Politechnika Warszawska Wydział Transportu

LABOLATORIUM

MATERIAŁOZNASTWA

Rok akademicki 2007/2008

Semestr I

Imię i nazwisko: Piotr Ogiński

Grupa: T5

Ocena:

Ćwiczenie nr I

Temat: Badania twardości metali

Ćwiczenie nr II

Temat: Rozpoznawanie tworzyw sztucznych

Data wykonania ćwiczenia Data złożenia sprawozdania

10.12.2007 21.01.2008

07.01.2008

TWARDOŚCI METALI

1. Wiadomości teoretyczne o badaniu twardości metali:

Wyjaśnienie pojęć:

Twardością nazywamy cechę ciał stałych świadczącą o ich podatności lub odporności na odkształcenia powierzchni, zgniecenie jej lub zarysowanie pod wpływem zewnętrznego nacisku. W zależności od rodzaju oporu materiału stosuje się próby statyczne i dynamiczne twardości, a także próby zarysowania.

Statyczne próby twardości polegają na wciskaniu, pod odpowiednim obciążeniem, odpowiedniego wgłębnika w próbkę badanego materiału, w celu uzyskania odkształceń trwałych. Twardość w tych próbach określa się mianem odporności materiału na odkształcenia trwałe powstające w wyniku wciskania wgłębnika.

Najczęściej stosowanymi metodami badań twardości materiałów, są metody Brinella, Rockwella oraz Vickersa.

Opisy metod sposobów badania twardości metali

Pomiar twardości metodą Brinella (PN-91/H-04350)

Pomiar twardości metodą Brinella polega na wciskaniu w odpowiednim czasie w badaną próbkę pod działaniem siły obciążającej, przyłożonej prostopadle do jej powierzchni, kulki stalowej lub kulki z węglików spiekanych.

Twardość Brinella oblicza się jako stosunek siły obciążającej F do powierzchni czaszy kulistej trwałego odcisku na podstawie pomiaru jego średnicy:

D - średnica kulki w mm,

d - średnica odcisku w mm

Obciążenie należy dobierać na podstawie zależności:

przy czym stała K przyjmuje wartości 30; 15; 10; 5; 2,5; 1,2 i 1. Wartość stałej obciążenia K należy dobrać w zależności od spodziewanej twardości badanej próby lub przedmiotu, aby uzyskać odcisk średnicy d zawartej w przedziale od 0,24 do 0,6 D. 

Dla każdego obciążenia oraz średnicy kulki D należy ustalić minimalną grubość badanego przedmiotu, aby wyeliminować zniekształcenia czaszy kulistej. Grubość badanej próbki oblicza się za pomocą wzoru:

Oprócz tego należy przez pewien czas utrzymać obciążenie wgłębnika, w zależności od przewidywanej twardości badanego materiału.

Twardość Brinella [HB]	Czas obciążenia t [s]
1	2
do 10	180
10 ÷ 35	120
35 ÷ 100	30
powyżej 100	10 - 15

W celu uzyskania dokładnego wyniku pomiaru należy wykonać trzy odciski, zachowując jednocześnie odstęp od brzegu próbki wynoszący 2,5 d oraz od poprzedniego odcisku wynoszący 4 d.

Zastosowanie kulek zależy od rodzaju badanego materiału - kulkę stalową stosuje się do badania metali o twardości do 450 HB, natomiast kulkę z węglików spiekanych - do badania metali o twardości do 650 HB. Średnica kulki zależna jest od obciążenia i wynosi 10; 5; 2,5; 2 lub 1 mm.

Głębokość wciskania kulki o średnicy D w badaną próbę zależna jest od zadanego obciążenia (siły F) - oznacza to, że dla różnych sił obciążających F₁, F₂, …, F_n otrzymuje się różne średnice odcisków (odpowiednio d₁, d₂, …, d_n). Stwierdzono, że w przedziale sił F₁ - F₂ wartość HB nie ulega większym zmianom i dobrano tak siłę F, aby odpowiadała jej maksymalna wartość HB badanej próby.

