1.CEL
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie twardości stali metodą Vikersa oraz badanie udarności stali na młocie Charpy'ego.
2.OPIS SPOSOBU POMIARU
Pomiar twardości wykonujemy na twardościomierzu Vikersa. Kładziemy próbkę na stoliku i ustalamy wartość siły nacisku na wgłębnik. Następnie zaciskamy wgłębnik diamentowy i opuszczamy stolik aż do momentu, gdy zapali się zielona lampka (działa odpowiednia siła nacisku).Na matówce uzyskamy wyraźny obraz powierzchni próbki. Zaczynamy odmierzać czas obciążenia, który w naszym przypadku wynosi 10s. Następnie opuszczamy stolik, wówczas zostaje zdjęte obciążenie. Na matówce ukaże się nam odcisk w postaci kwadratu. Pomiaru długości przekątnych odcisku z wymaganą dokładnością umożliwia naniesiona na matówce skala oraz zamontowana w twardościomierzu śruba mikrometryczna.
Próby udarności dokonuje się na młotach wahadłowych typu Charpy'ego. Do badania używamy próbki z karbem. Umieszczamy ją na stoliku tak, aby oś symetrii karbu leżała w płaszczyźnie ruchu młota i karb znajdował się po przeciwnej stronie miejsca przyłożenia siły uderzeniowej. Następnie podnosimy młot na wysokość h i opuszczamy. W położeniu O nastąpi zniszczenie próbki. Na podziałce odczytujemy wartość kąta oraz pracę.
3.TEORIA
Twardość Vikersa wyraża się stosunkiem siły obciążającej P do powierzchni bocznej odcisku A. Przyjmuje się przy tym, że odcisk ma kształt ostrosłupa o podstawie kwadratowej, której przekątna d jest równa średniej arytmetycznej ze zmierzonych przekątnych.
Wartość liczbową twardości Vikersa HV oblicza się z wzoru
,
Po podstawieniu wyrażenia okeślającego powierzchnię boczną ostrosłupa
,
Końcowy wzór na twardość Vikersa HV wyraża się wzorem
.
Znając charakterystykę młota i jego pracę oraz kąt udarność K próbki obliczamy z wzoru (w MJ/m2)
,
w którym:
Lu-pracy odpowiadającej energii zużytej na złamanie próbki
So-powierzchnia przekroju poprzecznego próbki w miejscu karbu, mierzona przed próbą.
Wstępne rozeznanie na temat spawalności stali można uzyskać na podstawie jej składu chemicznego, posługując się równoważnikiem węgla Ce. Liczony jest ze wzoru:
.
Na podstawie równoważnika węgla Ce można obliczyć twardość w strefie wpływu ciepła w jednostkach Vikersa z zależności:
HV = 9.8 ( 1200 Ce - 260 ) -twardość minimalna,
HV = 9.8 ( 1200 Ce - 200 ) -twardość maksymalna.
4.WYNIKI
Badanie twardości metodą Vikersa
L.P. |
d [cm] |
HV [MPa] |
1. |
0.3770 |
1310 |
2. |
0.3800 |
1280 |
3. |
0.3800 |
1280 |
4. |
0.2550 |
2850 |
5. |
0.2435 |
3120 |
6. |
0.2415 |
3170 |
Badanie udarności
LP. |
a [mm] |
b [mm] |
So [mm2] |
Lu [J] |
K [MJ/m2] |
śrK [MJ/m2] |
1. |
2.2 |
3.8 |
8.36 |
3.7 |
0.4426 |
0.4330 |
2. |
2.3 |
3.8 |
8.74 |
3.7 |
0.4233 |
|
Obliczanie równoważnika węgla manganem:
-zawartość poszczególnych pierwiastków w stali:
C-0.2, Mn-0.7, Si-0.2, P-0.02, S-0.03.
wartość równoważnika węgla wynosi Ce = 0.32.
-twardość minimalna HV = 1176 Mpa,
-twardość maksymalna HV = 1764 MPa.
5.WNIOSKI
Metoda Vikersa jest jedną z najbardziej dokładnych i precyzyjnych metod badania twardości metali.Łączy ona w sobie prawie wszystkie zalety metod Brinella i Rockwella, nie wykazuje przy tym ich wad.
Materiał stosowane w metalowych konstrukcjach budowlanych ze względu na warunki pracy tych konstrukcji, oprócz innych właściwości, muszą odznaczać się odpowiednią odpornością na działania obciążeń dynamicznych w dość dużym zakresie temperatur.Wynik badań statycznych nie daje informacji o zachowaniu się materiałów w razie występowania nagłych zmian obciążenia. Aby określić te właściwości, stosuje się badania udarowe.Dzięki nim można określić również kruchość materiału.
Dzięki równoważnikowi węgla można zakwalifikować badaną próbkę do stali łatwo spawalnych, ponieważ Ce nie przewyższało 0.42 %. Jest to stal nie wymagająca stosowania specjalnych środków ostrożności, gdyż zawartość węgla była mniejsza niż 0.25 %. Maksymalna twardość Vikersa w strefie ciepła nie przekroczyła ustalonej wartości 3430 MPa.