

-> HRF – dla bardzo miękkich stopów

Dla stożka diamentowego przyjmuje się oznaczenia HRC (dla stali zahartowanych, ulepszonych cieplnie i twardych materiałów) oraz HRA (dla bardzo twardych materiałów, na przykład węgliku wolframu).

Pomiar twardości metodą Rockwella składa się z 3 etapów:

• etap 1 polega na obciążeniu wgłębnika ciężarem wstępnym co powoduje wbicie się wgłebnika na głębokość h

• etap 2 polega na dociążeniu wgłębnika ciężarem głównym co powoduje przyrost głębokości do h >h

• etap 3 polega na odciążeniu wgłebnika ciężarem głównym co powoduje podniesienie się wgłebnika na głębokość h < h

Obciążenie wstępne zawsze wynosi 98N, a obciążenie główne jest zależne od badanego materiału. Zauważyć należy także, że twardość Rockwella w skali C nie równa się twardości Rockwella w skali B pomimo takiej samej wartości, np. HRC 25 nie jest równe HRB 25.

C. Schemat budowy twardościomierza w metodzie Rockwella

Ćwiczenie wykonywano na specjalnie skonstruowanym twardościomierzu:

gdzie:

1 – dźwignia

2 – obciążniki

3 – wgłębnik (kulka lub stożek)

4 – próbka

5 – stolik przedmiotowy

6 – śruba podnośna

7 – zębatka (mechanizm podnoszenia dźwigni)

8 – kółko podnoszenia

9 – czujnik

10 – zwalniacz

11 – przegub

12 -tłumik olejowy

2. Przebieg ćwiczenia

W ćwiczeniu korzystano z metody Rockwella, wgłębnikiem była stalowa kulka (twardość wyrażona jest więc w HRB). Po wybraniu próbki, umieszczono ją na talerzu i obciążono ciężarem wstępnym o wartości 98N (10kg). Następnie wyzerowano skalę i dociążono próbkę obciążeniem głównym. Po chwili główne obciążenie zwolniono (wstępne pozostało). Ze skali odczytano twardość.

POMIAR I – 24 HRB

POMIAR II – 24 HRB

POMIAR III – 25 HRB

ŚREDNIA POMIARÓW – 24,3 HRB

Błąd pomiaru wynosił około 2 jednostek skali.

WYNIK: 24,3 (+/-) 2 HRB

2. Wnioski

Metoda pomiarów metodą Rockwella jest szybka i łatwa. Przy odpowiednio przeprowadzonym pomiarze, na odpowiedniej próbce, wystarczy przeczytać wynik ze skali urządzenia.

Niestety, metoda posiada także swoje wady, do których zaliczają się:

a. bardzo duży wpływ niepoprawnego ustawienia przedmiotu na wynik pomiarów,

b. bardzo duży wpływ zanieczyszczeń śruby podnośnej i podstawek, stolika przedmiotowego i kształtu na samego wyrobu na wynik pomiaru,

c. niemożliwość pomiaru twardości bardzo cienkich przedmiotów i cienkich warstw

nawęglonych, azotowanych itp.,

d. niemożność dotrzymania dużej dokładności pomiaru wskutek niekorzystnych warunków metrologicznych ( wiele mechanicznych przełożeń ),

e. znaczna ilość skal twardości i kłopotliwe ich porównanie ze sobą, jak również z wynikami innych sposobów.

Dokonane pomiary wskazują na to, iż badana próbka jest miękką stalą lub metalem nieżelaznym.