Badanie w warunkach normalnych przeprowadza się w tempe-raturze 20 ± 15^ºC, a temperatura próbki powinna wynosić 23 ± 5^ºC. Zaleca się stosowanie kulki średnicy D = 10 mm.

Oznaczenie twardości Brinella zmienia się wraz ze zmianą średnicy kulki, dlatego też, dla jednoznacznego zapisu, podaje się: HB D/F/t.

1.Wiadomości teoretyczne o tworzywach sztucznych.

Tworzywa sztuczne, zwane także plastomerami są materiałami na podstawie polimerów syntetycznych, otrzymywanych w wyniku polireakcji z produktów chemicznej przeróbki węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego lub polimerów naturalnych, uzyskiwanych przez chemiczną modyfikację produktów pochodzenia naturalnego (celuloza, kauczuk, białko). Zwykle zawierają określone dodatki barwników lub pigmentów, katalizatorów, napełniaczy, zmiękczaczy (plastyfikatorów), antyutleniacza itd.

Polimery są substancjami złożonymi z makrocząsteczek, charakteryzujących się regularnym lub nieregularnym powtarzaniem się w nich ugrupowań atomów, zwanych monomerami, jednego lub kilka rodzajów. Makrocząsteczki składają się z bardzo wielkiej liczby monomerów, tj. małocząsteczkowych związków chemicznych, zdolnych do reakcji z identycznymi lub innymi cząsteczkami, dzięki obecności w nich co najmniej dwóch ośrodków reaktywnych (takich jak wiązanie nienasycone, grupy chemiczne, pierścienie reaktywne). Ilość ośrodków reaktywnych określa funkcyjność monomeru i bezpośredni wpływ na budowę makrocząsteczki. Na przykład, chlorek winylu jest monomerem dwufunkcyjnym, podobnie jak styren.

Istnieją także monomery trójfunkcyjne (np. fenol i rezorcyna) oraz monomery kilko funkcyjne .

Ze względu na budowę, makrocząsteczki dzielą się na:

a)Liniowe;

b)Rozgałęzione;

c)Usieciowane (trójwymiarowe).

Makrocząsteczki liniowe powstają z cząstek dwufunkcyjnych, a odległość ich jest 100 do 1000 razy większa od ich średnicy. Makrocząsteczki rozgałęzione powstają z cząstek dwufunkcyjnych oraz nieznacznej ilości cząstek trójfunkcyjnych lub przykładowych zanieczyszczeń, ewentualnie na skutek ubocznych reakcji w łańcuchu głównym. Efektem jest pewna liczba krótszych lub dłuższych łańcuchów odgałęziających się od łańcucha głównego. Makrocząsteczki usieciowane o złożonym układzie trójwymiarowym, powstają z monomerów dwu-i więcej funkcyjnych, w wyniku wytworzenia poprzecznych powiązań między łańcuchami. Budowa makrocząsteczek istotnie wpływa na własności polimerów.

Polimery ze względu na strukturę można podzielić na całkowicie bezpostaciowe, a częściowo krystaliczne. Polimery krystalizują dość trudno i zwykle obok uporządkowanych obszarów krystalicznych (zw. krystalitami) zawierają obszary bezpostaciowe. Zdolność polimeru do krystalizacji zależy od chemicznej i geometrycznej budowy makrocząsteczki oraz od wielkości sił międzycząsteczkowych. Im prostsza i bardziej regularna jest budowa cząsteczek i im większe są siły międzycząsteczkowe, tym łatwiej polimer krystalizuje.

Polimery o budowie krystalicznej mają większą gęstość, sztywność i wyższą temperaturę mięknięcia w stosunku do polimerów bezpostaciowych. Zależnie od warunków krystalizacji polimer może mieć różny stopień krystaliczności, a także krystality różnej wielkości i kształtu, co w oczywisty sposób wpływa na jego własności.

Według sposobu powstawania, tworzywa sztuczne dzielą się na:

• polimeryzacyjne;

• polikondensacyjne;

• poliaddycyjne.

Przy czym za podstawę klasyfikacyjną przyjmuje się ostatni proces polireakcji.

Polimeryzacja jest polireakcją łańcuchową, zachodzącą dzięki obecności wiązań nienasyconych lub na skutek rozerwania nietrwałego pierścienia monomeru, bez wydzielania produktów ubocznych i bez przegrupowania atomów. Tą metodą otrzymuje się m.in. polichlorek winylu, polistyren, polioctan winylu, polimekrylan metylu i polietylen.

Polikondensacja polega na stopniowej kondensacji monomerów i zachodzi z wydzieleniem produktów ubocznych (np. wody, amoniaku, dwutlenku węgla, metanolu i in.). w związku z tym skład chemiczny polikondensatu różni się od składu chemicznego monomeru. W wyniku polikondensacji otrzymuje się żywice fenolowe, aminowe, poliestrowe oraz większość poliamidów.

Poliaddycja jest polireakcją stopniową podobnie jak polikondensacja, ale bez wydzielania produktów ubocznych. Często natomiast towarzyszy jej przemieszczanie atomu wodoru w monomerze, przez co budowa meru w polimerze różni się od budowy monomeru. Przykładem poliaddycji jest otrzymywanie żywic epoksydowych i poliuretanów.

Zmianę własności wytrzymałościowych i innych uzyskujemy poprzez dodanie następujących domieszek :

Napełniacz - jest to substancja dodawana do podstawowego tworzywa sztucznego w celu zmiany własności i powiększenia objętości . Dodatki te mogą być obojętne lub aktywne. Przykłady: azbest , mączka drzewna , mączka kamienna , mika ( polepszenie własności elektroizolacyjnych ), grafit , pył metalowy , ziemia okrzemkowa , krzemiany (napełnienie kauczuków ), siarczany metali ziem alkalicznych , cynku , ołowiu , glinu , krzemionka , glinokrzemiany , sodą i inne.

Nośniki - są to napełniacze w postaci taśmy , nitek lub tkanin. Mogą to być arkusze papieru , metalowe albo pojedyncze włókna lub skrawki.

Utwardzacz - jest to substancja powodująca utwardzanie żywic. W zależności od rodzaju zastosowanego utwardzacza proces polegający na tworzeniu silnych przestrzennych wiązań w cząsteczce , zachodzi w temperaturze pokojowej lub podwyższonej .

Przykłady : kwas benzenosulfonowy , sulfonowane związki nadtlenowe , mocne kwasy nieorganiczne i paraformaldehyd ( utwardzanie na zimno żywicy fenolowej ) , formaldehyd , sześciometylenoczteroaminę , słabe kwasy, słabe zasady ( utwardzanie na gorąco ż. fenolowej ) , sole amonowe- chlorek , dwufosforan - reagujące z grupami OH żywicy , kwasy organiczne i nieorganiczne , które reagują szybciej ( utwardzacz ż. mocznikowo formaldehydowej ).

Przyspieszacz - jest katalizatorem utwardzania,

Stabilizator - substancja zapewniająca niezmienność własności podczas przetwórstwa i eksploatacji ,

Smary - dodajemy dla ułatwienia kształtowania ,

Barwniki - dodajemy w celu uzyskania ładnych kolorów przedmiotów.

Materiał kompozytowy (lub kompozyt) - materiał o strukturze niejednorodnej, złożony z dwóch lub więcej komponentów. Właściwości kompozytów nigdy nie są sumą, czy średnią właściwości jego składników. Najczęściej jeden z kompenentów stanowi lepiszcze, które gwarantuje jego spójność, twardość, elastyczność i odporność na ściskanie, a drugi, tzw. komponent konstrukcyjny zapewnia większość pozostałych własności mechanicznych kompozytu.

PRZEBIEG ĆWICZENIA

Otrzymałam trzy próbki tworzyw sztucznych. Na podstawie prostych doświadczeń i porównania ich wyników z tabelą, zawartą w instrukcji ćwiczenia, rozpoznałam w w/w próbkach następujące tworzywa:

Próbka I nr 2:

Tworzywo rozpoznane jako: Polichlorek winylu (PCV)

• Barwa: dowolna

• Przezroczystość: przezroczystość

• Powierzchnia: błyszcząca

• Dotyk: śliska

• Twardość rysowania paznokciem: niemożliwe

• Odkształcalność: nieznaczna

• Dźwięk przy upadku na twarde podłoże: średni

• Gęstość: >1

• Zmiany po ogrzaniu: mięknie

• Wygląd płomienia: żółty, kopcący z zieloną podstawą

• Zmiany po wyjęciu z płomienia: gaśnie natychmiast

• Zapach po zgaszeniu: kwaśny gryzący

Polichlorek winylu , polichloreketenylu , polichloroeten (PVC) - tworzywo sztuczne otrzymywane w wyniku polimeryzacji monomeru - chlorku winylu ; chlorku etenylu ; chloroetenu. Posiada właściwości termoplastyczne, dużą wytrzymałość mechaniczną, odporność na działanie wielu rozpuszczalników.

Polimer ten jest stosowany w różnych gałęziach gospodarki:

1) w budownictwie - do produkcji wykładzin podłogowych, stolarki okiennej i drzwiowej, akcesoriów w postaci różnych listew wykończeniowych; rur i kształtek do wykonywania instalacji w budynkach itp.

2) w medycynie - dreny, sondy, cewniki, strzykawki

3) w energetyce - materiał elektroizolacyjny

4) do wyrobu przedmiotów używanych w gospodarstwie domowym (np. miski, wiadra, obudowy sprzętu zmechanizowanego itp.)

5) jako igelit - stosowany do pokrywania nawierzchni skoczni narciarskich, stoków zjazdowych, peronów kolejek linowych i wyciągów narciarskich

6) w sporcie - do pokrywania boisk piłki siatkowej, koszykowej, ręcznej , halowej piłki nożnej

Rodzaje:

W zależności od metody produkcji:

PVC twardy

PVC plastyfikowany

Podział technologiczny:

PVC suspensyjny

PVC emulsyjny

Próbka II nr 5:

Tworzywo rozpoznane jako: Poliamid (PA)

• Barwa: dowolna

• Przezroczystość: brak przezroczystości

• Powierzchnia: gładka

• Dotyk: śliski

• Twardość rysowania paznokciem: niemożliwe

• Odkształcalność: nieznaczna

• Dźwięk przy upadku na twarde podłoże: niski

• Gęstość: >1

• Zmiany po ogrzaniu: topi się, traci zmętnienie ciemnieje pieni się

• Wygląd płomienia: niebieski prawie niewidoczny

• Zmiany po wyjęciu z płomienia: pali się nadal

• Zapach po zgaszeniu: formaliny

Poliamidy to polimery, które posiadają wiązania amidowe -C(O)-NH- w swoich głównych łańcuchach.

Poliamidy mają bardzo silną tendencję do krystalizacji dodatkowo wzmacnianą tworzeniem się wiązań wodorowych między atomem tlenu i azotu z dwóch różnych grup amidowych. Dzięki temu poliamidy są bardziej twarde i trudniej topliwe niż poliestry nie mówiąc już o polimerach winylowych. Z poliamidów produkuje się przede wszystkim włókna zwane nylonami i aramidami oraz tworzywa sztuczne o podwyższonej odporności mechanicznej nadające się np. do produkcji kół zębatych.

Próbka III nr 6:

Tworzywo rozpoznane jako: Tłoczywo i żywice fenolowo - formaldahydowe

• Barwa: dowolna

• Przezroczystość: brak przezroczystości

• Powierzchnia: gładka

• Dotyk: bardzo śliski

• Twardość rysowania paznokciem: niemożliwe

• Odkształcalność: nieznaczna

• Dźwięk przy upadku na twarde podłoże: dość wysoki

• Gęstość: >1

• Zmiany po ogrzaniu: nie zmienia się

• Wygląd płomienia: żółty

• Zmiany po wyjęciu z płomienia: gaśnie po chwili

• Zapach po zgaszeniu: fenol

Żywica fenolowo-formalhedydowa (PF), inaczej zwana bakelitem. Powstaje w wyniku reakcji fenolu z aldehydem mrówkowym w obecności katalizatorów zasadowych (wodorotlenku sodu, chlorku amonu). Była pierwszym tworzywem syntetycznym otrzymanym przez człowieka w 1908r. Barwa ciemna, powierzchnia gładka i śliska. Zarysowanie paznokciem jest niemożliwe, jest odkształcalny jedynie nieznacznie. Przy upadku wydaje z siebie dosyć wysoki dźwięk. Jest cięższy od wody. Po umieszczeniu w płomieniu jego wygląd zmienia się tylko nieznacznie (następuje delikatne zwęglenie), a płomień staje się żółty i kopcący. Po wyjęciu z ognia próbka gaśnie po chwili wydając z siebie zapach fenolu. Stałe i ciekłe żywice krezolowe są topliwe i rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych. Żywica o niskim stopniu polimeryzacji używana jest jako substancja wiążąca do produkcji sklejek drewnianych, pokostów i lakierów. Tę bardziej spolimeryzowaną stosuje się m.in. do wyrobu grzebieni, płyt gramofonowych oraz izolatorów elektrycznych.

WNIOSKI

Przy pomocy doświadczeń tak prostych, jak zanurzanie próbki w wodzie czy ogrzewanie jej płomieniem świeczki, możemy rozpoznać, z jakim tworzywem mamy do czynienia. Dzięki obserwacji takich własności jak odporność na wysoką temperaturę lub ciężar właściwy, jesteśmy w stanie zdecydować, jakiego tworzywa użyć do określonego celu.

BADANIE TWARDOŚCI METALI

Twardość można zdefiniować jako miarę oporu materiału przeciw odkształceniom trwałym powstającym wskutek wciskania wgłębnika. Twardość nie jest stałą materiału istnieje jednak dosyć ścisła korelacja między właściwościami mechanicznymi metali (wytrzymałością na rozciąganie, sprężystością własnościami plastycznymi) a twardością, co spowodowało, że pomiary twardości znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle dla kontroli jakości materiałów, skutków obróbki cieplnej itp. Poza tym pomiary twardości są nieniszczące, nie wymagają pracochłonnego wycinania próbek i odznaczają się dużą prostotą.

Większość metod badania twardości polega na powolnym wciskaniu wgłębnika w materiał przy działaniu stałej lub stopniowo wzrastającej siły do określonej wartości. Do najbardziej rozpowszechnionych należą metody: Brinella, Vickersa i Rockwella.

METODA BRINELLA

Pomiar twardości metodą Brinella polega na wciskaniu w badany materiał twardej kulki o średnicy D, działając na nią siłą F zależną od średnicy D i twardości badanego materiału, a następnie (po obciążeniu)- na zmierzeniu średnicy d odcisku, w celu określenia powierzchni odcisku.

HB = 0.204*P / S

P - siła obciążająca

S - powierzchnia odcisku wyrażona w mm²

Powierzchnię odcisku S można wyliczyć ze wzoru:

S = π⋅D⋅(D-√ (D²-d²)) gdzie:

D - średnica kulki

d - średnica odcisku

Oznaczenie twardości Brinella zmienia się wraz ze zmianą średnicy kulki dlatego też dla jednoznacznego zapisu podajemy : HB D/P/t

D - średnica kulki

P - siłą obciążająca

t - czas działania kulki na badany materiał pod wpływem siły P

Do pomiaru twardości metodą Brinella do 400HB stosuje się kulki stalowe hartowane, natomiast powyżej 650HB stosuje się kulki z węglików spiekanych.

METODA ROCKWELLA

Polega na statycznym wgniataniu w badany materiał odpowiedniego penetratora, stożka diamentowego, o kącie wierzchołkowym 120Ⴐ lub kulki stalowej o średnicy 1/16”, pod stałym naciskiem F₀. Penetrator dociskamy do powierzchni badanej wstępną siłą, odległą od powierzchni o h₀. Następnie zwiększamy docisk do wartości maksymalnej F i otrzymujemy dalsze wgłębienie o wartości h₁. W ostatniej fazie pomiaru zmniejszamy obciążenie powodując podniesienie się wgłębnika o wartość k_sp, co odpowiada odkształceniom sprężystym. Wartość głębokości odcisku powstałego w badanym przedmiocie określa twardość Rockwella. Wartość liczbową twardości Rockwella odczytuje się bezpośrednio na podziałce czujnika aparatu pomiarowego jako:

HR=K-h gdzie:

K - stała wartość skali 130 dla kulki, 100 dla stożka.

h - różnica głębokości trwałego odcisku po usunięciu obciążenia głównego (F, h₁) i głębokości odcisku przy obciążeniu wstępnym (F₀ ,h₀).

Podobnie jak w pomiarze Brinella, pomiary na aparacie Rockwella mają skalę umowną. W praktyce stosuje się różne skale w zależności od twardości badanego materiału i grubości badanej próbki. Jednak najczęściej stosujemy metodę Rockwella ze względu na to, że nie niszczy znacznie powierzchni badanego przedmiotu (w przeciwieństwie do metody Brinella). Można stosować ją w badaniach międzyoperacyjnych oraz kontrolować gotowe wyroby.

METODA VICKERSA

Metoda pomiaru twardości Vickersa polega na obciążeniu materiału czworobocznym ostrosłupem diamentowym o kącie wierzchołkowym 136⁰. Wartość twardości Vickersa oblicza się jako stosunek obciążenia wgłębnika do powierzchni bocznej wgniecionego ostrosłupa :

d =( d₁ + d₂ )/ 2

d₁ - pierwsza przekątna odcisku

d₂ - druga przekątna odcisku

HV = 0,204*F⋅sin(136° / 2) / d²

F - obciążenie (siła)

d - średnia arytmetyczna przekątnych

Praktyczny pomiar sprowadza się do odczytu przekątnych i odczytania twardości HV z tablic.

METODA SHORE'A

Metoda Shore'a zwana również metodą sklerometryczną czy też sklerometru jest metodą dynamiczną. Polega na określaniu twardości próbki za pomocą pomiaru jej sprężystości, zaś odkształcenie trwałe materiału (odcisk) odgrywa tylko niewielką, pośrednią rolę. Przy pomiarze twardości skleroskopem Shore'a w nowszej konstrukcji bijak o masie m (najczęściej 20 g), zakończony diamentowym zaokrąglonym ostrzem pomiarowym, opada pionowo, swobodnie, w prostopadle do mierzonej powierzchni ustawionej rurce, z wysokości h (najczęściej 112 mm). Przy uderzeniu bijaka w badany materiał część siły opadania, zależna od wielkości granicy sprężystości materiału, wywołuje powstanie niewielkiego trwałego odcisku. Pozostała część energii opadania zmienia się w odkształcenie sprężyste próbki i bijaka i jest po uderzeniu przyczyną odskoku bijaka od próbki w rurce. Im twardsza jest próbka, tym większa jest wysokość odskoku bijaka. W zazwyczaj stosowanych skleroskopach Shore'a skala jest podzielona na 130 równych części (nie w mm). Do celów porównawczych stosuje się niskostopową próbkę zahartowanej stali eutektoidalnej, która ma twardość wg Shore'a 100 (jednostek skali odskoków).Mimo istnienia tablic porównawczych, nie można przeliczyć twardości wg skali Shore'a na twardość wg skali Brinella. Należy pamiętać, że dla każdego rodzaju przedmiotów przed pomiarem przeprowadza się porównanie wyników tej metody pomiaru z innymi, a więc z metodą Rockwella, Vickersa (rzadziej Brinella). Skleroskop Shore'a ma duże zastosowanie do pomiarów porównawczych przy ustalaniu równomierności po obróbce cieplno - chemicznej (po nawęglaniu i hartowaniu).

Skleroskop Shore'a

PRZEBIEG ĆWICZENIA

Badanie przeprowadzaliśmy dnia 08.01.2007r. Aby ułatwić pracę podzieliliśmy się na trzy zespoły. Każdy zespół przeprowadzał osobne próby. Do badania użyliśmy różnych próbek metalowych. Aby jak najbardziej wyeliminować potencjalny błąd pomiaru, twardość każdej z próbek sprawdzaliśmy trzykrotnie.

Na początku przeprowadziliśmy badanie metodą Vickersa. Do tego celu użyliśmy już tylko jednej próbki oraz w urządzenia elektronicznego. Próbę - ze względu na precyzyjność pomiaru - przeprowadziliśmy tylko raz. Umieszczamy próbkę na stoliku i umieszczamy stolik na pewnej wysokości pod obiektywem. Wtedy przez okular dopasowujemy ostrość obrazu, aż do momentu, gdy ujrzymy wyraźną strukturę metalu. Wtedy przekręcamy obiektyw zastępując go wgłębnikiem i zerujemy urządzenie. Wciskamy przycisk inicjujący pomiar i odczekujemy 12sek. Po upływie tego czasu z powrotem umieszczamy obiektyw nad próbką i dokonujemy pomiaru dwóch przekątnych poprzez obiektyw, każdą z nich zatwierdzając przyciskiem. Maszyna sama oblicza nam wartość HV oraz przelicza tę wartość na HRC. Oto dane odczytane z wyświetlacza maszyny:

Nacisk -> 701,6Nm

d=346,1µm

HV=464,5

HRC=46,7

Następnie przeszliśmy do badania metodą Brinella. Służy do tego hydrauliczny przyrząd, jako jedyny w całości obsługiwany ręcznie. Nacisk w tym wypadku wynosi 7,5kN, zaś średnica kulki to 5mm. Również i w tym wypadku pomiar każdej próbki powtarzamy trzykrotnie i wyciągamy wartość średnią z prób. Na początku umieszczamy próbkę na stoliku i pokręcając śrubą podnosimy stolik do wgłębnika, aż do momentu, gdy wyczujemy opór. Wtedy zakręcamy zawór ciśnieniowy i pompujemy olej za pomocą dźwigni, aż wskazówka dotknie wartości nominalnego nacisku (7,5kN), a jarzmo uniesie się wyraźnie. Od tego momentu odliczamy 12sek. Po upływie tego czasu zwalniamy zawór olejowy i odkręcamy stolik. Teraz przy użyciu specjalnej lupki z precyzyjną podziałką mierzymy średnicę zagłębienia pozostawionego przez kulkę. Odczytaną wartość porównujemy z tabelą i w ten sposób otrzymujemy wartość HBS, którą następnie - również przy pomocy tabeli - zamieniamy na HV. Poniżej przedstawiam wyniki mojego badania.

	Próbka I			Próbka II			Próbka III
	śr.	HBS	HV	śr.	HBS	HV	śr.	HBS	HV
	2,1mm	207	218	2,4mm	156	164	2,7mm	121	127
	2,2mm	187	197	2,5mm	143	150	2,4mm	156	164
	2,1mm	207	218	2,4mm	156	164	2,5mm	143	150
Średnia	2,1mm	200	211	2,4mm	152	159	2,5mm	140	147

Na koniec przeprowadziliśmy badanie metodą Rockwella. Użyty nacisk wynosi 980N. Kulka ma średnicę 1/16”. Próbkę umieszczamy na stoliku, a następnie podnosimy stolik aż do momentu, gdy na wskazówki aparatu pokażą: mniejsza 0, natomiast większa pokaże kierunek północny. Wtedy zwalniamy ciężar główny i rozpoczynamy odliczanie 12sek. Wtedy przesuwamy dźwignię do położenia wyjściowego i odczytujemy z tarczy wynik HBR. Za pomocą tablic znajdujemy wynik przeliczony na HV. Oto wyniki badania trzech próbek. W przypadku każdej z nich podałem na końcu średnie wartości zmierzone aparatem Rockwella.

	Próbka I		Próbka II		Próbka III
	HRB	HV	HRB	HV	HRB	HV
	91,5	200	97,5	235	72	131
	93,5	210	94	215	72	131
	91	197	96,5	228	73	135
Średnia	92	202	96	225	72,5	132

WNIOSKI

Każda z metod ma swoje wady i zalety. W zależności od wcześniej wspomnianych kryteriów różniących każdą metodę wynikają możliwości każdej z prób. Ma to swoje znaczenie przy doborze metody do badania określonej próbki materiału. Wspomniane wcześniej przeze mnie błędy biorą się z innych kryteriów porównawczych tych metod. Dzieje się tak dlatego, gdyż np. w przypadku metody Brinella ważna jest średnica odcisku w powierzchni badanej próbki, dla metody Rockwella twardość odczytujemy na podstawie głębokości odcisku siły głównej w stosunku do przyłożonej siły wstępnej i na końcu w metodzie Vickersa bardzo istotna jest długość przekątnej odcisku powstałej w wyniku działania na badaną próbkę diamentowego ostrosłupa z określoną siłą. Małe błędy w odczycie (w szczególności w przypadku metody Brinella) powodują spore niedokładności pomiaru.

Metodę Brinella możemy stosować do badania próbek o dużej twardości powyżej 600 HB. Jednak te pomiary nie są bardzo dokładne ze względu na mierzenie średnicy odcisku metalowej kulki. Pomiary te wykonuję się poprzez lupkę i mogą powstać błędy w odczycie tej średnicy. Dlatego też w celu uwiarygodnienia pomiaru średnicę mierzy się z dwóch stron, “po przekątnej” i bierze się średnią wartość, która następnie jest sprawdzana w tablicach.

Metoda Rockwella jest dokładniejsza, gdyż twardość badanej próbki odczytujemy bezpośrednio ze wskazań czujnika zegarowego będącego częścią twardościomierza. Czujnik ten jest wyskalowany już w jednostkach Rockwella. I zarówno dla stalowej kulki jak i dla stożka diamentowego odczytujemy tę wartość bezpośrednio z przyrządu. Metoda ta jednak ma zasadniczą wadę. Jest nią ograniczenie twardości badanych na przyrządzie. Dla stalowej kulki można badać próbki w zakresie od 30-100 HRC zaś dla stożka diamentowego próbki w zakresie od 20-67 HRC. Jest to po przeliczeniu z tablic znacznie mniej niż w metodzie Brinella.

Dobór metody powinien więc zależeć od rodzaju próbki i jej grubości. Jest to bardzo istotne w celu uzyskania wiarygodnego pomiaru i nieuszkodzenia twardościomierza w przypadku doboru niewłaściwej metody do badanej próbki.

F

D

h

d

---